lib/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.cpp

   1 //===-- LiveIntervalAnalysis.cpp - Live Interval Analysis -----------------===//
   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 LiveInterval analysis pass which is used
  11 // by the Linear Scan Register allocator. This pass linearizes the
  12 // basic blocks of the function in DFS order and uses the
  13 // LiveVariables pass to conservatively compute live intervals for
  14 // each virtual and physical register.
  15 //
  16 //===----------------------------------------------------------------------===//
  17
  18 #define DEBUG_TYPE "liveintervals"
  19 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
  20 #include "VirtRegMap.h"
  21 #include "llvm/Value.h"
  22 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/LiveVariables.h"
  24 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
  25 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
  26 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  27 #include "llvm/CodeGen/SSARegMap.h"
  28 #include "llvm/Target/MRegisterInfo.h"
  29 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  30 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  31 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  32 #include "llvm/Support/Debug.h"
  33 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  34 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  35 #include <algorithm>
  36 #include <cmath>
  37 using namespace llvm;
  38
  39 namespace {
  40   RegisterAnalysis<LiveIntervals> X("liveintervals", "Live Interval Analysis");
  41
  42   Statistic<> numIntervals
  43   ("liveintervals", "Number of original intervals");
  44
  45   Statistic<> numIntervalsAfter
  46   ("liveintervals", "Number of intervals after coalescing");
  47
  48   Statistic<> numJoins
  49   ("liveintervals", "Number of interval joins performed");
  50
  51   Statistic<> numPeep
  52   ("liveintervals", "Number of identity moves eliminated after coalescing");
  53
  54   Statistic<> numFolded
  55   ("liveintervals", "Number of loads/stores folded into instructions");
  56
  57   cl::opt<bool>
  58   EnableJoining("join-liveintervals",
  59                 cl::desc("Join compatible live intervals"),
  60                 cl::init(true));
  61 };
  62
  63 void LiveIntervals::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const
  64 {
  65   AU.addRequired<LiveVariables>();
  66   AU.addPreservedID(PHIEliminationID);
  67   AU.addRequiredID(PHIEliminationID);
  68   AU.addRequiredID(TwoAddressInstructionPassID);
  69   AU.addRequired<LoopInfo>();
  70   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
  71 }
  72
  73 void LiveIntervals::releaseMemory()
  74 {
  75   mi2iMap_.clear();
  76   i2miMap_.clear();
  77   r2iMap_.clear();
  78   r2rMap_.clear();
  79 }
  80
  81
  82 /// runOnMachineFunction - Register allocate the whole function
  83 ///
  84 bool LiveIntervals::runOnMachineFunction(MachineFunction &fn) {
  85   mf_ = &fn;
  86   tm_ = &fn.getTarget();
  87   mri_ = tm_->getRegisterInfo();
  88   tii_ = tm_->getInstrInfo();
  89   lv_ = &getAnalysis<LiveVariables>();
  90   allocatableRegs_ = mri_->getAllocatableSet(fn);
  91   r2rMap_.grow(mf_->getSSARegMap()->getLastVirtReg());
  92
  93   // If this function has any live ins, insert a dummy instruction at the
  94   // beginning of the function that we will pretend "defines" the values.  This
  95   // is to make the interval analysis simpler by providing a number.
  96   if (fn.livein_begin() != fn.livein_end()) {
  97     unsigned FirstLiveIn = fn.livein_begin()->first;
  98
  99     // Find a reg class that contains this live in.
 100     const TargetRegisterClass *RC = 0;
 101     for (MRegisterInfo::regclass_iterator RCI = mri_->regclass_begin(),
 102            E = mri_->regclass_end(); RCI != E; ++RCI)
 103       if ((*RCI)->contains(FirstLiveIn)) {
 104         RC = *RCI;
 105         break;
 106       }
 107
 108     MachineInstr *OldFirstMI = fn.begin()->begin();
 109     mri_->copyRegToReg(*fn.begin(), fn.begin()->begin(),
 110                        FirstLiveIn, FirstLiveIn, RC);
 111     assert(OldFirstMI != fn.begin()->begin() &&
 112            "copyRetToReg didn't insert anything!");
 113   }
 114
 115   // number MachineInstrs
 116   unsigned miIndex = 0;
 117   for (MachineFunction::iterator mbb = mf_->begin(), mbbEnd = mf_->end();
 118        mbb != mbbEnd; ++mbb)
 119     for (MachineBasicBlock::iterator mi = mbb->begin(), miEnd = mbb->end();
 120          mi != miEnd; ++mi) {
 121       bool inserted = mi2iMap_.insert(std::make_pair(mi, miIndex)).second;
 122       assert(inserted && "multiple MachineInstr -> index mappings");
 123       i2miMap_.push_back(mi);
 124       miIndex += InstrSlots::NUM;
 125     }
 126
 127   // Note intervals due to live-in values.
 128   if (fn.livein_begin() != fn.livein_end()) {
 129     MachineBasicBlock *Entry = fn.begin();
 130     for (MachineFunction::livein_iterator I = fn.livein_begin(),
 131            E = fn.livein_end(); I != E; ++I) {
 132       handlePhysicalRegisterDef(Entry, Entry->begin(),
 133                                 getOrCreateInterval(I->first), 0, 0, true);
 134       for (const unsigned* AS = mri_->getAliasSet(I->first); *AS; ++AS)
 135         handlePhysicalRegisterDef(Entry, Entry->begin(),
 136                                   getOrCreateInterval(*AS), 0, 0, true);
 137     }
 138   }
 139
 140   computeIntervals();
 141
 142   numIntervals += getNumIntervals();
 143
 144   DEBUG(std::cerr << "********** INTERVALS **********\n";
 145         for (iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I) {
 146           I->second.print(std::cerr, mri_);
 147           std::cerr << "\n";
 148         });
 149
 150   // join intervals if requested
 151   if (EnableJoining) joinIntervals();
 152
 153   numIntervalsAfter += getNumIntervals();
 154
 155   // perform a final pass over the instructions and compute spill
 156   // weights, coalesce virtual registers and remove identity moves
 157   const LoopInfo& loopInfo = getAnalysis<LoopInfo>();
 158
 159   for (MachineFunction::iterator mbbi = mf_->begin(), mbbe = mf_->end();
 160        mbbi != mbbe; ++mbbi) {
 161     MachineBasicBlock* mbb = mbbi;
 162     unsigned loopDepth = loopInfo.getLoopDepth(mbb->getBasicBlock());
 163
 164     for (MachineBasicBlock::iterator mii = mbb->begin(), mie = mbb->end();
 165          mii != mie; ) {
 166       // if the move will be an identity move delete it
 167       unsigned srcReg, dstReg, RegRep;
 168       if (tii_->isMoveInstr(*mii, srcReg, dstReg) &&
 169           (RegRep = rep(srcReg)) == rep(dstReg)) {
 170         // remove from def list
 171         LiveInterval &interval = getOrCreateInterval(RegRep);
 172         // remove index -> MachineInstr and
 173         // MachineInstr -> index mappings
 174         Mi2IndexMap::iterator mi2i = mi2iMap_.find(mii);
 175         if (mi2i != mi2iMap_.end()) {
 176           i2miMap_[mi2i->second/InstrSlots::NUM] = 0;
 177           mi2iMap_.erase(mi2i);
 178         }
 179         mii = mbbi->erase(mii);
 180         ++numPeep;
 181       }
 182       else {
 183         for (unsigned i = 0; i < mii->getNumOperands(); ++i) {
 184           const MachineOperand& mop = mii->getOperand(i);
 185           if (mop.isRegister() && mop.getReg() &&
 186               MRegisterInfo::isVirtualRegister(mop.getReg())) {
 187             // replace register with representative register
 188             unsigned reg = rep(mop.getReg());
 189             mii->SetMachineOperandReg(i, reg);
 190
 191             LiveInterval &RegInt = getInterval(reg);
 192             RegInt.weight +=
 193               (mop.isUse() + mop.isDef()) * pow(10.0F, (int)loopDepth);
 194           }
 195         }
 196         ++mii;
 197       }
 198     }
 199   }
 200
 201   DEBUG(dump());
 202   return true;
 203 }
 204
 205 /// print - Implement the dump method.
 206 void LiveIntervals::print(std::ostream &O, const Module* ) const {
 207   O << "********** INTERVALS **********\n";
 208   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I) {
 209     I->second.print(std::cerr, mri_);
 210     std::cerr << "\n";
 211   }
 212
 213   O << "********** MACHINEINSTRS **********\n";
 214   for (MachineFunction::iterator mbbi = mf_->begin(), mbbe = mf_->end();
 215        mbbi != mbbe; ++mbbi) {
 216     O << ((Value*)mbbi->getBasicBlock())->getName() << ":\n";
 217     for (MachineBasicBlock::iterator mii = mbbi->begin(),
 218            mie = mbbi->end(); mii != mie; ++mii) {
 219       O << getInstructionIndex(mii) << '\t' << *mii;
 220     }
 221   }
 222 }
 223
 224 std::vector<LiveInterval*> LiveIntervals::
 225 addIntervalsForSpills(const LiveInterval &li, VirtRegMap &vrm, int slot) {
 226   // since this is called after the analysis is done we don't know if
 227   // LiveVariables is available
 228   lv_ = getAnalysisToUpdate<LiveVariables>();
 229
 230   std::vector<LiveInterval*> added;
 231
 232   assert(li.weight != HUGE_VAL &&
 233          "attempt to spill already spilled interval!");
 234
 235   DEBUG(std::cerr << "\t\t\t\tadding intervals for spills for interval: "
 236         << li << '\n');
 237
 238   const TargetRegisterClass* rc = mf_->getSSARegMap()->getRegClass(li.reg);
 239
 240   for (LiveInterval::Ranges::const_iterator
 241          i = li.ranges.begin(), e = li.ranges.end(); i != e; ++i) {
 242     unsigned index = getBaseIndex(i->start);
 243     unsigned end = getBaseIndex(i->end-1) + InstrSlots::NUM;
 244     for (; index != end; index += InstrSlots::NUM) {
 245       // skip deleted instructions
 246       while (index != end && !getInstructionFromIndex(index))
 247         index += InstrSlots::NUM;
 248       if (index == end) break;
 249
 250       MachineInstr *MI = getInstructionFromIndex(index);
 251
 252       // NewRegLiveIn - This instruction might have multiple uses of the spilled
 253       // register.  In this case, for the first use, keep track of the new vreg
 254       // that we reload it into.  If we see a second use, reuse this vreg
 255       // instead of creating live ranges for two reloads.
 256       unsigned NewRegLiveIn = 0;
 257
 258     for_operand:
 259       for (unsigned i = 0; i != MI->getNumOperands(); ++i) {
 260         MachineOperand& mop = MI->getOperand(i);
 261         if (mop.isRegister() && mop.getReg() == li.reg) {
 262           if (NewRegLiveIn && mop.isUse()) {
 263             // We already emitted a reload of this value, reuse it for
 264             // subsequent operands.
 265             MI->SetMachineOperandReg(i, NewRegLiveIn);
 266             DEBUG(std::cerr << "\t\t\t\treused reload into reg" << NewRegLiveIn
 267                             << " for operand #" << i << '\n');
 268           } else if (MachineInstr* fmi = mri_->foldMemoryOperand(MI, i, slot)) {
 269             // Attempt to fold the memory reference into the instruction.  If we
 270             // can do this, we don't need to insert spill code.
 271             if (lv_)
 272               lv_->instructionChanged(MI, fmi);
 273             vrm.virtFolded(li.reg, MI, i, fmi);
 274             mi2iMap_.erase(MI);
 275             i2miMap_[index/InstrSlots::NUM] = fmi;
 276             mi2iMap_[fmi] = index;
 277             MachineBasicBlock &MBB = *MI->getParent();
 278             MI = MBB.insert(MBB.erase(MI), fmi);
 279             ++numFolded;
 280
 281             // Folding the load/store can completely change the instruction in
 282             // unpredictable ways, rescan it from the beginning.
 283             goto for_operand;
 284           } else {
 285             // This is tricky. We need to add information in the interval about
 286             // the spill code so we have to use our extra load/store slots.
 287             //
 288             // If we have a use we are going to have a load so we start the
 289             // interval from the load slot onwards. Otherwise we start from the
 290             // def slot.
 291             unsigned start = (mop.isUse() ?
 292                               getLoadIndex(index) :
 293                               getDefIndex(index));
 294             // If we have a def we are going to have a store right after it so
 295             // we end the interval after the use of the next
 296             // instruction. Otherwise we end after the use of this instruction.
 297             unsigned end = 1 + (mop.isDef() ?
 298                                 getStoreIndex(index) :
 299                                 getUseIndex(index));
 300
 301             // create a new register for this spill
 302             NewRegLiveIn = mf_->getSSARegMap()->createVirtualRegister(rc);
 303             MI->SetMachineOperandReg(i, NewRegLiveIn);
 304             vrm.grow();
 305             vrm.assignVirt2StackSlot(NewRegLiveIn, slot);
 306             LiveInterval& nI = getOrCreateInterval(NewRegLiveIn);
 307             assert(nI.empty());
 308
 309             // the spill weight is now infinity as it
 310             // cannot be spilled again
 311             nI.weight = float(HUGE_VAL);
 312             LiveRange LR(start, end, nI.getNextValue());
 313             DEBUG(std::cerr << " +" << LR);
 314             nI.addRange(LR);
 315             added.push_back(&nI);
 316
 317             // update live variables if it is available
 318             if (lv_)
 319               lv_->addVirtualRegisterKilled(NewRegLiveIn, MI);
 320
 321             // If this is a live in, reuse it for subsequent live-ins.  If it's
 322             // a def, we can't do this.
 323             if (!mop.isUse()) NewRegLiveIn = 0;
 324
 325             DEBUG(std::cerr << "\t\t\t\tadded new interval: " << nI << '\n');
 326           }
 327         }
 328       }
 329     }
 330   }
 331
 332   return added;
 333 }
 334
 335 void LiveIntervals::printRegName(unsigned reg) const
 336 {
 337   if (MRegisterInfo::isPhysicalRegister(reg))
 338     std::cerr << mri_->getName(reg);
 339   else
 340     std::cerr << "%reg" << reg;
 341 }
 342
 343 void LiveIntervals::handleVirtualRegisterDef(MachineBasicBlock* mbb,
 344                                              MachineBasicBlock::iterator mi,
 345                                              LiveInterval& interval)
 346 {
 347   DEBUG(std::cerr << "\t\tregister: "; printRegName(interval.reg));
 348   LiveVariables::VarInfo& vi = lv_->getVarInfo(interval.reg);
 349
 350   // Virtual registers may be defined multiple times (due to phi
 351   // elimination and 2-addr elimination).  Much of what we do only has to be
 352   // done once for the vreg.  We use an empty interval to detect the first
 353   // time we see a vreg.
 354   if (interval.empty()) {
 355     // Get the Idx of the defining instructions.
 356     unsigned defIndex = getDefIndex(getInstructionIndex(mi));
 357
 358     unsigned ValNum = interval.getNextValue();
 359     assert(ValNum == 0 && "First value in interval is not 0?");
 360     ValNum = 0;  // Clue in the optimizer.
 361
 362     // Loop over all of the blocks that the vreg is defined in.  There are
 363     // two cases we have to handle here.  The most common case is a vreg
 364     // whose lifetime is contained within a basic block.  In this case there
 365     // will be a single kill, in MBB, which comes after the definition.
 366     if (vi.Kills.size() == 1 && vi.Kills[0]->getParent() == mbb) {
 367       // FIXME: what about dead vars?
 368       unsigned killIdx;
 369       if (vi.Kills[0] != mi)
 370         killIdx = getUseIndex(getInstructionIndex(vi.Kills[0]))+1;
 371       else
 372         killIdx = defIndex+1;
 373
 374       // If the kill happens after the definition, we have an intra-block
 375       // live range.
 376       if (killIdx > defIndex) {
 377         assert(vi.AliveBlocks.empty() &&
 378                "Shouldn't be alive across any blocks!");
 379         LiveRange LR(defIndex, killIdx, ValNum);
 380         interval.addRange(LR);
 381         DEBUG(std::cerr << " +" << LR << "\n");
 382         return;
 383       }
 384     }
 385
 386     // The other case we handle is when a virtual register lives to the end
 387     // of the defining block, potentially live across some blocks, then is
 388     // live into some number of blocks, but gets killed.  Start by adding a
 389     // range that goes from this definition to the end of the defining block.
 390     LiveRange NewLR(defIndex,
 391                     getInstructionIndex(&mbb->back()) + InstrSlots::NUM,
 392                     ValNum);
 393     DEBUG(std::cerr << " +" << NewLR);
 394     interval.addRange(NewLR);
 395
 396     // Iterate over all of the blocks that the variable is completely
 397     // live in, adding [insrtIndex(begin), instrIndex(end)+4) to the
 398     // live interval.
 399     for (unsigned i = 0, e = vi.AliveBlocks.size(); i != e; ++i) {
 400       if (vi.AliveBlocks[i]) {
 401         MachineBasicBlock* mbb = mf_->getBlockNumbered(i);
 402         if (!mbb->empty()) {
 403           LiveRange LR(getInstructionIndex(&mbb->front()),
 404                        getInstructionIndex(&mbb->back()) + InstrSlots::NUM,
 405                        ValNum);
 406           interval.addRange(LR);
 407           DEBUG(std::cerr << " +" << LR);
 408         }
 409       }
 410     }
 411
 412     // Finally, this virtual register is live from the start of any killing
 413     // block to the 'use' slot of the killing instruction.
 414     for (unsigned i = 0, e = vi.Kills.size(); i != e; ++i) {
 415       MachineInstr *Kill = vi.Kills[i];
 416       LiveRange LR(getInstructionIndex(Kill->getParent()->begin()),
 417                    getUseIndex(getInstructionIndex(Kill))+1,
 418                    ValNum);
 419       interval.addRange(LR);
 420       DEBUG(std::cerr << " +" << LR);
 421     }
 422
 423   } else {
 424     // If this is the second time we see a virtual register definition, it
 425     // must be due to phi elimination or two addr elimination.  If this is
 426     // the result of two address elimination, then the vreg is the first
 427     // operand, and is a def-and-use.
 428     if (mi->getOperand(0).isRegister() &&
 429         mi->getOperand(0).getReg() == interval.reg &&
 430         mi->getOperand(0).isDef() && mi->getOperand(0).isUse()) {
 431       // If this is a two-address definition, then we have already processed
 432       // the live range.  The only problem is that we didn't realize there
 433       // are actually two values in the live interval.  Because of this we
 434       // need to take the LiveRegion that defines this register and split it
 435       // into two values.
 436       unsigned DefIndex = getDefIndex(getInstructionIndex(vi.DefInst));
 437       unsigned RedefIndex = getDefIndex(getInstructionIndex(mi));
 438
 439       // Delete the initial value, which should be short and continuous,
 440       // becuase the 2-addr copy must be in the same MBB as the redef.
 441       interval.removeRange(DefIndex, RedefIndex);
 442
 443       LiveRange LR(DefIndex, RedefIndex, interval.getNextValue());
 444       DEBUG(std::cerr << " replace range with " << LR);
 445       interval.addRange(LR);
 446
 447       // If this redefinition is dead, we need to add a dummy unit live
 448       // range covering the def slot.
 449       if (lv_->RegisterDefIsDead(mi, interval.reg))
 450         interval.addRange(LiveRange(RedefIndex, RedefIndex+1, 0));
 451
 452       DEBUG(std::cerr << "RESULT: " << interval);
 453
 454     } else {
 455       // Otherwise, this must be because of phi elimination.  If this is the
 456       // first redefinition of the vreg that we have seen, go back and change
 457       // the live range in the PHI block to be a different value number.
 458       if (interval.containsOneValue()) {
 459         assert(vi.Kills.size() == 1 &&
 460                "PHI elimination vreg should have one kill, the PHI itself!");
 461
 462         // Remove the old range that we now know has an incorrect number.
 463         MachineInstr *Killer = vi.Kills[0];
 464         unsigned Start = getInstructionIndex(Killer->getParent()->begin());
 465         unsigned End = getUseIndex(getInstructionIndex(Killer))+1;
 466         DEBUG(std::cerr << "Removing [" << Start << "," << End << "] from: "
 467               << interval << "\n");
 468         interval.removeRange(Start, End);
 469         DEBUG(std::cerr << "RESULT: " << interval);
 470
 471         // Replace the interval with one of a NEW value number.
 472         LiveRange LR(Start, End, interval.getNextValue());
 473         DEBUG(std::cerr << " replace range with " << LR);
 474         interval.addRange(LR);
 475         DEBUG(std::cerr << "RESULT: " << interval);
 476       }
 477
 478       // In the case of PHI elimination, each variable definition is only
 479       // live until the end of the block.  We've already taken care of the
 480       // rest of the live range.
 481       unsigned defIndex = getDefIndex(getInstructionIndex(mi));
 482       LiveRange LR(defIndex,
 483                    getInstructionIndex(&mbb->back()) + InstrSlots::NUM,
 484                    interval.getNextValue());
 485       interval.addRange(LR);
 486       DEBUG(std::cerr << " +" << LR);
 487     }
 488   }
 489
 490   DEBUG(std::cerr << '\n');
 491 }
 492
 493 void LiveIntervals::handlePhysicalRegisterDef(MachineBasicBlock *MBB,
 494                                               MachineBasicBlock::iterator mi,
 495                                               LiveInterval& interval,
 496                                               unsigned SrcReg, unsigned DestReg,
 497                                               bool isLiveIn)
 498 {
 499   // A physical register cannot be live across basic block, so its
 500   // lifetime must end somewhere in its defining basic block.
 501   DEBUG(std::cerr << "\t\tregister: "; printRegName(interval.reg));
 502   typedef LiveVariables::killed_iterator KillIter;
 503
 504   unsigned baseIndex = getInstructionIndex(mi);
 505   unsigned start = getDefIndex(baseIndex);
 506   unsigned end = start;
 507
 508   // If it is not used after definition, it is considered dead at
 509   // the instruction defining it. Hence its interval is:
 510   // [defSlot(def), defSlot(def)+1)
 511   if (lv_->RegisterDefIsDead(mi, interval.reg)) {
 512     DEBUG(std::cerr << " dead");
 513     end = getDefIndex(start) + 1;
 514     goto exit;
 515   }
 516
 517   // If it is not dead on definition, it must be killed by a
 518   // subsequent instruction. Hence its interval is:
 519   // [defSlot(def), useSlot(kill)+1)
 520   while (++mi != MBB->end()) {
 521     baseIndex += InstrSlots::NUM;
 522     if (lv_->KillsRegister(mi, interval.reg)) {
 523       DEBUG(std::cerr << " killed");
 524       end = getUseIndex(baseIndex) + 1;
 525       goto exit;
 526     }
 527   }
 528
 529   // The only case we should have a dead physreg here without a killing or
 530   // instruction where we know it's dead is if it is live-in to the function
 531   // and never used.
 532   assert(isLiveIn && "physreg was not killed in defining block!");
 533   end = getDefIndex(start) + 1;  // It's dead.
 534
 535 exit:
 536   assert(start < end && "did not find end of interval?");
 537
 538   // Finally, if this is defining a new range for the physical register, and if
 539   // that physreg is just a copy from a vreg, and if THAT vreg was a copy from
 540   // the physreg, then the new fragment has the same value as the one copied
 541   // into the vreg.
 542   if (interval.reg == DestReg && !interval.empty() &&
 543       MRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg)) {
 544
 545     // Get the live interval for the vreg, see if it is defined by a copy.
 546     LiveInterval &SrcInterval = getOrCreateInterval(SrcReg);
 547
 548     if (SrcInterval.containsOneValue()) {
 549       assert(!SrcInterval.empty() && "Can't contain a value and be empty!");
 550
 551       // Get the first index of the first range.  Though the interval may have
 552       // multiple liveranges in it, we only check the first.
 553       unsigned StartIdx = SrcInterval.begin()->start;
 554       MachineInstr *SrcDefMI = getInstructionFromIndex(StartIdx);
 555
 556       // Check to see if the vreg was defined by a copy instruction, and that
 557       // the source was this physreg.
 558       unsigned VRegSrcSrc, VRegSrcDest;
 559       if (tii_->isMoveInstr(*SrcDefMI, VRegSrcSrc, VRegSrcDest) &&
 560           SrcReg == VRegSrcDest && VRegSrcSrc == DestReg) {
 561         // Okay, now we know that the vreg was defined by a copy from this
 562         // physreg.  Find the value number being copied and use it as the value
 563         // for this range.
 564         const LiveRange *DefRange = interval.getLiveRangeContaining(StartIdx-1);
 565         if (DefRange) {
 566           LiveRange LR(start, end, DefRange->ValId);
 567           interval.addRange(LR);
 568           DEBUG(std::cerr << " +" << LR << '\n');
 569           return;
 570         }
 571       }
 572     }
 573   }
 574
 575
 576   LiveRange LR(start, end, interval.getNextValue());
 577   interval.addRange(LR);
 578   DEBUG(std::cerr << " +" << LR << '\n');
 579 }
 580
 581 void LiveIntervals::handleRegisterDef(MachineBasicBlock *MBB,
 582                                       MachineBasicBlock::iterator MI,
 583                                       unsigned reg) {
 584   if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg))
 585     handleVirtualRegisterDef(MBB, MI, getOrCreateInterval(reg));
 586   else if (allocatableRegs_[reg]) {
 587     unsigned SrcReg = 0, DestReg = 0;
 588     if (!tii_->isMoveInstr(*MI, SrcReg, DestReg))
 589       SrcReg = DestReg = 0;
 590
 591     handlePhysicalRegisterDef(MBB, MI, getOrCreateInterval(reg),
 592                               SrcReg, DestReg);
 593     for (const unsigned* AS = mri_->getAliasSet(reg); *AS; ++AS)
 594       handlePhysicalRegisterDef(MBB, MI, getOrCreateInterval(*AS),
 595                                 SrcReg, DestReg);
 596   }
 597 }
 598
 599 /// computeIntervals - computes the live intervals for virtual
 600 /// registers. for some ordering of the machine instructions [1,N] a
 601 /// live interval is an interval [i, j) where 1 <= i <= j < N for
 602 /// which a variable is live
 603 void LiveIntervals::computeIntervals()
 604 {
 605   DEBUG(std::cerr << "********** COMPUTING LIVE INTERVALS **********\n");
 606   DEBUG(std::cerr << "********** Function: "
 607         << ((Value*)mf_->getFunction())->getName() << '\n');
 608   bool IgnoreFirstInstr = mf_->livein_begin() != mf_->livein_end();
 609
 610   for (MachineFunction::iterator I = mf_->begin(), E = mf_->end();
 611        I != E; ++I) {
 612     MachineBasicBlock* mbb = I;
 613     DEBUG(std::cerr << ((Value*)mbb->getBasicBlock())->getName() << ":\n");
 614
 615     MachineBasicBlock::iterator mi = mbb->begin(), miEnd = mbb->end();
 616     if (IgnoreFirstInstr) { ++mi; IgnoreFirstInstr = false; }
 617     for (; mi != miEnd; ++mi) {
 618       const TargetInstrDescriptor& tid =
 619         tm_->getInstrInfo()->get(mi->getOpcode());
 620       DEBUG(std::cerr << getInstructionIndex(mi) << "\t" << *mi);
 621
 622       // handle implicit defs
 623       for (const unsigned* id = tid.ImplicitDefs; *id; ++id)
 624         handleRegisterDef(mbb, mi, *id);
 625
 626       // handle explicit defs
 627       for (int i = mi->getNumOperands() - 1; i >= 0; --i) {
 628         MachineOperand& mop = mi->getOperand(i);
 629         // handle register defs - build intervals
 630         if (mop.isRegister() && mop.getReg() && mop.isDef())
 631           handleRegisterDef(mbb, mi, mop.getReg());
 632       }
 633     }
 634   }
 635 }
 636
 637 /// IntA is defined as a copy from IntB and we know it only has one value
 638 /// number.  If all of the places that IntA and IntB overlap are defined by
 639 /// copies from IntA to IntB, we know that these two ranges can really be
 640 /// merged if we adjust the value numbers.  If it is safe, adjust the value
 641 /// numbers and return true, allowing coalescing to occur.
 642 bool LiveIntervals::
 643 AdjustIfAllOverlappingRangesAreCopiesFrom(LiveInterval &IntA,
 644                                           LiveInterval &IntB,
 645                                           unsigned CopyIdx) {
 646   std::vector<LiveRange*> Ranges;
 647   IntA.getOverlapingRanges(IntB, CopyIdx, Ranges);
 648
 649   assert(!Ranges.empty() && "Why didn't we do a simple join of this?");
 650
 651   unsigned IntBRep = rep(IntB.reg);
 652
 653   // Check to see if all of the overlaps (entries in Ranges) are defined by a
 654   // copy from IntA.  If not, exit.
 655   for (unsigned i = 0, e = Ranges.size(); i != e; ++i) {
 656     unsigned Idx = Ranges[i]->start;
 657     MachineInstr *MI = getInstructionFromIndex(Idx);
 658     unsigned SrcReg, DestReg;
 659     if (!tii_->isMoveInstr(*MI, SrcReg, DestReg)) return false;
 660
 661     // If this copy isn't actually defining this range, it must be a live
 662     // range spanning basic blocks or something.
 663     if (rep(DestReg) != rep(IntA.reg)) return false;
 664
 665     // Check to see if this is coming from IntB.  If not, bail out.
 666     if (rep(SrcReg) != IntBRep) return false;
 667   }
 668
 669   // Okay, we can change this one.  Get the IntB value number that IntA is
 670   // copied from.
 671   unsigned ActualValNo = IntA.getLiveRangeContaining(CopyIdx-1)->ValId;
 672
 673   // Change all of the value numbers to the same as what we IntA is copied from.
 674   for (unsigned i = 0, e = Ranges.size(); i != e; ++i)
 675     Ranges[i]->ValId = ActualValNo;
 676
 677   return true;
 678 }
 679
 680 void LiveIntervals::joinIntervalsInMachineBB(MachineBasicBlock *MBB) {
 681   DEBUG(std::cerr << ((Value*)MBB->getBasicBlock())->getName() << ":\n");
 682
 683   for (MachineBasicBlock::iterator mi = MBB->begin(), mie = MBB->end();
 684        mi != mie; ++mi) {
 685     DEBUG(std::cerr << getInstructionIndex(mi) << '\t' << *mi);
 686
 687     // we only join virtual registers with allocatable
 688     // physical registers since we do not have liveness information
 689     // on not allocatable physical registers
 690     unsigned SrcReg, DestReg;
 691     if (tii_->isMoveInstr(*mi, SrcReg, DestReg) &&
 692         (MRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg) || allocatableRegs_[SrcReg])&&
 693         (MRegisterInfo::isVirtualRegister(DestReg)||allocatableRegs_[DestReg])){
 694
 695       // Get representative registers.
 696       SrcReg = rep(SrcReg);
 697       DestReg = rep(DestReg);
 698
 699       // If they are already joined we continue.
 700       if (SrcReg == DestReg)
 701         continue;
 702
 703       // If they are both physical registers, we cannot join them.
 704       if (MRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg) &&
 705           MRegisterInfo::isPhysicalRegister(DestReg))
 706         continue;
 707
 708       // If they are not of the same register class, we cannot join them.
 709       if (differingRegisterClasses(SrcReg, DestReg))
 710         continue;
 711
 712       LiveInterval &SrcInt = getInterval(SrcReg);
 713       LiveInterval &DestInt = getInterval(DestReg);
 714       assert(SrcInt.reg == SrcReg && DestInt.reg == DestReg &&
 715              "Register mapping is horribly broken!");
 716
 717       DEBUG(std::cerr << "\t\tInspecting " << SrcInt << " and " << DestInt
 718                       << ": ");
 719
 720       // If two intervals contain a single value and are joined by a copy, it
 721       // does not matter if the intervals overlap, they can always be joined.
 722       bool Joinable = SrcInt.containsOneValue() && DestInt.containsOneValue();
 723
 724       unsigned MIDefIdx = getDefIndex(getInstructionIndex(mi));
 725
 726       // If the intervals think that this is joinable, do so now.
 727       if (!Joinable && DestInt.joinable(SrcInt, MIDefIdx))
 728         Joinable = true;
 729
 730       // If DestInt is actually a copy from SrcInt (which we know) that is used
 731       // to define another value of SrcInt, we can change the other range of
 732       // SrcInt to be the value of the range that defines DestInt, allowing a
 733       // coalesce.
 734       if (!Joinable && DestInt.containsOneValue() &&
 735           AdjustIfAllOverlappingRangesAreCopiesFrom(SrcInt, DestInt, MIDefIdx))
 736         Joinable = true;
 737
 738       if (!Joinable || overlapsAliases(&SrcInt, &DestInt)) {
 739         DEBUG(std::cerr << "Interference!\n");
 740       } else {
 741         DestInt.join(SrcInt, MIDefIdx);
 742         DEBUG(std::cerr << "Joined.  Result = " << DestInt << "\n");
 743
 744         if (!MRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg)) {
 745           r2iMap_.erase(SrcReg);
 746           r2rMap_[SrcReg] = DestReg;
 747         } else {
 748           // Otherwise merge the data structures the other way so we don't lose
 749           // the physreg information.
 750           r2rMap_[DestReg] = SrcReg;
 751           DestInt.reg = SrcReg;
 752           SrcInt.swap(DestInt);
 753           r2iMap_.erase(DestReg);
 754         }
 755         ++numJoins;
 756       }
 757     }
 758   }
 759 }
 760
 761 namespace {
 762   // DepthMBBCompare - Comparison predicate that sort first based on the loop
 763   // depth of the basic block (the unsigned), and then on the MBB number.
 764   struct DepthMBBCompare {
 765     typedef std::pair<unsigned, MachineBasicBlock*> DepthMBBPair;
 766     bool operator()(const DepthMBBPair &LHS, const DepthMBBPair &RHS) const {
 767       if (LHS.first > RHS.first) return true;   // Deeper loops first
 768       return LHS.first == RHS.first &&
 769         LHS.second->getNumber() < RHS.second->getNumber();
 770     }
 771   };
 772 }
 773
 774 void LiveIntervals::joinIntervals() {
 775   DEBUG(std::cerr << "********** JOINING INTERVALS ***********\n");
 776
 777   const LoopInfo &LI = getAnalysis<LoopInfo>();
 778   if (LI.begin() == LI.end()) {
 779     // If there are no loops in the function, join intervals in function order.
 780     for (MachineFunction::iterator I = mf_->begin(), E = mf_->end();
 781          I != E; ++I)
 782       joinIntervalsInMachineBB(I);
 783   } else {
 784     // Otherwise, join intervals in inner loops before other intervals.
 785     // Unfortunately we can't just iterate over loop hierarchy here because
 786     // there may be more MBB's than BB's.  Collect MBB's for sorting.
 787     std::vector<std::pair<unsigned, MachineBasicBlock*> > MBBs;
 788     for (MachineFunction::iterator I = mf_->begin(), E = mf_->end();
 789          I != E; ++I)
 790       MBBs.push_back(std::make_pair(LI.getLoopDepth(I->getBasicBlock()), I));
 791
 792     // Sort by loop depth.
 793     std::sort(MBBs.begin(), MBBs.end(), DepthMBBCompare());
 794
 795     // Finally, join intervals in loop nest order.
 796     for (unsigned i = 0, e = MBBs.size(); i != e; ++i)
 797       joinIntervalsInMachineBB(MBBs[i].second);
 798   }
 799
 800   DEBUG(std::cerr << "*** Register mapping ***\n");
 801   DEBUG(for (int i = 0, e = r2rMap_.size(); i != e; ++i)
 802           if (r2rMap_[i])
 803              std::cerr << "  reg " << i << " -> reg " << r2rMap_[i] << "\n");
 804 }
 805
 806 /// Return true if the two specified registers belong to different register
 807 /// classes.  The registers may be either phys or virt regs.
 808 bool LiveIntervals::differingRegisterClasses(unsigned RegA,
 809                                              unsigned RegB) const {
 810
 811   // Get the register classes for the first reg.
 812   if (MRegisterInfo::isPhysicalRegister(RegA)) {
 813     assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(RegB) &&
 814            "Shouldn't consider two physregs!");
 815     return !mf_->getSSARegMap()->getRegClass(RegB)->contains(RegA);
 816   }
 817
 818   // Compare against the regclass for the second reg.
 819   const TargetRegisterClass *RegClass = mf_->getSSARegMap()->getRegClass(RegA);
 820   if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(RegB))
 821     return RegClass != mf_->getSSARegMap()->getRegClass(RegB);
 822   else
 823     return !RegClass->contains(RegB);
 824 }
 825
 826 bool LiveIntervals::overlapsAliases(const LiveInterval *LHS,
 827                                     const LiveInterval *RHS) const {
 828   if (!MRegisterInfo::isPhysicalRegister(LHS->reg)) {
 829     if (!MRegisterInfo::isPhysicalRegister(RHS->reg))
 830       return false;   // vreg-vreg merge has no aliases!
 831     std::swap(LHS, RHS);
 832   }
 833
 834   assert(MRegisterInfo::isPhysicalRegister(LHS->reg) &&
 835          MRegisterInfo::isVirtualRegister(RHS->reg) &&
 836          "first interval must describe a physical register");
 837
 838   for (const unsigned *AS = mri_->getAliasSet(LHS->reg); *AS; ++AS)
 839     if (RHS->overlaps(getInterval(*AS)))
 840       return true;
 841
 842   return false;
 843 }
 844
 845 LiveInterval LiveIntervals::createInterval(unsigned reg) {
 846   float Weight = MRegisterInfo::isPhysicalRegister(reg) ?
 847                        (float)HUGE_VAL :0.0F;
 848   return LiveInterval(reg, Weight);
 849 }