RegisterPressure: Simplify close{Top|Bottom}()
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / RegisterPressure.cpp
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 #include "llvm/CodeGen/RegisterClassInfo.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
-#include "llvm/Target/TargetMachine.h"
 
 using namespace llvm;
 
 /// Increase pressure for each pressure set provided by TargetRegisterInfo.
 static void increaseSetPressure(std::vector<unsigned> &CurrSetPressure,
-                                std::vector<unsigned> &MaxSetPressure,
-                                const int *PSet, unsigned Weight) {
-  for (; *PSet != -1; ++PSet) {
-    CurrSetPressure[*PSet] += Weight;
-    if (&CurrSetPressure != &MaxSetPressure
-        && CurrSetPressure[*PSet] > MaxSetPressure[*PSet]) {
-      MaxSetPressure[*PSet] = CurrSetPressure[*PSet];
-    }
-  }
+                                PSetIterator PSetI) {
+  unsigned Weight = PSetI.getWeight();
+  for (; PSetI.isValid(); ++PSetI)
+    CurrSetPressure[*PSetI] += Weight;
 }
 
 /// Decrease pressure for each pressure set provided by TargetRegisterInfo.
 static void decreaseSetPressure(std::vector<unsigned> &CurrSetPressure,
-                                const int *PSet, unsigned Weight) {
-  for (; *PSet != -1; ++PSet) {
-    assert(CurrSetPressure[*PSet] >= Weight && "register pressure underflow");
-    CurrSetPressure[*PSet] -= Weight;
+                                PSetIterator PSetI) {
+  unsigned Weight = PSetI.getWeight();
+  for (; PSetI.isValid(); ++PSetI) {
+    assert(CurrSetPressure[*PSetI] >= Weight && "register pressure underflow");
+    CurrSetPressure[*PSetI] -= Weight;
   }
 }
 
-/// Directly increase pressure only within this RegisterPressure result.
-void RegisterPressure::increase(unsigned Reg, const TargetRegisterInfo *TRI,
-                                const MachineRegisterInfo *MRI) {
-  if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg)) {
-    const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(Reg);
-    increaseSetPressure(MaxSetPressure, MaxSetPressure,
-                        TRI->getRegClassPressureSets(RC),
-                        TRI->getRegClassWeight(RC).RegWeight);
-  }
-  else {
-    increaseSetPressure(MaxSetPressure, MaxSetPressure,
-                        TRI->getRegUnitPressureSets(Reg),
-                        TRI->getRegUnitWeight(Reg));
-  }
-}
-
-/// Directly decrease pressure only within this RegisterPressure result.
-void RegisterPressure::decrease(unsigned Reg, const TargetRegisterInfo *TRI,
-                                const MachineRegisterInfo *MRI) {
-  if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg)) {
-    const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(Reg);
-    decreaseSetPressure(MaxSetPressure, TRI->getRegClassPressureSets(RC),
-                        TRI->getRegClassWeight(RC).RegWeight);
-  }
-  else {
-    decreaseSetPressure(MaxSetPressure, TRI->getRegUnitPressureSets(Reg),
-                        TRI->getRegUnitWeight(Reg));
-  }
-}
-
-#if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
-static void dumpSetPressure(const std::vector<unsigned> &SetPressure,
-                            const TargetRegisterInfo *TRI) {
+LLVM_DUMP_METHOD
+void llvm::dumpRegSetPressure(ArrayRef<unsigned> SetPressure,
+                              const TargetRegisterInfo *TRI) {
+  bool Empty = true;
   for (unsigned i = 0, e = SetPressure.size(); i < e; ++i) {
-    if (SetPressure[i] != 0)
+    if (SetPressure[i] != 0) {
       dbgs() << TRI->getRegPressureSetName(i) << "=" << SetPressure[i] << '\n';
+      Empty = false;
+    }
   }
+  if (Empty)
+    dbgs() << "\n";
 }
 
+LLVM_DUMP_METHOD
 void RegisterPressure::dump(const TargetRegisterInfo *TRI) const {
   dbgs() << "Max Pressure: ";
-  dumpSetPressure(MaxSetPressure, TRI);
+  dumpRegSetPressure(MaxSetPressure, TRI);
   dbgs() << "Live In: ";
   for (unsigned i = 0, e = LiveInRegs.size(); i < e; ++i)
-    dbgs() << PrintReg(LiveInRegs[i], TRI) << " ";
+    dbgs() << PrintVRegOrUnit(LiveInRegs[i], TRI) << " ";
   dbgs() << '\n';
   dbgs() << "Live Out: ";
   for (unsigned i = 0, e = LiveOutRegs.size(); i < e; ++i)
-    dbgs() << PrintReg(LiveOutRegs[i], TRI) << " ";
+    dbgs() << PrintVRegOrUnit(LiveOutRegs[i], TRI) << " ";
   dbgs() << '\n';
 }
 
-void RegPressureTracker::dump(const TargetRegisterInfo *TRI) const {
-  dbgs() << "Curr Pressure: ";
-  dumpSetPressure(CurrSetPressure, TRI);
+LLVM_DUMP_METHOD
+void RegPressureTracker::dump() const {
+  if (!isTopClosed() || !isBottomClosed()) {
+    dbgs() << "Curr Pressure: ";
+    dumpRegSetPressure(CurrSetPressure, TRI);
+  }
   P.dump(TRI);
 }
-#endif
+
+void PressureDiff::dump(const TargetRegisterInfo &TRI) const {
+  for (const PressureChange &Change : *this) {
+    if (!Change.isValid() || Change.getUnitInc() == 0)
+      continue;
+    dbgs() << "    " << TRI.getRegPressureSetName(Change.getPSet())
+           << " " << Change.getUnitInc();
+  }
+  dbgs() << '\n';
+}
 
 /// Increase the current pressure as impacted by these registers and bump
 /// the high water mark if needed.
-void RegPressureTracker::increaseRegPressure(ArrayRef<unsigned> Regs) {
-  for (unsigned I = 0, E = Regs.size(); I != E; ++I) {
-    if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Regs[I])) {
-      const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(Regs[I]);
-      increaseSetPressure(CurrSetPressure, P.MaxSetPressure,
-                          TRI->getRegClassPressureSets(RC),
-                          TRI->getRegClassWeight(RC).RegWeight);
-    }
-    else {
-      increaseSetPressure(CurrSetPressure, P.MaxSetPressure,
-                          TRI->getRegUnitPressureSets(Regs[I]),
-                          TRI->getRegUnitWeight(Regs[I]));
+void RegPressureTracker::increaseRegPressure(ArrayRef<unsigned> RegUnits) {
+  for (unsigned i = 0, e = RegUnits.size(); i != e; ++i) {
+    PSetIterator PSetI = MRI->getPressureSets(RegUnits[i]);
+    unsigned Weight = PSetI.getWeight();
+    for (; PSetI.isValid(); ++PSetI) {
+      CurrSetPressure[*PSetI] += Weight;
+      if (CurrSetPressure[*PSetI] > P.MaxSetPressure[*PSetI]) {
+        P.MaxSetPressure[*PSetI] = CurrSetPressure[*PSetI];
+      }
     }
   }
 }
 
 /// Simply decrease the current pressure as impacted by these registers.
-void RegPressureTracker::decreaseRegPressure(ArrayRef<unsigned> Regs) {
-  for (unsigned I = 0, E = Regs.size(); I != E; ++I) {
-    if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Regs[I])) {
-      const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(Regs[I]);
-      decreaseSetPressure(CurrSetPressure,
-                          TRI->getRegClassPressureSets(RC),
-                          TRI->getRegClassWeight(RC).RegWeight);
-    }
-    else {
-      decreaseSetPressure(CurrSetPressure, TRI->getRegUnitPressureSets(Regs[I]),
-                          TRI->getRegUnitWeight(Regs[I]));
-    }
-  }
+void RegPressureTracker::decreaseRegPressure(ArrayRef<unsigned> RegUnits) {
+  for (unsigned I = 0, E = RegUnits.size(); I != E; ++I)
+    decreaseSetPressure(CurrSetPressure, MRI->getPressureSets(RegUnits[I]));
 }
 
 /// Clear the result so it can be used for another round of pressure tracking.
@@ -187,12 +157,30 @@ void RegionPressure::openBottom(MachineBasicBlock::const_iterator PrevBottom) {
   LiveInRegs.clear();
 }
 
-const LiveInterval *RegPressureTracker::getInterval(unsigned Reg) const {
+const LiveRange *RegPressureTracker::getLiveRange(unsigned Reg) const {
   if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
     return &LIS->getInterval(Reg);
   return LIS->getCachedRegUnit(Reg);
 }
 
+void RegPressureTracker::reset() {
+  MBB = nullptr;
+  LIS = nullptr;
+
+  CurrSetPressure.clear();
+  LiveThruPressure.clear();
+  P.MaxSetPressure.clear();
+
+  if (RequireIntervals)
+    static_cast<IntervalPressure&>(P).reset();
+  else
+    static_cast<RegionPressure&>(P).reset();
+
+  LiveRegs.PhysRegs.clear();
+  LiveRegs.VirtRegs.clear();
+  UntiedDefs.clear();
+}
+
 /// Setup the RegPressureTracker.
 ///
 /// TODO: Add support for pressure without LiveIntervals.
@@ -200,13 +188,17 @@ void RegPressureTracker::init(const MachineFunction *mf,
                               const RegisterClassInfo *rci,
                               const LiveIntervals *lis,
                               const MachineBasicBlock *mbb,
-                              MachineBasicBlock::const_iterator pos)
+                              MachineBasicBlock::const_iterator pos,
+                              bool ShouldTrackUntiedDefs)
 {
+  reset();
+
   MF = mf;
-  TRI = MF->getTarget().getRegisterInfo();
+  TRI = MF->getSubtarget().getRegisterInfo();
   RCI = rci;
   MRI = &MF->getRegInfo();
   MBB = mbb;
+  TrackUntiedDefs = ShouldTrackUntiedDefs;
 
   if (RequireIntervals) {
     assert(lis && "IntervalPressure requires LiveIntervals");
@@ -216,16 +208,12 @@ void RegPressureTracker::init(const MachineFunction *mf,
   CurrPos = pos;
   CurrSetPressure.assign(TRI->getNumRegPressureSets(), 0);
 
-  if (RequireIntervals)
-    static_cast<IntervalPressure&>(P).reset();
-  else
-    static_cast<RegionPressure&>(P).reset();
   P.MaxSetPressure = CurrSetPressure;
 
-  LiveRegs.PhysRegs.clear();
   LiveRegs.PhysRegs.setUniverse(TRI->getNumRegs());
-  LiveRegs.VirtRegs.clear();
   LiveRegs.VirtRegs.setUniverse(MRI->getNumVirtRegs());
+  if (TrackUntiedDefs)
+    UntiedDefs.setUniverse(MRI->getNumVirtRegs());
 }
 
 /// Does this pressure result have a valid top position and live ins.
@@ -264,12 +252,7 @@ void RegPressureTracker::closeTop() {
   assert(P.LiveInRegs.empty() && "inconsistent max pressure result");
   P.LiveInRegs.reserve(LiveRegs.PhysRegs.size() + LiveRegs.VirtRegs.size());
   P.LiveInRegs.append(LiveRegs.PhysRegs.begin(), LiveRegs.PhysRegs.end());
-  for (SparseSet<unsigned>::const_iterator I =
-         LiveRegs.VirtRegs.begin(), E = LiveRegs.VirtRegs.end(); I != E; ++I)
-    P.LiveInRegs.push_back(*I);
-  std::sort(P.LiveInRegs.begin(), P.LiveInRegs.end());
-  P.LiveInRegs.erase(std::unique(P.LiveInRegs.begin(), P.LiveInRegs.end()),
-                     P.LiveInRegs.end());
+  P.LiveInRegs.append(LiveRegs.VirtRegs.begin(), LiveRegs.VirtRegs.end());
 }
 
 /// Set the boundary for the bottom of the region and summarize live outs.
@@ -282,12 +265,7 @@ void RegPressureTracker::closeBottom() {
   assert(P.LiveOutRegs.empty() && "inconsistent max pressure result");
   P.LiveOutRegs.reserve(LiveRegs.PhysRegs.size() + LiveRegs.VirtRegs.size());
   P.LiveOutRegs.append(LiveRegs.PhysRegs.begin(), LiveRegs.PhysRegs.end());
-  for (SparseSet<unsigned>::const_iterator I =
-         LiveRegs.VirtRegs.begin(), E = LiveRegs.VirtRegs.end(); I != E; ++I)
-    P.LiveOutRegs.push_back(*I);
-  std::sort(P.LiveOutRegs.begin(), P.LiveOutRegs.end());
-  P.LiveOutRegs.erase(std::unique(P.LiveOutRegs.begin(), P.LiveOutRegs.end()),
-                      P.LiveOutRegs.end());
+  P.LiveOutRegs.append(LiveRegs.VirtRegs.begin(), LiveRegs.VirtRegs.end());
 }
 
 /// Finalize the region boundaries and record live ins and live outs.
@@ -304,16 +282,37 @@ void RegPressureTracker::closeRegion() {
   // If both top and bottom are closed, do nothing.
 }
 
+/// The register tracker is unaware of global liveness so ignores normal
+/// live-thru ranges. However, two-address or coalesced chains can also lead
+/// to live ranges with no holes. Count these to inform heuristics that we
+/// can never drop below this pressure.
+void RegPressureTracker::initLiveThru(const RegPressureTracker &RPTracker) {
+  LiveThruPressure.assign(TRI->getNumRegPressureSets(), 0);
+  assert(isBottomClosed() && "need bottom-up tracking to intialize.");
+  for (unsigned i = 0, e = P.LiveOutRegs.size(); i < e; ++i) {
+    unsigned Reg = P.LiveOutRegs[i];
+    if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg)
+        && !RPTracker.hasUntiedDef(Reg)) {
+      increaseSetPressure(LiveThruPressure, MRI->getPressureSets(Reg));
+    }
+  }
+}
+
 /// \brief Convenient wrapper for checking membership in RegisterOperands.
-static bool containsReg(ArrayRef<unsigned> Regs, unsigned Reg) {
-  return std::find(Regs.begin(), Regs.end(), Reg) != Regs.end();
+/// (std::count() doesn't have an early exit).
+static bool containsReg(ArrayRef<unsigned> RegUnits, unsigned RegUnit) {
+  return std::find(RegUnits.begin(), RegUnits.end(), RegUnit) != RegUnits.end();
 }
 
+namespace {
 /// Collect this instruction's unique uses and defs into SmallVectors for
 /// processing defs and uses in order.
+///
+/// FIXME: always ignore tied opers
 class RegisterOperands {
   const TargetRegisterInfo *TRI;
   const MachineRegisterInfo *MRI;
+  bool IgnoreDead;
 
 public:
   SmallVector<unsigned, 8> Uses;
@@ -321,7 +320,8 @@ public:
   SmallVector<unsigned, 8> DeadDefs;
 
   RegisterOperands(const TargetRegisterInfo *tri,
-                   const MachineRegisterInfo *mri): TRI(tri), MRI(mri) {}
+                   const MachineRegisterInfo *mri, bool ID = false):
+    TRI(tri), MRI(mri), IgnoreDead(ID) {}
 
   /// Push this operand's register onto the correct vector.
   void collect(const MachineOperand &MO) {
@@ -330,44 +330,96 @@ public:
     if (MO.readsReg())
       pushRegUnits(MO.getReg(), Uses);
     if (MO.isDef()) {
-      if (MO.isDead())
-        pushRegUnits(MO.getReg(), DeadDefs);
+      if (MO.isDead()) {
+        if (!IgnoreDead)
+          pushRegUnits(MO.getReg(), DeadDefs);
+      }
       else
         pushRegUnits(MO.getReg(), Defs);
     }
   }
 
 protected:
-  void pushRegUnits(unsigned Reg, SmallVectorImpl<unsigned> &Regs) {
+  void pushRegUnits(unsigned Reg, SmallVectorImpl<unsigned> &RegUnits) {
     if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg)) {
-      if (containsReg(Regs, Reg))
+      if (containsReg(RegUnits, Reg))
         return;
-      Regs.push_back(Reg);
+      RegUnits.push_back(Reg);
     }
     else if (MRI->isAllocatable(Reg)) {
       for (MCRegUnitIterator Units(Reg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
-        if (containsReg(Regs, *Units))
+        if (containsReg(RegUnits, *Units))
           continue;
-        Regs.push_back(*Units);
+        RegUnits.push_back(*Units);
       }
     }
   }
 };
+} // namespace
 
 /// Collect physical and virtual register operands.
 static void collectOperands(const MachineInstr *MI,
                             RegisterOperands &RegOpers) {
-  for(ConstMIBundleOperands OperI(MI); OperI.isValid(); ++OperI)
+  for (ConstMIBundleOperands OperI(MI); OperI.isValid(); ++OperI)
     RegOpers.collect(*OperI);
 
   // Remove redundant physreg dead defs.
-  for (unsigned i = RegOpers.DeadDefs.size(); i > 0; --i) {
-    unsigned Reg = RegOpers.DeadDefs[i-1];
-    if (containsReg(RegOpers.Defs, Reg))
-      RegOpers.DeadDefs.erase(&RegOpers.DeadDefs[i-1]);
+  SmallVectorImpl<unsigned>::iterator I =
+    std::remove_if(RegOpers.DeadDefs.begin(), RegOpers.DeadDefs.end(),
+                   std::bind1st(std::ptr_fun(containsReg), RegOpers.Defs));
+  RegOpers.DeadDefs.erase(I, RegOpers.DeadDefs.end());
+}
+
+/// Initialize an array of N PressureDiffs.
+void PressureDiffs::init(unsigned N) {
+  Size = N;
+  if (N <= Max) {
+    memset(PDiffArray, 0, N * sizeof(PressureDiff));
+    return;
+  }
+  Max = Size;
+  free(PDiffArray);
+  PDiffArray = reinterpret_cast<PressureDiff*>(calloc(N, sizeof(PressureDiff)));
+}
+
+/// Add a change in pressure to the pressure diff of a given instruction.
+void PressureDiff::addPressureChange(unsigned RegUnit, bool IsDec,
+                                     const MachineRegisterInfo *MRI) {
+  PSetIterator PSetI = MRI->getPressureSets(RegUnit);
+  int Weight = IsDec ? -PSetI.getWeight() : PSetI.getWeight();
+  for (; PSetI.isValid(); ++PSetI) {
+    // Find an existing entry in the pressure diff for this PSet.
+    PressureDiff::iterator I = begin(), E = end();
+    for (; I != E && I->isValid(); ++I) {
+      if (I->getPSet() >= *PSetI)
+        break;
+    }
+    // If all pressure sets are more constrained, skip the remaining PSets.
+    if (I == E)
+      break;
+    // Insert this PressureChange.
+    if (!I->isValid() || I->getPSet() != *PSetI) {
+      PressureChange PTmp = PressureChange(*PSetI);
+      for (PressureDiff::iterator J = I; J != E && PTmp.isValid(); ++J)
+        std::swap(*J,PTmp);
+    }
+    // Update the units for this pressure set.
+    I->setUnitInc(I->getUnitInc() + Weight);
   }
 }
 
+/// Record the pressure difference induced by the given operand list.
+static void collectPDiff(PressureDiff &PDiff, RegisterOperands &RegOpers,
+                         const MachineRegisterInfo *MRI) {
+  assert(!PDiff.begin()->isValid() && "stale PDiff");
+
+  for (unsigned i = 0, e = RegOpers.Defs.size(); i != e; ++i)
+    PDiff.addPressureChange(RegOpers.Defs[i], true, MRI);
+
+  for (unsigned i = 0, e = RegOpers.Uses.size(); i != e; ++i)
+    PDiff.addPressureChange(RegOpers.Uses[i], false, MRI);
+}
+
 /// Force liveness of registers.
 void RegPressureTracker::addLiveRegs(ArrayRef<unsigned> Regs) {
   for (unsigned i = 0, e = Regs.size(); i != e; ++i) {
@@ -384,7 +436,7 @@ void RegPressureTracker::discoverLiveIn(unsigned Reg) {
 
   // At live in discovery, unconditionally increase the high water mark.
   P.LiveInRegs.push_back(Reg);
-  P.increase(Reg, TRI, MRI);
+  increaseSetPressure(P.MaxSetPressure, MRI->getPressureSets(Reg));
 }
 
 /// Add Reg to the live out set and increase max pressure.
@@ -395,11 +447,16 @@ void RegPressureTracker::discoverLiveOut(unsigned Reg) {
 
   // At live out discovery, unconditionally increase the high water mark.
   P.LiveOutRegs.push_back(Reg);
-  P.increase(Reg, TRI, MRI);
+  increaseSetPressure(P.MaxSetPressure, MRI->getPressureSets(Reg));
 }
 
-/// Recede across the previous instruction.
-bool RegPressureTracker::recede() {
+/// Recede across the previous instruction. If LiveUses is provided, record any
+/// RegUnits that are made live by the current instruction's uses. This includes
+/// registers that are both defined and used by the instruction.  If a pressure
+/// difference pointer is provided record the changes is pressure caused by this
+/// instruction independent of liveness.
+bool RegPressureTracker::recede(SmallVectorImpl<unsigned> *LiveUses,
+                                PressureDiff *PDiff) {
   // Check for the top of the analyzable region.
   if (CurrPos == MBB->begin()) {
     closeRegion();
@@ -432,6 +489,9 @@ bool RegPressureTracker::recede() {
   RegisterOperands RegOpers(TRI, MRI);
   collectOperands(CurrPos, RegOpers);
 
+  if (PDiff)
+    collectPDiff(*PDiff, RegOpers, MRI);
+
   // Boost pressure for all dead defs together.
   increaseRegPressure(RegOpers.DeadDefs);
   decreaseRegPressure(RegOpers.DeadDefs);
@@ -440,10 +500,26 @@ bool RegPressureTracker::recede() {
   // TODO: consider earlyclobbers?
   for (unsigned i = 0, e = RegOpers.Defs.size(); i < e; ++i) {
     unsigned Reg = RegOpers.Defs[i];
-    if (LiveRegs.erase(Reg))
-      decreaseRegPressure(Reg);
-    else
-      discoverLiveOut(Reg);
+    bool DeadDef = false;
+    if (RequireIntervals) {
+      const LiveRange *LR = getLiveRange(Reg);
+      if (LR) {
+        LiveQueryResult LRQ = LR->Query(SlotIdx);
+        DeadDef = LRQ.isDeadDef();
+      }
+    }
+    if (DeadDef) {
+      // LiveIntervals knows this is a dead even though it's MachineOperand is
+      // not flagged as such. Since this register will not be recorded as
+      // live-out, increase its PDiff value to avoid underflowing pressure.
+      if (PDiff)
+        PDiff->addPressureChange(Reg, false, MRI);
+    } else {
+      if (LiveRegs.erase(Reg))
+        decreaseRegPressure(Reg);
+      else
+        discoverLiveOut(Reg);
+    }
   }
 
   // Generate liveness for uses.
@@ -452,12 +528,24 @@ bool RegPressureTracker::recede() {
     if (!LiveRegs.contains(Reg)) {
       // Adjust liveouts if LiveIntervals are available.
       if (RequireIntervals) {
-        const LiveInterval *LI = getInterval(Reg);
-        if (LI && !LI->killedAt(SlotIdx))
-          discoverLiveOut(Reg);
+        const LiveRange *LR = getLiveRange(Reg);
+        if (LR) {
+          LiveQueryResult LRQ = LR->Query(SlotIdx);
+          if (!LRQ.isKill() && !LRQ.valueDefined())
+            discoverLiveOut(Reg);
+        }
       }
       increaseRegPressure(Reg);
       LiveRegs.insert(Reg);
+      if (LiveUses && !containsReg(*LiveUses, Reg))
+        LiveUses->push_back(Reg);
+    }
+  }
+  if (TrackUntiedDefs) {
+    for (unsigned i = 0, e = RegOpers.Defs.size(); i < e; ++i) {
+      unsigned Reg = RegOpers.Defs[i];
+      if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) && !LiveRegs.contains(Reg))
+        UntiedDefs.insert(Reg);
     }
   }
   return true;
@@ -465,6 +553,8 @@ bool RegPressureTracker::recede() {
 
 /// Advance across the current instruction.
 bool RegPressureTracker::advance() {
+  assert(!TrackUntiedDefs && "unsupported mode");
+
   // Check for the bottom of the analyzable region.
   if (CurrPos == MBB->end()) {
     closeRegion();
@@ -497,8 +587,8 @@ bool RegPressureTracker::advance() {
     // Kill liveness at last uses.
     bool lastUse = false;
     if (RequireIntervals) {
-      const LiveInterval *LI = getInterval(Reg);
-      lastUse = LI && LI->killedAt(SlotIdx);
+      const LiveRange *LR = getLiveRange(Reg);
+      lastUse = LR && LR->Query(SlotIdx).isKill();
     }
     else {
       // Allocatable physregs are always single-use before register rewriting.
@@ -534,9 +624,9 @@ bool RegPressureTracker::advance() {
 static void computeExcessPressureDelta(ArrayRef<unsigned> OldPressureVec,
                                        ArrayRef<unsigned> NewPressureVec,
                                        RegPressureDelta &Delta,
-                                       const TargetRegisterInfo *TRI) {
-  int ExcessUnits = 0;
-  unsigned PSetID = ~0U;
+                                       const RegisterClassInfo *RCI,
+                                       ArrayRef<unsigned> LiveThruPressureVec) {
+  Delta.Excess = PressureChange();
   for (unsigned i = 0, e = OldPressureVec.size(); i < e; ++i) {
     unsigned POld = OldPressureVec[i];
     unsigned PNew = NewPressureVec[i];
@@ -544,7 +634,10 @@ static void computeExcessPressureDelta(ArrayRef<unsigned> OldPressureVec,
     if (!PDiff) // No change in this set in the common case.
       continue;
     // Only consider change beyond the limit.
-    unsigned Limit = TRI->getRegPressureSetLimit(i);
+    unsigned Limit = RCI->getRegPressureSetLimit(i);
+    if (!LiveThruPressureVec.empty())
+      Limit += LiveThruPressureVec[i];
+
     if (Limit > POld) {
       if (Limit > PNew)
         PDiff = 0;            // Under the limit
@@ -554,13 +647,12 @@ static void computeExcessPressureDelta(ArrayRef<unsigned> OldPressureVec,
     else if (Limit > PNew)
       PDiff = Limit - POld;   // Just obeyed limit.
 
-    if (std::abs(PDiff) > std::abs(ExcessUnits)) {
-      ExcessUnits = PDiff;
-      PSetID = i;
+    if (PDiff) {
+      Delta.Excess = PressureChange(i);
+      Delta.Excess.setUnitInc(PDiff);
+      break;
     }
   }
-  Delta.Excess.PSetID = PSetID;
-  Delta.Excess.UnitIncrease = ExcessUnits;
 }
 
 /// Find the max change in max pressure that either surpasses a critical PSet
@@ -571,11 +663,11 @@ static void computeExcessPressureDelta(ArrayRef<unsigned> OldPressureVec,
 /// RegPressureTracker API change to work with pressure differences.
 static void computeMaxPressureDelta(ArrayRef<unsigned> OldMaxPressureVec,
                                     ArrayRef<unsigned> NewMaxPressureVec,
-                                    ArrayRef<PressureElement> CriticalPSets,
+                                    ArrayRef<PressureChange> CriticalPSets,
                                     ArrayRef<unsigned> MaxPressureLimit,
                                     RegPressureDelta &Delta) {
-  Delta.CriticalMax = PressureElement();
-  Delta.CurrentMax = PressureElement();
+  Delta.CriticalMax = PressureChange();
+  Delta.CurrentMax = PressureChange();
 
   unsigned CritIdx = 0, CritEnd = CriticalPSets.size();
   for (unsigned i = 0, e = OldMaxPressureVec.size(); i < e; ++i) {
@@ -584,23 +676,25 @@ static void computeMaxPressureDelta(ArrayRef<unsigned> OldMaxPressureVec,
     if (PNew == POld) // No change in this set in the common case.
       continue;
 
-    while (CritIdx != CritEnd && CriticalPSets[CritIdx].PSetID < i)
-      ++CritIdx;
+    if (!Delta.CriticalMax.isValid()) {
+      while (CritIdx != CritEnd && CriticalPSets[CritIdx].getPSet() < i)
+        ++CritIdx;
 
-    if (CritIdx != CritEnd && CriticalPSets[CritIdx].PSetID == i) {
-      int PDiff = (int)PNew - (int)CriticalPSets[CritIdx].UnitIncrease;
-      if (PDiff > Delta.CriticalMax.UnitIncrease) {
-        Delta.CriticalMax.PSetID = i;
-        Delta.CriticalMax.UnitIncrease = PDiff;
+      if (CritIdx != CritEnd && CriticalPSets[CritIdx].getPSet() == i) {
+        int PDiff = (int)PNew - (int)CriticalPSets[CritIdx].getUnitInc();
+        if (PDiff > 0) {
+          Delta.CriticalMax = PressureChange(i);
+          Delta.CriticalMax.setUnitInc(PDiff);
+        }
       }
     }
-
-    // Find the greatest increase above MaxPressureLimit.
+    // Find the first increase above MaxPressureLimit.
     // (Ignores negative MDiff).
-    int MDiff = (int)PNew - (int)MaxPressureLimit[i];
-    if (MDiff > Delta.CurrentMax.UnitIncrease) {
-      Delta.CurrentMax.PSetID = i;
-      Delta.CurrentMax.UnitIncrease = PNew;
+    if (!Delta.CurrentMax.isValid() && PNew > MaxPressureLimit[i]) {
+      Delta.CurrentMax = PressureChange(i);
+      Delta.CurrentMax.setUnitInc(PNew - POld);
+      if (CritIdx == CritEnd || Delta.CriticalMax.isValid())
+        break;
     }
   }
 }
@@ -615,7 +709,7 @@ void RegPressureTracker::bumpUpwardPressure(const MachineInstr *MI) {
   assert(!MI->isDebugValue() && "Expect a nondebug instruction.");
 
   // Account for register pressure similar to RegPressureTracker::recede().
-  RegisterOperands RegOpers(TRI, MRI);
+  RegisterOperands RegOpers(TRI, MRI, /*IgnoreDead=*/true);
   collectOperands(MI, RegOpers);
 
   // Boost max pressure for all dead defs together.
@@ -626,8 +720,19 @@ void RegPressureTracker::bumpUpwardPressure(const MachineInstr *MI) {
   // Kill liveness at live defs.
   for (unsigned i = 0, e = RegOpers.Defs.size(); i < e; ++i) {
     unsigned Reg = RegOpers.Defs[i];
-    if (!containsReg(RegOpers.Uses, Reg))
-      decreaseRegPressure(Reg);
+    bool DeadDef = false;
+    if (RequireIntervals) {
+      const LiveRange *LR = getLiveRange(Reg);
+      if (LR) {
+        SlotIndex SlotIdx = LIS->getInstructionIndex(MI);
+        LiveQueryResult LRQ = LR->Query(SlotIdx);
+        DeadDef = LRQ.isDeadDef();
+      }
+    }
+    if (!DeadDef) {
+      if (!containsReg(RegOpers.Uses, Reg))
+        decreaseRegPressure(Reg);
+    }
   }
   // Generate liveness for uses.
   for (unsigned i = 0, e = RegOpers.Uses.size(); i < e; ++i) {
@@ -645,12 +750,15 @@ void RegPressureTracker::bumpUpwardPressure(const MachineInstr *MI) {
 ///
 /// This assumes that the current LiveOut set is sufficient.
 ///
-/// FIXME: This is expensive for an on-the-fly query. We need to cache the
-/// result per-SUnit with enough information to adjust for the current
-/// scheduling position. But this works as a proof of concept.
+/// This is expensive for an on-the-fly query because it calls
+/// bumpUpwardPressure to recompute the pressure sets based on current
+/// liveness. This mainly exists to verify correctness, e.g. with
+/// -verify-misched. getUpwardPressureDelta is the fast version of this query
+/// that uses the per-SUnit cache of the PressureDiff.
 void RegPressureTracker::
-getMaxUpwardPressureDelta(const MachineInstr *MI, RegPressureDelta &Delta,
-                          ArrayRef<PressureElement> CriticalPSets,
+getMaxUpwardPressureDelta(const MachineInstr *MI, PressureDiff *PDiff,
+                          RegPressureDelta &Delta,
+                          ArrayRef<PressureChange> CriticalPSets,
                           ArrayRef<unsigned> MaxPressureLimit) {
   // Snapshot Pressure.
   // FIXME: The snapshot heap space should persist. But I'm planning to
@@ -660,15 +768,117 @@ getMaxUpwardPressureDelta(const MachineInstr *MI, RegPressureDelta &Delta,
 
   bumpUpwardPressure(MI);
 
-  computeExcessPressureDelta(SavedPressure, CurrSetPressure, Delta, TRI);
+  computeExcessPressureDelta(SavedPressure, CurrSetPressure, Delta, RCI,
+                             LiveThruPressure);
   computeMaxPressureDelta(SavedMaxPressure, P.MaxSetPressure, CriticalPSets,
                           MaxPressureLimit, Delta);
-  assert(Delta.CriticalMax.UnitIncrease >= 0 &&
-         Delta.CurrentMax.UnitIncrease >= 0 && "cannot decrease max pressure");
+  assert(Delta.CriticalMax.getUnitInc() >= 0 &&
+         Delta.CurrentMax.getUnitInc() >= 0 && "cannot decrease max pressure");
 
   // Restore the tracker's state.
   P.MaxSetPressure.swap(SavedMaxPressure);
   CurrSetPressure.swap(SavedPressure);
+
+#ifndef NDEBUG
+  if (!PDiff)
+    return;
+
+  // Check if the alternate algorithm yields the same result.
+  RegPressureDelta Delta2;
+  getUpwardPressureDelta(MI, *PDiff, Delta2, CriticalPSets, MaxPressureLimit);
+  if (Delta != Delta2) {
+    dbgs() << "PDiff: ";
+    PDiff->dump(*TRI);
+    dbgs() << "DELTA: " << *MI;
+    if (Delta.Excess.isValid())
+      dbgs() << "Excess1 " << TRI->getRegPressureSetName(Delta.Excess.getPSet())
+             << " " << Delta.Excess.getUnitInc() << "\n";
+    if (Delta.CriticalMax.isValid())
+      dbgs() << "Critic1 " << TRI->getRegPressureSetName(Delta.CriticalMax.getPSet())
+             << " " << Delta.CriticalMax.getUnitInc() << "\n";
+    if (Delta.CurrentMax.isValid())
+      dbgs() << "CurrMx1 " << TRI->getRegPressureSetName(Delta.CurrentMax.getPSet())
+             << " " << Delta.CurrentMax.getUnitInc() << "\n";
+    if (Delta2.Excess.isValid())
+      dbgs() << "Excess2 " << TRI->getRegPressureSetName(Delta2.Excess.getPSet())
+             << " " << Delta2.Excess.getUnitInc() << "\n";
+    if (Delta2.CriticalMax.isValid())
+      dbgs() << "Critic2 " << TRI->getRegPressureSetName(Delta2.CriticalMax.getPSet())
+             << " " << Delta2.CriticalMax.getUnitInc() << "\n";
+    if (Delta2.CurrentMax.isValid())
+      dbgs() << "CurrMx2 " << TRI->getRegPressureSetName(Delta2.CurrentMax.getPSet())
+             << " " << Delta2.CurrentMax.getUnitInc() << "\n";
+    llvm_unreachable("RegP Delta Mismatch");
+  }
+#endif
+}
+
+/// This is the fast version of querying register pressure that does not
+/// directly depend on current liveness.
+///
+/// @param Delta captures information needed for heuristics.
+///
+/// @param CriticalPSets Are the pressure sets that are known to exceed some
+/// limit within the region, not necessarily at the current position.
+///
+/// @param MaxPressureLimit Is the max pressure within the region, not
+/// necessarily at the current position.
+void RegPressureTracker::
+getUpwardPressureDelta(const MachineInstr *MI, /*const*/ PressureDiff &PDiff,
+                       RegPressureDelta &Delta,
+                       ArrayRef<PressureChange> CriticalPSets,
+                       ArrayRef<unsigned> MaxPressureLimit) const {
+  unsigned CritIdx = 0, CritEnd = CriticalPSets.size();
+  for (PressureDiff::const_iterator
+         PDiffI = PDiff.begin(), PDiffE = PDiff.end();
+       PDiffI != PDiffE && PDiffI->isValid(); ++PDiffI) {
+
+    unsigned PSetID = PDiffI->getPSet();
+    unsigned Limit = RCI->getRegPressureSetLimit(PSetID);
+    if (!LiveThruPressure.empty())
+      Limit += LiveThruPressure[PSetID];
+
+    unsigned POld = CurrSetPressure[PSetID];
+    unsigned MOld = P.MaxSetPressure[PSetID];
+    unsigned MNew = MOld;
+    // Ignore DeadDefs here because they aren't captured by PressureChange.
+    unsigned PNew = POld + PDiffI->getUnitInc();
+    assert((PDiffI->getUnitInc() >= 0) == (PNew >= POld) && "PSet overflow");
+    if (PNew > MOld)
+      MNew = PNew;
+    // Check if current pressure has exceeded the limit.
+    if (!Delta.Excess.isValid()) {
+      unsigned ExcessInc = 0;
+      if (PNew > Limit)
+        ExcessInc = POld > Limit ? PNew - POld : PNew - Limit;
+      else if (POld > Limit)
+        ExcessInc = Limit - POld;
+      if (ExcessInc) {
+        Delta.Excess = PressureChange(PSetID);
+        Delta.Excess.setUnitInc(ExcessInc);
+      }
+    }
+    // Check if max pressure has exceeded a critical pressure set max.
+    if (MNew == MOld)
+      continue;
+    if (!Delta.CriticalMax.isValid()) {
+      while (CritIdx != CritEnd && CriticalPSets[CritIdx].getPSet() < PSetID)
+        ++CritIdx;
+
+      if (CritIdx != CritEnd && CriticalPSets[CritIdx].getPSet() == PSetID) {
+        int CritInc = (int)MNew - (int)CriticalPSets[CritIdx].getUnitInc();
+        if (CritInc > 0 && CritInc <= INT16_MAX) {
+          Delta.CriticalMax = PressureChange(PSetID);
+          Delta.CriticalMax.setUnitInc(CritInc);
+        }
+      }
+    }
+    // Check if max pressure has exceeded the current max.
+    if (!Delta.CurrentMax.isValid() && MNew > MaxPressureLimit[PSetID]) {
+      Delta.CurrentMax = PressureChange(PSetID);
+      Delta.CurrentMax.setUnitInc(MNew - MOld);
+    }
+  }
 }
 
 /// Helper to find a vreg use between two indices [PriorUseIdx, NextUseIdx).
@@ -676,10 +886,12 @@ static bool findUseBetween(unsigned Reg,
                            SlotIndex PriorUseIdx, SlotIndex NextUseIdx,
                            const MachineRegisterInfo *MRI,
                            const LiveIntervals *LIS) {
-  for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator
-         UI = MRI->use_nodbg_begin(Reg), UE = MRI->use_nodbg_end();
-         UI != UE; UI.skipInstruction()) {
+  for (MachineRegisterInfo::use_instr_nodbg_iterator
+       UI = MRI->use_instr_nodbg_begin(Reg),
+       UE = MRI->use_instr_nodbg_end(); UI != UE; ++UI) {
       const MachineInstr* MI = &*UI;
+      if (MI->isDebugValue())
+        continue;
       SlotIndex InstSlot = LIS->getInstructionIndex(MI).getRegSlot();
       if (InstSlot >= PriorUseIdx && InstSlot < NextUseIdx)
         return true;
@@ -712,10 +924,12 @@ void RegPressureTracker::bumpDownwardPressure(const MachineInstr *MI) {
       // FIXME: allow the caller to pass in the list of vreg uses that remain
       // to be bottom-scheduled to avoid searching uses at each query.
       SlotIndex CurrIdx = getCurrSlot();
-      const LiveInterval *LI = getInterval(Reg);
-      if (LI && LI->killedAt(SlotIdx)
-          && !findUseBetween(Reg, CurrIdx, SlotIdx, MRI, LIS)) {
-        decreaseRegPressure(Reg);
+      const LiveRange *LR = getLiveRange(Reg);
+      if (LR) {
+        LiveQueryResult LRQ = LR->Query(SlotIdx);
+        if (LRQ.isKill() && !findUseBetween(Reg, CurrIdx, SlotIdx, MRI, LIS)) {
+          decreaseRegPressure(Reg);
+        }
       }
     }
     else if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg)) {
@@ -738,9 +952,14 @@ void RegPressureTracker::bumpDownwardPressure(const MachineInstr *MI) {
 /// register units of that pressure set introduced by this instruction.
 ///
 /// This assumes that the current LiveIn set is sufficient.
+///
+/// This is expensive for an on-the-fly query because it calls
+/// bumpDownwardPressure to recompute the pressure sets based on current
+/// liveness. We don't yet have a fast version of downward pressure tracking
+/// analogous to getUpwardPressureDelta.
 void RegPressureTracker::
 getMaxDownwardPressureDelta(const MachineInstr *MI, RegPressureDelta &Delta,
-                            ArrayRef<PressureElement> CriticalPSets,
+                            ArrayRef<PressureChange> CriticalPSets,
                             ArrayRef<unsigned> MaxPressureLimit) {
   // Snapshot Pressure.
   std::vector<unsigned> SavedPressure = CurrSetPressure;
@@ -748,11 +967,12 @@ getMaxDownwardPressureDelta(const MachineInstr *MI, RegPressureDelta &Delta,
 
   bumpDownwardPressure(MI);
 
-  computeExcessPressureDelta(SavedPressure, CurrSetPressure, Delta, TRI);
+  computeExcessPressureDelta(SavedPressure, CurrSetPressure, Delta, RCI,
+                             LiveThruPressure);
   computeMaxPressureDelta(SavedMaxPressure, P.MaxSetPressure, CriticalPSets,
                           MaxPressureLimit, Delta);
-  assert(Delta.CriticalMax.UnitIncrease >= 0 &&
-         Delta.CurrentMax.UnitIncrease >= 0 && "cannot decrease max pressure");
+  assert(Delta.CriticalMax.getUnitInc() >= 0 &&
+         Delta.CurrentMax.getUnitInc() >= 0 && "cannot decrease max pressure");
 
   // Restore the tracker's state.
   P.MaxSetPressure.swap(SavedMaxPressure);