95114c0b705e1371a665e2a1e764801c0765bb5f
[oota-llvm.git] / include / llvm / CodeGen / LiveVariables.h
1 //===-- llvm/CodeGen/LiveVariables.h - Live Variable Analysis ---*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements the LiveVariable analysis pass.  For each machine
11 // instruction in the function, this pass calculates the set of registers that
12 // are immediately dead after the instruction (i.e., the instruction calculates
13 // the value, but it is never used) and the set of registers that are used by
14 // the instruction, but are never used after the instruction (i.e., they are
15 // killed).
16 //
17 // This class computes live variables using are sparse implementation based on
18 // the machine code SSA form.  This class computes live variable information for
19 // each virtual and _register allocatable_ physical register in a function.  It
20 // uses the dominance properties of SSA form to efficiently compute live
21 // variables for virtual registers, and assumes that physical registers are only
22 // live within a single basic block (allowing it to do a single local analysis
23 // to resolve physical register lifetimes in each basic block).  If a physical
24 // register is not register allocatable, it is not tracked.  This is useful for
25 // things like the stack pointer and condition codes.
26 //
27 //===----------------------------------------------------------------------===//
28
29 #ifndef LLVM_CODEGEN_LIVEVARIABLES_H
30 #define LLVM_CODEGEN_LIVEVARIABLES_H
31
32 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
33 #include <map>
34
35 namespace llvm {
36
37 class MRegisterInfo;
38
39 class LiveVariables : public MachineFunctionPass {
40 public:
41   /// VarInfo - This represents the regions where a virtual register is live in
42   /// the program.  We represent this with three different pieces of
43   /// information: the instruction that uniquely defines the value, the set of
44   /// blocks the instruction is live into and live out of, and the set of 
45   /// non-phi instructions that are the last users of the value.
46   ///
47   /// In the common case where a value is defined and killed in the same block,
48   /// DefInst is the defining inst, there is one killing instruction, and 
49   /// AliveBlocks is empty.
50   ///
51   /// Otherwise, the value is live out of the block.  If the value is live
52   /// across any blocks, these blocks are listed in AliveBlocks.  Blocks where
53   /// the liveness range ends are not included in AliveBlocks, instead being
54   /// captured by the Kills set.  In these blocks, the value is live into the
55   /// block (unless the value is defined and killed in the same block) and lives
56   /// until the specified instruction.  Note that there cannot ever be a value
57   /// whose Kills set contains two instructions from the same basic block.
58   ///
59   /// PHI nodes complicate things a bit.  If a PHI node is the last user of a
60   /// value in one of its predecessor blocks, it is not listed in the kills set,
61   /// but does include the predecessor block in the AliveBlocks set (unless that
62   /// block also defines the value).  This leads to the (perfectly sensical)
63   /// situation where a value is defined in a block, and the last use is a phi
64   /// node in the successor.  In this case, DefInst will be the defining
65   /// instruction, AliveBlocks is empty (the value is not live across any 
66   /// blocks) and Kills is empty (phi nodes are not included).  This is sensical
67   /// because the value must be live to the end of the block, but is not live in
68   /// any successor blocks.
69   struct VarInfo {
70     /// DefInst - The machine instruction that defines this register.
71     ///
72     MachineInstr *DefInst;
73
74     /// AliveBlocks - Set of blocks of which this value is alive completely
75     /// through.  This is a bit set which uses the basic block number as an
76     /// index.
77     ///
78     std::vector<bool> AliveBlocks;
79
80     /// Kills - List of MachineInstruction's which are the last use of this
81     /// virtual register (kill it) in their basic block.
82     ///
83     std::vector<MachineInstr*> Kills;
84
85     VarInfo() : DefInst(0) {}
86
87     /// removeKill - Delete a kill corresponding to the specified
88     /// machine instruction. Returns true if there was a kill
89     /// corresponding to this instruction, false otherwise.
90     bool removeKill(MachineInstr *MI) {
91       for (std::vector<MachineInstr*>::iterator i = Kills.begin(),
92              e = Kills.end(); i != e; ++i)
93         if (*i == MI) {
94           Kills.erase(i);
95           return true;
96         }
97       return false;
98     }
99     
100     void dump() const;
101   };
102
103 private:
104   /// VirtRegInfo - This list is a mapping from virtual register number to
105   /// variable information.  FirstVirtualRegister is subtracted from the virtual
106   /// register number before indexing into this list.
107   ///
108   std::vector<VarInfo> VirtRegInfo;
109
110   /// RegistersKilled - This map keeps track of all of the registers that
111   /// are dead immediately after an instruction reads its operands.  If an
112   /// instruction does not have an entry in this map, it kills no registers.
113   ///
114   std::map<MachineInstr*, std::vector<unsigned> > RegistersKilled;
115
116   /// RegistersDead - This map keeps track of all of the registers that are
117   /// dead immediately after an instruction executes, which are not dead after
118   /// the operands are evaluated.  In practice, this only contains registers
119   /// which are defined by an instruction, but never used.
120   ///
121   std::map<MachineInstr*, std::vector<unsigned> > RegistersDead;
122   
123   /// Dummy - An always empty vector used for instructions without dead or
124   /// killed operands.
125   std::vector<unsigned> Dummy;
126
127   /// AllocatablePhysicalRegisters - This vector keeps track of which registers
128   /// are actually register allocatable by the target machine.  We can not track
129   /// liveness for values that are not in this set.
130   ///
131   std::vector<bool> AllocatablePhysicalRegisters;
132
133 private:   // Intermediate data structures
134   const MRegisterInfo *RegInfo;
135
136   MachineInstr **PhysRegInfo;
137   bool          *PhysRegUsed;
138
139   typedef std::map<const MachineBasicBlock*,
140                    std::vector<unsigned> > PHIVarInfoMap;
141
142   PHIVarInfoMap PHIVarInfo;
143
144   void HandlePhysRegUse(unsigned Reg, MachineInstr *MI);
145   void HandlePhysRegDef(unsigned Reg, MachineInstr *MI);
146
147   /// analyzePHINodes - Gather information about the PHI nodes in here. In
148   /// particular, we want to map the variable information of a virtual
149   /// register which is used in a PHI node. We map that to the BB the vreg
150   /// is coming from.
151   void analyzePHINodes(const MachineFunction& Fn);
152 public:
153
154   virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
155
156   /// killed_iterator - Iterate over registers killed by a machine instruction
157   ///
158   typedef std::vector<unsigned>::iterator killed_iterator;
159
160   std::vector<unsigned> &getKillsVector(MachineInstr *MI) {
161     std::map<MachineInstr*, std::vector<unsigned> >::iterator I = 
162       RegistersKilled.find(MI);
163     return I != RegistersKilled.end() ? I->second : Dummy;
164   }
165   std::vector<unsigned> &getDeadDefsVector(MachineInstr *MI) {
166     std::map<MachineInstr*, std::vector<unsigned> >::iterator I = 
167       RegistersDead.find(MI);
168     return I != RegistersDead.end() ? I->second : Dummy;
169   }
170   
171     
172   /// killed_begin/end - Get access to the range of registers killed by a
173   /// machine instruction.
174   killed_iterator killed_begin(MachineInstr *MI) {
175     return getKillsVector(MI).begin();
176   }
177   killed_iterator killed_end(MachineInstr *MI) {
178     return getKillsVector(MI).end();
179   }
180   std::pair<killed_iterator, killed_iterator>
181   killed_range(MachineInstr *MI) {
182     std::vector<unsigned> &V = getKillsVector(MI);
183     return std::make_pair(V.begin(), V.end());
184   }
185
186   /// KillsRegister - Return true if the specified instruction kills the
187   /// specified register.
188   bool KillsRegister(MachineInstr *MI, unsigned Reg) const;
189   
190   killed_iterator dead_begin(MachineInstr *MI) {
191     return getDeadDefsVector(MI).begin();
192   }
193   killed_iterator dead_end(MachineInstr *MI) {
194     return getDeadDefsVector(MI).end();
195   }
196   std::pair<killed_iterator, killed_iterator>
197   dead_range(MachineInstr *MI) {
198     std::vector<unsigned> &V = getDeadDefsVector(MI);
199     return std::make_pair(V.begin(), V.end());
200   }
201   
202   /// RegisterDefIsDead - Return true if the specified instruction defines the
203   /// specified register, but that definition is dead.
204   bool RegisterDefIsDead(MachineInstr *MI, unsigned Reg) const;
205   
206   //===--------------------------------------------------------------------===//
207   //  API to update live variable information
208
209   /// instructionChanged - When the address of an instruction changes, this
210   /// method should be called so that live variables can update its internal
211   /// data structures.  This removes the records for OldMI, transfering them to
212   /// the records for NewMI.
213   void instructionChanged(MachineInstr *OldMI, MachineInstr *NewMI);
214
215   /// addVirtualRegisterKilled - Add information about the fact that the
216   /// specified register is killed after being used by the specified
217   /// instruction.
218   ///
219   void addVirtualRegisterKilled(unsigned IncomingReg, MachineInstr *MI) {
220     std::vector<unsigned> &V = RegistersKilled[MI];
221     // Insert in a sorted order.
222     if (V.empty() || IncomingReg > V.back()) {
223       V.push_back(IncomingReg);
224     } else {
225       std::vector<unsigned>::iterator I = V.begin();
226       for (; *I < IncomingReg; ++I)
227         /*empty*/;
228       if (*I != IncomingReg)   // Don't insert duplicates.
229         V.insert(I, IncomingReg);
230     }
231     getVarInfo(IncomingReg).Kills.push_back(MI);
232   }
233
234   /// removeVirtualRegisterKilled - Remove the specified virtual
235   /// register from the live variable information. Returns true if the
236   /// variable was marked as killed by the specified instruction,
237   /// false otherwise.
238   bool removeVirtualRegisterKilled(unsigned reg,
239                                    MachineBasicBlock *MBB,
240                                    MachineInstr *MI) {
241     if (!getVarInfo(reg).removeKill(MI))
242       return false;
243
244     std::vector<unsigned> &V = getKillsVector(MI);
245     for (unsigned i = 0, e = V.size(); i != e; ++i)
246       if (V[i] == reg) {
247         V.erase(V.begin()+i);
248         return true;
249       }
250     return true;
251   }
252
253   /// removeVirtualRegistersKilled - Remove all killed info for the specified
254   /// instruction.
255   void removeVirtualRegistersKilled(MachineInstr *MI);
256   
257   /// addVirtualRegisterDead - Add information about the fact that the specified
258   /// register is dead after being used by the specified instruction.
259   ///
260   void addVirtualRegisterDead(unsigned IncomingReg, MachineInstr *MI) {
261     std::vector<unsigned> &V = RegistersDead[MI];
262     // Insert in a sorted order.
263     if (V.empty() || IncomingReg > V.back()) {
264       V.push_back(IncomingReg);
265     } else {
266       std::vector<unsigned>::iterator I = V.begin();
267       for (; *I < IncomingReg; ++I)
268         /*empty*/;
269       if (*I != IncomingReg)   // Don't insert duplicates.
270         V.insert(I, IncomingReg);
271     }
272     getVarInfo(IncomingReg).Kills.push_back(MI);
273   }
274
275   /// removeVirtualRegisterDead - Remove the specified virtual
276   /// register from the live variable information. Returns true if the
277   /// variable was marked dead at the specified instruction, false
278   /// otherwise.
279   bool removeVirtualRegisterDead(unsigned reg,
280                                  MachineBasicBlock *MBB,
281                                  MachineInstr *MI) {
282     if (!getVarInfo(reg).removeKill(MI))
283       return false;
284
285     std::vector<unsigned> &V = getDeadDefsVector(MI);
286     for (unsigned i = 0, e = V.size(); i != e; ++i)
287       if (V[i] == reg) {
288         V.erase(V.begin()+i);
289         return true;
290       }
291     return true;
292   }
293
294   /// removeVirtualRegistersDead - Remove all of the dead registers for the
295   /// specified instruction from the live variable information.
296   void removeVirtualRegistersDead(MachineInstr *MI);
297   
298   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
299     AU.setPreservesAll();
300   }
301
302   virtual void releaseMemory() {
303     VirtRegInfo.clear();
304     RegistersKilled.clear();
305     RegistersDead.clear();
306   }
307
308   /// getVarInfo - Return the VarInfo structure for the specified VIRTUAL
309   /// register.
310   VarInfo &getVarInfo(unsigned RegIdx);
311
312   void MarkVirtRegAliveInBlock(VarInfo &VRInfo, MachineBasicBlock *BB);
313   void HandleVirtRegUse(VarInfo &VRInfo, MachineBasicBlock *MBB,
314                         MachineInstr *MI);
315 };
316
317 } // End llvm namespace
318
319 #endif