lib/CodeGen/LiveInterval.cpp

   1 //===-- LiveInterval.cpp - Live Interval Representation -------------------===//
   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 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' abd 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 #include "LiveInterval.h"
  22 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  23 #include <algorithm>
  24 #include <iostream>
  25 #include <map>
  26 using namespace llvm;
  27
  28 // An example for liveAt():
  29 //
  30 // this = [1,4), liveAt(0) will return false. The instruction defining this
  31 // spans slots [0,3]. The interval belongs to an spilled definition of the
  32 // variable it represents. This is because slot 1 is used (def slot) and spans
  33 // up to slot 3 (store slot).
  34 //
  35 bool LiveInterval::liveAt(unsigned I) const {
  36   Ranges::const_iterator r = std::upper_bound(ranges.begin(), ranges.end(), I);
  37
  38   if (r == ranges.begin())
  39     return false;
  40
  41   --r;
  42   return r->contains(I);
  43 }
  44
  45 // An example for overlaps():
  46 //
  47 // 0: A = ...
  48 // 4: B = ...
  49 // 8: C = A + B ;; last use of A
  50 //
  51 // The live intervals should look like:
  52 //
  53 // A = [3, 11)
  54 // B = [7, x)
  55 // C = [11, y)
  56 //
  57 // A->overlaps(C) should return false since we want to be able to join
  58 // A and C.
  59 bool LiveInterval::overlaps(const LiveInterval& other) const {
  60   Ranges::const_iterator i = ranges.begin();
  61   Ranges::const_iterator ie = ranges.end();
  62   Ranges::const_iterator j = other.ranges.begin();
  63   Ranges::const_iterator je = other.ranges.end();
  64
  65   if (i->start < j->start) {
  66     i = std::upper_bound(i, ie, j->start);
  67     if (i != ranges.begin()) --i;
  68   } else if (j->start < i->start) {
  69     j = std::upper_bound(j, je, i->start);
  70     if (j != other.ranges.begin()) --j;
  71   } else {
  72     return true;
  73   }
  74
  75   while (i != ie && j != je) {
  76     if (i->start == j->start)
  77       return true;
  78
  79     if (i->start > j->start) {
  80       std::swap(i, j);
  81       std::swap(ie, je);
  82     }
  83     assert(i->start < j->start);
  84
  85     if (i->end > j->start)
  86       return true;
  87     ++i;
  88   }
  89
  90   return false;
  91 }
  92
  93 /// joinable - Two intervals are joinable if the either don't overlap at all
  94 /// or if the destination of the copy is a single assignment value, and it
  95 /// only overlaps with one value in the source interval.
  96 bool LiveInterval::joinable(const LiveInterval &other, unsigned CopyIdx) const {
  97   const LiveRange *SourceLR = other.getLiveRangeContaining(CopyIdx-1);
  98   const LiveRange *DestLR = getLiveRangeContaining(CopyIdx);
  99   assert(SourceLR && DestLR && "Not joining due to a copy?");
 100   unsigned OtherValIdx = SourceLR->ValId;
 101   unsigned ThisValIdx = DestLR->ValId;
 102
 103   Ranges::const_iterator i = ranges.begin();
 104   Ranges::const_iterator ie = ranges.end();
 105   Ranges::const_iterator j = other.ranges.begin();
 106   Ranges::const_iterator je = other.ranges.end();
 107
 108   if (i->start < j->start) {
 109     i = std::upper_bound(i, ie, j->start);
 110     if (i != ranges.begin()) --i;
 111   } else if (j->start < i->start) {
 112     j = std::upper_bound(j, je, i->start);
 113     if (j != other.ranges.begin()) --j;
 114   }
 115
 116   while (i != ie && j != je) {
 117     if (i->start == j->start) {
 118       // If this is not the allowed value merge, we cannot join.
 119       if (i->ValId != ThisValIdx || j->ValId != OtherValIdx)
 120         return false;
 121     } else if (i->start < j->start) {
 122       if (i->end > j->start) {
 123         if (i->ValId != ThisValIdx || j->ValId != OtherValIdx)
 124           return false;
 125       }
 126     } else {
 127       if (j->end > i->start) {
 128         if (i->ValId != ThisValIdx || j->ValId != OtherValIdx)
 129           return false;
 130       }
 131     }
 132     if (i->end < j->end)
 133       ++i;
 134     else
 135       ++j;
 136   }
 137
 138   return true;
 139 }
 140
 141
 142 /// extendIntervalEndTo - This method is used when we want to extend the range
 143 /// specified by I to end at the specified endpoint.  To do this, we should
 144 /// merge and eliminate all ranges that this will overlap with.  The iterator is
 145 /// not invalidated.
 146 void LiveInterval::extendIntervalEndTo(Ranges::iterator I, unsigned NewEnd) {
 147   assert(I != ranges.end() && "Not a valid interval!");
 148   unsigned ValId = I->ValId;
 149
 150   // Search for the first interval that we can't merge with.
 151   Ranges::iterator MergeTo = next(I);
 152   for (; MergeTo != ranges.end() && NewEnd >= MergeTo->end; ++MergeTo) {
 153     assert(MergeTo->ValId == ValId && "Cannot merge with differing values!");
 154   }
 155
 156   // If NewEnd was in the middle of an interval, make sure to get its endpoint.
 157   I->end = std::max(NewEnd, prior(MergeTo)->end);
 158
 159   // Erase any dead ranges
 160   ranges.erase(next(I), MergeTo);
 161 }
 162
 163
 164 /// extendIntervalStartTo - This method is used when we want to extend the range
 165 /// specified by I to start at the specified endpoint.  To do this, we should
 166 /// merge and eliminate all ranges that this will overlap with.
 167 LiveInterval::Ranges::iterator
 168 LiveInterval::extendIntervalStartTo(Ranges::iterator I, unsigned NewStart) {
 169   assert(I != ranges.end() && "Not a valid interval!");
 170   unsigned ValId = I->ValId;
 171
 172   // Search for the first interval that we can't merge with.
 173   Ranges::iterator MergeTo = I;
 174   do {
 175     if (MergeTo == ranges.begin()) {
 176       I->start = NewStart;
 177       ranges.erase(MergeTo, I);
 178       return I;
 179     }
 180     assert(MergeTo->ValId == ValId && "Cannot merge with differing values!");
 181     --MergeTo;
 182   } while (NewStart <= MergeTo->start);
 183
 184   // If we start in the middle of another interval, just delete a range and
 185   // extend that interval.
 186   if (MergeTo->end >= NewStart && MergeTo->ValId == ValId) {
 187     MergeTo->end = I->end;
 188   } else {
 189     // Otherwise, extend the interval right after.
 190     ++MergeTo;
 191     MergeTo->start = NewStart;
 192     MergeTo->end = I->end;
 193   }
 194
 195   ranges.erase(next(MergeTo), next(I));
 196   return MergeTo;
 197 }
 198
 199 LiveInterval::Ranges::iterator
 200 LiveInterval::addRangeFrom(LiveRange LR, Ranges::iterator From) {
 201   unsigned Start = LR.start, End = LR.end;
 202   Ranges::iterator it = std::upper_bound(From, ranges.end(), Start);
 203
 204   // If the inserted interval starts in the middle or right at the end of
 205   // another interval, just extend that interval to contain the range of LR.
 206   if (it != ranges.begin()) {
 207     Ranges::iterator B = prior(it);
 208     if (LR.ValId == B->ValId) {
 209       if (B->start <= Start && B->end >= Start) {
 210         extendIntervalEndTo(B, End);
 211         return B;
 212       }
 213     } else {
 214       // Check to make sure that we are not overlapping two live ranges with
 215       // different ValId's.
 216       assert(B->end <= Start &&
 217              "Cannot overlap two LiveRanges with differing ValID's");
 218     }
 219   }
 220
 221   // Otherwise, if this range ends in the middle of, or right next to, another
 222   // interval, merge it into that interval.
 223   if (it != ranges.end())
 224     if (LR.ValId == it->ValId) {
 225       if (it->start <= End) {
 226         it = extendIntervalStartTo(it, Start);
 227
 228         // If LR is a complete superset of an interval, we may need to grow its
 229         // endpoint as well.
 230         if (End > it->end)
 231           extendIntervalEndTo(it, End);
 232         return it;
 233       }
 234     } else {
 235       // Check to make sure that we are not overlapping two live ranges with
 236       // different ValId's.
 237       assert(it->start >= End &&
 238              "Cannot overlap two LiveRanges with differing ValID's");
 239     }
 240
 241   // Otherwise, this is just a new range that doesn't interact with anything.
 242   // Insert it.
 243   return ranges.insert(it, LR);
 244 }
 245
 246
 247 /// removeRange - Remove the specified range from this interval.  Note that
 248 /// the range must already be in this interval in its entirety.
 249 void LiveInterval::removeRange(unsigned Start, unsigned End) {
 250   // Find the LiveRange containing this span.
 251   Ranges::iterator I = std::upper_bound(ranges.begin(), ranges.end(), Start);
 252   assert(I != ranges.begin() && "Range is not in interval!");
 253   --I;
 254   assert(I->contains(Start) && I->contains(End-1) &&
 255          "Range is not entirely in interval!");
 256
 257   // If the span we are removing is at the start of the LiveRange, adjust it.
 258   if (I->start == Start) {
 259     if (I->end == End)
 260       ranges.erase(I);  // Removed the whole LiveRange.
 261     else
 262       I->start = End;
 263     return;
 264   }
 265
 266   // Otherwise if the span we are removing is at the end of the LiveRange,
 267   // adjust the other way.
 268   if (I->end == End) {
 269     I->end = Start;
 270     return;
 271   }
 272
 273   // Otherwise, we are splitting the LiveRange into two pieces.
 274   unsigned OldEnd = I->end;
 275   I->end = Start;   // Trim the old interval.
 276
 277   // Insert the new one.
 278   ranges.insert(next(I), LiveRange(End, OldEnd, I->ValId));
 279 }
 280
 281 /// getLiveRangeContaining - Return the live range that contains the
 282 /// specified index, or null if there is none.
 283 const LiveRange *LiveInterval::getLiveRangeContaining(unsigned Idx) const {
 284   Ranges::const_iterator It = std::upper_bound(ranges.begin(),ranges.end(),Idx);
 285   if (It != ranges.begin()) {
 286     const LiveRange &LR = *prior(It);
 287     if (LR.contains(Idx))
 288       return &LR;
 289   }
 290
 291   return 0;
 292 }
 293
 294
 295
 296 /// join - Join two live intervals (this, and other) together.  This operation
 297 /// is the result of a copy instruction in the source program, that occurs at
 298 /// index 'CopyIdx' that copies from 'Other' to 'this'.
 299 void LiveInterval::join(LiveInterval &Other, unsigned CopyIdx) {
 300   const LiveRange *SourceLR = Other.getLiveRangeContaining(CopyIdx-1);
 301   const LiveRange *DestLR = getLiveRangeContaining(CopyIdx);
 302   assert(SourceLR && DestLR && "Not joining due to a copy?");
 303   unsigned MergedSrcValIdx = SourceLR->ValId;
 304   unsigned MergedDstValIdx = DestLR->ValId;
 305
 306   // Try to do the least amount of work possible.  In particular, if there are
 307   // more liverange chunks in the other set than there are in the 'this' set,
 308   // swap sets to merge the fewest chunks in possible.
 309   if (Other.ranges.size() > ranges.size()) {
 310     std::swap(MergedSrcValIdx, MergedDstValIdx);
 311     std::swap(ranges, Other.ranges);
 312     std::swap(NumValues, Other.NumValues);
 313   }
 314
 315   // Join the ranges of other into the ranges of this interval.
 316   Ranges::iterator InsertPos = ranges.begin();
 317   std::map<unsigned, unsigned> Dst2SrcIdxMap;
 318   for (Ranges::iterator I = Other.ranges.begin(),
 319          E = Other.ranges.end(); I != E; ++I) {
 320     // Map the ValId in the other live range to the current live range.
 321     if (I->ValId == MergedSrcValIdx)
 322       I->ValId = MergedDstValIdx;
 323     else {
 324       unsigned &NV = Dst2SrcIdxMap[I->ValId];
 325       if (NV == 0) NV = getNextValue();
 326       I->ValId = NV;
 327     }
 328
 329     InsertPos = addRangeFrom(*I, InsertPos);
 330   }
 331
 332   weight += Other.weight;
 333 }
 334
 335 std::ostream& llvm::operator<<(std::ostream& os, const LiveRange &LR) {
 336   return os << '[' << LR.start << ',' << LR.end << ':' << LR.ValId << ")";
 337 }
 338
 339 void LiveRange::dump() const {
 340   std::cerr << *this << "\n";
 341 }
 342
 343
 344 std::ostream& llvm::operator<<(std::ostream& os, const LiveInterval& li) {
 345   os << "%reg" << li.reg << ',' << li.weight;
 346   if (li.empty())
 347     return os << "EMPTY";
 348
 349   os << " = ";
 350   for (LiveInterval::Ranges::const_iterator i = li.ranges.begin(),
 351          e = li.ranges.end(); i != e; ++i)
 352     os << *i;
 353   return os;
 354 }
 355
 356 void LiveInterval::dump() const {
 357   std::cerr << *this << "\n";
 358 }