More templatization.
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / RegAllocLocal.cpp
index f9abd68e14a000066a5cf429caeb7b10cdb165d5..456c457a316e033262c469dc6bcba5d74ef56aad 100644 (file)
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
+#include "llvm/BasicBlock.h"
 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
 #include "llvm/CodeGen/SSARegMap.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
 #include "llvm/CodeGen/LiveVariables.h"
+#include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
-#include "Support/CommandLine.h"
-#include "Support/Debug.h"
-#include "Support/Statistic.h"
-#include <iostream>
+#include "llvm/Support/CommandLine.h"
+#include "llvm/Support/Debug.h"
+#include "llvm/Support/Compiler.h"
+#include "llvm/ADT/IndexedMap.h"
+#include "llvm/ADT/SmallVector.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include <algorithm>
 using namespace llvm;
 
+STATISTIC(NumStores, "Number of stores added");
+STATISTIC(NumLoads , "Number of loads added");
+STATISTIC(NumFolded, "Number of loads/stores folded into instructions");
+
 namespace {
-  Statistic<> NumSpilled ("ra-local", "Number of registers spilled");
-  Statistic<> NumReloaded("ra-local", "Number of registers reloaded");
-  cl::opt<bool> DisableKill("disable-kill", cl::Hidden,
-                            cl::desc("Disable register kill in local-ra"));
+  static RegisterRegAlloc
+    localRegAlloc("local", "  local register allocator",
+                  createLocalRegisterAllocator);
+
 
-  class RA : public MachineFunctionPass {
+  class VISIBILITY_HIDDEN RALocal : public MachineFunctionPass {
+  public:
+    static char ID;
+    RALocal() : MachineFunctionPass((intptr_t)&ID) {}
+  private:
     const TargetMachine *TM;
     MachineFunction *MF;
     const MRegisterInfo *RegInfo;
@@ -44,19 +57,11 @@ namespace {
     std::map<unsigned, int> StackSlotForVirtReg;
 
     // Virt2PhysRegMap - This map contains entries for each virtual register
-    // that is currently available in a physical register.  This is "logically"
-    // a map from virtual register numbers to physical register numbers.
-    // Instead of using a map, however, which is slow, we use a vector.  The
-    // index is the VREG number - FirstVirtualRegister.  If the entry is zero,
-    // then it is logically "not in the map".
-    //
-    std::vector<unsigned> Virt2PhysRegMap;
+    // that is currently available in a physical register.
+    IndexedMap<unsigned, VirtReg2IndexFunctor> Virt2PhysRegMap;
 
     unsigned &getVirt2PhysRegMapSlot(unsigned VirtReg) {
-      assert(VirtReg >= MRegisterInfo::FirstVirtualRegister &&"Illegal VREG #");
-      assert(VirtReg-MRegisterInfo::FirstVirtualRegister <Virt2PhysRegMap.size()
-             && "VirtReg not in map!");
-      return Virt2PhysRegMap[VirtReg-MRegisterInfo::FirstVirtualRegister];
+      return Virt2PhysRegMap[VirtReg];
     }
 
     // PhysRegsUsed - This array is effectively a map, containing entries for
@@ -64,8 +69,9 @@ namespace {
     // Virt2PhysRegMap).  The value mapped to is the virtual register
     // corresponding to the physical register (the inverse of the
     // Virt2PhysRegMap), or 0.  The value is set to 0 if this register is pinned
-    // because it is used by a future instruction.  If the entry for a physical
-    // register is -1, then the physical register is "not in the map".
+    // because it is used by a future instruction, and to -2 if it is not
+    // allocatable.  If the entry for a physical register is -1, then the
+    // physical register is "not in the map".
     //
     std::vector<int> PhysRegsUsed;
 
@@ -100,9 +106,17 @@ namespace {
       return VirtRegModified[Reg - MRegisterInfo::FirstVirtualRegister];
     }
 
+    void AddToPhysRegsUseOrder(unsigned Reg) {
+      std::vector<unsigned>::iterator It =
+        std::find(PhysRegsUseOrder.begin(), PhysRegsUseOrder.end(), Reg);
+      if (It != PhysRegsUseOrder.end())
+        PhysRegsUseOrder.erase(It);
+      PhysRegsUseOrder.push_back(Reg);
+    }
+
     void MarkPhysRegRecentlyUsed(unsigned Reg) {
-      assert(!PhysRegsUseOrder.empty() && "No registers used!");
-      if (PhysRegsUseOrder.back() == Reg) return;  // Already most recently used
+      if (PhysRegsUseOrder.empty() ||
+          PhysRegsUseOrder.back() == Reg) return;  // Already most recently used
 
       for (unsigned i = PhysRegsUseOrder.size(); i != 0; --i)
         if (areRegsEqual(Reg, PhysRegsUseOrder[i-1])) {
@@ -121,8 +135,7 @@ namespace {
     }
 
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
-      if (!DisableKill)
-        AU.addRequired<LiveVariables>();
+      AU.addRequired<LiveVariables>();
       AU.addRequiredID(PHIEliminationID);
       AU.addRequiredID(TwoAddressInstructionPassID);
       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
@@ -162,7 +175,7 @@ namespace {
     /// the virtual register slot specified by VirtReg.  It then updates the RA
     /// data structures to indicate the fact that PhysReg is now available.
     ///
-    void spillVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator &I,
+    void spillVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator MI,
                       unsigned VirtReg, unsigned PhysReg);
 
     /// spillPhysReg - This method spills the specified physical register into
@@ -170,7 +183,7 @@ namespace {
     /// true, then the request is ignored if the physical register does not
     /// contain a virtual register.
     ///
-    void spillPhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator &I,
+    void spillPhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *I,
                       unsigned PhysReg, bool OnlyVirtRegs = false);
 
     /// assignVirtToPhysReg - This method updates local state so that we know
@@ -179,13 +192,6 @@ namespace {
     ///
     void assignVirtToPhysReg(unsigned VirtReg, unsigned PhysReg);
 
-    /// liberatePhysReg - Make sure the specified physical register is available
-    /// for use.  If there is currently a value in it, it is either moved out of
-    /// the way or spilled to memory.
-    ///
-    void liberatePhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator &I,
-                         unsigned PhysReg);
-
     /// isPhysRegAvailable - Return true if the specified physical register is
     /// free and available for use.  This also includes checking to see if
     /// aliased registers are all free...
@@ -202,25 +208,33 @@ namespace {
     /// spills the last used virtual register to the stack, and uses that
     /// register.
     ///
-    unsigned getReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator &I,
+    unsigned getReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
                     unsigned VirtReg);
 
-    /// reloadVirtReg - This method loads the specified virtual register into a
-    /// physical register, returning the physical register chosen.  This updates
-    /// the regalloc data structures to reflect the fact that the virtual reg is
-    /// now alive in a physical register, and the previous one isn't.
+    /// reloadVirtReg - This method transforms the specified specified virtual
+    /// register use to refer to a physical register.  This method may do this
+    /// in one of several ways: if the register is available in a physical
+    /// register already, it uses that physical register.  If the value is not
+    /// in a physical register, and if there are physical registers available,
+    /// it loads it into a register.  If register pressure is high, and it is
+    /// possible, it tries to fold the load of the virtual register into the
+    /// instruction itself.  It avoids doing this if register pressure is low to
+    /// improve the chance that subsequent instructions can use the reloaded
+    /// value.  This method returns the modified instruction.
     ///
-    unsigned reloadVirtReg(MachineBasicBlock &MBB,
-                           MachineBasicBlock::iterator &I, unsigned VirtReg);
+    MachineInstr *reloadVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
+                                unsigned OpNum);
+
 
     void reloadPhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator &I,
                        unsigned PhysReg);
   };
+  char RALocal::ID = 0;
 }
 
 /// getStackSpaceFor - This allocates space for the specified virtual register
 /// to be held on the stack.
-int RA::getStackSpaceFor(unsigned VirtReg, const TargetRegisterClass *RC) {
+int RALocal::getStackSpaceFor(unsigned VirtReg, const TargetRegisterClass *RC) {
   // Find the location Reg would belong...
   std::map<unsigned, int>::iterator I =StackSlotForVirtReg.lower_bound(VirtReg);
 
@@ -228,7 +242,8 @@ int RA::getStackSpaceFor(unsigned VirtReg, const TargetRegisterClass *RC) {
     return I->second;          // Already has space allocated?
 
   // Allocate a new stack object for this spill location...
-  int FrameIdx = MF->getFrameInfo()->CreateStackObject(RC);
+  int FrameIdx = MF->getFrameInfo()->CreateStackObject(RC->getSize(),
+                                                       RC->getAlignment());
 
   // Assign the slot...
   StackSlotForVirtReg.insert(I, std::make_pair(VirtReg, FrameIdx));
@@ -239,7 +254,7 @@ int RA::getStackSpaceFor(unsigned VirtReg, const TargetRegisterClass *RC) {
 /// removePhysReg - This method marks the specified physical register as no
 /// longer being in use.
 ///
-void RA::removePhysReg(unsigned PhysReg) {
+void RALocal::removePhysReg(unsigned PhysReg) {
   PhysRegsUsed[PhysReg] = -1;      // PhyReg no longer used
 
   std::vector<unsigned>::iterator It =
@@ -253,16 +268,16 @@ void RA::removePhysReg(unsigned PhysReg) {
 /// virtual register slot specified by VirtReg.  It then updates the RA data
 /// structures to indicate the fact that PhysReg is now available.
 ///
-void RA::spillVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator &I,
-                      unsigned VirtReg, unsigned PhysReg) {
-  if (!VirtReg && DisableKill) return;
+void RALocal::spillVirtReg(MachineBasicBlock &MBB,
+                           MachineBasicBlock::iterator I,
+                           unsigned VirtReg, unsigned PhysReg) {
   assert(VirtReg && "Spilling a physical register is illegal!"
          " Must not have appropriate kill for the register or use exists beyond"
          " the intended one.");
-  DEBUG(std::cerr << "  Spilling register " << RegInfo->getName(PhysReg);
-        std::cerr << " containing %reg" << VirtReg;
-        if (!isVirtRegModified(VirtReg))
-        std::cerr << " which has not been modified, so no store necessary!");
+  DOUT << "  Spilling register " << RegInfo->getName(PhysReg)
+       << " containing %reg" << VirtReg;
+  if (!isVirtRegModified(VirtReg))
+    DOUT << " which has not been modified, so no store necessary!";
 
   // Otherwise, there is a virtual register corresponding to this physical
   // register.  We only need to spill it into its stack slot if it has been
@@ -270,14 +285,14 @@ void RA::spillVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator &I,
   if (isVirtRegModified(VirtReg)) {
     const TargetRegisterClass *RC = MF->getSSARegMap()->getRegClass(VirtReg);
     int FrameIndex = getStackSpaceFor(VirtReg, RC);
-    DEBUG(std::cerr << " to stack slot #" << FrameIndex);
+    DOUT << " to stack slot #" << FrameIndex;
     RegInfo->storeRegToStackSlot(MBB, I, PhysReg, FrameIndex, RC);
-    ++NumSpilled;   // Update statistics
+    ++NumStores;   // Update statistics
   }
 
   getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg) = 0;   // VirtReg no longer available
 
-  DEBUG(std::cerr << "\n");
+  DOUT << "\n";
   removePhysReg(PhysReg);
 }
 
@@ -287,19 +302,21 @@ void RA::spillVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator &I,
 /// then the request is ignored if the physical register does not contain a
 /// virtual register.
 ///
-void RA::spillPhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator &I,
-                      unsigned PhysReg, bool OnlyVirtRegs) {
+void RALocal::spillPhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *I,
+                           unsigned PhysReg, bool OnlyVirtRegs) {
   if (PhysRegsUsed[PhysReg] != -1) {            // Only spill it if it's used!
+    assert(PhysRegsUsed[PhysReg] != -2 && "Non allocable reg used!");
     if (PhysRegsUsed[PhysReg] || !OnlyVirtRegs)
       spillVirtReg(MBB, I, PhysRegsUsed[PhysReg], PhysReg);
   } else {
     // If the selected register aliases any other registers, we must make
-    // sure that one of the aliases isn't alive...
+    // sure that one of the aliases isn't alive.
     for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getAliasSet(PhysReg);
          *AliasSet; ++AliasSet)
-      if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -1)     // Spill aliased register...
-        if (PhysRegsUsed[*AliasSet] || !OnlyVirtRegs)
-          spillVirtReg(MBB, I, PhysRegsUsed[*AliasSet], *AliasSet);
+      if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -1 &&     // Spill aliased register.
+          PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2)       // If allocatable.
+          if (PhysRegsUsed[*AliasSet])
+            spillVirtReg(MBB, I, PhysRegsUsed[*AliasSet], *AliasSet);
   }
 }
 
@@ -308,13 +325,13 @@ void RA::spillPhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator &I,
 /// that PhysReg is the proper container for VirtReg now.  The physical
 /// register must not be used for anything else when this is called.
 ///
-void RA::assignVirtToPhysReg(unsigned VirtReg, unsigned PhysReg) {
+void RALocal::assignVirtToPhysReg(unsigned VirtReg, unsigned PhysReg) {
   assert(PhysRegsUsed[PhysReg] == -1 && "Phys reg already assigned!");
   // Update information to note the fact that this register was just used, and
   // it holds VirtReg.
   PhysRegsUsed[PhysReg] = VirtReg;
   getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg) = PhysReg;
-  PhysRegsUseOrder.push_back(PhysReg);   // New use of PhysReg
+  AddToPhysRegsUseOrder(PhysReg);   // New use of PhysReg
 }
 
 
@@ -322,7 +339,7 @@ void RA::assignVirtToPhysReg(unsigned VirtReg, unsigned PhysReg) {
 /// and available for use.  This also includes checking to see if aliased
 /// registers are all free...
 ///
-bool RA::isPhysRegAvailable(unsigned PhysReg) const {
+bool RALocal::isPhysRegAvailable(unsigned PhysReg) const {
   if (PhysRegsUsed[PhysReg] != -1) return false;
 
   // If the selected register aliases any other allocated registers, it is
@@ -338,7 +355,7 @@ bool RA::isPhysRegAvailable(unsigned PhysReg) const {
 /// getFreeReg - Look to see if there is a free register available in the
 /// specified register class.  If not, return 0.
 ///
-unsigned RA::getFreeReg(const TargetRegisterClass *RC) {
+unsigned RALocal::getFreeReg(const TargetRegisterClass *RC) {
   // Get iterators defining the range of registers that are valid to allocate in
   // this class, which also specifies the preferred allocation order.
   TargetRegisterClass::iterator RI = RC->allocation_order_begin(*MF);
@@ -353,55 +370,12 @@ unsigned RA::getFreeReg(const TargetRegisterClass *RC) {
 }
 
 
-/// liberatePhysReg - Make sure the specified physical register is available for
-/// use.  If there is currently a value in it, it is either moved out of the way
-/// or spilled to memory.
-///
-void RA::liberatePhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator &I,
-                         unsigned PhysReg) {
-  // FIXME: This code checks to see if a register is available, but it really
-  // wants to know if a reg is available BEFORE the instruction executes.  If
-  // called after killed operands are freed, it runs the risk of reallocating a
-  // used operand...
-#if 0
-  if (isPhysRegAvailable(PhysReg)) return;  // Already available...
-
-  // Check to see if the register is directly used, not indirectly used through
-  // aliases.  If aliased registers are the ones actually used, we cannot be
-  // sure that we will be able to save the whole thing if we do a reg-reg copy.
-  if (PhysRegsUsed[PhysReg] != -1) {
-    // The virtual register held...
-    unsigned VirtReg = PhysRegsUsed[PhysReg]->second;
-
-    // Check to see if there is a compatible register available.  If so, we can
-    // move the value into the new register...
-    //
-    const TargetRegisterClass *RC = RegInfo->getRegClass(PhysReg);
-    if (unsigned NewReg = getFreeReg(RC)) {
-      // Emit the code to copy the value...
-      RegInfo->copyRegToReg(MBB, I, NewReg, PhysReg, RC);
-
-      // Update our internal state to indicate that PhysReg is available and Reg
-      // isn't.
-      getVirt2PhysRegMapSlot[VirtReg] = 0;
-      removePhysReg(PhysReg);  // Free the physreg
-
-      // Move reference over to new register...
-      assignVirtToPhysReg(VirtReg, NewReg);
-      return;
-    }
-  }
-#endif
-  spillPhysReg(MBB, I, PhysReg);
-}
-
-
 /// getReg - Find a physical register to hold the specified virtual
 /// register.  If all compatible physical registers are used, this method spills
 /// the last used virtual register to the stack, and uses that register.
 ///
-unsigned RA::getReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator &I,
-                    unsigned VirtReg) {
+unsigned RALocal::getReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *I,
+                         unsigned VirtReg) {
   const TargetRegisterClass *RC = MF->getSSARegMap()->getRegClass(VirtReg);
 
   // First check to see if we have a free register of the requested type...
@@ -425,18 +399,27 @@ unsigned RA::getReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator &I,
       // physical register!
       assert(PhysRegsUsed[R] != -1 &&
              "PhysReg in PhysRegsUseOrder, but is not allocated?");
-      if (PhysRegsUsed[R]) {
+      if (PhysRegsUsed[R] && PhysRegsUsed[R] != -2) {
         // If the current register is compatible, use it.
-        if (RegInfo->getRegClass(R) == RC) {
+        if (RC->contains(R)) {
           PhysReg = R;
           break;
         } else {
           // If one of the registers aliased to the current register is
           // compatible, use it.
-          for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getAliasSet(R);
-               *AliasSet; ++AliasSet) {
-            if (RegInfo->getRegClass(*AliasSet) == RC) {
-              PhysReg = *AliasSet;    // Take an aliased register
+          for (const unsigned *AliasIt = RegInfo->getAliasSet(R);
+               *AliasIt; ++AliasIt) {
+            if (RC->contains(*AliasIt) &&
+                // If this is pinned down for some reason, don't use it.  For
+                // example, if CL is pinned, and we run across CH, don't use
+                // CH as justification for using scavenging ECX (which will
+                // fail).
+                PhysRegsUsed[*AliasIt] != 0 &&
+                
+                // Make sure the register is allocatable.  Don't allocate SIL on
+                // x86-32.
+                PhysRegsUsed[*AliasIt] != -2) {
+              PhysReg = *AliasIt;    // Take an aliased register
               break;
             }
           }
@@ -457,55 +440,152 @@ unsigned RA::getReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator &I,
 }
 
 
-/// reloadVirtReg - This method loads the specified virtual register into a
-/// physical register, returning the physical register chosen.  This updates the
-/// regalloc data structures to reflect the fact that the virtual reg is now
-/// alive in a physical register, and the previous one isn't.
+/// reloadVirtReg - This method transforms the specified specified virtual
+/// register use to refer to a physical register.  This method may do this in
+/// one of several ways: if the register is available in a physical register
+/// already, it uses that physical register.  If the value is not in a physical
+/// register, and if there are physical registers available, it loads it into a
+/// register.  If register pressure is high, and it is possible, it tries to
+/// fold the load of the virtual register into the instruction itself.  It
+/// avoids doing this if register pressure is low to improve the chance that
+/// subsequent instructions can use the reloaded value.  This method returns the
+/// modified instruction.
 ///
-unsigned RA::reloadVirtReg(MachineBasicBlock &MBB,
-                           MachineBasicBlock::iterator &I,
-                           unsigned VirtReg) {
+MachineInstr *RALocal::reloadVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
+                                     unsigned OpNum) {
+  unsigned VirtReg = MI->getOperand(OpNum).getReg();
+
+  // If the virtual register is already available, just update the instruction
+  // and return.
   if (unsigned PR = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg)) {
-    MarkPhysRegRecentlyUsed(PR);
-    return PR;               // Already have this value available!
+    MarkPhysRegRecentlyUsed(PR);          // Already have this value available!
+    MI->getOperand(OpNum).setReg(PR);  // Assign the input register
+    return MI;
   }
 
-  unsigned PhysReg = getReg(MBB, I, VirtReg);
-
+  // Otherwise, we need to fold it into the current instruction, or reload it.
+  // If we have registers available to hold the value, use them.
   const TargetRegisterClass *RC = MF->getSSARegMap()->getRegClass(VirtReg);
+  unsigned PhysReg = getFreeReg(RC);
   int FrameIndex = getStackSpaceFor(VirtReg, RC);
 
+  if (PhysReg) {   // Register is available, allocate it!
+    assignVirtToPhysReg(VirtReg, PhysReg);
+  } else {         // No registers available.
+    // If we can fold this spill into this instruction, do so now.
+    if (MachineInstr* FMI = RegInfo->foldMemoryOperand(MI, OpNum, FrameIndex)){
+      ++NumFolded;
+      // Since we changed the address of MI, make sure to update live variables
+      // to know that the new instruction has the properties of the old one.
+      LV->instructionChanged(MI, FMI);
+      return MBB.insert(MBB.erase(MI), FMI);
+    }
+
+    // It looks like we can't fold this virtual register load into this
+    // instruction.  Force some poor hapless value out of the register file to
+    // make room for the new register, and reload it.
+    PhysReg = getReg(MBB, MI, VirtReg);
+  }
+
   markVirtRegModified(VirtReg, false);   // Note that this reg was just reloaded
 
-  DEBUG(std::cerr << "  Reloading %reg" << VirtReg << " into "
-                  << RegInfo->getName(PhysReg) << "\n");
+  DOUT << "  Reloading %reg" << VirtReg << " into "
+       << RegInfo->getName(PhysReg) << "\n";
 
   // Add move instruction(s)
-  RegInfo->loadRegFromStackSlot(MBB, I, PhysReg, FrameIndex, RC);
-  ++NumReloaded;    // Update statistics
-  return PhysReg;
+  RegInfo->loadRegFromStackSlot(MBB, MI, PhysReg, FrameIndex, RC);
+  ++NumLoads;    // Update statistics
+
+  MF->setPhysRegUsed(PhysReg);
+  MI->getOperand(OpNum).setReg(PhysReg);  // Assign the input register
+  return MI;
 }
 
+/// isReadModWriteImplicitKill - True if this is an implicit kill for a
+/// read/mod/write register, i.e. update partial register.
+static bool isReadModWriteImplicitKill(MachineInstr *MI, unsigned Reg) {
+  for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+    MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
+    if (MO.isRegister() && MO.getReg() == Reg && MO.isImplicit() &&
+        MO.isDef() && !MO.isDead())
+      return true;
+  }
+  return false;
+}
 
+/// isReadModWriteImplicitDef - True if this is an implicit def for a
+/// read/mod/write register, i.e. update partial register.
+static bool isReadModWriteImplicitDef(MachineInstr *MI, unsigned Reg) {
+  for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+    MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
+    if (MO.isRegister() && MO.getReg() == Reg && MO.isImplicit() &&
+        !MO.isDef() && MO.isKill())
+      return true;
+  }
+  return false;
+}
 
-void RA::AllocateBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB) {
+void RALocal::AllocateBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB) {
   // loop over each instruction
-  MachineBasicBlock::iterator MI = MBB.begin();
-  for (; MI != MBB.end(); ++MI) {
-    const TargetInstrDescriptor &TID = TM->getInstrInfo().get(MI->getOpcode());
-    DEBUG(std::cerr << "\nStarting RegAlloc of: " << *MI;
-          std::cerr << "  Regs have values: ";
+  MachineBasicBlock::iterator MII = MBB.begin();
+  const TargetInstrInfo &TII = *TM->getInstrInfo();
+  
+  DEBUG(const BasicBlock *LBB = MBB.getBasicBlock();
+        if (LBB) DOUT << "\nStarting RegAlloc of BB: " << LBB->getName());
+
+  // If this is the first basic block in the machine function, add live-in
+  // registers as active.
+  if (&MBB == &*MF->begin()) {
+    for (MachineFunction::livein_iterator I = MF->livein_begin(),
+         E = MF->livein_end(); I != E; ++I) {
+      unsigned Reg = I->first;
+      MF->setPhysRegUsed(Reg);
+      PhysRegsUsed[Reg] = 0;            // It is free and reserved now
+      AddToPhysRegsUseOrder(Reg); 
+      for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getSubRegisters(Reg);
+           *AliasSet; ++AliasSet) {
+        if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
+          AddToPhysRegsUseOrder(*AliasSet); 
+          PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
+          MF->setPhysRegUsed(*AliasSet);
+        }
+      }
+    }    
+  }
+  
+  // Otherwise, sequentially allocate each instruction in the MBB.
+  while (MII != MBB.end()) {
+    MachineInstr *MI = MII++;
+    const TargetInstrDescriptor &TID = TII.get(MI->getOpcode());
+    DEBUG(DOUT << "\nStarting RegAlloc of: " << *MI;
+          DOUT << "  Regs have values: ";
           for (unsigned i = 0; i != RegInfo->getNumRegs(); ++i)
-            if (PhysRegsUsed[i] != -1)
-               std::cerr << "[" << RegInfo->getName(i)
-                         << ",%reg" << PhysRegsUsed[i] << "] ";
-          std::cerr << "\n");
+            if (PhysRegsUsed[i] != -1 && PhysRegsUsed[i] != -2)
+               DOUT << "[" << RegInfo->getName(i)
+                    << ",%reg" << PhysRegsUsed[i] << "] ";
+          DOUT << "\n");
 
     // Loop over the implicit uses, making sure that they are at the head of the
     // use order list, so they don't get reallocated.
-    for (const unsigned *ImplicitUses = TID.ImplicitUses;
-         *ImplicitUses; ++ImplicitUses)
-      MarkPhysRegRecentlyUsed(*ImplicitUses);
+    if (TID.ImplicitUses) {
+      for (const unsigned *ImplicitUses = TID.ImplicitUses;
+           *ImplicitUses; ++ImplicitUses)
+        MarkPhysRegRecentlyUsed(*ImplicitUses);
+    }
+
+    SmallVector<unsigned, 8> Kills;
+    for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+      MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
+      if (MO.isRegister() && MO.isKill()) {
+        if (!MO.isImplicit())
+          Kills.push_back(MO.getReg());
+        else if (!isReadModWriteImplicitKill(MI, MO.getReg()))
+          // These are extra physical register kills when a sub-register
+          // is defined (def of a sub-register is a read/mod/write of the
+          // larger registers). Ignore.
+          Kills.push_back(MO.getReg());
+      }
+    }
 
     // Get the used operands into registers.  This has the potential to spill
     // incoming values if we are out of registers.  Note that we completely
@@ -513,131 +593,189 @@ void RA::AllocateBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB) {
     // physical register is referenced by the instruction, that it is guaranteed
     // to be live-in, or the input is badly hosed.
     //
-    for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i)
-      if (MI->getOperand(i).isUse() &&
-          !MI->getOperand(i).isDef() && MI->getOperand(i).isRegister() &&
-          MRegisterInfo::isVirtualRegister(MI->getOperand(i).getReg())) {
-        unsigned VirtSrcReg = MI->getOperand(i).getReg();
-        unsigned PhysSrcReg = reloadVirtReg(MBB, MI, VirtSrcReg);
-        MI->SetMachineOperandReg(i, PhysSrcReg);  // Assign the input register
-      }
+    for (unsigned i = 0; i != MI->getNumOperands(); ++i) {
+      MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
+      // here we are looking for only used operands (never def&use)
+      if (MO.isRegister() && !MO.isDef() && MO.getReg() && !MO.isImplicit() &&
+          MRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg()))
+        MI = reloadVirtReg(MBB, MI, i);
+    }
 
-    if (!DisableKill) {
-      // If this instruction is the last user of anything in registers, kill the
-      // value, freeing the register being used, so it doesn't need to be
-      // spilled to memory.
-      //
-      for (LiveVariables::killed_iterator KI = LV->killed_begin(MI),
-             KE = LV->killed_end(MI); KI != KE; ++KI) {
-        unsigned VirtReg = KI->second;
-        unsigned PhysReg = VirtReg;
-        if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg)) {
-          unsigned &PhysRegSlot = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg);
-          PhysReg = PhysRegSlot;
-          assert(PhysReg != 0);
-          PhysRegSlot = 0;
-        }
+    // If this instruction is the last user of this register, kill the
+    // value, freeing the register being used, so it doesn't need to be
+    // spilled to memory.
+    //
+    for (unsigned i = 0, e = Kills.size(); i != e; ++i) {
+      unsigned VirtReg = Kills[i];
+      unsigned PhysReg = VirtReg;
+      if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg)) {
+        // If the virtual register was never materialized into a register, it
+        // might not be in the map, but it won't hurt to zero it out anyway.
+        unsigned &PhysRegSlot = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg);
+        PhysReg = PhysRegSlot;
+        PhysRegSlot = 0;
+      } else if (PhysRegsUsed[PhysReg] == -2) {
+        // Unallocatable register dead, ignore.
+        continue;
+      } else {
+        assert((!PhysRegsUsed[PhysReg] || PhysRegsUsed[PhysReg] == -1) &&
+               "Silently clearing a virtual register?");
+      }
 
-        if (PhysReg) {
-          DEBUG(std::cerr << "  Last use of " << RegInfo->getName(PhysReg)
-                      << "[%reg" << VirtReg <<"], removing it from live set\n");
-          removePhysReg(PhysReg);
+      if (PhysReg) {
+        DOUT << "  Last use of " << RegInfo->getName(PhysReg)
+             << "[%reg" << VirtReg <<"], removing it from live set\n";
+        removePhysReg(PhysReg);
+        for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getSubRegisters(PhysReg);
+             *AliasSet; ++AliasSet) {
+          if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
+            DOUT  << "  Last use of "
+                  << RegInfo->getName(*AliasSet)
+                  << "[%reg" << VirtReg <<"], removing it from live set\n";
+            removePhysReg(*AliasSet);
+          }
         }
       }
     }
 
     // Loop over all of the operands of the instruction, spilling registers that
     // are defined, and marking explicit destinations in the PhysRegsUsed map.
-    for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i)
-      if (MI->getOperand(i).isDef() && MI->getOperand(i).isRegister() &&
-          MRegisterInfo::isPhysicalRegister(MI->getOperand(i).getReg())) {
-        unsigned Reg = MI->getOperand(i).getReg();
-        spillPhysReg(MBB, MI, Reg, true); // Spill any existing value in the reg
+    for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+      MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
+      if (MO.isRegister() && MO.isDef() && !MO.isImplicit() && MO.getReg() &&
+          MRegisterInfo::isPhysicalRegister(MO.getReg())) {
+        unsigned Reg = MO.getReg();
+        if (PhysRegsUsed[Reg] == -2) continue;  // Something like ESP.
+        // These are extra physical register defs when a sub-register
+        // is defined (def of a sub-register is a read/mod/write of the
+        // larger registers). Ignore.
+        if (isReadModWriteImplicitDef(MI, MO.getReg())) continue;
+
+        MF->setPhysRegUsed(Reg);
+        spillPhysReg(MBB, MI, Reg, true); // Spill any existing value in reg
         PhysRegsUsed[Reg] = 0;            // It is free and reserved now
-        PhysRegsUseOrder.push_back(Reg);
-        for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getAliasSet(Reg);
+        AddToPhysRegsUseOrder(Reg); 
+
+        for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getSubRegisters(Reg);
              *AliasSet; ++AliasSet) {
-          PhysRegsUseOrder.push_back(*AliasSet);
-          PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
+          if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
+            MF->setPhysRegUsed(*AliasSet);
+            PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
+            AddToPhysRegsUseOrder(*AliasSet); 
+          }
         }
       }
+    }
 
     // Loop over the implicit defs, spilling them as well.
-    for (const unsigned *ImplicitDefs = TID.ImplicitDefs;
-         *ImplicitDefs; ++ImplicitDefs) {
-      unsigned Reg = *ImplicitDefs;
-      spillPhysReg(MBB, MI, Reg);
-      PhysRegsUseOrder.push_back(Reg);
-      PhysRegsUsed[Reg] = 0;            // It is free and reserved now
-      for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getAliasSet(Reg);
-           *AliasSet; ++AliasSet) {
-        PhysRegsUseOrder.push_back(*AliasSet);
-        PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
+    if (TID.ImplicitDefs) {
+      for (const unsigned *ImplicitDefs = TID.ImplicitDefs;
+           *ImplicitDefs; ++ImplicitDefs) {
+        unsigned Reg = *ImplicitDefs;
+        if (PhysRegsUsed[Reg] != -2) {
+          spillPhysReg(MBB, MI, Reg, true);
+          AddToPhysRegsUseOrder(Reg); 
+          PhysRegsUsed[Reg] = 0;            // It is free and reserved now
+        }
+        MF->setPhysRegUsed(Reg);
+        for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getSubRegisters(Reg);
+             *AliasSet; ++AliasSet) {
+          if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
+            AddToPhysRegsUseOrder(*AliasSet); 
+            PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
+            MF->setPhysRegUsed(*AliasSet);
+          }
+        }
       }
     }
 
+    SmallVector<unsigned, 8> DeadDefs;
+    for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+      MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
+      if (MO.isRegister() && MO.isDead())
+        DeadDefs.push_back(MO.getReg());
+    }
+
     // Okay, we have allocated all of the source operands and spilled any values
     // that would be destroyed by defs of this instruction.  Loop over the
-    // implicit defs and assign them to a register, spilling incoming values if
+    // explicit defs and assign them to a register, spilling incoming values if
     // we need to scavenge a register.
     //
-    for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i)
-      if (MI->getOperand(i).isDef() && MI->getOperand(i).isRegister() &&
-          MRegisterInfo::isVirtualRegister(MI->getOperand(i).getReg())) {
-        unsigned DestVirtReg = MI->getOperand(i).getReg();
+    for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+      MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
+      if (MO.isRegister() && MO.isDef() && MO.getReg() &&
+          MRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg())) {
+        unsigned DestVirtReg = MO.getReg();
         unsigned DestPhysReg;
 
         // If DestVirtReg already has a value, use it.
         if (!(DestPhysReg = getVirt2PhysRegMapSlot(DestVirtReg)))
           DestPhysReg = getReg(MBB, MI, DestVirtReg);
+        MF->setPhysRegUsed(DestPhysReg);
         markVirtRegModified(DestVirtReg);
-        MI->SetMachineOperandReg(i, DestPhysReg);  // Assign the output register
+        MI->getOperand(i).setReg(DestPhysReg);  // Assign the output register
       }
+    }
 
-    if (!DisableKill) {
-      // If this instruction defines any registers that are immediately dead,
-      // kill them now.
-      //
-      for (LiveVariables::killed_iterator KI = LV->dead_begin(MI),
-             KE = LV->dead_end(MI); KI != KE; ++KI) {
-        unsigned VirtReg = KI->second;
-        unsigned PhysReg = VirtReg;
-        if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg)) {
-          unsigned &PhysRegSlot = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg);
-          PhysReg = PhysRegSlot;
-          assert(PhysReg != 0);
-          PhysRegSlot = 0;
-        }
+    // If this instruction defines any registers that are immediately dead,
+    // kill them now.
+    //
+    for (unsigned i = 0, e = DeadDefs.size(); i != e; ++i) {
+      unsigned VirtReg = DeadDefs[i];
+      unsigned PhysReg = VirtReg;
+      if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg)) {
+        unsigned &PhysRegSlot = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg);
+        PhysReg = PhysRegSlot;
+        assert(PhysReg != 0);
+        PhysRegSlot = 0;
+      } else if (PhysRegsUsed[PhysReg] == -2) {
+        // Unallocatable register dead, ignore.
+        continue;
+      }
 
-        if (PhysReg) {
-          DEBUG(std::cerr << "  Register " << RegInfo->getName(PhysReg)
-                          << " [%reg" << VirtReg
-                          << "] is never used, removing it frame live list\n");
-          removePhysReg(PhysReg);
+      if (PhysReg) {
+        DOUT  << "  Register " << RegInfo->getName(PhysReg)
+              << " [%reg" << VirtReg
+              << "] is never used, removing it frame live list\n";
+        removePhysReg(PhysReg);
+        for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getAliasSet(PhysReg);
+             *AliasSet; ++AliasSet) {
+          if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
+            DOUT  << "  Register " << RegInfo->getName(*AliasSet)
+                  << " [%reg" << *AliasSet
+                  << "] is never used, removing it frame live list\n";
+            removePhysReg(*AliasSet);
+          }
         }
       }
     }
+    
+    // Finally, if this is a noop copy instruction, zap it.
+    unsigned SrcReg, DstReg;
+    if (TII.isMoveInstr(*MI, SrcReg, DstReg) && SrcReg == DstReg) {
+      LV->removeVirtualRegistersKilled(MI);
+      LV->removeVirtualRegistersDead(MI);
+      MBB.erase(MI);
+    }
   }
 
-  // Rewind the iterator to point to the first flow control instruction...
-  const TargetInstrInfo &TII = TM->getInstrInfo();
-  MI = MBB.end();
-  while (MI != MBB.begin() && TII.isTerminatorInstr((--MI)->getOpcode()));
-  ++MI;
+  MachineBasicBlock::iterator MI = MBB.getFirstTerminator();
 
   // Spill all physical registers holding virtual registers now.
   for (unsigned i = 0, e = RegInfo->getNumRegs(); i != e; ++i)
-    if (PhysRegsUsed[i] != -1)
+    if (PhysRegsUsed[i] != -1 && PhysRegsUsed[i] != -2)
       if (unsigned VirtReg = PhysRegsUsed[i])
         spillVirtReg(MBB, MI, VirtReg, i);
       else
         removePhysReg(i);
 
-#ifndef NDEBUG
+#if 0
+  // This checking code is very expensive.
   bool AllOk = true;
-  for (unsigned i = 0, e = Virt2PhysRegMap.size(); i != e; ++i)
+  for (unsigned i = MRegisterInfo::FirstVirtualRegister,
+           e = MF->getSSARegMap()->getLastVirtReg(); i <= e; ++i)
     if (unsigned PR = Virt2PhysRegMap[i]) {
-      std::cerr << "Register still mapped: " << i << " -> " << PR << "\n";
+      cerr << "Register still mapped: " << i << " -> " << PR << "\n";
       AllOk = false;
     }
   assert(AllOk && "Virtual registers still in phys regs?");
@@ -652,20 +790,28 @@ void RA::AllocateBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB) {
 
 /// runOnMachineFunction - Register allocate the whole function
 ///
-bool RA::runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) {
-  DEBUG(std::cerr << "Machine Function " << "\n");
+bool RALocal::runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) {
+  DOUT << "Machine Function " << "\n";
   MF = &Fn;
   TM = &Fn.getTarget();
   RegInfo = TM->getRegisterInfo();
+  LV = &getAnalysis<LiveVariables>();
 
   PhysRegsUsed.assign(RegInfo->getNumRegs(), -1);
+  
+  // At various places we want to efficiently check to see whether a register
+  // is allocatable.  To handle this, we mark all unallocatable registers as
+  // being pinned down, permanently.
+  {
+    BitVector Allocable = RegInfo->getAllocatableSet(Fn);
+    for (unsigned i = 0, e = Allocable.size(); i != e; ++i)
+      if (!Allocable[i])
+        PhysRegsUsed[i] = -2;  // Mark the reg unallocable.
+  }
 
   // initialize the virtual->physical register map to have a 'null'
   // mapping for all virtual registers
-  Virt2PhysRegMap.assign(MF->getSSARegMap()->getNumVirtualRegs(), 0);
-
-  if (!DisableKill)
-    LV = &getAnalysis<LiveVariables>();
+  Virt2PhysRegMap.grow(MF->getSSARegMap()->getLastVirtReg());
 
   // Loop over all of the basic blocks, eliminating virtual register references
   for (MachineFunction::iterator MBB = Fn.begin(), MBBe = Fn.end();
@@ -680,5 +826,5 @@ bool RA::runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) {
 }
 
 FunctionPass *llvm::createLocalRegisterAllocator() {
-  return new RA();
+  return new RALocal();
 }