a2bb81851117b192068b47755c38d441606eb764
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / StrongPHIElimination.cpp
1 //===- StrongPhiElimination.cpp - Eliminate PHI nodes by inserting copies -===//
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 pass eliminates machine instruction PHI nodes by inserting copy
11 // instructions, using an intelligent copy-folding technique based on
12 // dominator information.  This is technique is derived from:
13 // 
14 //    Budimlic, et al. Fast copy coalescing and live-range identification.
15 //    In Proceedings of the ACM SIGPLAN 2002 Conference on Programming Language
16 //    Design and Implementation (Berlin, Germany, June 17 - 19, 2002).
17 //    PLDI '02. ACM, New York, NY, 25-32.
18 //    DOI= http://doi.acm.org/10.1145/512529.512534
19 //
20 //===----------------------------------------------------------------------===//
21
22 #define DEBUG_TYPE "strongphielim"
23 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
24 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
25 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
26 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
27 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
28 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
29 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
30 #include "llvm/CodeGen/RegisterCoalescer.h"
31 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
32 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
33 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
34 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
35 #include "llvm/Support/Compiler.h"
36 using namespace llvm;
37
38 namespace {
39   struct VISIBILITY_HIDDEN StrongPHIElimination : public MachineFunctionPass {
40     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
41     StrongPHIElimination() : MachineFunctionPass((intptr_t)&ID) {}
42
43     // Waiting stores, for each MBB, the set of copies that need to
44     // be inserted into that MBB
45     DenseMap<MachineBasicBlock*,
46              std::map<unsigned, unsigned> > Waiting;
47     
48     // Stacks holds the renaming stack for each register
49     std::map<unsigned, std::vector<unsigned> > Stacks;
50     
51     // Registers in UsedByAnother are PHI nodes that are themselves
52     // used as operands to another another PHI node
53     std::set<unsigned> UsedByAnother;
54     
55     // RenameSets are the is a map from a PHI-defined register
56     // to the input registers to be coalesced along with the 
57     // predecessor block for those input registers.
58     std::map<unsigned, std::map<unsigned, MachineBasicBlock*> > RenameSets;
59     
60     // PhiValueNumber holds the ID numbers of the VNs for each phi that we're
61     // eliminating, indexed by the register defined by that phi.
62     std::map<unsigned, unsigned> PhiValueNumber;
63
64     // Store the DFS-in number of each block
65     DenseMap<MachineBasicBlock*, unsigned> preorder;
66     
67     // Store the DFS-out number of each block
68     DenseMap<MachineBasicBlock*, unsigned> maxpreorder;
69
70     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn);
71     
72     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
73       AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
74       AU.addRequired<LiveIntervals>();
75       
76       // TODO: Actually make this true.
77       AU.addPreserved<LiveIntervals>();
78       AU.addPreserved<RegisterCoalescer>();
79       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
80     }
81     
82     virtual void releaseMemory() {
83       preorder.clear();
84       maxpreorder.clear();
85       
86       Waiting.clear();
87       Stacks.clear();
88       UsedByAnother.clear();
89       RenameSets.clear();
90     }
91
92   private:
93     
94     /// DomForestNode - Represents a node in the "dominator forest".  This is
95     /// a forest in which the nodes represent registers and the edges
96     /// represent a dominance relation in the block defining those registers.
97     struct DomForestNode {
98     private:
99       // Store references to our children
100       std::vector<DomForestNode*> children;
101       // The register we represent
102       unsigned reg;
103       
104       // Add another node as our child
105       void addChild(DomForestNode* DFN) { children.push_back(DFN); }
106       
107     public:
108       typedef std::vector<DomForestNode*>::iterator iterator;
109       
110       // Create a DomForestNode by providing the register it represents, and
111       // the node to be its parent.  The virtual root node has register 0
112       // and a null parent.
113       DomForestNode(unsigned r, DomForestNode* parent) : reg(r) {
114         if (parent)
115           parent->addChild(this);
116       }
117       
118       ~DomForestNode() {
119         for (iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
120           delete *I;
121       }
122       
123       /// getReg - Return the regiser that this node represents
124       inline unsigned getReg() { return reg; }
125       
126       // Provide iterator access to our children
127       inline DomForestNode::iterator begin() { return children.begin(); }
128       inline DomForestNode::iterator end() { return children.end(); }
129     };
130     
131     void computeDFS(MachineFunction& MF);
132     void processBlock(MachineBasicBlock* MBB);
133     
134     std::vector<DomForestNode*> computeDomForest(
135                            std::map<unsigned, MachineBasicBlock*>& instrs,
136                                                  MachineRegisterInfo& MRI);
137     void processPHIUnion(MachineInstr* Inst,
138                          std::map<unsigned, MachineBasicBlock*>& PHIUnion,
139                          std::vector<StrongPHIElimination::DomForestNode*>& DF,
140                          std::vector<std::pair<unsigned, unsigned> >& locals);
141     void ScheduleCopies(MachineBasicBlock* MBB, std::set<unsigned>& pushed);
142     void InsertCopies(MachineBasicBlock* MBB,
143                       SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 16>& v);
144     void mergeLiveIntervals(unsigned primary, unsigned secondary, 
145                             MachineBasicBlock* pred);
146   };
147 }
148
149 char StrongPHIElimination::ID = 0;
150 static RegisterPass<StrongPHIElimination>
151 X("strong-phi-node-elimination",
152   "Eliminate PHI nodes for register allocation, intelligently");
153
154 const PassInfo *const llvm::StrongPHIEliminationID = &X;
155
156 /// computeDFS - Computes the DFS-in and DFS-out numbers of the dominator tree
157 /// of the given MachineFunction.  These numbers are then used in other parts
158 /// of the PHI elimination process.
159 void StrongPHIElimination::computeDFS(MachineFunction& MF) {
160   SmallPtrSet<MachineDomTreeNode*, 8> frontier;
161   SmallPtrSet<MachineDomTreeNode*, 8> visited;
162   
163   unsigned time = 0;
164   
165   MachineDominatorTree& DT = getAnalysis<MachineDominatorTree>();
166   
167   MachineDomTreeNode* node = DT.getRootNode();
168   
169   std::vector<MachineDomTreeNode*> worklist;
170   worklist.push_back(node);
171   
172   while (!worklist.empty()) {
173     MachineDomTreeNode* currNode = worklist.back();
174     
175     if (!frontier.count(currNode)) {
176       frontier.insert(currNode);
177       ++time;
178       preorder.insert(std::make_pair(currNode->getBlock(), time));
179     }
180     
181     bool inserted = false;
182     for (MachineDomTreeNode::iterator I = currNode->begin(), E = currNode->end();
183          I != E; ++I)
184       if (!frontier.count(*I) && !visited.count(*I)) {
185         worklist.push_back(*I);
186         inserted = true;
187         break;
188       }
189     
190     if (!inserted) {
191       frontier.erase(currNode);
192       visited.insert(currNode);
193       maxpreorder.insert(std::make_pair(currNode->getBlock(), time));
194       
195       worklist.pop_back();
196     }
197   }
198 }
199
200 namespace {
201
202 /// PreorderSorter - a helper class that is used to sort registers
203 /// according to the preorder number of their defining blocks
204 class PreorderSorter {
205 private:
206   DenseMap<MachineBasicBlock*, unsigned>& preorder;
207   MachineRegisterInfo& MRI;
208   
209 public:
210   PreorderSorter(DenseMap<MachineBasicBlock*, unsigned>& p,
211                 MachineRegisterInfo& M) : preorder(p), MRI(M) { }
212   
213   bool operator()(unsigned A, unsigned B) {
214     if (A == B)
215       return false;
216     
217     MachineBasicBlock* ABlock = MRI.getVRegDef(A)->getParent();
218     MachineBasicBlock* BBlock = MRI.getVRegDef(B)->getParent();
219     
220     if (preorder[ABlock] < preorder[BBlock])
221       return true;
222     else if (preorder[ABlock] > preorder[BBlock])
223       return false;
224     
225     return false;
226   }
227 };
228
229 }
230
231 /// computeDomForest - compute the subforest of the DomTree corresponding
232 /// to the defining blocks of the registers in question
233 std::vector<StrongPHIElimination::DomForestNode*>
234 StrongPHIElimination::computeDomForest(
235                   std::map<unsigned, MachineBasicBlock*>& regs, 
236                                        MachineRegisterInfo& MRI) {
237   // Begin by creating a virtual root node, since the actual results
238   // may well be a forest.  Assume this node has maximum DFS-out number.
239   DomForestNode* VirtualRoot = new DomForestNode(0, 0);
240   maxpreorder.insert(std::make_pair((MachineBasicBlock*)0, ~0UL));
241   
242   // Populate a worklist with the registers
243   std::vector<unsigned> worklist;
244   worklist.reserve(regs.size());
245   for (std::map<unsigned, MachineBasicBlock*>::iterator I = regs.begin(),
246        E = regs.end(); I != E; ++I)
247     worklist.push_back(I->first);
248   
249   // Sort the registers by the DFS-in number of their defining block
250   PreorderSorter PS(preorder, MRI);
251   std::sort(worklist.begin(), worklist.end(), PS);
252   
253   // Create a "current parent" stack, and put the virtual root on top of it
254   DomForestNode* CurrentParent = VirtualRoot;
255   std::vector<DomForestNode*> stack;
256   stack.push_back(VirtualRoot);
257   
258   // Iterate over all the registers in the previously computed order
259   for (std::vector<unsigned>::iterator I = worklist.begin(), E = worklist.end();
260        I != E; ++I) {
261     unsigned pre = preorder[MRI.getVRegDef(*I)->getParent()];
262     MachineBasicBlock* parentBlock = CurrentParent->getReg() ?
263                  MRI.getVRegDef(CurrentParent->getReg())->getParent() :
264                  0;
265     
266     // If the DFS-in number of the register is greater than the DFS-out number
267     // of the current parent, repeatedly pop the parent stack until it isn't.
268     while (pre > maxpreorder[parentBlock]) {
269       stack.pop_back();
270       CurrentParent = stack.back();
271       
272       parentBlock = CurrentParent->getReg() ?
273                    MRI.getVRegDef(CurrentParent->getReg())->getParent() :
274                    0;
275     }
276     
277     // Now that we've found the appropriate parent, create a DomForestNode for
278     // this register and attach it to the forest
279     DomForestNode* child = new DomForestNode(*I, CurrentParent);
280     
281     // Push this new node on the "current parent" stack
282     stack.push_back(child);
283     CurrentParent = child;
284   }
285   
286   // Return a vector containing the children of the virtual root node
287   std::vector<DomForestNode*> ret;
288   ret.insert(ret.end(), VirtualRoot->begin(), VirtualRoot->end());
289   return ret;
290 }
291
292 /// isLiveIn - helper method that determines, from a regno, if a register
293 /// is live into a block
294 static bool isLiveIn(unsigned r, MachineBasicBlock* MBB,
295                      LiveIntervals& LI) {
296   LiveInterval& I = LI.getOrCreateInterval(r);
297   unsigned idx = LI.getMBBStartIdx(MBB);
298   return I.liveBeforeAndAt(idx);
299 }
300
301 /// isLiveOut - help method that determines, from a regno, if a register is
302 /// live out of a block.
303 static bool isLiveOut(unsigned r, MachineBasicBlock* MBB,
304                       LiveIntervals& LI) {
305   for (MachineBasicBlock::succ_iterator PI = MBB->succ_begin(),
306        E = MBB->succ_end(); PI != E; ++PI) {
307     if (isLiveIn(r, *PI, LI))
308       return true;
309   }
310   
311   return false;
312 }
313
314 /// interferes - checks for local interferences by scanning a block.  The only
315 /// trick parameter is 'mode' which tells it the relationship of the two
316 /// registers. 0 - defined in the same block, 1 - first properly dominates
317 /// second, 2 - second properly dominates first 
318 static bool interferes(unsigned a, unsigned b, MachineBasicBlock* scan,
319                        LiveIntervals& LV, unsigned mode) {
320   MachineInstr* def = 0;
321   MachineInstr* kill = 0;
322   
323   // The code is still in SSA form at this point, so there is only one
324   // definition per VReg.  Thus we can safely use MRI->getVRegDef().
325   const MachineRegisterInfo* MRI = &scan->getParent()->getRegInfo();
326   
327   bool interference = false;
328   
329   // Wallk the block, checking for interferences
330   for (MachineBasicBlock::iterator MBI = scan->begin(), MBE = scan->end();
331        MBI != MBE; ++MBI) {
332     MachineInstr* curr = MBI;
333     
334     // Same defining block...
335     if (mode == 0) {
336       if (curr == MRI->getVRegDef(a)) {
337         // If we find our first definition, save it
338         if (!def) {
339           def = curr;
340         // If there's already an unkilled definition, then 
341         // this is an interference
342         } else if (!kill) {
343           interference = true;
344           break;
345         // If there's a definition followed by a KillInst, then
346         // they can't interfere
347         } else {
348           interference = false;
349           break;
350         }
351       // Symmetric with the above
352       } else if (curr == MRI->getVRegDef(b)) {
353         if (!def) {
354           def = curr;
355         } else if (!kill) {
356           interference = true;
357           break;
358         } else {
359           interference = false;
360           break;
361         }
362       // Store KillInsts if they match up with the definition
363       } else if (curr->killsRegister(a)) {
364         if (def == MRI->getVRegDef(a)) {
365           kill = curr;
366         } else if (curr->killsRegister(b)) {
367           if (def == MRI->getVRegDef(b)) {
368             kill = curr;
369           }
370         }
371       }
372     // First properly dominates second...
373     } else if (mode == 1) {
374       if (curr == MRI->getVRegDef(b)) {
375         // Definition of second without kill of first is an interference
376         if (!kill) {
377           interference = true;
378           break;
379         // Definition after a kill is a non-interference
380         } else {
381           interference = false;
382           break;
383         }
384       // Save KillInsts of First
385       } else if (curr->killsRegister(a)) {
386         kill = curr;
387       }
388     // Symmetric with the above
389     } else if (mode == 2) {
390       if (curr == MRI->getVRegDef(a)) {
391         if (!kill) {
392           interference = true;
393           break;
394         } else {
395           interference = false;
396           break;
397         }
398       } else if (curr->killsRegister(b)) {
399         kill = curr;
400       }
401     }
402   }
403   
404   return interference;
405 }
406
407 /// processBlock - Determine how to break up PHIs in the current block.  Each
408 /// PHI is broken up by some combination of renaming its operands and inserting
409 /// copies.  This method is responsible for determining which operands receive
410 /// which treatment.
411 void StrongPHIElimination::processBlock(MachineBasicBlock* MBB) {
412   LiveIntervals& LI = getAnalysis<LiveIntervals>();
413   MachineRegisterInfo& MRI = MBB->getParent()->getRegInfo();
414   
415   // Holds names that have been added to a set in any PHI within this block
416   // before the current one.
417   std::set<unsigned> ProcessedNames;
418   
419   // Iterate over all the PHI nodes in this block
420   MachineBasicBlock::iterator P = MBB->begin();
421   while (P != MBB->end() && P->getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI) {
422     unsigned DestReg = P->getOperand(0).getReg();
423
424     // Don't both doing PHI elimination for dead PHI's.
425     if (P->registerDefIsDead(DestReg)) {
426       ++P;
427       continue;
428     }
429
430     LiveInterval& PI = LI.getOrCreateInterval(DestReg);
431     unsigned pIdx = LI.getDefIndex(LI.getInstructionIndex(P));
432     VNInfo* PVN = PI.getLiveRangeContaining(pIdx)->valno;
433     PhiValueNumber.insert(std::make_pair(DestReg, PVN->id));
434
435     // PHIUnion is the set of incoming registers to the PHI node that
436     // are going to be renames rather than having copies inserted.  This set
437     // is refinded over the course of this function.  UnionedBlocks is the set
438     // of corresponding MBBs.
439     std::map<unsigned, MachineBasicBlock*> PHIUnion;
440     SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 8> UnionedBlocks;
441   
442     // Iterate over the operands of the PHI node
443     for (int i = P->getNumOperands() - 1; i >= 2; i-=2) {
444       unsigned SrcReg = P->getOperand(i-1).getReg();
445     
446       // Check for trivial interferences via liveness information, allowing us
447       // to avoid extra work later.  Any registers that interfere cannot both
448       // be in the renaming set, so choose one and add copies for it instead.
449       // The conditions are:
450       //   1) if the operand is live into the PHI node's block OR
451       //   2) if the PHI node is live out of the operand's defining block OR
452       //   3) if the operand is itself a PHI node and the original PHI is
453       //      live into the operand's defining block OR
454       //   4) if the operand is already being renamed for another PHI node
455       //      in this block OR
456       //   5) if any two operands are defined in the same block, insert copies
457       //      for one of them
458       if (isLiveIn(SrcReg, P->getParent(), LI) ||
459           isLiveOut(P->getOperand(0).getReg(),
460                     MRI.getVRegDef(SrcReg)->getParent(), LI) ||
461           ( MRI.getVRegDef(SrcReg)->getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI &&
462             isLiveIn(P->getOperand(0).getReg(),
463                      MRI.getVRegDef(SrcReg)->getParent(), LI) ) ||
464           ProcessedNames.count(SrcReg) ||
465           UnionedBlocks.count(MRI.getVRegDef(SrcReg)->getParent())) {
466         
467         // Add a copy for the selected register
468         MachineBasicBlock* From = P->getOperand(i).getMBB();
469         Waiting[From].insert(std::make_pair(SrcReg, DestReg));
470         UsedByAnother.insert(SrcReg);
471       } else {
472         // Otherwise, add it to the renaming set
473         PHIUnion.insert(std::make_pair(SrcReg,P->getOperand(i).getMBB()));
474         UnionedBlocks.insert(MRI.getVRegDef(SrcReg)->getParent());
475       }
476     }
477     
478     // Compute the dominator forest for the renaming set.  This is a forest
479     // where the nodes are the registers and the edges represent dominance 
480     // relations between the defining blocks of the registers
481     std::vector<StrongPHIElimination::DomForestNode*> DF = 
482                                                 computeDomForest(PHIUnion, MRI);
483     
484     // Walk DomForest to resolve interferences at an inter-block level.  This
485     // will remove registers from the renaming set (and insert copies for them)
486     // if interferences are found.
487     std::vector<std::pair<unsigned, unsigned> > localInterferences;
488     processPHIUnion(P, PHIUnion, DF, localInterferences);
489     
490     // If one of the inputs is defined in the same block as the current PHI
491     // then we need to check for a local interference between that input and
492     // the PHI.
493     for (std::map<unsigned, MachineBasicBlock*>::iterator I = PHIUnion.begin(),
494          E = PHIUnion.end(); I != E; ++I)
495       if (MRI.getVRegDef(I->first)->getParent() == P->getParent())
496         localInterferences.push_back(std::make_pair(I->first,
497                                                     P->getOperand(0).getReg()));
498     
499     // The dominator forest walk may have returned some register pairs whose
500     // interference cannot be determined from dominator analysis.  We now 
501     // examine these pairs for local interferences.
502     for (std::vector<std::pair<unsigned, unsigned> >::iterator I =
503         localInterferences.begin(), E = localInterferences.end(); I != E; ++I) {
504       std::pair<unsigned, unsigned> p = *I;
505       
506       MachineDominatorTree& MDT = getAnalysis<MachineDominatorTree>();
507       
508       // Determine the block we need to scan and the relationship between
509       // the two registers
510       MachineBasicBlock* scan = 0;
511       unsigned mode = 0;
512       if (MRI.getVRegDef(p.first)->getParent() ==
513           MRI.getVRegDef(p.second)->getParent()) {
514         scan = MRI.getVRegDef(p.first)->getParent();
515         mode = 0; // Same block
516       } else if (MDT.dominates(MRI.getVRegDef(p.first)->getParent(),
517                                MRI.getVRegDef(p.second)->getParent())) {
518         scan = MRI.getVRegDef(p.second)->getParent();
519         mode = 1; // First dominates second
520       } else {
521         scan = MRI.getVRegDef(p.first)->getParent();
522         mode = 2; // Second dominates first
523       }
524       
525       // If there's an interference, we need to insert  copies
526       if (interferes(p.first, p.second, scan, LI, mode)) {
527         // Insert copies for First
528         for (int i = P->getNumOperands() - 1; i >= 2; i-=2) {
529           if (P->getOperand(i-1).getReg() == p.first) {
530             unsigned SrcReg = p.first;
531             MachineBasicBlock* From = P->getOperand(i).getMBB();
532             
533             Waiting[From].insert(std::make_pair(SrcReg,
534                                                 P->getOperand(0).getReg()));
535             UsedByAnother.insert(SrcReg);
536             
537             PHIUnion.erase(SrcReg);
538           }
539         }
540       }
541     }
542     
543     // Add the renaming set for this PHI node to our overall renaming information
544     RenameSets.insert(std::make_pair(P->getOperand(0).getReg(), PHIUnion));
545     
546     // Remember which registers are already renamed, so that we don't try to 
547     // rename them for another PHI node in this block
548     for (std::map<unsigned, MachineBasicBlock*>::iterator I = PHIUnion.begin(),
549          E = PHIUnion.end(); I != E; ++I)
550       ProcessedNames.insert(I->first);
551     
552     ++P;
553   }
554 }
555
556 /// processPHIUnion - Take a set of candidate registers to be coalesced when
557 /// decomposing the PHI instruction.  Use the DominanceForest to remove the ones
558 /// that are known to interfere, and flag others that need to be checked for
559 /// local interferences.
560 void StrongPHIElimination::processPHIUnion(MachineInstr* Inst,
561                         std::map<unsigned, MachineBasicBlock*>& PHIUnion,
562                         std::vector<StrongPHIElimination::DomForestNode*>& DF,
563                         std::vector<std::pair<unsigned, unsigned> >& locals) {
564   
565   std::vector<DomForestNode*> worklist(DF.begin(), DF.end());
566   SmallPtrSet<DomForestNode*, 4> visited;
567   
568   // Code is still in SSA form, so we can use MRI::getVRegDef()
569   MachineRegisterInfo& MRI = Inst->getParent()->getParent()->getRegInfo();
570   
571   LiveIntervals& LI = getAnalysis<LiveIntervals>();
572   unsigned DestReg = Inst->getOperand(0).getReg();
573   
574   // DF walk on the DomForest
575   while (!worklist.empty()) {
576     DomForestNode* DFNode = worklist.back();
577     
578     visited.insert(DFNode);
579     
580     bool inserted = false;
581     for (DomForestNode::iterator CI = DFNode->begin(), CE = DFNode->end();
582          CI != CE; ++CI) {
583       DomForestNode* child = *CI;   
584       
585       // If the current node is live-out of the defining block of one of its
586       // children, insert a copy for it.  NOTE: The paper actually calls for
587       // a more elaborate heuristic for determining whether to insert copies
588       // for the child or the parent.  In the interest of simplicity, we're
589       // just always choosing the parent.
590       if (isLiveOut(DFNode->getReg(),
591           MRI.getVRegDef(child->getReg())->getParent(), LI)) {
592         // Insert copies for parent
593         for (int i = Inst->getNumOperands() - 1; i >= 2; i-=2) {
594           if (Inst->getOperand(i-1).getReg() == DFNode->getReg()) {
595             unsigned SrcReg = DFNode->getReg();
596             MachineBasicBlock* From = Inst->getOperand(i).getMBB();
597             
598             Waiting[From].insert(std::make_pair(SrcReg, DestReg));
599             UsedByAnother.insert(SrcReg);
600             
601             PHIUnion.erase(SrcReg);
602           }
603         }
604       
605       // If a node is live-in to the defining block of one of its children, but
606       // not live-out, then we need to scan that block for local interferences.
607       } else if (isLiveIn(DFNode->getReg(),
608                           MRI.getVRegDef(child->getReg())->getParent(), LI) ||
609                  MRI.getVRegDef(DFNode->getReg())->getParent() ==
610                                  MRI.getVRegDef(child->getReg())->getParent()) {
611         // Add (p, c) to possible local interferences
612         locals.push_back(std::make_pair(DFNode->getReg(), child->getReg()));
613       }
614       
615       if (!visited.count(child)) {
616         worklist.push_back(child);
617         inserted = true;
618       }
619     }
620     
621     if (!inserted) worklist.pop_back();
622   }
623 }
624
625 /// ScheduleCopies - Insert copies into predecessor blocks, scheduling
626 /// them properly so as to avoid the 'lost copy' and the 'virtual swap'
627 /// problems.
628 ///
629 /// Based on "Practical Improvements to the Construction and Destruction
630 /// of Static Single Assignment Form" by Briggs, et al.
631 void StrongPHIElimination::ScheduleCopies(MachineBasicBlock* MBB,
632                                           std::set<unsigned>& pushed) {
633   // FIXME: This function needs to update LiveIntervals
634   std::map<unsigned, unsigned>& copy_set= Waiting[MBB];
635   
636   std::map<unsigned, unsigned> worklist;
637   std::map<unsigned, unsigned> map;
638   
639   // Setup worklist of initial copies
640   for (std::map<unsigned, unsigned>::iterator I = copy_set.begin(),
641        E = copy_set.end(); I != E; ) {
642     map.insert(std::make_pair(I->first, I->first));
643     map.insert(std::make_pair(I->second, I->second));
644          
645     if (!UsedByAnother.count(I->second)) {
646       worklist.insert(*I);
647       
648       // Avoid iterator invalidation
649       unsigned first = I->first;
650       ++I;
651       copy_set.erase(first);
652     } else {
653       ++I;
654     }
655   }
656   
657   LiveIntervals& LI = getAnalysis<LiveIntervals>();
658   MachineFunction* MF = MBB->getParent();
659   MachineRegisterInfo& MRI = MF->getRegInfo();
660   const TargetInstrInfo *TII = MF->getTarget().getInstrInfo();
661   
662   SmallVector<std::pair<unsigned, MachineInstr*>, 4> InsertedPHIDests;
663   
664   // Iterate over the worklist, inserting copies
665   while (!worklist.empty() || !copy_set.empty()) {
666     while (!worklist.empty()) {
667       std::pair<unsigned, unsigned> curr = *worklist.begin();
668       worklist.erase(curr.first);
669       
670       const TargetRegisterClass *RC = MF->getRegInfo().getRegClass(curr.first);
671       
672       if (isLiveOut(curr.second, MBB, LI)) {
673         // Create a temporary
674         unsigned t = MF->getRegInfo().createVirtualRegister(RC);
675         
676         // Insert copy from curr.second to a temporary at
677         // the Phi defining curr.second
678         MachineBasicBlock::iterator PI = MRI.getVRegDef(curr.second);
679         TII->copyRegToReg(*PI->getParent(), PI, t,
680                           curr.second, RC, RC);
681         
682         // Push temporary on Stacks
683         Stacks[curr.second].push_back(t);
684         
685         // Insert curr.second in pushed
686         pushed.insert(curr.second);
687       }
688       
689       // Insert copy from map[curr.first] to curr.second
690       TII->copyRegToReg(*MBB, MBB->getFirstTerminator(), curr.second,
691                         map[curr.first], RC, RC);
692       map[curr.first] = curr.second;
693       
694       // Push this copy onto InsertedPHICopies so we can
695       // update LiveIntervals with it.
696       MachineBasicBlock::iterator MI = MBB->getFirstTerminator();
697       InsertedPHIDests.push_back(std::make_pair(curr.second, --MI));
698       
699       // If curr.first is a destination in copy_set...
700       for (std::map<unsigned, unsigned>::iterator I = copy_set.begin(),
701            E = copy_set.end(); I != E; )
702         if (curr.first == I->second) {
703           std::pair<unsigned, unsigned> temp = *I;
704           
705           // Avoid iterator invalidation
706           ++I;
707           copy_set.erase(temp.first);
708           worklist.insert(temp);
709           
710           break;
711         } else {
712           ++I;
713         }
714     }
715     
716     if (!copy_set.empty()) {
717       std::pair<unsigned, unsigned> curr = *copy_set.begin();
718       copy_set.erase(curr.first);
719       
720       const TargetRegisterClass *RC = MF->getRegInfo().getRegClass(curr.first);
721       
722       // Insert a copy from dest to a new temporary t at the end of b
723       unsigned t = MF->getRegInfo().createVirtualRegister(RC);
724       TII->copyRegToReg(*MBB, MBB->getFirstTerminator(), t,
725                         curr.second, RC, RC);
726       map[curr.second] = t;
727       
728       worklist.insert(curr);
729     }
730   }
731   
732   // Renumber the instructions so that we can perform the index computations
733   // needed to create new live intervals.
734   LI.computeNumbering();
735   
736   // For copies that we inserted at the ends of predecessors, we construct
737   // live intervals.  This is pretty easy, since we know that the destination
738   // register cannot have be in live at that point previously.  We just have
739   // to make sure that, for registers that serve as inputs to more than one
740   // PHI, we don't create multiple overlapping live intervals.
741   std::set<unsigned> RegHandled;
742   for (SmallVector<std::pair<unsigned, MachineInstr*>, 4>::iterator I =
743        InsertedPHIDests.begin(), E = InsertedPHIDests.end(); I != E; ++I)
744     if (!RegHandled.count(I->first))
745       LI.addLiveRangeToEndOfBlock(I->first, I->second);
746 }
747
748 /// InsertCopies - insert copies into MBB and all of its successors
749 void StrongPHIElimination::InsertCopies(MachineBasicBlock* MBB,
750                                  SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 16>& visited) {
751   visited.insert(MBB);
752   
753   std::set<unsigned> pushed;
754   
755   // Rewrite register uses from Stacks
756   for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB->begin(), E = MBB->end();
757       I != E; ++I)
758     for (unsigned i = 0; i < I->getNumOperands(); ++i)
759       if (I->getOperand(i).isRegister() &&
760           Stacks[I->getOperand(i).getReg()].size()) {
761         I->getOperand(i).setReg(Stacks[I->getOperand(i).getReg()].back());
762       }
763   
764   // Schedule the copies for this block
765   ScheduleCopies(MBB, pushed);
766   
767   // Recur to our successors
768   for (GraphTraits<MachineBasicBlock*>::ChildIteratorType I = 
769        GraphTraits<MachineBasicBlock*>::child_begin(MBB), E =
770        GraphTraits<MachineBasicBlock*>::child_end(MBB); I != E; ++I)
771     if (!visited.count(*I))
772       InsertCopies(*I, visited);
773   
774   // As we exit this block, pop the names we pushed while processing it
775   for (std::set<unsigned>::iterator I = pushed.begin(), 
776        E = pushed.end(); I != E; ++I)
777     Stacks[*I].pop_back();
778 }
779
780 void StrongPHIElimination::mergeLiveIntervals(unsigned primary,
781                                               unsigned secondary,
782                                               MachineBasicBlock* pred) {
783   
784   LiveIntervals& LI = getAnalysis<LiveIntervals>();
785   LiveInterval& LHS = LI.getOrCreateInterval(primary);
786   LiveInterval& RHS = LI.getOrCreateInterval(secondary);
787   
788   LI.computeNumbering();
789   
790   const LiveRange* RangeMergingIn =
791                    RHS.getLiveRangeContaining(LI.getMBBEndIdx(pred));
792   VNInfo* NewVN = LHS.getNextValue(RangeMergingIn->valno->def,
793                                    RangeMergingIn->valno->copy,
794                                    LI.getVNInfoAllocator());
795   NewVN->hasPHIKill = true;
796   LiveRange NewRange(RangeMergingIn->start, RangeMergingIn->end, NewVN);
797   RHS.removeRange(RangeMergingIn->start, RangeMergingIn->end, true);
798   LHS.addRange(NewRange);
799 }
800
801 bool StrongPHIElimination::runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) {
802   LiveIntervals& LI = getAnalysis<LiveIntervals>();
803   
804   // Compute DFS numbers of each block
805   computeDFS(Fn);
806   
807   // Determine which phi node operands need copies
808   for (MachineFunction::iterator I = Fn.begin(), E = Fn.end(); I != E; ++I)
809     if (!I->empty() &&
810         I->begin()->getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI)
811       processBlock(I);
812   
813   // Insert copies
814   // FIXME: This process should probably preserve LiveIntervals
815   SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 16> visited;
816   InsertCopies(Fn.begin(), visited);
817   
818   // Perform renaming
819   typedef std::map<unsigned, std::map<unsigned, MachineBasicBlock*> >
820           RenameSetType;
821   for (RenameSetType::iterator I = RenameSets.begin(), E = RenameSets.end();
822        I != E; ++I)
823     for (std::map<unsigned, MachineBasicBlock*>::iterator SI = 
824          I->second.begin(), SE = I->second.end(); SI != SE; ++SI) {
825       mergeLiveIntervals(I->first, SI->first, SI->second);
826       Fn.getRegInfo().replaceRegWith(SI->first, I->first);
827     }
828   
829   // FIXME: Insert last-minute copies
830   
831   // Remove PHIs
832   std::vector<MachineInstr*> phis;
833   for (MachineFunction::iterator I = Fn.begin(), E = Fn.end(); I != E; ++I) {
834     for (MachineBasicBlock::iterator BI = I->begin(), BE = I->end();
835          BI != BE; ++BI)
836       if (BI->getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI)
837         phis.push_back(BI);
838   }
839   
840   for (std::vector<MachineInstr*>::iterator I = phis.begin(), E = phis.end();
841        I != E; ) {
842     MachineInstr* PInstr = *(I++);
843     
844     // If this is a dead PHI node, then remove it from LiveIntervals.
845     unsigned DestReg = PInstr->getOperand(0).getReg();
846     LiveInterval& PI = LI.getInterval(DestReg);
847     if (PInstr->registerDefIsDead(DestReg)) {
848       if (PI.containsOneValue()) {
849         LI.removeInterval(DestReg);
850       } else {
851         unsigned idx = LI.getDefIndex(LI.getInstructionIndex(PInstr));
852         PI.removeRange(*PI.getLiveRangeContaining(idx), true);
853       }
854     } else {
855       // If the PHI is not dead, then the valno defined by the PHI
856       // now has an unknown def.
857       unsigned idx = LI.getDefIndex(LI.getInstructionIndex(PInstr));
858       PI.getLiveRangeContaining(idx)->valno->def = ~0U;
859     }
860     
861     LI.RemoveMachineInstrFromMaps(PInstr);
862     PInstr->eraseFromParent();
863   }
864   
865   LI.computeNumbering();
866   
867   return true;
868 }