Handle critical loop predecessors by making both inside and outside registers
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / SplitKit.h
1 //===-------- SplitKit.cpp - Toolkit for splitting live ranges --*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains the SplitAnalysis class as well as mutator functions for
11 // live range splitting.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
16 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
17 #include "llvm/CodeGen/SlotIndexes.h"
18
19 namespace llvm {
20
21 class LiveInterval;
22 class LiveIntervals;
23 class LiveRangeEdit;
24 class MachineInstr;
25 class MachineLoop;
26 class MachineLoopInfo;
27 class MachineRegisterInfo;
28 class TargetInstrInfo;
29 class VirtRegMap;
30 class VNInfo;
31 class raw_ostream;
32
33 /// SplitAnalysis - Analyze a LiveInterval, looking for live range splitting
34 /// opportunities.
35 class SplitAnalysis {
36 public:
37   const MachineFunction &mf_;
38   const LiveIntervals &lis_;
39   const MachineLoopInfo &loops_;
40   const TargetInstrInfo &tii_;
41
42   // Instructions using the the current register.
43   typedef SmallPtrSet<const MachineInstr*, 16> InstrPtrSet;
44   InstrPtrSet usingInstrs_;
45
46   // The number of instructions using curli in each basic block.
47   typedef DenseMap<const MachineBasicBlock*, unsigned> BlockCountMap;
48   BlockCountMap usingBlocks_;
49
50   // The number of basic block using curli in each loop.
51   typedef DenseMap<const MachineLoop*, unsigned> LoopCountMap;
52   LoopCountMap usingLoops_;
53
54 private:
55   // Current live interval.
56   const LiveInterval *curli_;
57
58   // Sumarize statistics by counting instructions using curli_.
59   void analyzeUses();
60
61   /// canAnalyzeBranch - Return true if MBB ends in a branch that can be
62   /// analyzed.
63   bool canAnalyzeBranch(const MachineBasicBlock *MBB);
64
65 public:
66   SplitAnalysis(const MachineFunction &mf, const LiveIntervals &lis,
67                 const MachineLoopInfo &mli);
68
69   /// analyze - set curli to the specified interval, and analyze how it may be
70   /// split.
71   void analyze(const LiveInterval *li);
72
73   /// clear - clear all data structures so SplitAnalysis is ready to analyze a
74   /// new interval.
75   void clear();
76
77   typedef SmallPtrSet<const MachineBasicBlock*, 16> BlockPtrSet;
78   typedef SmallPtrSet<const MachineLoop*, 16> LoopPtrSet;
79
80   // Print a set of blocks with use counts.
81   void print(const BlockPtrSet&, raw_ostream&) const;
82
83   // Sets of basic blocks surrounding a machine loop.
84   struct LoopBlocks {
85     BlockPtrSet Loop;  // Blocks in the loop.
86     BlockPtrSet Preds; // Loop predecessor blocks.
87     BlockPtrSet Exits; // Loop exit blocks.
88
89     void clear() {
90       Loop.clear();
91       Preds.clear();
92       Exits.clear();
93     }
94   };
95
96   // Print loop blocks with use counts.
97   void print(const LoopBlocks&, raw_ostream&) const;
98
99   // Calculate the block sets surrounding the loop.
100   void getLoopBlocks(const MachineLoop *Loop, LoopBlocks &Blocks);
101
102   /// LoopPeripheralUse - how is a variable used in and around a loop?
103   /// Peripheral blocks are the loop predecessors and exit blocks.
104   enum LoopPeripheralUse {
105     ContainedInLoop,  // All uses are inside the loop.
106     SinglePeripheral, // At most one instruction per peripheral block.
107     MultiPeripheral,  // Multiple instructions in some peripheral blocks.
108     OutsideLoop       // Uses outside loop periphery.
109   };
110
111   /// analyzeLoopPeripheralUse - Return an enum describing how curli_ is used in
112   /// and around the Loop.
113   LoopPeripheralUse analyzeLoopPeripheralUse(const LoopBlocks&);
114
115   /// getCriticalExits - It may be necessary to partially break critical edges
116   /// leaving the loop if an exit block has phi uses of curli. Collect the exit
117   /// blocks that need special treatment into CriticalExits.
118   void getCriticalExits(const LoopBlocks &Blocks, BlockPtrSet &CriticalExits);
119
120   /// canSplitCriticalExits - Return true if it is possible to insert new exit
121   /// blocks before the blocks in CriticalExits.
122   bool canSplitCriticalExits(const LoopBlocks &Blocks,
123                              BlockPtrSet &CriticalExits);
124
125   /// getCriticalPreds - Get the set of loop predecessors with critical edges to
126   /// blocks outside the loop that have curli live in. We don't have to break
127   /// these edges, but they do require special treatment.
128   void getCriticalPreds(const LoopBlocks &Blocks, BlockPtrSet &CriticalPreds);
129
130   /// getBestSplitLoop - Return the loop where curli may best be split to a
131   /// separate register, or NULL.
132   const MachineLoop *getBestSplitLoop();
133
134   /// getMultiUseBlocks - Add basic blocks to Blocks that may benefit from
135   /// having curli split to a new live interval. Return true if Blocks can be
136   /// passed to SplitEditor::splitSingleBlocks.
137   bool getMultiUseBlocks(BlockPtrSet &Blocks);
138
139   /// getBlockForInsideSplit - If curli is contained inside a single basic block,
140   /// and it wou pay to subdivide the interval inside that block, return it.
141   /// Otherwise return NULL. The returned block can be passed to
142   /// SplitEditor::splitInsideBlock.
143   const MachineBasicBlock *getBlockForInsideSplit();
144 };
145
146
147 /// LiveIntervalMap - Map values from a large LiveInterval into a small
148 /// interval that is a subset. Insert phi-def values as needed. This class is
149 /// used by SplitEditor to create new smaller LiveIntervals.
150 ///
151 /// parentli_ is the larger interval, li_ is the subset interval. Every value
152 /// in li_ corresponds to exactly one value in parentli_, and the live range
153 /// of the value is contained within the live range of the parentli_ value.
154 /// Values in parentli_ may map to any number of openli_ values, including 0.
155 class LiveIntervalMap {
156   LiveIntervals &lis_;
157
158   // The parent interval is never changed.
159   const LiveInterval &parentli_;
160
161   // The child interval's values are fully contained inside parentli_ values.
162   LiveInterval *li_;
163
164   typedef DenseMap<const VNInfo*, VNInfo*> ValueMap;
165
166   // Map parentli_ values to simple values in li_ that are defined at the same
167   // SlotIndex, or NULL for parentli_ values that have complex li_ defs.
168   // Note there is a difference between values mapping to NULL (complex), and
169   // values not present (unknown/unmapped).
170   ValueMap valueMap_;
171
172 public:
173   LiveIntervalMap(LiveIntervals &lis,
174                   const LiveInterval &parentli)
175     : lis_(lis), parentli_(parentli), li_(0) {}
176
177   /// reset - clear all data structures and start a new live interval.
178   void reset(LiveInterval *);
179
180   /// getLI - return the current live interval.
181   LiveInterval *getLI() const { return li_; }
182
183   /// defValue - define a value in li_ from the parentli_ value VNI and Idx.
184   /// Idx does not have to be ParentVNI->def, but it must be contained within
185   /// ParentVNI's live range in parentli_.
186   /// Return the new li_ value.
187   VNInfo *defValue(const VNInfo *ParentVNI, SlotIndex Idx);
188
189   /// mapValue - map ParentVNI to the corresponding li_ value at Idx. It is
190   /// assumed that ParentVNI is live at Idx.
191   /// If ParentVNI has not been defined by defValue, it is assumed that
192   /// ParentVNI->def dominates Idx.
193   /// If ParentVNI has been defined by defValue one or more times, a value that
194   /// dominates Idx will be returned. This may require creating extra phi-def
195   /// values and adding live ranges to li_.
196   /// If simple is not NULL, *simple will indicate if ParentVNI is a simply
197   /// mapped value.
198   VNInfo *mapValue(const VNInfo *ParentVNI, SlotIndex Idx, bool *simple = 0);
199
200   // extendTo - Find the last li_ value defined in MBB at or before Idx. The
201   // parentli is assumed to be live at Idx. Extend the live range to include
202   // Idx. Return the found VNInfo, or NULL.
203   VNInfo *extendTo(const MachineBasicBlock *MBB, SlotIndex Idx);
204
205   /// isMapped - Return true is ParentVNI is a known mapped value. It may be a
206   /// simple 1-1 mapping or a complex mapping to later defs.
207   bool isMapped(const VNInfo *ParentVNI) const {
208     return valueMap_.count(ParentVNI);
209   }
210
211   /// isComplexMapped - Return true if ParentVNI has received new definitions
212   /// with defValue.
213   bool isComplexMapped(const VNInfo *ParentVNI) const;
214
215   // addSimpleRange - Add a simple range from parentli_ to li_.
216   // ParentVNI must be live in the [Start;End) interval.
217   void addSimpleRange(SlotIndex Start, SlotIndex End, const VNInfo *ParentVNI);
218
219   /// addRange - Add live ranges to li_ where [Start;End) intersects parentli_.
220   /// All needed values whose def is not inside [Start;End) must be defined
221   /// beforehand so mapValue will work.
222   void addRange(SlotIndex Start, SlotIndex End);
223
224   /// defByCopyFrom - Insert a copy from Reg to li, assuming that Reg carries
225   /// ParentVNI. Add a minimal live range for the new value and return it.
226   VNInfo *defByCopyFrom(unsigned Reg,
227                         const VNInfo *ParentVNI,
228                         MachineBasicBlock &MBB,
229                         MachineBasicBlock::iterator I);
230
231 };
232
233
234 /// SplitEditor - Edit machine code and LiveIntervals for live range
235 /// splitting.
236 ///
237 /// - Create a SplitEditor from a SplitAnalysis.
238 /// - Start a new live interval with openIntv.
239 /// - Mark the places where the new interval is entered using enterIntv*
240 /// - Mark the ranges where the new interval is used with useIntv* 
241 /// - Mark the places where the interval is exited with exitIntv*.
242 /// - Finish the current interval with closeIntv and repeat from 2.
243 /// - Rewrite instructions with finish().
244 ///
245 class SplitEditor {
246   SplitAnalysis &sa_;
247   LiveIntervals &lis_;
248   VirtRegMap &vrm_;
249   MachineRegisterInfo &mri_;
250   const TargetInstrInfo &tii_;
251
252   /// edit_ - The current parent register and new intervals created.
253   LiveRangeEdit &edit_;
254
255   /// dupli_ - Created as a copy of curli_, ranges are carved out as new
256   /// intervals get added through openIntv / closeIntv. This is used to avoid
257   /// editing curli_.
258   LiveIntervalMap dupli_;
259
260   /// Currently open LiveInterval.
261   LiveIntervalMap openli_;
262
263   /// intervalsLiveAt - Return true if any member of intervals_ is live at Idx.
264   bool intervalsLiveAt(SlotIndex Idx) const;
265
266   /// Values in curli whose live range has been truncated when entering an open
267   /// li.
268   SmallPtrSet<const VNInfo*, 8> truncatedValues;
269
270   /// addTruncSimpleRange - Add the given simple range to dupli_ after
271   /// truncating any overlap with intervals_.
272   void addTruncSimpleRange(SlotIndex Start, SlotIndex End, VNInfo *VNI);
273
274   /// criticalPreds_ - Set of basic blocks where both dupli and openli should be
275   /// live out because of a critical edge.
276   SplitAnalysis::BlockPtrSet criticalPreds_;
277
278   /// computeRemainder - Compute the dupli liveness as the complement of all the
279   /// new intervals.
280   void computeRemainder();
281
282   /// rewrite - Rewrite all uses of reg to use the new registers.
283   void rewrite(unsigned reg);
284
285 public:
286   /// Create a new SplitEditor for editing the LiveInterval analyzed by SA.
287   /// Newly created intervals will be appended to newIntervals.
288   SplitEditor(SplitAnalysis &SA, LiveIntervals&, VirtRegMap&, LiveRangeEdit&);
289
290   /// getAnalysis - Get the corresponding analysis.
291   SplitAnalysis &getAnalysis() { return sa_; }
292
293   /// Create a new virtual register and live interval.
294   void openIntv();
295
296   /// enterIntvBefore - Enter openli before the instruction at Idx. If curli is
297   /// not live before Idx, a COPY is not inserted.
298   void enterIntvBefore(SlotIndex Idx);
299
300   /// enterIntvAtEnd - Enter openli at the end of MBB.
301   void enterIntvAtEnd(MachineBasicBlock &MBB);
302
303   /// useIntv - indicate that all instructions in MBB should use openli.
304   void useIntv(const MachineBasicBlock &MBB);
305
306   /// useIntv - indicate that all instructions in range should use openli.
307   void useIntv(SlotIndex Start, SlotIndex End);
308
309   /// leaveIntvAfter - Leave openli after the instruction at Idx.
310   void leaveIntvAfter(SlotIndex Idx);
311
312   /// leaveIntvAtTop - Leave the interval at the top of MBB.
313   /// Currently, only one value can leave the interval.
314   void leaveIntvAtTop(MachineBasicBlock &MBB);
315
316   /// closeIntv - Indicate that we are done editing the currently open
317   /// LiveInterval, and ranges can be trimmed.
318   void closeIntv();
319
320   /// finish - after all the new live ranges have been created, compute the
321   /// remaining live range, and rewrite instructions to use the new registers.
322   void finish();
323
324   // ===--- High level methods ---===
325
326   /// splitAroundLoop - Split curli into a separate live interval inside
327   /// the loop.
328   void splitAroundLoop(const MachineLoop*);
329
330   /// splitSingleBlocks - Split curli into a separate live interval inside each
331   /// basic block in Blocks.
332   void splitSingleBlocks(const SplitAnalysis::BlockPtrSet &Blocks);
333
334   /// splitInsideBlock - Split curli into multiple intervals inside MBB.
335   void splitInsideBlock(const MachineBasicBlock *);
336 };
337
338 }