a37abd4645529a0ea328117fd303a1669efa18be
[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 is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements the LiveVariables 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 a 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/MachineBasicBlock.h"
33 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
34 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
35 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
36 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
37 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
38 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
39 #include "llvm/ADT/SparseBitVector.h"
40
41 namespace llvm {
42
43 class MachineRegisterInfo;
44 class TargetRegisterInfo;
45
46 class LiveVariables : public MachineFunctionPass {
47 public:
48   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
49   LiveVariables() : MachineFunctionPass(&ID) {}
50
51   /// VarInfo - This represents the regions where a virtual register is live in
52   /// the program.  We represent this with three different pieces of
53   /// information: the set of blocks in which the instruction is live
54   /// throughout, the set of blocks in which the instruction is actually used,
55   /// and the set of non-phi instructions that are the last users of the value.
56   ///
57   /// In the common case where a value is defined and killed in the same block,
58   /// There is one killing instruction, and AliveBlocks is empty.
59   ///
60   /// Otherwise, the value is live out of the block.  If the value is live
61   /// throughout any blocks, these blocks are listed in AliveBlocks.  Blocks
62   /// where the liveness range ends are not included in AliveBlocks, instead
63   /// being captured by the Kills set.  In these blocks, the value is live into
64   /// the block (unless the value is defined and killed in the same block) and
65   /// lives until the specified instruction.  Note that there cannot ever be a
66   /// value whose Kills set contains two instructions from the same basic block.
67   ///
68   /// PHI nodes complicate things a bit.  If a PHI node is the last user of a
69   /// value in one of its predecessor blocks, it is not listed in the kills set,
70   /// but does include the predecessor block in the AliveBlocks set (unless that
71   /// block also defines the value).  This leads to the (perfectly sensical)
72   /// situation where a value is defined in a block, and the last use is a phi
73   /// node in the successor.  In this case, AliveBlocks is empty (the value is
74   /// not live across any  blocks) and Kills is empty (phi nodes are not
75   /// included). This is sensical because the value must be live to the end of
76   /// the block, but is not live in any successor blocks.
77   struct VarInfo {
78     /// AliveBlocks - Set of blocks in which this value is alive completely
79     /// through.  This is a bit set which uses the basic block number as an
80     /// index.
81     ///
82     SparseBitVector<> AliveBlocks;
83
84     /// NumUses - Number of uses of this register across the entire function.
85     ///
86     unsigned NumUses;
87
88     /// Kills - List of MachineInstruction's which are the last use of this
89     /// virtual register (kill it) in their basic block.
90     ///
91     std::vector<MachineInstr*> Kills;
92
93     VarInfo() : NumUses(0) {}
94
95     /// removeKill - Delete a kill corresponding to the specified
96     /// machine instruction. Returns true if there was a kill
97     /// corresponding to this instruction, false otherwise.
98     bool removeKill(MachineInstr *MI) {
99       std::vector<MachineInstr*>::iterator
100         I = std::find(Kills.begin(), Kills.end(), MI);
101       if (I == Kills.end())
102         return false;
103       Kills.erase(I);
104       return true;
105     }
106
107     /// findKill - Find a kill instruction in MBB. Return NULL if none is found.
108     MachineInstr *findKill(const MachineBasicBlock *MBB) const;
109
110     /// isLiveIn - Is Reg live in to MBB? This means that Reg is live through
111     /// MBB, or it is killed in MBB. If Reg is only used by PHI instructions in
112     /// MBB, it is not considered live in.
113     bool isLiveIn(const MachineBasicBlock &MBB,
114                   unsigned Reg,
115                   MachineRegisterInfo &MRI);
116
117     void dump() const;
118   };
119
120 private:
121   /// VirtRegInfo - This list is a mapping from virtual register number to
122   /// variable information.  FirstVirtualRegister is subtracted from the virtual
123   /// register number before indexing into this list.
124   ///
125   std::vector<VarInfo> VirtRegInfo;
126
127   /// ReservedRegisters - This vector keeps track of which registers
128   /// are reserved register which are not allocatable by the target machine.
129   /// We can not track liveness for values that are in this set.
130   ///
131   BitVector ReservedRegisters;
132
133 private:   // Intermediate data structures
134   MachineFunction *MF;
135
136   MachineRegisterInfo* MRI;
137
138   const TargetRegisterInfo *TRI;
139
140   // PhysRegInfo - Keep track of which instruction was the last def of a
141   // physical register. This is a purely local property, because all physical
142   // register references are presumed dead across basic blocks.
143   MachineInstr **PhysRegDef;
144
145   // PhysRegInfo - Keep track of which instruction was the last use of a
146   // physical register. This is a purely local property, because all physical
147   // register references are presumed dead across basic blocks.
148   MachineInstr **PhysRegUse;
149
150   SmallVector<unsigned, 4> *PHIVarInfo;
151
152   // DistanceMap - Keep track the distance of a MI from the start of the
153   // current basic block.
154   DenseMap<MachineInstr*, unsigned> DistanceMap;
155
156   /// HandlePhysRegKill - Add kills of Reg and its sub-registers to the
157   /// uses. Pay special attention to the sub-register uses which may come below
158   /// the last use of the whole register.
159   bool HandlePhysRegKill(unsigned Reg, MachineInstr *MI);
160
161   void HandlePhysRegUse(unsigned Reg, MachineInstr *MI);
162   void HandlePhysRegDef(unsigned Reg, MachineInstr *MI,
163                         SmallVector<unsigned, 4> &Defs);
164   void UpdatePhysRegDefs(MachineInstr *MI, SmallVector<unsigned, 4> &Defs);
165
166   /// FindLastPartialDef - Return the last partial def of the specified register.
167   /// Also returns the sub-registers that're defined by the instruction.
168   MachineInstr *FindLastPartialDef(unsigned Reg,
169                                    SmallSet<unsigned,4> &PartDefRegs);
170
171   /// analyzePHINodes - Gather information about the PHI nodes in here. In
172   /// particular, we want to map the variable information of a virtual
173   /// register which is used in a PHI node. We map that to the BB the vreg
174   /// is coming from.
175   void analyzePHINodes(const MachineFunction& Fn);
176 public:
177
178   virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
179
180   /// RegisterDefIsDead - Return true if the specified instruction defines the
181   /// specified register, but that definition is dead.
182   bool RegisterDefIsDead(MachineInstr *MI, unsigned Reg) const;
183
184   //===--------------------------------------------------------------------===//
185   //  API to update live variable information
186
187   /// replaceKillInstruction - Update register kill info by replacing a kill
188   /// instruction with a new one.
189   void replaceKillInstruction(unsigned Reg, MachineInstr *OldMI,
190                               MachineInstr *NewMI);
191
192   /// addVirtualRegisterKilled - Add information about the fact that the
193   /// specified register is killed after being used by the specified
194   /// instruction. If AddIfNotFound is true, add a implicit operand if it's
195   /// not found.
196   void addVirtualRegisterKilled(unsigned IncomingReg, MachineInstr *MI,
197                                 bool AddIfNotFound = false) {
198     if (MI->addRegisterKilled(IncomingReg, TRI, AddIfNotFound))
199       getVarInfo(IncomingReg).Kills.push_back(MI); 
200   }
201
202   /// removeVirtualRegisterKilled - Remove the specified kill of the virtual
203   /// register from the live variable information. Returns true if the
204   /// variable was marked as killed by the specified instruction,
205   /// false otherwise.
206   bool removeVirtualRegisterKilled(unsigned reg, MachineInstr *MI) {
207     if (!getVarInfo(reg).removeKill(MI))
208       return false;
209
210     bool Removed = false;
211     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
212       MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
213       if (MO.isReg() && MO.isKill() && MO.getReg() == reg) {
214         MO.setIsKill(false);
215         Removed = true;
216         break;
217       }
218     }
219
220     assert(Removed && "Register is not used by this instruction!");
221     return true;
222   }
223
224   /// removeVirtualRegistersKilled - Remove all killed info for the specified
225   /// instruction.
226   void removeVirtualRegistersKilled(MachineInstr *MI);
227
228   /// addVirtualRegisterDead - Add information about the fact that the specified
229   /// register is dead after being used by the specified instruction. If
230   /// AddIfNotFound is true, add a implicit operand if it's not found.
231   void addVirtualRegisterDead(unsigned IncomingReg, MachineInstr *MI,
232                               bool AddIfNotFound = false) {
233     if (MI->addRegisterDead(IncomingReg, TRI, AddIfNotFound))
234       getVarInfo(IncomingReg).Kills.push_back(MI);
235   }
236
237   /// removeVirtualRegisterDead - Remove the specified kill of the virtual
238   /// register from the live variable information. Returns true if the
239   /// variable was marked dead at the specified instruction, false
240   /// otherwise.
241   bool removeVirtualRegisterDead(unsigned reg, MachineInstr *MI) {
242     if (!getVarInfo(reg).removeKill(MI))
243       return false;
244
245     bool Removed = false;
246     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
247       MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
248       if (MO.isReg() && MO.isDef() && MO.getReg() == reg) {
249         MO.setIsDead(false);
250         Removed = true;
251         break;
252       }
253     }
254     assert(Removed && "Register is not defined by this instruction!");
255     return true;
256   }
257   
258   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
259
260   virtual void releaseMemory() {
261     VirtRegInfo.clear();
262   }
263
264   /// getVarInfo - Return the VarInfo structure for the specified VIRTUAL
265   /// register.
266   VarInfo &getVarInfo(unsigned RegIdx);
267
268   void MarkVirtRegAliveInBlock(VarInfo& VRInfo, MachineBasicBlock* DefBlock,
269                                MachineBasicBlock *BB);
270   void MarkVirtRegAliveInBlock(VarInfo& VRInfo, MachineBasicBlock* DefBlock,
271                                MachineBasicBlock *BB,
272                                std::vector<MachineBasicBlock*> &WorkList);
273   void HandleVirtRegDef(unsigned reg, MachineInstr *MI);
274   void HandleVirtRegUse(unsigned reg, MachineBasicBlock *MBB,
275                         MachineInstr *MI);
276
277   bool isLiveIn(unsigned Reg, const MachineBasicBlock &MBB) {
278     return getVarInfo(Reg).isLiveIn(MBB, Reg, *MRI);
279   }
280
281   /// addNewBlock - Add a new basic block BB between DomBB and SuccBB. All
282   /// variables that are live out of DomBB and live into SuccBB will be marked
283   /// as passing live through BB. This method assumes that the machine code is
284   /// still in SSA form.
285   void addNewBlock(MachineBasicBlock *BB,
286                    MachineBasicBlock *DomBB,
287                    MachineBasicBlock *SuccBB);
288 };
289
290 } // End llvm namespace
291
292 #endif