lib/CodeGen/MachineSSAUpdater.cpp

   1 //===- MachineSSAUpdater.cpp - Unstructured SSA Update Tool ---------------===//
   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 MachineSSAUpdater class. It's based on SSAUpdater
  11 // class in lib/Transforms/Utils.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #include "llvm/CodeGen/MachineSSAUpdater.h"
  16 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
  17 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
  18 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  19 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  20 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  21 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
  22 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  23 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  24 #include "llvm/Support/Debug.h"
  25 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  26 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  27 using namespace llvm;
  28
  29 typedef DenseMap<MachineBasicBlock*, unsigned> AvailableValsTy;
  30 typedef std::vector<std::pair<MachineBasicBlock*, unsigned> >
  31                 IncomingPredInfoTy;
  32
  33 static AvailableValsTy &getAvailableVals(void *AV) {
  34   return *static_cast<AvailableValsTy*>(AV);
  35 }
  36
  37 static IncomingPredInfoTy &getIncomingPredInfo(void *IPI) {
  38   return *static_cast<IncomingPredInfoTy*>(IPI);
  39 }
  40
  41
  42 MachineSSAUpdater::MachineSSAUpdater(MachineFunction &MF,
  43                                      SmallVectorImpl<MachineInstr*> *NewPHI)
  44   : AV(0), IPI(0), InsertedPHIs(NewPHI) {
  45   TII = MF.getTarget().getInstrInfo();
  46   MRI = &MF.getRegInfo();
  47 }
  48
  49 MachineSSAUpdater::~MachineSSAUpdater() {
  50   delete &getAvailableVals(AV);
  51   delete &getIncomingPredInfo(IPI);
  52 }
  53
  54 /// Initialize - Reset this object to get ready for a new set of SSA
  55 /// updates.  ProtoValue is the value used to name PHI nodes.
  56 void MachineSSAUpdater::Initialize(unsigned V) {
  57   if (AV == 0)
  58     AV = new AvailableValsTy();
  59   else
  60     getAvailableVals(AV).clear();
  61
  62   if (IPI == 0)
  63     IPI = new IncomingPredInfoTy();
  64   else
  65     getIncomingPredInfo(IPI).clear();
  66
  67   VR = V;
  68   VRC = MRI->getRegClass(VR);
  69 }
  70
  71 /// HasValueForBlock - Return true if the MachineSSAUpdater already has a value for
  72 /// the specified block.
  73 bool MachineSSAUpdater::HasValueForBlock(MachineBasicBlock *BB) const {
  74   return getAvailableVals(AV).count(BB);
  75 }
  76
  77 /// AddAvailableValue - Indicate that a rewritten value is available in the
  78 /// specified block with the specified value.
  79 void MachineSSAUpdater::AddAvailableValue(MachineBasicBlock *BB, unsigned V) {
  80   getAvailableVals(AV)[BB] = V;
  81 }
  82
  83 /// GetValueAtEndOfBlock - Construct SSA form, materializing a value that is
  84 /// live at the end of the specified block.
  85 unsigned MachineSSAUpdater::GetValueAtEndOfBlock(MachineBasicBlock *BB) {
  86   return GetValueAtEndOfBlockInternal(BB);
  87 }
  88
  89 static
  90 unsigned LookForIdenticalPHI(MachineBasicBlock *BB,
  91           SmallVector<std::pair<MachineBasicBlock*, unsigned>, 8> &PredValues) {
  92   if (BB->empty())
  93     return 0;
  94
  95   MachineBasicBlock::iterator I = BB->front();
  96   if (!I->isPHI())
  97     return 0;
  98
  99   AvailableValsTy AVals;
 100   for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i)
 101     AVals[PredValues[i].first] = PredValues[i].second;
 102   while (I != BB->end() && I->isPHI()) {
 103     bool Same = true;
 104     for (unsigned i = 1, e = I->getNumOperands(); i != e; i += 2) {
 105       unsigned SrcReg = I->getOperand(i).getReg();
 106       MachineBasicBlock *SrcBB = I->getOperand(i+1).getMBB();
 107       if (AVals[SrcBB] != SrcReg) {
 108         Same = false;
 109         break;
 110       }
 111     }
 112     if (Same)
 113       return I->getOperand(0).getReg();
 114     ++I;
 115   }
 116   return 0;
 117 }
 118
 119 /// InsertNewDef - Insert an empty PHI or IMPLICIT_DEF instruction which define
 120 /// a value of the given register class at the start of the specified basic
 121 /// block. It returns the virtual register defined by the instruction.
 122 static
 123 MachineInstr *InsertNewDef(unsigned Opcode,
 124                            MachineBasicBlock *BB, MachineBasicBlock::iterator I,
 125                            const TargetRegisterClass *RC,
 126                            MachineRegisterInfo *MRI, const TargetInstrInfo *TII) {
 127   unsigned NewVR = MRI->createVirtualRegister(RC);
 128   return BuildMI(*BB, I, DebugLoc(), TII->get(Opcode), NewVR);
 129 }
 130
 131 /// GetValueInMiddleOfBlock - Construct SSA form, materializing a value that
 132 /// is live in the middle of the specified block.
 133 ///
 134 /// GetValueInMiddleOfBlock is the same as GetValueAtEndOfBlock except in one
 135 /// important case: if there is a definition of the rewritten value after the
 136 /// 'use' in BB.  Consider code like this:
 137 ///
 138 ///      X1 = ...
 139 ///   SomeBB:
 140 ///      use(X)
 141 ///      X2 = ...
 142 ///      br Cond, SomeBB, OutBB
 143 ///
 144 /// In this case, there are two values (X1 and X2) added to the AvailableVals
 145 /// set by the client of the rewriter, and those values are both live out of
 146 /// their respective blocks.  However, the use of X happens in the *middle* of
 147 /// a block.  Because of this, we need to insert a new PHI node in SomeBB to
 148 /// merge the appropriate values, and this value isn't live out of the block.
 149 ///
 150 unsigned MachineSSAUpdater::GetValueInMiddleOfBlock(MachineBasicBlock *BB) {
 151   // If there is no definition of the renamed variable in this block, just use
 152   // GetValueAtEndOfBlock to do our work.
 153   if (!getAvailableVals(AV).count(BB))
 154     return GetValueAtEndOfBlockInternal(BB);
 155
 156   // If there are no predecessors, just return undef.
 157   if (BB->pred_empty()) {
 158     // Insert an implicit_def to represent an undef value.
 159     MachineInstr *NewDef = InsertNewDef(TargetOpcode::IMPLICIT_DEF,
 160                                         BB, BB->getFirstTerminator(),
 161                                         VRC, MRI, TII);
 162     return NewDef->getOperand(0).getReg();
 163   }
 164
 165   // Otherwise, we have the hard case.  Get the live-in values for each
 166   // predecessor.
 167   SmallVector<std::pair<MachineBasicBlock*, unsigned>, 8> PredValues;
 168   unsigned SingularValue = 0;
 169
 170   bool isFirstPred = true;
 171   for (MachineBasicBlock::pred_iterator PI = BB->pred_begin(),
 172          E = BB->pred_end(); PI != E; ++PI) {
 173     MachineBasicBlock *PredBB = *PI;
 174     unsigned PredVal = GetValueAtEndOfBlockInternal(PredBB);
 175     PredValues.push_back(std::make_pair(PredBB, PredVal));
 176
 177     // Compute SingularValue.
 178     if (isFirstPred) {
 179       SingularValue = PredVal;
 180       isFirstPred = false;
 181     } else if (PredVal != SingularValue)
 182       SingularValue = 0;
 183   }
 184
 185   // Otherwise, if all the merged values are the same, just use it.
 186   if (SingularValue != 0)
 187     return SingularValue;
 188
 189   // If an identical PHI is already in BB, just reuse it.
 190   unsigned DupPHI = LookForIdenticalPHI(BB, PredValues);
 191   if (DupPHI)
 192     return DupPHI;
 193
 194   // Otherwise, we do need a PHI: insert one now.
 195   MachineBasicBlock::iterator Loc = BB->empty() ? BB->end() : BB->front();
 196   MachineInstr *InsertedPHI = InsertNewDef(TargetOpcode::PHI, BB,
 197                                            Loc, VRC, MRI, TII);
 198
 199   // Fill in all the predecessors of the PHI.
 200   MachineInstrBuilder MIB(InsertedPHI);
 201   for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i)
 202     MIB.addReg(PredValues[i].second).addMBB(PredValues[i].first);
 203
 204   // See if the PHI node can be merged to a single value.  This can happen in
 205   // loop cases when we get a PHI of itself and one other value.
 206   if (unsigned ConstVal = InsertedPHI->isConstantValuePHI()) {
 207     InsertedPHI->eraseFromParent();
 208     return ConstVal;
 209   }
 210
 211   // If the client wants to know about all new instructions, tell it.
 212   if (InsertedPHIs) InsertedPHIs->push_back(InsertedPHI);
 213
 214   DEBUG(dbgs() << "  Inserted PHI: " << *InsertedPHI << "\n");
 215   return InsertedPHI->getOperand(0).getReg();
 216 }
 217
 218 static
 219 MachineBasicBlock *findCorrespondingPred(const MachineInstr *MI,
 220                                          MachineOperand *U) {
 221   for (unsigned i = 1, e = MI->getNumOperands(); i != e; i += 2) {
 222     if (&MI->getOperand(i) == U)
 223       return MI->getOperand(i+1).getMBB();
 224   }
 225
 226   llvm_unreachable("MachineOperand::getParent() failure?");
 227   return 0;
 228 }
 229
 230 /// RewriteUse - Rewrite a use of the symbolic value.  This handles PHI nodes,
 231 /// which use their value in the corresponding predecessor.
 232 void MachineSSAUpdater::RewriteUse(MachineOperand &U) {
 233   MachineInstr *UseMI = U.getParent();
 234   unsigned NewVR = 0;
 235   if (UseMI->isPHI()) {
 236     MachineBasicBlock *SourceBB = findCorrespondingPred(UseMI, &U);
 237     NewVR = GetValueAtEndOfBlockInternal(SourceBB);
 238   } else {
 239     NewVR = GetValueInMiddleOfBlock(UseMI->getParent());
 240   }
 241
 242   U.setReg(NewVR);
 243 }
 244
 245 void MachineSSAUpdater::ReplaceRegWith(unsigned OldReg, unsigned NewReg) {
 246   MRI->replaceRegWith(OldReg, NewReg);
 247
 248   AvailableValsTy &AvailableVals = getAvailableVals(AV);
 249   for (DenseMap<MachineBasicBlock*, unsigned>::iterator
 250          I = AvailableVals.begin(), E = AvailableVals.end(); I != E; ++I)
 251     if (I->second == OldReg)
 252       I->second = NewReg;
 253 }
 254
 255 /// GetValueAtEndOfBlockInternal - Check to see if AvailableVals has an entry
 256 /// for the specified BB and if so, return it.  If not, construct SSA form by
 257 /// walking predecessors inserting PHI nodes as needed until we get to a block
 258 /// where the value is available.
 259 ///
 260 unsigned MachineSSAUpdater::GetValueAtEndOfBlockInternal(MachineBasicBlock *BB){
 261   AvailableValsTy &AvailableVals = getAvailableVals(AV);
 262
 263   // Query AvailableVals by doing an insertion of null.
 264   std::pair<AvailableValsTy::iterator, bool> InsertRes =
 265     AvailableVals.insert(std::make_pair(BB, 0));
 266
 267   // Handle the case when the insertion fails because we have already seen BB.
 268   if (!InsertRes.second) {
 269     // If the insertion failed, there are two cases.  The first case is that the
 270     // value is already available for the specified block.  If we get this, just
 271     // return the value.
 272     if (InsertRes.first->second != 0)
 273       return InsertRes.first->second;
 274
 275     // Otherwise, if the value we find is null, then this is the value is not
 276     // known but it is being computed elsewhere in our recursion.  This means
 277     // that we have a cycle.  Handle this by inserting a PHI node and returning
 278     // it.  When we get back to the first instance of the recursion we will fill
 279     // in the PHI node.
 280     MachineBasicBlock::iterator Loc = BB->empty() ? BB->end() : BB->front();
 281     MachineInstr *NewPHI = InsertNewDef(TargetOpcode::PHI, BB, Loc,
 282                                         VRC, MRI,TII);
 283     unsigned NewVR = NewPHI->getOperand(0).getReg();
 284     InsertRes.first->second = NewVR;
 285     return NewVR;
 286   }
 287
 288   // If there are no predecessors, then we must have found an unreachable block
 289   // just return 'undef'.  Since there are no predecessors, InsertRes must not
 290   // be invalidated.
 291   if (BB->pred_empty()) {
 292     // Insert an implicit_def to represent an undef value.
 293     MachineInstr *NewDef = InsertNewDef(TargetOpcode::IMPLICIT_DEF,
 294                                         BB, BB->getFirstTerminator(),
 295                                         VRC, MRI, TII);
 296     return InsertRes.first->second = NewDef->getOperand(0).getReg();
 297   }
 298
 299   // Okay, the value isn't in the map and we just inserted a null in the entry
 300   // to indicate that we're processing the block.  Since we have no idea what
 301   // value is in this block, we have to recurse through our predecessors.
 302   //
 303   // While we're walking our predecessors, we keep track of them in a vector,
 304   // then insert a PHI node in the end if we actually need one.  We could use a
 305   // smallvector here, but that would take a lot of stack space for every level
 306   // of the recursion, just use IncomingPredInfo as an explicit stack.
 307   IncomingPredInfoTy &IncomingPredInfo = getIncomingPredInfo(IPI);
 308   unsigned FirstPredInfoEntry = IncomingPredInfo.size();
 309
 310   // As we're walking the predecessors, keep track of whether they are all
 311   // producing the same value.  If so, this value will capture it, if not, it
 312   // will get reset to null.  We distinguish the no-predecessor case explicitly
 313   // below.
 314   unsigned SingularValue = 0;
 315   bool isFirstPred = true;
 316   for (MachineBasicBlock::pred_iterator PI = BB->pred_begin(),
 317          E = BB->pred_end(); PI != E; ++PI) {
 318     MachineBasicBlock *PredBB = *PI;
 319     unsigned PredVal = GetValueAtEndOfBlockInternal(PredBB);
 320     IncomingPredInfo.push_back(std::make_pair(PredBB, PredVal));
 321
 322     // Compute SingularValue.
 323     if (isFirstPred) {
 324       SingularValue = PredVal;
 325       isFirstPred = false;
 326     } else if (PredVal != SingularValue)
 327       SingularValue = 0;
 328   }
 329
 330   /// Look up BB's entry in AvailableVals.  'InsertRes' may be invalidated.  If
 331   /// this block is involved in a loop, a no-entry PHI node will have been
 332   /// inserted as InsertedVal.  Otherwise, we'll still have the null we inserted
 333   /// above.
 334   unsigned &InsertedVal = AvailableVals[BB];
 335
 336   // If all the predecessor values are the same then we don't need to insert a
 337   // PHI.  This is the simple and common case.
 338   if (SingularValue) {
 339     // If a PHI node got inserted, replace it with the singlar value and delete
 340     // it.
 341     if (InsertedVal) {
 342       MachineInstr *OldVal = MRI->getVRegDef(InsertedVal);
 343       // Be careful about dead loops.  These RAUW's also update InsertedVal.
 344       assert(InsertedVal != SingularValue && "Dead loop?");
 345       ReplaceRegWith(InsertedVal, SingularValue);
 346       OldVal->eraseFromParent();
 347     }
 348
 349     InsertedVal = SingularValue;
 350
 351     // Drop the entries we added in IncomingPredInfo to restore the stack.
 352     IncomingPredInfo.erase(IncomingPredInfo.begin()+FirstPredInfoEntry,
 353                            IncomingPredInfo.end());
 354     return InsertedVal;
 355   }
 356
 357
 358   // Otherwise, we do need a PHI: insert one now if we don't already have one.
 359   MachineInstr *InsertedPHI;
 360   if (InsertedVal == 0) {
 361     MachineBasicBlock::iterator Loc = BB->empty() ? BB->end() : BB->front();
 362     InsertedPHI = InsertNewDef(TargetOpcode::PHI, BB, Loc,
 363                                VRC, MRI, TII);
 364     InsertedVal = InsertedPHI->getOperand(0).getReg();
 365   } else {
 366     InsertedPHI = MRI->getVRegDef(InsertedVal);
 367   }
 368
 369   // Fill in all the predecessors of the PHI.
 370   MachineInstrBuilder MIB(InsertedPHI);
 371   for (IncomingPredInfoTy::iterator I =
 372          IncomingPredInfo.begin()+FirstPredInfoEntry,
 373          E = IncomingPredInfo.end(); I != E; ++I)
 374     MIB.addReg(I->second).addMBB(I->first);
 375
 376   // Drop the entries we added in IncomingPredInfo to restore the stack.
 377   IncomingPredInfo.erase(IncomingPredInfo.begin()+FirstPredInfoEntry,
 378                          IncomingPredInfo.end());
 379
 380   // See if the PHI node can be merged to a single value.  This can happen in
 381   // loop cases when we get a PHI of itself and one other value.
 382   if (unsigned ConstVal = InsertedPHI->isConstantValuePHI()) {
 383     MRI->replaceRegWith(InsertedVal, ConstVal);
 384     InsertedPHI->eraseFromParent();
 385     InsertedVal = ConstVal;
 386   } else {
 387     DEBUG(dbgs() << "  Inserted PHI: " << *InsertedPHI << "\n");
 388
 389     // If the client wants to know about all new instructions, tell it.
 390     if (InsertedPHIs) InsertedPHIs->push_back(InsertedPHI);
 391   }
 392
 393   return InsertedVal;
 394 }