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/Target/MRegisterInfo.h"
  24 #include <algorithm>
  25 #include <iostream>
  26 #include <map>
  27 using namespace llvm;
  28
  29 // An example for liveAt():
  30 //
  31 // this = [1,4), liveAt(0) will return false. The instruction defining this
  32 // spans slots [0,3]. The interval belongs to an spilled definition of the
  33 // variable it represents. This is because slot 1 is used (def slot) and spans
  34 // up to slot 3 (store slot).
  35 //
  36 bool LiveInterval::liveAt(unsigned I) const {
  37   Ranges::const_iterator r = std::upper_bound(ranges.begin(), ranges.end(), I);
  38
  39   if (r == ranges.begin())
  40     return false;
  41
  42   --r;
  43   return r->contains(I);
  44 }
  45
  46 // overlaps - Return true if the intersection of the two live intervals is
  47 // not empty.
  48 //
  49 // An example for overlaps():
  50 //
  51 // 0: A = ...
  52 // 4: B = ...
  53 // 8: C = A + B ;; last use of A
  54 //
  55 // The live intervals should look like:
  56 //
  57 // A = [3, 11)
  58 // B = [7, x)
  59 // C = [11, y)
  60 //
  61 // A->overlaps(C) should return false since we want to be able to join
  62 // A and C.
  63 //
  64 bool LiveInterval::overlapsFrom(const LiveInterval& other,
  65                                 const_iterator StartPos) const {
  66   const_iterator i = begin();
  67   const_iterator ie = end();
  68   const_iterator j = StartPos;
  69   const_iterator je = other.end();
  70
  71   assert((StartPos->start <= i->start || StartPos == other.begin()) &&
  72          StartPos != other.end() && "Bogus start position hint!");
  73
  74   if (i->start < j->start) {
  75     i = std::upper_bound(i, ie, j->start);
  76     if (i != ranges.begin()) --i;
  77   } else if (j->start < i->start) {
  78     ++StartPos;
  79     if (StartPos != other.end() && StartPos->start <= i->start) {
  80       assert(StartPos < other.end() && i < end());
  81       j = std::upper_bound(j, je, i->start);
  82       if (j != other.ranges.begin()) --j;
  83     }
  84   } else {
  85     return true;
  86   }
  87
  88   if (j == je) return false;
  89
  90   while (i != ie) {
  91     if (i->start > j->start) {
  92       std::swap(i, j);
  93       std::swap(ie, je);
  94     }
  95
  96     if (i->end > j->start)
  97       return true;
  98     ++i;
  99   }
 100
 101   return false;
 102 }
 103
 104 /// NontrivialOverlap - Check to see if the two live ranges specified by i and j
 105 /// overlap.  If so, check to see if they have value numbers that are not
 106 /// iIdx/jIdx respectively.  If both conditions are true, return true.
 107 static inline bool NontrivialOverlap(const LiveRange &I, const LiveRange &J,
 108                                      unsigned iIdx, unsigned jIdx) {
 109   if (I.start == J.start) {
 110     // If this is not the allowed value merge, we cannot join.
 111     if (I.ValId != iIdx || J.ValId != jIdx)
 112       return true;
 113   } else if (I.start < J.start) {
 114     if (I.end > J.start && (I.ValId != iIdx || J.ValId != jIdx)) {
 115       return true;
 116     }
 117   } else {
 118     if (J.end > I.start && (I.ValId != iIdx || J.ValId != jIdx))
 119       return true;
 120   }
 121
 122   return false;
 123 }
 124
 125 /// joinable - Two intervals are joinable if the either don't overlap at all
 126 /// or if the destination of the copy is a single assignment value, and it
 127 /// only overlaps with one value in the source interval.
 128 bool LiveInterval::joinable(const LiveInterval &other, unsigned CopyIdx) const {
 129   const LiveRange *SourceLR = other.getLiveRangeContaining(CopyIdx-1);
 130   const LiveRange *DestLR = getLiveRangeContaining(CopyIdx);
 131   assert(SourceLR && DestLR && "Not joining due to a copy?");
 132   unsigned OtherValIdx = SourceLR->ValId;
 133   unsigned ThisValIdx = DestLR->ValId;
 134
 135   Ranges::const_iterator i = ranges.begin();
 136   Ranges::const_iterator ie = ranges.end();
 137   Ranges::const_iterator j = other.ranges.begin();
 138   Ranges::const_iterator je = other.ranges.end();
 139
 140   if (i->start < j->start) {
 141     i = std::upper_bound(i, ie, j->start);
 142     if (i != ranges.begin()) --i;
 143   } else if (j->start < i->start) {
 144     j = std::upper_bound(j, je, i->start);
 145     if (j != other.ranges.begin()) --j;
 146   }
 147
 148   while (i != ie && j != je) {
 149     if (NontrivialOverlap(*i, *j, ThisValIdx, OtherValIdx))
 150       return false;
 151
 152     if (i->end < j->end)
 153       ++i;
 154     else
 155       ++j;
 156   }
 157
 158   return true;
 159 }
 160
 161 /// getOverlapingRanges - Given another live interval which is defined as a
 162 /// copy from this one, return a list of all of the live ranges where the
 163 /// two overlap and have different value numbers.
 164 void LiveInterval::getOverlapingRanges(const LiveInterval &other,
 165                                        unsigned CopyIdx,
 166                                        std::vector<LiveRange*> &Ranges) {
 167   const LiveRange *SourceLR = other.getLiveRangeContaining(CopyIdx-1);
 168   const LiveRange *DestLR = getLiveRangeContaining(CopyIdx);
 169   assert(SourceLR && DestLR && "Not joining due to a copy?");
 170   unsigned OtherValIdx = SourceLR->ValId;
 171   unsigned ThisValIdx = DestLR->ValId;
 172
 173   Ranges::iterator i = ranges.begin();
 174   Ranges::iterator ie = ranges.end();
 175   Ranges::const_iterator j = other.ranges.begin();
 176   Ranges::const_iterator je = other.ranges.end();
 177
 178   if (i->start < j->start) {
 179     i = std::upper_bound(i, ie, j->start);
 180     if (i != ranges.begin()) --i;
 181   } else if (j->start < i->start) {
 182     j = std::upper_bound(j, je, i->start);
 183     if (j != other.ranges.begin()) --j;
 184   }
 185
 186   while (i != ie && j != je) {
 187     if (NontrivialOverlap(*i, *j, ThisValIdx, OtherValIdx))
 188       Ranges.push_back(&*i);
 189
 190     if (i->end < j->end)
 191       ++i;
 192     else
 193       ++j;
 194   }
 195 }
 196
 197
 198
 199 /// extendIntervalEndTo - This method is used when we want to extend the range
 200 /// specified by I to end at the specified endpoint.  To do this, we should
 201 /// merge and eliminate all ranges that this will overlap with.  The iterator is
 202 /// not invalidated.
 203 void LiveInterval::extendIntervalEndTo(Ranges::iterator I, unsigned NewEnd) {
 204   assert(I != ranges.end() && "Not a valid interval!");
 205   unsigned ValId = I->ValId;
 206
 207   // Search for the first interval that we can't merge with.
 208   Ranges::iterator MergeTo = next(I);
 209   for (; MergeTo != ranges.end() && NewEnd >= MergeTo->end; ++MergeTo) {
 210     assert(MergeTo->ValId == ValId && "Cannot merge with differing values!");
 211   }
 212
 213   // If NewEnd was in the middle of an interval, make sure to get its endpoint.
 214   I->end = std::max(NewEnd, prior(MergeTo)->end);
 215
 216   // Erase any dead ranges.
 217   ranges.erase(next(I), MergeTo);
 218
 219   // If the newly formed range now touches the range after it and if they have
 220   // the same value number, merge the two ranges into one range.
 221   if (I != ranges.end()) {
 222     Ranges::iterator Next = next(I);
 223     if (Next->start == I->end && Next->ValId == ValId) {
 224       I->end = Next->end;
 225       ranges.erase(Next);
 226     }
 227   }
 228 }
 229
 230
 231 /// extendIntervalStartTo - This method is used when we want to extend the range
 232 /// specified by I to start at the specified endpoint.  To do this, we should
 233 /// merge and eliminate all ranges that this will overlap with.
 234 LiveInterval::Ranges::iterator
 235 LiveInterval::extendIntervalStartTo(Ranges::iterator I, unsigned NewStart) {
 236   assert(I != ranges.end() && "Not a valid interval!");
 237   unsigned ValId = I->ValId;
 238
 239   // Search for the first interval that we can't merge with.
 240   Ranges::iterator MergeTo = I;
 241   do {
 242     if (MergeTo == ranges.begin()) {
 243       I->start = NewStart;
 244       ranges.erase(MergeTo, I);
 245       return I;
 246     }
 247     assert(MergeTo->ValId == ValId && "Cannot merge with differing values!");
 248     --MergeTo;
 249   } while (NewStart <= MergeTo->start);
 250
 251   // If we start in the middle of another interval, just delete a range and
 252   // extend that interval.
 253   if (MergeTo->end >= NewStart && MergeTo->ValId == ValId) {
 254     MergeTo->end = I->end;
 255   } else {
 256     // Otherwise, extend the interval right after.
 257     ++MergeTo;
 258     MergeTo->start = NewStart;
 259     MergeTo->end = I->end;
 260   }
 261
 262   ranges.erase(next(MergeTo), next(I));
 263   return MergeTo;
 264 }
 265
 266 LiveInterval::Ranges::iterator
 267 LiveInterval::addRangeFrom(LiveRange LR, Ranges::iterator From) {
 268   unsigned Start = LR.start, End = LR.end;
 269   Ranges::iterator it = std::upper_bound(From, ranges.end(), Start);
 270
 271   // If the inserted interval starts in the middle or right at the end of
 272   // another interval, just extend that interval to contain the range of LR.
 273   if (it != ranges.begin()) {
 274     Ranges::iterator B = prior(it);
 275     if (LR.ValId == B->ValId) {
 276       if (B->start <= Start && B->end >= Start) {
 277         extendIntervalEndTo(B, End);
 278         return B;
 279       }
 280     } else {
 281       // Check to make sure that we are not overlapping two live ranges with
 282       // different ValId's.
 283       assert(B->end <= Start &&
 284              "Cannot overlap two LiveRanges with differing ValID's"
 285              " (did you def the same reg twice in a MachineInstr?)");
 286     }
 287   }
 288
 289   // Otherwise, if this range ends in the middle of, or right next to, another
 290   // interval, merge it into that interval.
 291   if (it != ranges.end())
 292     if (LR.ValId == it->ValId) {
 293       if (it->start <= End) {
 294         it = extendIntervalStartTo(it, Start);
 295
 296         // If LR is a complete superset of an interval, we may need to grow its
 297         // endpoint as well.
 298         if (End > it->end)
 299           extendIntervalEndTo(it, End);
 300         return it;
 301       }
 302     } else {
 303       // Check to make sure that we are not overlapping two live ranges with
 304       // different ValId's.
 305       assert(it->start >= End &&
 306              "Cannot overlap two LiveRanges with differing ValID's");
 307     }
 308
 309   // Otherwise, this is just a new range that doesn't interact with anything.
 310   // Insert it.
 311   return ranges.insert(it, LR);
 312 }
 313
 314
 315 /// removeRange - Remove the specified range from this interval.  Note that
 316 /// the range must already be in this interval in its entirety.
 317 void LiveInterval::removeRange(unsigned Start, unsigned End) {
 318   // Find the LiveRange containing this span.
 319   Ranges::iterator I = std::upper_bound(ranges.begin(), ranges.end(), Start);
 320   assert(I != ranges.begin() && "Range is not in interval!");
 321   --I;
 322   assert(I->contains(Start) && I->contains(End-1) &&
 323          "Range is not entirely in interval!");
 324
 325   // If the span we are removing is at the start of the LiveRange, adjust it.
 326   if (I->start == Start) {
 327     if (I->end == End)
 328       ranges.erase(I);  // Removed the whole LiveRange.
 329     else
 330       I->start = End;
 331     return;
 332   }
 333
 334   // Otherwise if the span we are removing is at the end of the LiveRange,
 335   // adjust the other way.
 336   if (I->end == End) {
 337     I->end = Start;
 338     return;
 339   }
 340
 341   // Otherwise, we are splitting the LiveRange into two pieces.
 342   unsigned OldEnd = I->end;
 343   I->end = Start;   // Trim the old interval.
 344
 345   // Insert the new one.
 346   ranges.insert(next(I), LiveRange(End, OldEnd, I->ValId));
 347 }
 348
 349 /// getLiveRangeContaining - Return the live range that contains the
 350 /// specified index, or null if there is none.
 351 const LiveRange *LiveInterval::getLiveRangeContaining(unsigned Idx) const {
 352   Ranges::const_iterator It = std::upper_bound(ranges.begin(),ranges.end(),Idx);
 353   if (It != ranges.begin()) {
 354     const LiveRange &LR = *prior(It);
 355     if (LR.contains(Idx))
 356       return &LR;
 357   }
 358
 359   return 0;
 360 }
 361
 362
 363
 364 /// join - Join two live intervals (this, and other) together.  This operation
 365 /// is the result of a copy instruction in the source program, that occurs at
 366 /// index 'CopyIdx' that copies from 'Other' to 'this'.
 367 void LiveInterval::join(LiveInterval &Other, unsigned CopyIdx) {
 368   const LiveRange *SourceLR = Other.getLiveRangeContaining(CopyIdx-1);
 369   const LiveRange *DestLR = getLiveRangeContaining(CopyIdx);
 370   assert(SourceLR && DestLR && "Not joining due to a copy?");
 371   unsigned MergedSrcValIdx = SourceLR->ValId;
 372   unsigned MergedDstValIdx = DestLR->ValId;
 373
 374   // Try to do the least amount of work possible.  In particular, if there are
 375   // more liverange chunks in the other set than there are in the 'this' set,
 376   // swap sets to merge the fewest chunks in possible.
 377   if (Other.ranges.size() > ranges.size()) {
 378     std::swap(MergedSrcValIdx, MergedDstValIdx);
 379     std::swap(ranges, Other.ranges);
 380     std::swap(NumValues, Other.NumValues);
 381   }
 382
 383   // Join the ranges of other into the ranges of this interval.
 384   Ranges::iterator InsertPos = ranges.begin();
 385   std::map<unsigned, unsigned> Dst2SrcIdxMap;
 386   for (Ranges::iterator I = Other.ranges.begin(),
 387          E = Other.ranges.end(); I != E; ++I) {
 388     // Map the ValId in the other live range to the current live range.
 389     if (I->ValId == MergedSrcValIdx)
 390       I->ValId = MergedDstValIdx;
 391     else {
 392       unsigned &NV = Dst2SrcIdxMap[I->ValId];
 393       if (NV == 0) NV = getNextValue();
 394       I->ValId = NV;
 395     }
 396
 397     InsertPos = addRangeFrom(*I, InsertPos);
 398   }
 399
 400   weight += Other.weight;
 401 }
 402
 403 std::ostream& llvm::operator<<(std::ostream& os, const LiveRange &LR) {
 404   return os << '[' << LR.start << ',' << LR.end << ':' << LR.ValId << ")";
 405 }
 406
 407 void LiveRange::dump() const {
 408   std::cerr << *this << "\n";
 409 }
 410
 411 void LiveInterval::print(std::ostream &OS, const MRegisterInfo *MRI) const {
 412   if (MRI && MRegisterInfo::isPhysicalRegister(reg))
 413     OS << MRI->getName(reg);
 414   else
 415     OS << "%reg" << reg;
 416
 417   OS << ',' << weight;
 418
 419   if (empty())
 420     OS << "EMPTY";
 421   else {
 422     OS << " = ";
 423     for (LiveInterval::Ranges::const_iterator I = ranges.begin(),
 424            E = ranges.end(); I != E; ++I)
 425     OS << *I;
 426   }
 427 }
 428
 429 void LiveInterval::dump() const {
 430   std::cerr << *this << "\n";
 431 }