include/llvm/CodeGen/LiveInterval.h

   1 //===-- llvm/CodeGen/LiveInterval.h - Interval representation ---*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file implements the LiveRange and LiveInterval classes.  Given some
  11 // numbering of each the machine instructions an interval [i, j) is said to be a
  12 // live interval for register v if there is no instruction with number j' > j
  13 // such that v is live at j' and there is no instruction with number i' < i such
  14 // that v is live at i'. In this implementation intervals can have holes,
  15 // i.e. an interval might look like [1,20), [50,65), [1000,1001).  Each
  16 // individual range is represented as an instance of LiveRange, and the whole
  17 // interval is represented as an instance of LiveInterval.
  18 //
  19 //===----------------------------------------------------------------------===//
  20
  21 #ifndef LLVM_CODEGEN_LIVEINTERVAL_H
  22 #define LLVM_CODEGEN_LIVEINTERVAL_H
  23
  24 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  25 #include "llvm/Support/Allocator.h"
  26 #include <iosfwd>
  27 #include <cassert>
  28
  29 namespace llvm {
  30   class MachineInstr;
  31   class TargetRegisterInfo;
  32   struct LiveInterval;
  33
  34   /// VNInfo - If the value number definition is undefined (e.g. phi
  35   /// merge point), it contains ~0u,x. If the value number is not in use, it
  36   /// contains ~1u,x to indicate that the value # is not used.
  37   ///   def   - Instruction # of the definition.
  38   ///         - or reg # of the definition if it's a stack slot liveinterval.
  39   ///   copy  - Copy iff val# is defined by a copy; zero otherwise.
  40   ///   hasPHIKill - One or more of the kills are PHI nodes.
  41   ///   kills - Instruction # of the kills.
  42   struct VNInfo {
  43     unsigned id;
  44     unsigned def;
  45     MachineInstr *copy;
  46     bool hasPHIKill;
  47     SmallVector<unsigned, 4> kills;
  48     VNInfo() : id(~1U), def(~1U), copy(0), hasPHIKill(false) {}
  49     VNInfo(unsigned i, unsigned d, MachineInstr *c)
  50       : id(i), def(d), copy(c), hasPHIKill(false) {}
  51   };
  52
  53   /// LiveRange structure - This represents a simple register range in the
  54   /// program, with an inclusive start point and an exclusive end point.
  55   /// These ranges are rendered as [start,end).
  56   struct LiveRange {
  57     unsigned start;  // Start point of the interval (inclusive)
  58     unsigned end;    // End point of the interval (exclusive)
  59     VNInfo *valno;   // identifier for the value contained in this interval.
  60
  61     LiveRange(unsigned S, unsigned E, VNInfo *V) : start(S), end(E), valno(V) {
  62       assert(S < E && "Cannot create empty or backwards range");
  63     }
  64
  65     /// contains - Return true if the index is covered by this range.
  66     ///
  67     bool contains(unsigned I) const {
  68       return start <= I && I < end;
  69     }
  70
  71     bool operator<(const LiveRange &LR) const {
  72       return start < LR.start || (start == LR.start && end < LR.end);
  73     }
  74     bool operator==(const LiveRange &LR) const {
  75       return start == LR.start && end == LR.end;
  76     }
  77
  78     void dump() const;
  79     void print(std::ostream &os) const;
  80     void print(std::ostream *os) const { if (os) print(*os); }
  81
  82   private:
  83     LiveRange(); // DO NOT IMPLEMENT
  84   };
  85
  86   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const LiveRange &LR);
  87
  88
  89   inline bool operator<(unsigned V, const LiveRange &LR) {
  90     return V < LR.start;
  91   }
  92
  93   inline bool operator<(const LiveRange &LR, unsigned V) {
  94     return LR.start < V;
  95   }
  96
  97   /// LiveInterval - This class represents some number of live ranges for a
  98   /// register or value.  This class also contains a bit of register allocator
  99   /// state.
 100   struct LiveInterval {
 101     typedef SmallVector<LiveRange,4> Ranges;
 102     typedef SmallVector<VNInfo*,4> VNInfoList;
 103
 104     unsigned reg;        // the register or stack slot of this interval
 105                          // if the top bits is set, it represents a stack slot.
 106     unsigned preference; // preferred register to allocate for this interval
 107     float weight;        // weight of this interval
 108     Ranges ranges;       // the ranges in which this register is live
 109     VNInfoList valnos;   // value#'s
 110
 111   public:
 112     LiveInterval(unsigned Reg, float Weight, bool IsSS = false)
 113       : reg(Reg), preference(0), weight(Weight) {
 114       if (IsSS)
 115         reg = reg | (1U << (sizeof(unsigned)*8-1));
 116     }
 117
 118     typedef Ranges::iterator iterator;
 119     iterator begin() { return ranges.begin(); }
 120     iterator end()   { return ranges.end(); }
 121
 122     typedef Ranges::const_iterator const_iterator;
 123     const_iterator begin() const { return ranges.begin(); }
 124     const_iterator end() const  { return ranges.end(); }
 125
 126     typedef VNInfoList::iterator vni_iterator;
 127     vni_iterator vni_begin() { return valnos.begin(); }
 128     vni_iterator vni_end() { return valnos.end(); }
 129
 130     typedef VNInfoList::const_iterator const_vni_iterator;
 131     const_vni_iterator vni_begin() const { return valnos.begin(); }
 132     const_vni_iterator vni_end() const { return valnos.end(); }
 133
 134     /// advanceTo - Advance the specified iterator to point to the LiveRange
 135     /// containing the specified position, or end() if the position is past the
 136     /// end of the interval.  If no LiveRange contains this position, but the
 137     /// position is in a hole, this method returns an iterator pointing the the
 138     /// LiveRange immediately after the hole.
 139     iterator advanceTo(iterator I, unsigned Pos) {
 140       if (Pos >= endNumber())
 141         return end();
 142       while (I->end <= Pos) ++I;
 143       return I;
 144     }
 145
 146     /// isStackSlot - Return true if this is a stack slot interval.
 147     ///
 148     bool isStackSlot() const {
 149       return reg & (1U << (sizeof(unsigned)*8-1));
 150     }
 151
 152     /// getStackSlotIndex - Return stack slot index if this is a stack slot
 153     /// interval.
 154     int getStackSlotIndex() const {
 155       assert(isStackSlot() && "Interval is not a stack slot interval!");
 156       return reg & ~(1U << (sizeof(unsigned)*8-1));
 157     }
 158
 159     bool containsOneValue() const { return valnos.size() == 1; }
 160
 161     unsigned getNumValNums() const { return (unsigned)valnos.size(); }
 162
 163     /// getValNumInfo - Returns pointer to the specified val#.
 164     ///
 165     inline VNInfo *getValNumInfo(unsigned ValNo) {
 166       return valnos[ValNo];
 167     }
 168     inline const VNInfo *getValNumInfo(unsigned ValNo) const {
 169       return valnos[ValNo];
 170     }
 171
 172     /// copyValNumInfo - Copy the value number info for one value number to
 173     /// another.
 174     void copyValNumInfo(VNInfo *DstValNo, const VNInfo *SrcValNo) {
 175       DstValNo->def = SrcValNo->def;
 176       DstValNo->copy = SrcValNo->copy;
 177       DstValNo->hasPHIKill = SrcValNo->hasPHIKill;
 178       DstValNo->kills = SrcValNo->kills;
 179     }
 180
 181     /// getNextValue - Create a new value number and return it.  MIIdx specifies
 182     /// the instruction that defines the value number.
 183     VNInfo *getNextValue(unsigned MIIdx, MachineInstr *CopyMI,
 184                          BumpPtrAllocator &VNInfoAllocator) {
 185 #ifdef __GNUC__
 186       unsigned Alignment = (unsigned)__alignof__(VNInfo);
 187 #else
 188       // FIXME: ugly.
 189       unsigned Alignment = 8;
 190 #endif
 191       VNInfo *VNI =
 192         static_cast<VNInfo*>(VNInfoAllocator.Allocate((unsigned)sizeof(VNInfo),
 193                                                       Alignment));
 194       new (VNI) VNInfo((unsigned)valnos.size(), MIIdx, CopyMI);
 195       valnos.push_back(VNI);
 196       return VNI;
 197     }
 198
 199     /// addKillForValNum - Add a kill instruction index to the specified value
 200     /// number.
 201     static void addKill(VNInfo *VNI, unsigned KillIdx) {
 202       SmallVector<unsigned, 4> &kills = VNI->kills;
 203       if (kills.empty()) {
 204         kills.push_back(KillIdx);
 205       } else {
 206         SmallVector<unsigned, 4>::iterator
 207           I = std::lower_bound(kills.begin(), kills.end(), KillIdx);
 208         kills.insert(I, KillIdx);
 209       }
 210     }
 211
 212     /// addKills - Add a number of kills into the VNInfo kill vector. If this
 213     /// interval is live at a kill point, then the kill is not added.
 214     void addKills(VNInfo *VNI, const SmallVector<unsigned, 4> &kills) {
 215       for (unsigned i = 0, e = static_cast<unsigned>(kills.size());
 216            i != e; ++i) {
 217         unsigned KillIdx = kills[i];
 218         if (!liveBeforeAndAt(KillIdx)) {
 219           SmallVector<unsigned, 4>::iterator
 220             I = std::lower_bound(VNI->kills.begin(), VNI->kills.end(), KillIdx);
 221           VNI->kills.insert(I, KillIdx);
 222         }
 223       }
 224     }
 225
 226     /// removeKill - Remove the specified kill from the list of kills of
 227     /// the specified val#.
 228     static bool removeKill(VNInfo *VNI, unsigned KillIdx) {
 229       SmallVector<unsigned, 4> &kills = VNI->kills;
 230       SmallVector<unsigned, 4>::iterator
 231         I = std::lower_bound(kills.begin(), kills.end(), KillIdx);
 232       if (I != kills.end() && *I == KillIdx) {
 233         kills.erase(I);
 234         return true;
 235       }
 236       return false;
 237     }
 238
 239     /// removeKills - Remove all the kills in specified range
 240     /// [Start, End] of the specified val#.
 241     void removeKills(VNInfo *VNI, unsigned Start, unsigned End) {
 242       SmallVector<unsigned, 4> &kills = VNI->kills;
 243       SmallVector<unsigned, 4>::iterator
 244         I = std::lower_bound(kills.begin(), kills.end(), Start);
 245       SmallVector<unsigned, 4>::iterator
 246         E = std::upper_bound(kills.begin(), kills.end(), End);
 247       kills.erase(I, E);
 248     }
 249
 250     /// isKill - Return true if the specified index is a kill of the
 251     /// specified val#.
 252     bool isKill(const VNInfo *VNI, unsigned KillIdx) const {
 253       const SmallVector<unsigned, 4> &kills = VNI->kills;
 254       SmallVector<unsigned, 4>::const_iterator
 255         I = std::lower_bound(kills.begin(), kills.end(), KillIdx);
 256       return I != kills.end() && *I == KillIdx;
 257     }
 258
 259     /// MergeValueNumberInto - This method is called when two value nubmers
 260     /// are found to be equivalent.  This eliminates V1, replacing all
 261     /// LiveRanges with the V1 value number with the V2 value number.  This can
 262     /// cause merging of V1/V2 values numbers and compaction of the value space.
 263     void MergeValueNumberInto(VNInfo *V1, VNInfo *V2);
 264
 265     /// MergeInClobberRanges - For any live ranges that are not defined in the
 266     /// current interval, but are defined in the Clobbers interval, mark them
 267     /// used with an unknown definition value. Caller must pass in reference to
 268     /// VNInfoAllocator since it will create a new val#.
 269     void MergeInClobberRanges(const LiveInterval &Clobbers,
 270                               BumpPtrAllocator &VNInfoAllocator);
 271
 272     /// MergeValueInAsValue - Merge all of the live ranges of a specific val#
 273     /// in RHS into this live interval as the specified value number.
 274     /// The LiveRanges in RHS are allowed to overlap with LiveRanges in the
 275     /// current interval, it will replace the value numbers of the overlaped
 276     /// live ranges with the specified value number.
 277     void MergeRangesInAsValue(const LiveInterval &RHS, VNInfo *LHSValNo);
 278
 279     /// MergeValueInAsValue - Merge all of the live ranges of a specific val#
 280     /// in RHS into this live interval as the specified value number.
 281     /// The LiveRanges in RHS are allowed to overlap with LiveRanges in the
 282     /// current interval, but only if the overlapping LiveRanges have the
 283     /// specified value number.
 284     void MergeValueInAsValue(const LiveInterval &RHS,
 285                              const VNInfo *RHSValNo, VNInfo *LHSValNo);
 286
 287     /// Copy - Copy the specified live interval. This copies all the fields
 288     /// except for the register of the interval.
 289     void Copy(const LiveInterval &RHS, BumpPtrAllocator &VNInfoAllocator);
 290
 291     bool empty() const { return ranges.empty(); }
 292
 293     /// beginNumber - Return the lowest numbered slot covered by interval.
 294     unsigned beginNumber() const {
 295       if (empty())
 296         return 0;
 297       return ranges.front().start;
 298     }
 299
 300     /// endNumber - return the maximum point of the interval of the whole,
 301     /// exclusive.
 302     unsigned endNumber() const {
 303       if (empty())
 304         return 0;
 305       return ranges.back().end;
 306     }
 307
 308     bool expiredAt(unsigned index) const {
 309       return index >= endNumber();
 310     }
 311
 312     bool liveAt(unsigned index) const;
 313
 314     // liveBeforeAndAt - Check if the interval is live at the index and the
 315     // index just before it. If index is liveAt, check if it starts a new live
 316     // range.If it does, then check if the previous live range ends at index-1.
 317     bool liveBeforeAndAt(unsigned index) const;
 318
 319     /// getLiveRangeContaining - Return the live range that contains the
 320     /// specified index, or null if there is none.
 321     const LiveRange *getLiveRangeContaining(unsigned Idx) const {
 322       const_iterator I = FindLiveRangeContaining(Idx);
 323       return I == end() ? 0 : &*I;
 324     }
 325
 326     /// FindLiveRangeContaining - Return an iterator to the live range that
 327     /// contains the specified index, or end() if there is none.
 328     const_iterator FindLiveRangeContaining(unsigned Idx) const;
 329
 330     /// FindLiveRangeContaining - Return an iterator to the live range that
 331     /// contains the specified index, or end() if there is none.
 332     iterator FindLiveRangeContaining(unsigned Idx);
 333
 334     /// findDefinedVNInfo - Find the VNInfo that's defined at the specified
 335     /// index (register interval) or defined by the specified register (stack
 336     /// inteval).
 337     VNInfo *findDefinedVNInfo(unsigned DefIdxOrReg) const;
 338
 339     /// overlaps - Return true if the intersection of the two live intervals is
 340     /// not empty.
 341     bool overlaps(const LiveInterval& other) const {
 342       return overlapsFrom(other, other.begin());
 343     }
 344
 345     /// overlapsFrom - Return true if the intersection of the two live intervals
 346     /// is not empty.  The specified iterator is a hint that we can begin
 347     /// scanning the Other interval starting at I.
 348     bool overlapsFrom(const LiveInterval& other, const_iterator I) const;
 349
 350     /// addRange - Add the specified LiveRange to this interval, merging
 351     /// intervals as appropriate.  This returns an iterator to the inserted live
 352     /// range (which may have grown since it was inserted.
 353     void addRange(LiveRange LR) {
 354       addRangeFrom(LR, ranges.begin());
 355     }
 356
 357     /// join - Join two live intervals (this, and other) together.  This applies
 358     /// mappings to the value numbers in the LHS/RHS intervals as specified.  If
 359     /// the intervals are not joinable, this aborts.
 360     void join(LiveInterval &Other, const int *ValNoAssignments,
 361               const int *RHSValNoAssignments,
 362               SmallVector<VNInfo*, 16> &NewVNInfo);
 363
 364     /// removeRange - Remove the specified range from this interval.  Note that
 365     /// the range must already be in this interval in its entirety.
 366     void removeRange(unsigned Start, unsigned End, bool RemoveDeadValNo = false);
 367
 368     void removeRange(LiveRange LR, bool RemoveDeadValNo = false) {
 369       removeRange(LR.start, LR.end, RemoveDeadValNo);
 370     }
 371
 372     /// removeValNo - Remove all the ranges defined by the specified value#.
 373     /// Also remove the value# from value# list.
 374     void removeValNo(VNInfo *ValNo);
 375
 376     /// getSize - Returns the sum of sizes of all the LiveRange's.
 377     ///
 378     unsigned getSize() const;
 379
 380     bool operator<(const LiveInterval& other) const {
 381       return beginNumber() < other.beginNumber();
 382     }
 383
 384     void print(std::ostream &OS, const TargetRegisterInfo *TRI = 0) const;
 385     void print(std::ostream *OS, const TargetRegisterInfo *TRI = 0) const {
 386       if (OS) print(*OS, TRI);
 387     }
 388     void dump() const;
 389
 390   private:
 391     Ranges::iterator addRangeFrom(LiveRange LR, Ranges::iterator From);
 392     void extendIntervalEndTo(Ranges::iterator I, unsigned NewEnd);
 393     Ranges::iterator extendIntervalStartTo(Ranges::iterator I, unsigned NewStr);
 394     LiveInterval& operator=(const LiveInterval& rhs); // DO NOT IMPLEMENT
 395   };
 396
 397   inline std::ostream &operator<<(std::ostream &OS, const LiveInterval &LI) {
 398     LI.print(OS);
 399     return OS;
 400   }
 401 }
 402
 403 #endif