aa3b765a83fe4166716916ef03d2d93d530b729f
[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/MachineFunctionPass.h"
33 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
34 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
35 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
36 #include <map>
37
38 namespace llvm {
39
40 class TargetRegisterInfo;
41
42 class LiveVariables : public MachineFunctionPass {
43 public:
44   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
45   LiveVariables() : MachineFunctionPass((intptr_t)&ID) {}
46
47   /// VarInfo - This represents the regions where a virtual register is live in
48   /// the program.  We represent this with three different pieces of
49   /// information: the instruction that uniquely defines the value, the set of
50   /// blocks the instruction is live into and live out of, and the set of 
51   /// non-phi instructions that are the last users of the value.
52   ///
53   /// In the common case where a value is defined and killed in the same block,
54   /// DefInst is the defining inst, there is one killing instruction, and 
55   /// AliveBlocks is empty.
56   ///
57   /// Otherwise, the value is live out of the block.  If the value is live
58   /// across any blocks, these blocks are listed in AliveBlocks.  Blocks where
59   /// the liveness range ends are not included in AliveBlocks, instead being
60   /// captured by the Kills set.  In these blocks, the value is live into the
61   /// block (unless the value is defined and killed in the same block) and lives
62   /// until the specified instruction.  Note that there cannot ever be a value
63   /// whose Kills set contains two instructions from the same basic block.
64   ///
65   /// PHI nodes complicate things a bit.  If a PHI node is the last user of a
66   /// value in one of its predecessor blocks, it is not listed in the kills set,
67   /// but does include the predecessor block in the AliveBlocks set (unless that
68   /// block also defines the value).  This leads to the (perfectly sensical)
69   /// situation where a value is defined in a block, and the last use is a phi
70   /// node in the successor.  In this case, DefInst will be the defining
71   /// instruction, AliveBlocks is empty (the value is not live across any 
72   /// blocks) and Kills is empty (phi nodes are not included).  This is sensical
73   /// because the value must be live to the end of the block, but is not live in
74   /// any successor blocks.
75   struct VarInfo {
76     /// DefInst - The machine instruction that defines this register.
77     ///
78     MachineInstr *DefInst;
79
80     /// AliveBlocks - Set of blocks of which this value is alive completely
81     /// through.  This is a bit set which uses the basic block number as an
82     /// index.
83     ///
84     BitVector AliveBlocks;
85
86     /// UsedBlocks - Set of blocks of which this value is actually used. This
87     /// is a bit set which uses the basic block number as an index.
88     BitVector UsedBlocks;
89
90     /// NumUses - Number of uses of this register across the entire function.
91     ///
92     unsigned NumUses;
93
94     /// Kills - List of MachineInstruction's which are the last use of this
95     /// virtual register (kill it) in their basic block.
96     ///
97     std::vector<MachineInstr*> Kills;
98
99     VarInfo() : DefInst(0), NumUses(0) {}
100
101     /// removeKill - Delete a kill corresponding to the specified
102     /// machine instruction. Returns true if there was a kill
103     /// corresponding to this instruction, false otherwise.
104     bool removeKill(MachineInstr *MI) {
105       std::vector<MachineInstr*>::iterator
106         I = std::find(Kills.begin(), Kills.end(), MI);
107       if (I == Kills.end())
108         return false;
109       Kills.erase(I);
110       return true;
111     }
112     
113     void dump() const;
114   };
115
116 private:
117   /// VirtRegInfo - This list is a mapping from virtual register number to
118   /// variable information.  FirstVirtualRegister is subtracted from the virtual
119   /// register number before indexing into this list.
120   ///
121   std::vector<VarInfo> VirtRegInfo;
122
123   /// ReservedRegisters - This vector keeps track of which registers
124   /// are reserved register which are not allocatable by the target machine.
125   /// We can not track liveness for values that are in this set.
126   ///
127   BitVector ReservedRegisters;
128
129 private:   // Intermediate data structures
130   MachineFunction *MF;
131
132   const TargetRegisterInfo *TRI;
133
134   // PhysRegInfo - Keep track of which instruction was the last def/use of a
135   // physical register. This is a purely local property, because all physical
136   // register references are presumed dead across basic blocks.
137   MachineInstr **PhysRegInfo;
138
139   // PhysRegUsed - Keep track of whether the physical register has been used
140   // after its last definition. This is local property.
141   bool          *PhysRegUsed;
142
143   // PhysRegPartUse - Keep track of which instruction was the last partial use
144   // of a physical register (e.g. on X86 a def of EAX followed by a use of AX).
145   // This is a purely local property.
146   MachineInstr **PhysRegPartUse;
147
148   // PhysRegPartDef - Keep track of a list of instructions which "partially"
149   // defined the physical register (e.g. on X86 AX partially defines EAX).
150   // These are turned into use/mod/write if there is a use of the register
151   // later in the same block. This is local property.
152   SmallVector<MachineInstr*, 4> *PhysRegPartDef;
153
154   SmallVector<unsigned, 4> *PHIVarInfo;
155
156   void addRegisterKills(unsigned Reg, MachineInstr *MI,
157                         SmallSet<unsigned, 4> &SubKills);
158
159   /// HandlePhysRegKill - Add kills of Reg and its sub-registers to the
160   /// uses. Pay special attention to the sub-register uses which may come below
161   /// the last use of the whole register.
162   bool HandlePhysRegKill(unsigned Reg, const MachineInstr *MI,
163                          SmallSet<unsigned, 4> &SubKills);
164   bool HandlePhysRegKill(unsigned Reg, MachineInstr *MI);
165   void HandlePhysRegUse(unsigned Reg, MachineInstr *MI);
166   void HandlePhysRegDef(unsigned Reg, MachineInstr *MI);
167
168   /// analyzePHINodes - Gather information about the PHI nodes in here. In
169   /// particular, we want to map the variable information of a virtual
170   /// register which is used in a PHI node. We map that to the BB the vreg
171   /// is coming from.
172   void analyzePHINodes(const MachineFunction& Fn);
173 public:
174
175   virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
176
177   /// RegisterDefIsDead - Return true if the specified instruction defines the
178   /// specified register, but that definition is dead.
179   bool RegisterDefIsDead(MachineInstr *MI, unsigned Reg) const;
180
181   //===--------------------------------------------------------------------===//
182   //  API to update live variable information
183
184   /// instructionChanged - When the address of an instruction changes, this
185   /// method should be called so that live variables can update its internal
186   /// data structures.  This removes the records for OldMI, transfering them to
187   /// the records for NewMI.
188   void instructionChanged(MachineInstr *OldMI, MachineInstr *NewMI);
189
190   /// addVirtualRegisterKilled - Add information about the fact that the
191   /// specified register is killed after being used by the specified
192   /// instruction. If AddIfNotFound is true, add a implicit operand if it's
193   /// not found.
194   void addVirtualRegisterKilled(unsigned IncomingReg, MachineInstr *MI,
195                                 bool AddIfNotFound = false) {
196     if (MI->addRegisterKilled(IncomingReg, TRI, AddIfNotFound))
197       getVarInfo(IncomingReg).Kills.push_back(MI); 
198   }
199
200   /// removeVirtualRegisterKilled - Remove the specified virtual
201   /// register from the live variable information. Returns true if the
202   /// variable was marked as killed by the specified instruction,
203   /// false otherwise.
204   bool removeVirtualRegisterKilled(unsigned reg,
205                                    MachineBasicBlock *MBB,
206                                    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.isRegister() && 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 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,
242                                  MachineBasicBlock *MBB,
243                                  MachineInstr *MI) {
244     if (!getVarInfo(reg).removeKill(MI))
245       return false;
246
247     bool Removed = false;
248     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
249       MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
250       if (MO.isRegister() && MO.isDef() && MO.getReg() == reg) {
251         MO.setIsDead(false);
252         Removed = true;
253         break;
254       }
255     }
256     assert(Removed && "Register is not defined by this instruction!");
257     return true;
258   }
259
260   /// removeVirtualRegistersDead - Remove all of the dead registers for the
261   /// specified instruction from the live variable information.
262   void removeVirtualRegistersDead(MachineInstr *MI);
263   
264   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
265     AU.setPreservesAll();
266   }
267
268   virtual void releaseMemory() {
269     VirtRegInfo.clear();
270   }
271
272   /// getVarInfo - Return the VarInfo structure for the specified VIRTUAL
273   /// register.
274   VarInfo &getVarInfo(unsigned RegIdx);
275
276   void MarkVirtRegAliveInBlock(VarInfo& VRInfo, MachineBasicBlock* DefBlock,
277                                MachineBasicBlock *BB);
278   void MarkVirtRegAliveInBlock(VarInfo& VRInfo, MachineBasicBlock* DefBlock,
279                                MachineBasicBlock *BB,
280                                std::vector<MachineBasicBlock*> &WorkList);
281   void HandleVirtRegUse(unsigned reg, MachineBasicBlock *MBB,
282                         MachineInstr *MI);
283 };
284
285 } // End llvm namespace
286
287 #endif