2c22976559d55b5e2789a7e8c7b1a3dee6e2378e
[oota-llvm.git] / 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 "llvm/CodeGen/LiveInterval.h"
22 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
23 #include "llvm/Support/Streams.h"
24 #include "llvm/Target/MRegisterInfo.h"
25 #include <algorithm>
26 #include <map>
27 #include <ostream>
28 using namespace llvm;
29
30 // An example for liveAt():
31 //
32 // this = [1,4), liveAt(0) will return false. The instruction defining this
33 // spans slots [0,3]. The interval belongs to an spilled definition of the
34 // variable it represents. This is because slot 1 is used (def slot) and spans
35 // up to slot 3 (store slot).
36 //
37 bool LiveInterval::liveAt(unsigned I) const {
38   Ranges::const_iterator r = std::upper_bound(ranges.begin(), ranges.end(), I);
39
40   if (r == ranges.begin())
41     return false;
42
43   --r;
44   return r->contains(I);
45 }
46
47 // overlaps - Return true if the intersection of the two live intervals is
48 // not empty.
49 //
50 // An example for overlaps():
51 //
52 // 0: A = ...
53 // 4: B = ...
54 // 8: C = A + B ;; last use of A
55 //
56 // The live intervals should look like:
57 //
58 // A = [3, 11)
59 // B = [7, x)
60 // C = [11, y)
61 //
62 // A->overlaps(C) should return false since we want to be able to join
63 // A and C.
64 //
65 bool LiveInterval::overlapsFrom(const LiveInterval& other,
66                                 const_iterator StartPos) const {
67   const_iterator i = begin();
68   const_iterator ie = end();
69   const_iterator j = StartPos;
70   const_iterator je = other.end();
71
72   assert((StartPos->start <= i->start || StartPos == other.begin()) &&
73          StartPos != other.end() && "Bogus start position hint!");
74
75   if (i->start < j->start) {
76     i = std::upper_bound(i, ie, j->start);
77     if (i != ranges.begin()) --i;
78   } else if (j->start < i->start) {
79     ++StartPos;
80     if (StartPos != other.end() && StartPos->start <= i->start) {
81       assert(StartPos < other.end() && i < end());
82       j = std::upper_bound(j, je, i->start);
83       if (j != other.ranges.begin()) --j;
84     }
85   } else {
86     return true;
87   }
88
89   if (j == je) return false;
90
91   while (i != ie) {
92     if (i->start > j->start) {
93       std::swap(i, j);
94       std::swap(ie, je);
95     }
96
97     if (i->end > j->start)
98       return true;
99     ++i;
100   }
101
102   return false;
103 }
104
105 /// extendIntervalEndTo - This method is used when we want to extend the range
106 /// specified by I to end at the specified endpoint.  To do this, we should
107 /// merge and eliminate all ranges that this will overlap with.  The iterator is
108 /// not invalidated.
109 void LiveInterval::extendIntervalEndTo(Ranges::iterator I, unsigned NewEnd) {
110   assert(I != ranges.end() && "Not a valid interval!");
111   unsigned ValId = I->ValId;
112
113   // Search for the first interval that we can't merge with.
114   Ranges::iterator MergeTo = next(I);
115   for (; MergeTo != ranges.end() && NewEnd >= MergeTo->end; ++MergeTo) {
116     assert(MergeTo->ValId == ValId && "Cannot merge with differing values!");
117   }
118
119   // If NewEnd was in the middle of an interval, make sure to get its endpoint.
120   I->end = std::max(NewEnd, prior(MergeTo)->end);
121
122   // Erase any dead ranges.
123   ranges.erase(next(I), MergeTo);
124
125   // Update kill info.
126   removeKillForValNum(ValId, I->start, I->end-1);
127
128   // If the newly formed range now touches the range after it and if they have
129   // the same value number, merge the two ranges into one range.
130   Ranges::iterator Next = next(I);
131   if (Next != ranges.end() && Next->start <= I->end && Next->ValId == ValId) {
132     I->end = Next->end;
133     ranges.erase(Next);
134   }
135 }
136
137
138 /// extendIntervalStartTo - This method is used when we want to extend the range
139 /// specified by I to start at the specified endpoint.  To do this, we should
140 /// merge and eliminate all ranges that this will overlap with.
141 LiveInterval::Ranges::iterator
142 LiveInterval::extendIntervalStartTo(Ranges::iterator I, unsigned NewStart) {
143   assert(I != ranges.end() && "Not a valid interval!");
144   unsigned ValId = I->ValId;
145
146   // Search for the first interval that we can't merge with.
147   Ranges::iterator MergeTo = I;
148   do {
149     if (MergeTo == ranges.begin()) {
150       I->start = NewStart;
151       ranges.erase(MergeTo, I);
152       return I;
153     }
154     assert(MergeTo->ValId == ValId && "Cannot merge with differing values!");
155     --MergeTo;
156   } while (NewStart <= MergeTo->start);
157
158   // If we start in the middle of another interval, just delete a range and
159   // extend that interval.
160   if (MergeTo->end >= NewStart && MergeTo->ValId == ValId) {
161     MergeTo->end = I->end;
162   } else {
163     // Otherwise, extend the interval right after.
164     ++MergeTo;
165     MergeTo->start = NewStart;
166     MergeTo->end = I->end;
167   }
168
169   ranges.erase(next(MergeTo), next(I));
170   return MergeTo;
171 }
172
173 LiveInterval::iterator
174 LiveInterval::addRangeFrom(LiveRange LR, iterator From) {
175   unsigned Start = LR.start, End = LR.end;
176   iterator it = std::upper_bound(From, ranges.end(), Start);
177
178   // If the inserted interval starts in the middle or right at the end of
179   // another interval, just extend that interval to contain the range of LR.
180   if (it != ranges.begin()) {
181     iterator B = prior(it);
182     if (LR.ValId == B->ValId) {
183       if (B->start <= Start && B->end >= Start) {
184         extendIntervalEndTo(B, End);
185         return B;
186       }
187     } else {
188       // Check to make sure that we are not overlapping two live ranges with
189       // different ValId's.
190       assert(B->end <= Start &&
191              "Cannot overlap two LiveRanges with differing ValID's"
192              " (did you def the same reg twice in a MachineInstr?)");
193     }
194   }
195
196   // Otherwise, if this range ends in the middle of, or right next to, another
197   // interval, merge it into that interval.
198   if (it != ranges.end())
199     if (LR.ValId == it->ValId) {
200       if (it->start <= End) {
201         it = extendIntervalStartTo(it, Start);
202
203         // If LR is a complete superset of an interval, we may need to grow its
204         // endpoint as well.
205         if (End > it->end)
206           extendIntervalEndTo(it, End);
207         return it;
208       }
209     } else {
210       // Check to make sure that we are not overlapping two live ranges with
211       // different ValId's.
212       assert(it->start >= End &&
213              "Cannot overlap two LiveRanges with differing ValID's");
214     }
215
216   // Otherwise, this is just a new range that doesn't interact with anything.
217   // Insert it.
218   return ranges.insert(it, LR);
219 }
220
221
222 /// removeRange - Remove the specified range from this interval.  Note that
223 /// the range must already be in this interval in its entirety.
224 void LiveInterval::removeRange(unsigned Start, unsigned End) {
225   // Find the LiveRange containing this span.
226   Ranges::iterator I = std::upper_bound(ranges.begin(), ranges.end(), Start);
227   assert(I != ranges.begin() && "Range is not in interval!");
228   --I;
229   assert(I->contains(Start) && I->contains(End-1) &&
230          "Range is not entirely in interval!");
231
232   // If the span we are removing is at the start of the LiveRange, adjust it.
233   if (I->start == Start) {
234     if (I->end == End) {
235       removeKillForValNum(I->ValId, End);
236       ranges.erase(I);  // Removed the whole LiveRange.
237     } else
238       I->start = End;
239     return;
240   }
241
242   // Otherwise if the span we are removing is at the end of the LiveRange,
243   // adjust the other way.
244   if (I->end == End) {
245     replaceKillForValNum(I->ValId, End, Start);
246     I->end = Start;
247     return;
248   }
249
250   // Otherwise, we are splitting the LiveRange into two pieces.
251   unsigned OldEnd = I->end;
252   I->end = Start;   // Trim the old interval.
253
254   // Insert the new one.
255   ranges.insert(next(I), LiveRange(End, OldEnd, I->ValId));
256 }
257
258 /// getLiveRangeContaining - Return the live range that contains the
259 /// specified index, or null if there is none.
260 LiveInterval::const_iterator 
261 LiveInterval::FindLiveRangeContaining(unsigned Idx) const {
262   const_iterator It = std::upper_bound(begin(), end(), Idx);
263   if (It != ranges.begin()) {
264     --It;
265     if (It->contains(Idx))
266       return It;
267   }
268
269   return end();
270 }
271
272 LiveInterval::iterator 
273 LiveInterval::FindLiveRangeContaining(unsigned Idx) {
274   iterator It = std::upper_bound(begin(), end(), Idx);
275   if (It != begin()) {
276     --It;
277     if (It->contains(Idx))
278       return It;
279   }
280   
281   return end();
282 }
283
284 /// join - Join two live intervals (this, and other) together.  This applies
285 /// mappings to the value numbers in the LHS/RHS intervals as specified.  If
286 /// the intervals are not joinable, this aborts.
287 void LiveInterval::join(LiveInterval &Other, int *LHSValNoAssignments,
288                         int *RHSValNoAssignments, 
289                         SmallVector<VNInfo, 16> &NewValueNumberInfo) {
290   
291   // Try to do the least amount of work possible.  In particular, if there are
292   // more liverange chunks in the other set than there are in the 'this' set,
293   // swap sets to merge the fewest chunks in possible.
294   //
295   // Also, if one range is a physreg and one is a vreg, we always merge from the
296   // vreg into the physreg, which leaves the vreg intervals pristine.
297   if ((Other.ranges.size() > ranges.size() &&
298       MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg)) ||
299       MRegisterInfo::isPhysicalRegister(Other.reg)) {
300     swap(Other);
301     std::swap(LHSValNoAssignments, RHSValNoAssignments);
302   }
303
304   // Determine if any of our live range values are mapped.  This is uncommon, so
305   // we want to avoid the interval scan if not.
306   bool MustMapCurValNos = false;
307   for (unsigned i = 0, e = getNumValNums(); i != e; ++i) {
308     if (ValueNumberInfo[i].def == ~1U) continue;  // tombstone value #
309     if (i != (unsigned)LHSValNoAssignments[i]) {
310       MustMapCurValNos = true;
311       break;
312     }
313   }
314   
315   // If we have to apply a mapping to our base interval assignment, rewrite it
316   // now.
317   if (MustMapCurValNos) {
318     // Map the first live range.
319     iterator OutIt = begin();
320     OutIt->ValId = LHSValNoAssignments[OutIt->ValId];
321     ++OutIt;
322     for (iterator I = OutIt, E = end(); I != E; ++I) {
323       OutIt->ValId = LHSValNoAssignments[I->ValId];
324       
325       // If this live range has the same value # as its immediate predecessor,
326       // and if they are neighbors, remove one LiveRange.  This happens when we
327       // have [0,3:0)[4,7:1) and map 0/1 onto the same value #.
328       if (OutIt->ValId == (OutIt-1)->ValId && (OutIt-1)->end == OutIt->start) {
329         (OutIt-1)->end = OutIt->end;
330       } else {
331         if (I != OutIt) {
332           OutIt->start = I->start;
333           OutIt->end = I->end;
334         }
335         
336         // Didn't merge, on to the next one.
337         ++OutIt;
338       }
339     }
340     
341     // If we merge some live ranges, chop off the end.
342     ranges.erase(OutIt, end());
343   }
344
345   // Update val# info first. Increasing live ranges may invalidate some kills.
346   ValueNumberInfo.clear();
347   ValueNumberInfo.append(NewValueNumberInfo.begin(), NewValueNumberInfo.end());
348
349   // Okay, now insert the RHS live ranges into the LHS.
350   iterator InsertPos = begin();
351   for (iterator I = Other.begin(), E = Other.end(); I != E; ++I) {
352     // Map the ValId in the other live range to the current live range.
353     I->ValId = RHSValNoAssignments[I->ValId];
354     InsertPos = addRangeFrom(*I, InsertPos);
355   }
356
357   weight += Other.weight;
358   if (Other.preference && !preference)
359     preference = Other.preference;
360 }
361
362 /// MergeRangesInAsValue - Merge all of the intervals in RHS into this live
363 /// interval as the specified value number.  The LiveRanges in RHS are
364 /// allowed to overlap with LiveRanges in the current interval, but only if
365 /// the overlapping LiveRanges have the specified value number.
366 void LiveInterval::MergeRangesInAsValue(const LiveInterval &RHS, 
367                                         unsigned LHSValNo) {
368   // TODO: Make this more efficient.
369   iterator InsertPos = begin();
370   for (const_iterator I = RHS.begin(), E = RHS.end(); I != E; ++I) {
371     // Map the ValId in the other live range to the current live range.
372     LiveRange Tmp = *I;
373     Tmp.ValId = LHSValNo;
374     InsertPos = addRangeFrom(Tmp, InsertPos);
375   }
376 }
377
378
379 /// MergeInClobberRanges - For any live ranges that are not defined in the
380 /// current interval, but are defined in the Clobbers interval, mark them
381 /// used with an unknown definition value.
382 void LiveInterval::MergeInClobberRanges(const LiveInterval &Clobbers) {
383   if (Clobbers.begin() == Clobbers.end()) return;
384   
385   // Find a value # to use for the clobber ranges.  If there is already a value#
386   // for unknown values, use it.
387   // FIXME: Use a single sentinal number for these!
388   unsigned ClobberValNo = getNextValue(~0U, 0);
389   
390   iterator IP = begin();
391   for (const_iterator I = Clobbers.begin(), E = Clobbers.end(); I != E; ++I) {
392     unsigned Start = I->start, End = I->end;
393     IP = std::upper_bound(IP, end(), Start);
394     
395     // If the start of this range overlaps with an existing liverange, trim it.
396     if (IP != begin() && IP[-1].end > Start) {
397       Start = IP[-1].end;
398       // Trimmed away the whole range?
399       if (Start >= End) continue;
400     }
401     // If the end of this range overlaps with an existing liverange, trim it.
402     if (IP != end() && End > IP->start) {
403       End = IP->start;
404       // If this trimmed away the whole range, ignore it.
405       if (Start == End) continue;
406     }
407     
408     // Insert the clobber interval.
409     IP = addRangeFrom(LiveRange(Start, End, ClobberValNo), IP);
410   }
411 }
412
413 /// MergeValueNumberInto - This method is called when two value nubmers
414 /// are found to be equivalent.  This eliminates V1, replacing all
415 /// LiveRanges with the V1 value number with the V2 value number.  This can
416 /// cause merging of V1/V2 values numbers and compaction of the value space.
417 void LiveInterval::MergeValueNumberInto(unsigned V1, unsigned V2) {
418   assert(V1 != V2 && "Identical value#'s are always equivalent!");
419
420   // This code actually merges the (numerically) larger value number into the
421   // smaller value number, which is likely to allow us to compactify the value
422   // space.  The only thing we have to be careful of is to preserve the
423   // instruction that defines the result value.
424
425   // Make sure V2 is smaller than V1.
426   if (V1 < V2) {
427     copyValNumInfo(V1, V2);
428     std::swap(V1, V2);
429   }
430
431   // Merge V1 live ranges into V2.
432   for (iterator I = begin(); I != end(); ) {
433     iterator LR = I++;
434     if (LR->ValId != V1) continue;  // Not a V1 LiveRange.
435     
436     // Okay, we found a V1 live range.  If it had a previous, touching, V2 live
437     // range, extend it.
438     if (LR != begin()) {
439       iterator Prev = LR-1;
440       if (Prev->ValId == V2 && Prev->end == LR->start) {
441         bool Replaced = replaceKillForValNum(V2, Prev->end, LR->end);
442         assert(Replaced);
443         Prev->end = LR->end;
444
445         // Erase this live-range.
446         ranges.erase(LR);
447         I = Prev+1;
448         LR = Prev;
449       }
450     }
451     
452     // Okay, now we have a V1 or V2 live range that is maximally merged forward.
453     // Ensure that it is a V2 live-range.
454     LR->ValId = V2;
455     
456     // If we can merge it into later V2 live ranges, do so now.  We ignore any
457     // following V1 live ranges, as they will be merged in subsequent iterations
458     // of the loop.
459     if (I != end()) {
460       if (I->start == LR->end && I->ValId == V2) {
461         removeKillForValNum(V2, LR->end);
462         LR->end = I->end;
463         ranges.erase(I);
464         I = LR+1;
465       }
466     }
467   }
468   
469   // Now that V1 is dead, remove it.  If it is the largest value number, just
470   // nuke it (and any other deleted values neighboring it), otherwise mark it as
471   // ~1U so it can be nuked later.
472   if (V1 == getNumValNums()-1) {
473     do {
474       ValueNumberInfo.pop_back();
475     } while (ValueNumberInfo.back().def == ~1U);
476   } else {
477     ValueNumberInfo[V1].def = ~1U;
478   }
479 }
480
481 unsigned LiveInterval::getSize() const {
482   unsigned Sum = 0;
483   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
484     Sum += I->end - I->start;
485   return Sum;
486 }
487
488 std::ostream& llvm::operator<<(std::ostream& os, const LiveRange &LR) {
489   return os << '[' << LR.start << ',' << LR.end << ':' << LR.ValId << ")";
490 }
491
492 void LiveRange::dump() const {
493   cerr << *this << "\n";
494 }
495
496 void LiveInterval::print(std::ostream &OS, const MRegisterInfo *MRI) const {
497   if (MRI && MRegisterInfo::isPhysicalRegister(reg))
498     OS << MRI->getName(reg);
499   else
500     OS << "%reg" << reg;
501
502   OS << ',' << weight;
503
504   if (empty())
505     OS << "EMPTY";
506   else {
507     OS << " = ";
508     for (LiveInterval::Ranges::const_iterator I = ranges.begin(),
509            E = ranges.end(); I != E; ++I)
510     OS << *I;
511   }
512   
513   // Print value number info.
514   if (getNumValNums()) {
515     OS << "  ";
516     for (unsigned i = 0; i != getNumValNums(); ++i) {
517       if (i) OS << " ";
518       OS << i << "@";
519       if (ValueNumberInfo[i].def == ~1U) {
520         OS << "x";
521       } else {
522         if (ValueNumberInfo[i].def == ~0U)
523           OS << "?";
524         else
525           OS << ValueNumberInfo[i].def;
526         unsigned e = ValueNumberInfo[i].kills.size();
527         if (e) {
528           OS << "-(";
529           for (unsigned j = 0; j != e; ++j) {
530             OS << ValueNumberInfo[i].kills[j];
531             if (j != e-1)
532               OS << " ";
533           }
534           OS << ")";
535         }
536       }
537     }
538   }
539 }
540
541 void LiveInterval::dump() const {
542   cerr << *this << "\n";
543 }
544
545
546 void LiveRange::print(std::ostream &os) const {
547   os << *this;
548 }