Remove the -compact-regions flag.
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / RegAllocGreedy.cpp
1 //===-- RegAllocGreedy.cpp - greedy register allocator --------------------===//
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 defines the RAGreedy function pass for register allocation in
11 // optimized builds.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
16 #include "AllocationOrder.h"
17 #include "InterferenceCache.h"
18 #include "LiveDebugVariables.h"
19 #include "LiveRangeEdit.h"
20 #include "RegAllocBase.h"
21 #include "Spiller.h"
22 #include "SpillPlacement.h"
23 #include "SplitKit.h"
24 #include "VirtRegMap.h"
25 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
26 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
27 #include "llvm/Function.h"
28 #include "llvm/PassAnalysisSupport.h"
29 #include "llvm/CodeGen/CalcSpillWeights.h"
30 #include "llvm/CodeGen/EdgeBundles.h"
31 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
32 #include "llvm/CodeGen/LiveStackAnalysis.h"
33 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
34 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
35 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
36 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
37 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
38 #include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
39 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
40 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
41 #include "llvm/Support/Debug.h"
42 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
43 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
44 #include "llvm/Support/Timer.h"
45
46 #include <queue>
47
48 using namespace llvm;
49
50 STATISTIC(NumGlobalSplits, "Number of split global live ranges");
51 STATISTIC(NumLocalSplits,  "Number of split local live ranges");
52 STATISTIC(NumEvicted,      "Number of interferences evicted");
53
54 static cl::opt<SplitEditor::ComplementSpillMode>
55 SplitSpillMode("split-spill-mode", cl::Hidden,
56   cl::desc("Spill mode for splitting live ranges"),
57   cl::values(clEnumValN(SplitEditor::SM_Partition, "default", "Default"),
58              clEnumValN(SplitEditor::SM_Size,  "size",  "Optimize for size"),
59              clEnumValN(SplitEditor::SM_Speed, "speed", "Optimize for speed"),
60              clEnumValEnd),
61   cl::init(SplitEditor::SM_Partition));
62
63 static RegisterRegAlloc greedyRegAlloc("greedy", "greedy register allocator",
64                                        createGreedyRegisterAllocator);
65
66 namespace {
67 class RAGreedy : public MachineFunctionPass,
68                  public RegAllocBase,
69                  private LiveRangeEdit::Delegate {
70
71   // context
72   MachineFunction *MF;
73
74   // analyses
75   SlotIndexes *Indexes;
76   LiveStacks *LS;
77   MachineDominatorTree *DomTree;
78   MachineLoopInfo *Loops;
79   EdgeBundles *Bundles;
80   SpillPlacement *SpillPlacer;
81   LiveDebugVariables *DebugVars;
82
83   // state
84   std::auto_ptr<Spiller> SpillerInstance;
85   std::priority_queue<std::pair<unsigned, unsigned> > Queue;
86   unsigned NextCascade;
87
88   // Live ranges pass through a number of stages as we try to allocate them.
89   // Some of the stages may also create new live ranges:
90   //
91   // - Region splitting.
92   // - Per-block splitting.
93   // - Local splitting.
94   // - Spilling.
95   //
96   // Ranges produced by one of the stages skip the previous stages when they are
97   // dequeued. This improves performance because we can skip interference checks
98   // that are unlikely to give any results. It also guarantees that the live
99   // range splitting algorithm terminates, something that is otherwise hard to
100   // ensure.
101   enum LiveRangeStage {
102     /// Newly created live range that has never been queued.
103     RS_New,
104
105     /// Only attempt assignment and eviction. Then requeue as RS_Split.
106     RS_Assign,
107
108     /// Attempt live range splitting if assignment is impossible.
109     RS_Split,
110
111     /// Attempt more aggressive live range splitting that is guaranteed to make
112     /// progress.  This is used for split products that may not be making
113     /// progress.
114     RS_Split2,
115
116     /// Live range will be spilled.  No more splitting will be attempted.
117     RS_Spill,
118
119     /// There is nothing more we can do to this live range.  Abort compilation
120     /// if it can't be assigned.
121     RS_Done
122   };
123
124   static const char *const StageName[];
125
126   // RegInfo - Keep additional information about each live range.
127   struct RegInfo {
128     LiveRangeStage Stage;
129
130     // Cascade - Eviction loop prevention. See canEvictInterference().
131     unsigned Cascade;
132
133     RegInfo() : Stage(RS_New), Cascade(0) {}
134   };
135
136   IndexedMap<RegInfo, VirtReg2IndexFunctor> ExtraRegInfo;
137
138   LiveRangeStage getStage(const LiveInterval &VirtReg) const {
139     return ExtraRegInfo[VirtReg.reg].Stage;
140   }
141
142   void setStage(const LiveInterval &VirtReg, LiveRangeStage Stage) {
143     ExtraRegInfo.resize(MRI->getNumVirtRegs());
144     ExtraRegInfo[VirtReg.reg].Stage = Stage;
145   }
146
147   template<typename Iterator>
148   void setStage(Iterator Begin, Iterator End, LiveRangeStage NewStage) {
149     ExtraRegInfo.resize(MRI->getNumVirtRegs());
150     for (;Begin != End; ++Begin) {
151       unsigned Reg = (*Begin)->reg;
152       if (ExtraRegInfo[Reg].Stage == RS_New)
153         ExtraRegInfo[Reg].Stage = NewStage;
154     }
155   }
156
157   /// Cost of evicting interference.
158   struct EvictionCost {
159     unsigned BrokenHints; ///< Total number of broken hints.
160     float MaxWeight;      ///< Maximum spill weight evicted.
161
162     EvictionCost(unsigned B = 0) : BrokenHints(B), MaxWeight(0) {}
163
164     bool operator<(const EvictionCost &O) const {
165       if (BrokenHints != O.BrokenHints)
166         return BrokenHints < O.BrokenHints;
167       return MaxWeight < O.MaxWeight;
168     }
169   };
170
171   // splitting state.
172   std::auto_ptr<SplitAnalysis> SA;
173   std::auto_ptr<SplitEditor> SE;
174
175   /// Cached per-block interference maps
176   InterferenceCache IntfCache;
177
178   /// All basic blocks where the current register has uses.
179   SmallVector<SpillPlacement::BlockConstraint, 8> SplitConstraints;
180
181   /// Global live range splitting candidate info.
182   struct GlobalSplitCandidate {
183     // Register intended for assignment, or 0.
184     unsigned PhysReg;
185
186     // SplitKit interval index for this candidate.
187     unsigned IntvIdx;
188
189     // Interference for PhysReg.
190     InterferenceCache::Cursor Intf;
191
192     // Bundles where this candidate should be live.
193     BitVector LiveBundles;
194     SmallVector<unsigned, 8> ActiveBlocks;
195
196     void reset(InterferenceCache &Cache, unsigned Reg) {
197       PhysReg = Reg;
198       IntvIdx = 0;
199       Intf.setPhysReg(Cache, Reg);
200       LiveBundles.clear();
201       ActiveBlocks.clear();
202     }
203
204     // Set B[i] = C for every live bundle where B[i] was NoCand.
205     unsigned getBundles(SmallVectorImpl<unsigned> &B, unsigned C) {
206       unsigned Count = 0;
207       for (int i = LiveBundles.find_first(); i >= 0;
208            i = LiveBundles.find_next(i))
209         if (B[i] == NoCand) {
210           B[i] = C;
211           Count++;
212         }
213       return Count;
214     }
215   };
216
217   /// Candidate info for for each PhysReg in AllocationOrder.
218   /// This vector never shrinks, but grows to the size of the largest register
219   /// class.
220   SmallVector<GlobalSplitCandidate, 32> GlobalCand;
221
222   enum { NoCand = ~0u };
223
224   /// Candidate map. Each edge bundle is assigned to a GlobalCand entry, or to
225   /// NoCand which indicates the stack interval.
226   SmallVector<unsigned, 32> BundleCand;
227
228 public:
229   RAGreedy();
230
231   /// Return the pass name.
232   virtual const char* getPassName() const {
233     return "Greedy Register Allocator";
234   }
235
236   /// RAGreedy analysis usage.
237   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
238   virtual void releaseMemory();
239   virtual Spiller &spiller() { return *SpillerInstance; }
240   virtual void enqueue(LiveInterval *LI);
241   virtual LiveInterval *dequeue();
242   virtual unsigned selectOrSplit(LiveInterval&,
243                                  SmallVectorImpl<LiveInterval*>&);
244
245   /// Perform register allocation.
246   virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &mf);
247
248   static char ID;
249
250 private:
251   void LRE_WillEraseInstruction(MachineInstr*);
252   bool LRE_CanEraseVirtReg(unsigned);
253   void LRE_WillShrinkVirtReg(unsigned);
254   void LRE_DidCloneVirtReg(unsigned, unsigned);
255
256   float calcSpillCost();
257   bool addSplitConstraints(InterferenceCache::Cursor, float&);
258   void addThroughConstraints(InterferenceCache::Cursor, ArrayRef<unsigned>);
259   void growRegion(GlobalSplitCandidate &Cand);
260   float calcGlobalSplitCost(GlobalSplitCandidate&);
261   bool calcCompactRegion(GlobalSplitCandidate&);
262   void splitAroundRegion(LiveRangeEdit&, ArrayRef<unsigned>);
263   void calcGapWeights(unsigned, SmallVectorImpl<float>&);
264   bool shouldEvict(LiveInterval &A, bool, LiveInterval &B, bool);
265   bool canEvictInterference(LiveInterval&, unsigned, bool, EvictionCost&);
266   void evictInterference(LiveInterval&, unsigned,
267                          SmallVectorImpl<LiveInterval*>&);
268
269   unsigned tryAssign(LiveInterval&, AllocationOrder&,
270                      SmallVectorImpl<LiveInterval*>&);
271   unsigned tryEvict(LiveInterval&, AllocationOrder&,
272                     SmallVectorImpl<LiveInterval*>&, unsigned = ~0u);
273   unsigned tryRegionSplit(LiveInterval&, AllocationOrder&,
274                           SmallVectorImpl<LiveInterval*>&);
275   unsigned tryBlockSplit(LiveInterval&, AllocationOrder&,
276                          SmallVectorImpl<LiveInterval*>&);
277   unsigned tryLocalSplit(LiveInterval&, AllocationOrder&,
278     SmallVectorImpl<LiveInterval*>&);
279   unsigned trySplit(LiveInterval&, AllocationOrder&,
280                     SmallVectorImpl<LiveInterval*>&);
281 };
282 } // end anonymous namespace
283
284 char RAGreedy::ID = 0;
285
286 #ifndef NDEBUG
287 const char *const RAGreedy::StageName[] = {
288     "RS_New",
289     "RS_Assign",
290     "RS_Split",
291     "RS_Split2",
292     "RS_Spill",
293     "RS_Done"
294 };
295 #endif
296
297 // Hysteresis to use when comparing floats.
298 // This helps stabilize decisions based on float comparisons.
299 const float Hysteresis = 0.98f;
300
301
302 FunctionPass* llvm::createGreedyRegisterAllocator() {
303   return new RAGreedy();
304 }
305
306 RAGreedy::RAGreedy(): MachineFunctionPass(ID) {
307   initializeLiveDebugVariablesPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
308   initializeSlotIndexesPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
309   initializeLiveIntervalsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
310   initializeSlotIndexesPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
311   initializeStrongPHIEliminationPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
312   initializeRegisterCoalescerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
313   initializeCalculateSpillWeightsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
314   initializeLiveStacksPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
315   initializeMachineDominatorTreePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
316   initializeMachineLoopInfoPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
317   initializeVirtRegMapPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
318   initializeEdgeBundlesPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
319   initializeSpillPlacementPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
320 }
321
322 void RAGreedy::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
323   AU.setPreservesCFG();
324   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
325   AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
326   AU.addRequired<LiveIntervals>();
327   AU.addRequired<SlotIndexes>();
328   AU.addPreserved<SlotIndexes>();
329   AU.addRequired<LiveDebugVariables>();
330   AU.addPreserved<LiveDebugVariables>();
331   if (StrongPHIElim)
332     AU.addRequiredID(StrongPHIEliminationID);
333   AU.addRequiredTransitiveID(RegisterCoalescerPassID);
334   AU.addRequired<CalculateSpillWeights>();
335   AU.addRequired<LiveStacks>();
336   AU.addPreserved<LiveStacks>();
337   AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
338   AU.addPreserved<MachineDominatorTree>();
339   AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
340   AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
341   AU.addRequired<VirtRegMap>();
342   AU.addPreserved<VirtRegMap>();
343   AU.addRequired<EdgeBundles>();
344   AU.addRequired<SpillPlacement>();
345   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
346 }
347
348
349 //===----------------------------------------------------------------------===//
350 //                     LiveRangeEdit delegate methods
351 //===----------------------------------------------------------------------===//
352
353 void RAGreedy::LRE_WillEraseInstruction(MachineInstr *MI) {
354   // LRE itself will remove from SlotIndexes and parent basic block.
355   VRM->RemoveMachineInstrFromMaps(MI);
356 }
357
358 bool RAGreedy::LRE_CanEraseVirtReg(unsigned VirtReg) {
359   if (unsigned PhysReg = VRM->getPhys(VirtReg)) {
360     unassign(LIS->getInterval(VirtReg), PhysReg);
361     return true;
362   }
363   // Unassigned virtreg is probably in the priority queue.
364   // RegAllocBase will erase it after dequeueing.
365   return false;
366 }
367
368 void RAGreedy::LRE_WillShrinkVirtReg(unsigned VirtReg) {
369   unsigned PhysReg = VRM->getPhys(VirtReg);
370   if (!PhysReg)
371     return;
372
373   // Register is assigned, put it back on the queue for reassignment.
374   LiveInterval &LI = LIS->getInterval(VirtReg);
375   unassign(LI, PhysReg);
376   enqueue(&LI);
377 }
378
379 void RAGreedy::LRE_DidCloneVirtReg(unsigned New, unsigned Old) {
380   // LRE may clone a virtual register because dead code elimination causes it to
381   // be split into connected components. The new components are much smaller
382   // than the original, so they should get a new chance at being assigned.
383   // same stage as the parent.
384   ExtraRegInfo[Old].Stage = RS_Assign;
385   ExtraRegInfo.grow(New);
386   ExtraRegInfo[New] = ExtraRegInfo[Old];
387 }
388
389 void RAGreedy::releaseMemory() {
390   SpillerInstance.reset(0);
391   ExtraRegInfo.clear();
392   GlobalCand.clear();
393   RegAllocBase::releaseMemory();
394 }
395
396 void RAGreedy::enqueue(LiveInterval *LI) {
397   // Prioritize live ranges by size, assigning larger ranges first.
398   // The queue holds (size, reg) pairs.
399   const unsigned Size = LI->getSize();
400   const unsigned Reg = LI->reg;
401   assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) &&
402          "Can only enqueue virtual registers");
403   unsigned Prio;
404
405   ExtraRegInfo.grow(Reg);
406   if (ExtraRegInfo[Reg].Stage == RS_New)
407     ExtraRegInfo[Reg].Stage = RS_Assign;
408
409   if (ExtraRegInfo[Reg].Stage == RS_Split) {
410     // Unsplit ranges that couldn't be allocated immediately are deferred until
411     // everything else has been allocated.
412     Prio = Size;
413   } else {
414     // Everything is allocated in long->short order. Long ranges that don't fit
415     // should be spilled (or split) ASAP so they don't create interference.
416     Prio = (1u << 31) + Size;
417
418     // Boost ranges that have a physical register hint.
419     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(VRM->getRegAllocPref(Reg)))
420       Prio |= (1u << 30);
421   }
422
423   Queue.push(std::make_pair(Prio, Reg));
424 }
425
426 LiveInterval *RAGreedy::dequeue() {
427   if (Queue.empty())
428     return 0;
429   LiveInterval *LI = &LIS->getInterval(Queue.top().second);
430   Queue.pop();
431   return LI;
432 }
433
434
435 //===----------------------------------------------------------------------===//
436 //                            Direct Assignment
437 //===----------------------------------------------------------------------===//
438
439 /// tryAssign - Try to assign VirtReg to an available register.
440 unsigned RAGreedy::tryAssign(LiveInterval &VirtReg,
441                              AllocationOrder &Order,
442                              SmallVectorImpl<LiveInterval*> &NewVRegs) {
443   Order.rewind();
444   unsigned PhysReg;
445   while ((PhysReg = Order.next()))
446     if (!checkPhysRegInterference(VirtReg, PhysReg))
447       break;
448   if (!PhysReg || Order.isHint(PhysReg))
449     return PhysReg;
450
451   // PhysReg is available, but there may be a better choice.
452
453   // If we missed a simple hint, try to cheaply evict interference from the
454   // preferred register.
455   if (unsigned Hint = MRI->getSimpleHint(VirtReg.reg))
456     if (Order.isHint(Hint)) {
457       DEBUG(dbgs() << "missed hint " << PrintReg(Hint, TRI) << '\n');
458       EvictionCost MaxCost(1);
459       if (canEvictInterference(VirtReg, Hint, true, MaxCost)) {
460         evictInterference(VirtReg, Hint, NewVRegs);
461         return Hint;
462       }
463     }
464
465   // Try to evict interference from a cheaper alternative.
466   unsigned Cost = TRI->getCostPerUse(PhysReg);
467
468   // Most registers have 0 additional cost.
469   if (!Cost)
470     return PhysReg;
471
472   DEBUG(dbgs() << PrintReg(PhysReg, TRI) << " is available at cost " << Cost
473                << '\n');
474   unsigned CheapReg = tryEvict(VirtReg, Order, NewVRegs, Cost);
475   return CheapReg ? CheapReg : PhysReg;
476 }
477
478
479 //===----------------------------------------------------------------------===//
480 //                         Interference eviction
481 //===----------------------------------------------------------------------===//
482
483 /// shouldEvict - determine if A should evict the assigned live range B. The
484 /// eviction policy defined by this function together with the allocation order
485 /// defined by enqueue() decides which registers ultimately end up being split
486 /// and spilled.
487 ///
488 /// Cascade numbers are used to prevent infinite loops if this function is a
489 /// cyclic relation.
490 ///
491 /// @param A          The live range to be assigned.
492 /// @param IsHint     True when A is about to be assigned to its preferred
493 ///                   register.
494 /// @param B          The live range to be evicted.
495 /// @param BreaksHint True when B is already assigned to its preferred register.
496 bool RAGreedy::shouldEvict(LiveInterval &A, bool IsHint,
497                            LiveInterval &B, bool BreaksHint) {
498   bool CanSplit = getStage(B) < RS_Spill;
499
500   // Be fairly aggressive about following hints as long as the evictee can be
501   // split.
502   if (CanSplit && IsHint && !BreaksHint)
503     return true;
504
505   return A.weight > B.weight;
506 }
507
508 /// canEvictInterference - Return true if all interferences between VirtReg and
509 /// PhysReg can be evicted.  When OnlyCheap is set, don't do anything
510 ///
511 /// @param VirtReg Live range that is about to be assigned.
512 /// @param PhysReg Desired register for assignment.
513 /// @prarm IsHint  True when PhysReg is VirtReg's preferred register.
514 /// @param MaxCost Only look for cheaper candidates and update with new cost
515 ///                when returning true.
516 /// @returns True when interference can be evicted cheaper than MaxCost.
517 bool RAGreedy::canEvictInterference(LiveInterval &VirtReg, unsigned PhysReg,
518                                     bool IsHint, EvictionCost &MaxCost) {
519   // Find VirtReg's cascade number. This will be unassigned if VirtReg was never
520   // involved in an eviction before. If a cascade number was assigned, deny
521   // evicting anything with the same or a newer cascade number. This prevents
522   // infinite eviction loops.
523   //
524   // This works out so a register without a cascade number is allowed to evict
525   // anything, and it can be evicted by anything.
526   unsigned Cascade = ExtraRegInfo[VirtReg.reg].Cascade;
527   if (!Cascade)
528     Cascade = NextCascade;
529
530   EvictionCost Cost;
531   for (const unsigned *AliasI = TRI->getOverlaps(PhysReg); *AliasI; ++AliasI) {
532     LiveIntervalUnion::Query &Q = query(VirtReg, *AliasI);
533     // If there is 10 or more interferences, chances are one is heavier.
534     if (Q.collectInterferingVRegs(10) >= 10)
535       return false;
536
537     // Check if any interfering live range is heavier than MaxWeight.
538     for (unsigned i = Q.interferingVRegs().size(); i; --i) {
539       LiveInterval *Intf = Q.interferingVRegs()[i - 1];
540       if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Intf->reg))
541         return false;
542       // Never evict spill products. They cannot split or spill.
543       if (getStage(*Intf) == RS_Done)
544         return false;
545       // Once a live range becomes small enough, it is urgent that we find a
546       // register for it. This is indicated by an infinite spill weight. These
547       // urgent live ranges get to evict almost anything.
548       bool Urgent = !VirtReg.isSpillable() && Intf->isSpillable();
549       // Only evict older cascades or live ranges without a cascade.
550       unsigned IntfCascade = ExtraRegInfo[Intf->reg].Cascade;
551       if (Cascade <= IntfCascade) {
552         if (!Urgent)
553           return false;
554         // We permit breaking cascades for urgent evictions. It should be the
555         // last resort, though, so make it really expensive.
556         Cost.BrokenHints += 10;
557       }
558       // Would this break a satisfied hint?
559       bool BreaksHint = VRM->hasPreferredPhys(Intf->reg);
560       // Update eviction cost.
561       Cost.BrokenHints += BreaksHint;
562       Cost.MaxWeight = std::max(Cost.MaxWeight, Intf->weight);
563       // Abort if this would be too expensive.
564       if (!(Cost < MaxCost))
565         return false;
566       // Finally, apply the eviction policy for non-urgent evictions.
567       if (!Urgent && !shouldEvict(VirtReg, IsHint, *Intf, BreaksHint))
568         return false;
569     }
570   }
571   MaxCost = Cost;
572   return true;
573 }
574
575 /// evictInterference - Evict any interferring registers that prevent VirtReg
576 /// from being assigned to Physreg. This assumes that canEvictInterference
577 /// returned true.
578 void RAGreedy::evictInterference(LiveInterval &VirtReg, unsigned PhysReg,
579                                  SmallVectorImpl<LiveInterval*> &NewVRegs) {
580   // Make sure that VirtReg has a cascade number, and assign that cascade
581   // number to every evicted register. These live ranges than then only be
582   // evicted by a newer cascade, preventing infinite loops.
583   unsigned Cascade = ExtraRegInfo[VirtReg.reg].Cascade;
584   if (!Cascade)
585     Cascade = ExtraRegInfo[VirtReg.reg].Cascade = NextCascade++;
586
587   DEBUG(dbgs() << "evicting " << PrintReg(PhysReg, TRI)
588                << " interference: Cascade " << Cascade << '\n');
589   for (const unsigned *AliasI = TRI->getOverlaps(PhysReg); *AliasI; ++AliasI) {
590     LiveIntervalUnion::Query &Q = query(VirtReg, *AliasI);
591     assert(Q.seenAllInterferences() && "Didn't check all interfererences.");
592     for (unsigned i = 0, e = Q.interferingVRegs().size(); i != e; ++i) {
593       LiveInterval *Intf = Q.interferingVRegs()[i];
594       unassign(*Intf, VRM->getPhys(Intf->reg));
595       assert((ExtraRegInfo[Intf->reg].Cascade < Cascade ||
596               VirtReg.isSpillable() < Intf->isSpillable()) &&
597              "Cannot decrease cascade number, illegal eviction");
598       ExtraRegInfo[Intf->reg].Cascade = Cascade;
599       ++NumEvicted;
600       NewVRegs.push_back(Intf);
601     }
602   }
603 }
604
605 /// tryEvict - Try to evict all interferences for a physreg.
606 /// @param  VirtReg Currently unassigned virtual register.
607 /// @param  Order   Physregs to try.
608 /// @return         Physreg to assign VirtReg, or 0.
609 unsigned RAGreedy::tryEvict(LiveInterval &VirtReg,
610                             AllocationOrder &Order,
611                             SmallVectorImpl<LiveInterval*> &NewVRegs,
612                             unsigned CostPerUseLimit) {
613   NamedRegionTimer T("Evict", TimerGroupName, TimePassesIsEnabled);
614
615   // Keep track of the cheapest interference seen so far.
616   EvictionCost BestCost(~0u);
617   unsigned BestPhys = 0;
618
619   // When we are just looking for a reduced cost per use, don't break any
620   // hints, and only evict smaller spill weights.
621   if (CostPerUseLimit < ~0u) {
622     BestCost.BrokenHints = 0;
623     BestCost.MaxWeight = VirtReg.weight;
624   }
625
626   Order.rewind();
627   while (unsigned PhysReg = Order.next()) {
628     if (TRI->getCostPerUse(PhysReg) >= CostPerUseLimit)
629       continue;
630     // The first use of a callee-saved register in a function has cost 1.
631     // Don't start using a CSR when the CostPerUseLimit is low.
632     if (CostPerUseLimit == 1)
633      if (unsigned CSR = RegClassInfo.getLastCalleeSavedAlias(PhysReg))
634        if (!MRI->isPhysRegUsed(CSR)) {
635          DEBUG(dbgs() << PrintReg(PhysReg, TRI) << " would clobber CSR "
636                       << PrintReg(CSR, TRI) << '\n');
637          continue;
638        }
639
640     if (!canEvictInterference(VirtReg, PhysReg, false, BestCost))
641       continue;
642
643     // Best so far.
644     BestPhys = PhysReg;
645
646     // Stop if the hint can be used.
647     if (Order.isHint(PhysReg))
648       break;
649   }
650
651   if (!BestPhys)
652     return 0;
653
654   evictInterference(VirtReg, BestPhys, NewVRegs);
655   return BestPhys;
656 }
657
658
659 //===----------------------------------------------------------------------===//
660 //                              Region Splitting
661 //===----------------------------------------------------------------------===//
662
663 /// addSplitConstraints - Fill out the SplitConstraints vector based on the
664 /// interference pattern in Physreg and its aliases. Add the constraints to
665 /// SpillPlacement and return the static cost of this split in Cost, assuming
666 /// that all preferences in SplitConstraints are met.
667 /// Return false if there are no bundles with positive bias.
668 bool RAGreedy::addSplitConstraints(InterferenceCache::Cursor Intf,
669                                    float &Cost) {
670   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
671
672   // Reset interference dependent info.
673   SplitConstraints.resize(UseBlocks.size());
674   float StaticCost = 0;
675   for (unsigned i = 0; i != UseBlocks.size(); ++i) {
676     const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = UseBlocks[i];
677     SpillPlacement::BlockConstraint &BC = SplitConstraints[i];
678
679     BC.Number = BI.MBB->getNumber();
680     Intf.moveToBlock(BC.Number);
681     BC.Entry = BI.LiveIn ? SpillPlacement::PrefReg : SpillPlacement::DontCare;
682     BC.Exit = BI.LiveOut ? SpillPlacement::PrefReg : SpillPlacement::DontCare;
683     BC.ChangesValue = BI.FirstDef;
684
685     if (!Intf.hasInterference())
686       continue;
687
688     // Number of spill code instructions to insert.
689     unsigned Ins = 0;
690
691     // Interference for the live-in value.
692     if (BI.LiveIn) {
693       if (Intf.first() <= Indexes->getMBBStartIdx(BC.Number))
694         BC.Entry = SpillPlacement::MustSpill, ++Ins;
695       else if (Intf.first() < BI.FirstInstr)
696         BC.Entry = SpillPlacement::PrefSpill, ++Ins;
697       else if (Intf.first() < BI.LastInstr)
698         ++Ins;
699     }
700
701     // Interference for the live-out value.
702     if (BI.LiveOut) {
703       if (Intf.last() >= SA->getLastSplitPoint(BC.Number))
704         BC.Exit = SpillPlacement::MustSpill, ++Ins;
705       else if (Intf.last() > BI.LastInstr)
706         BC.Exit = SpillPlacement::PrefSpill, ++Ins;
707       else if (Intf.last() > BI.FirstInstr)
708         ++Ins;
709     }
710
711     // Accumulate the total frequency of inserted spill code.
712     if (Ins)
713       StaticCost += Ins * SpillPlacer->getBlockFrequency(BC.Number);
714   }
715   Cost = StaticCost;
716
717   // Add constraints for use-blocks. Note that these are the only constraints
718   // that may add a positive bias, it is downhill from here.
719   SpillPlacer->addConstraints(SplitConstraints);
720   return SpillPlacer->scanActiveBundles();
721 }
722
723
724 /// addThroughConstraints - Add constraints and links to SpillPlacer from the
725 /// live-through blocks in Blocks.
726 void RAGreedy::addThroughConstraints(InterferenceCache::Cursor Intf,
727                                      ArrayRef<unsigned> Blocks) {
728   const unsigned GroupSize = 8;
729   SpillPlacement::BlockConstraint BCS[GroupSize];
730   unsigned TBS[GroupSize];
731   unsigned B = 0, T = 0;
732
733   for (unsigned i = 0; i != Blocks.size(); ++i) {
734     unsigned Number = Blocks[i];
735     Intf.moveToBlock(Number);
736
737     if (!Intf.hasInterference()) {
738       assert(T < GroupSize && "Array overflow");
739       TBS[T] = Number;
740       if (++T == GroupSize) {
741         SpillPlacer->addLinks(makeArrayRef(TBS, T));
742         T = 0;
743       }
744       continue;
745     }
746
747     assert(B < GroupSize && "Array overflow");
748     BCS[B].Number = Number;
749
750     // Interference for the live-in value.
751     if (Intf.first() <= Indexes->getMBBStartIdx(Number))
752       BCS[B].Entry = SpillPlacement::MustSpill;
753     else
754       BCS[B].Entry = SpillPlacement::PrefSpill;
755
756     // Interference for the live-out value.
757     if (Intf.last() >= SA->getLastSplitPoint(Number))
758       BCS[B].Exit = SpillPlacement::MustSpill;
759     else
760       BCS[B].Exit = SpillPlacement::PrefSpill;
761
762     if (++B == GroupSize) {
763       ArrayRef<SpillPlacement::BlockConstraint> Array(BCS, B);
764       SpillPlacer->addConstraints(Array);
765       B = 0;
766     }
767   }
768
769   ArrayRef<SpillPlacement::BlockConstraint> Array(BCS, B);
770   SpillPlacer->addConstraints(Array);
771   SpillPlacer->addLinks(makeArrayRef(TBS, T));
772 }
773
774 void RAGreedy::growRegion(GlobalSplitCandidate &Cand) {
775   // Keep track of through blocks that have not been added to SpillPlacer.
776   BitVector Todo = SA->getThroughBlocks();
777   SmallVectorImpl<unsigned> &ActiveBlocks = Cand.ActiveBlocks;
778   unsigned AddedTo = 0;
779 #ifndef NDEBUG
780   unsigned Visited = 0;
781 #endif
782
783   for (;;) {
784     ArrayRef<unsigned> NewBundles = SpillPlacer->getRecentPositive();
785     // Find new through blocks in the periphery of PrefRegBundles.
786     for (int i = 0, e = NewBundles.size(); i != e; ++i) {
787       unsigned Bundle = NewBundles[i];
788       // Look at all blocks connected to Bundle in the full graph.
789       ArrayRef<unsigned> Blocks = Bundles->getBlocks(Bundle);
790       for (ArrayRef<unsigned>::iterator I = Blocks.begin(), E = Blocks.end();
791            I != E; ++I) {
792         unsigned Block = *I;
793         if (!Todo.test(Block))
794           continue;
795         Todo.reset(Block);
796         // This is a new through block. Add it to SpillPlacer later.
797         ActiveBlocks.push_back(Block);
798 #ifndef NDEBUG
799         ++Visited;
800 #endif
801       }
802     }
803     // Any new blocks to add?
804     if (ActiveBlocks.size() == AddedTo)
805       break;
806
807     // Compute through constraints from the interference, or assume that all
808     // through blocks prefer spilling when forming compact regions.
809     ArrayRef<unsigned> NewBlocks = makeArrayRef(ActiveBlocks).slice(AddedTo);
810     if (Cand.PhysReg)
811       addThroughConstraints(Cand.Intf, NewBlocks);
812     else
813       // Provide a strong negative bias on through blocks to prevent unwanted
814       // liveness on loop backedges.
815       SpillPlacer->addPrefSpill(NewBlocks, /* Strong= */ true);
816     AddedTo = ActiveBlocks.size();
817
818     // Perhaps iterating can enable more bundles?
819     SpillPlacer->iterate();
820   }
821   DEBUG(dbgs() << ", v=" << Visited);
822 }
823
824 /// calcCompactRegion - Compute the set of edge bundles that should be live
825 /// when splitting the current live range into compact regions.  Compact
826 /// regions can be computed without looking at interference.  They are the
827 /// regions formed by removing all the live-through blocks from the live range.
828 ///
829 /// Returns false if the current live range is already compact, or if the
830 /// compact regions would form single block regions anyway.
831 bool RAGreedy::calcCompactRegion(GlobalSplitCandidate &Cand) {
832   // Without any through blocks, the live range is already compact.
833   if (!SA->getNumThroughBlocks())
834     return false;
835
836   // Compact regions don't correspond to any physreg.
837   Cand.reset(IntfCache, 0);
838
839   DEBUG(dbgs() << "Compact region bundles");
840
841   // Use the spill placer to determine the live bundles. GrowRegion pretends
842   // that all the through blocks have interference when PhysReg is unset.
843   SpillPlacer->prepare(Cand.LiveBundles);
844
845   // The static split cost will be zero since Cand.Intf reports no interference.
846   float Cost;
847   if (!addSplitConstraints(Cand.Intf, Cost)) {
848     DEBUG(dbgs() << ", none.\n");
849     return false;
850   }
851
852   growRegion(Cand);
853   SpillPlacer->finish();
854
855   if (!Cand.LiveBundles.any()) {
856     DEBUG(dbgs() << ", none.\n");
857     return false;
858   }
859
860   DEBUG({
861     for (int i = Cand.LiveBundles.find_first(); i>=0;
862          i = Cand.LiveBundles.find_next(i))
863     dbgs() << " EB#" << i;
864     dbgs() << ".\n";
865   });
866   return true;
867 }
868
869 /// calcSpillCost - Compute how expensive it would be to split the live range in
870 /// SA around all use blocks instead of forming bundle regions.
871 float RAGreedy::calcSpillCost() {
872   float Cost = 0;
873   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
874   for (unsigned i = 0; i != UseBlocks.size(); ++i) {
875     const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = UseBlocks[i];
876     unsigned Number = BI.MBB->getNumber();
877     // We normally only need one spill instruction - a load or a store.
878     Cost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
879
880     // Unless the value is redefined in the block.
881     if (BI.LiveIn && BI.LiveOut && BI.FirstDef)
882       Cost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
883   }
884   return Cost;
885 }
886
887 /// calcGlobalSplitCost - Return the global split cost of following the split
888 /// pattern in LiveBundles. This cost should be added to the local cost of the
889 /// interference pattern in SplitConstraints.
890 ///
891 float RAGreedy::calcGlobalSplitCost(GlobalSplitCandidate &Cand) {
892   float GlobalCost = 0;
893   const BitVector &LiveBundles = Cand.LiveBundles;
894   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
895   for (unsigned i = 0; i != UseBlocks.size(); ++i) {
896     const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = UseBlocks[i];
897     SpillPlacement::BlockConstraint &BC = SplitConstraints[i];
898     bool RegIn  = LiveBundles[Bundles->getBundle(BC.Number, 0)];
899     bool RegOut = LiveBundles[Bundles->getBundle(BC.Number, 1)];
900     unsigned Ins = 0;
901
902     if (BI.LiveIn)
903       Ins += RegIn != (BC.Entry == SpillPlacement::PrefReg);
904     if (BI.LiveOut)
905       Ins += RegOut != (BC.Exit == SpillPlacement::PrefReg);
906     if (Ins)
907       GlobalCost += Ins * SpillPlacer->getBlockFrequency(BC.Number);
908   }
909
910   for (unsigned i = 0, e = Cand.ActiveBlocks.size(); i != e; ++i) {
911     unsigned Number = Cand.ActiveBlocks[i];
912     bool RegIn  = LiveBundles[Bundles->getBundle(Number, 0)];
913     bool RegOut = LiveBundles[Bundles->getBundle(Number, 1)];
914     if (!RegIn && !RegOut)
915       continue;
916     if (RegIn && RegOut) {
917       // We need double spill code if this block has interference.
918       Cand.Intf.moveToBlock(Number);
919       if (Cand.Intf.hasInterference())
920         GlobalCost += 2*SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
921       continue;
922     }
923     // live-in / stack-out or stack-in live-out.
924     GlobalCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
925   }
926   return GlobalCost;
927 }
928
929 /// splitAroundRegion - Split the current live range around the regions
930 /// determined by BundleCand and GlobalCand.
931 ///
932 /// Before calling this function, GlobalCand and BundleCand must be initialized
933 /// so each bundle is assigned to a valid candidate, or NoCand for the
934 /// stack-bound bundles.  The shared SA/SE SplitAnalysis and SplitEditor
935 /// objects must be initialized for the current live range, and intervals
936 /// created for the used candidates.
937 ///
938 /// @param LREdit    The LiveRangeEdit object handling the current split.
939 /// @param UsedCands List of used GlobalCand entries. Every BundleCand value
940 ///                  must appear in this list.
941 void RAGreedy::splitAroundRegion(LiveRangeEdit &LREdit,
942                                  ArrayRef<unsigned> UsedCands) {
943   // These are the intervals created for new global ranges. We may create more
944   // intervals for local ranges.
945   const unsigned NumGlobalIntvs = LREdit.size();
946   DEBUG(dbgs() << "splitAroundRegion with " << NumGlobalIntvs << " globals.\n");
947   assert(NumGlobalIntvs && "No global intervals configured");
948
949   // Isolate even single instructions when dealing with a proper sub-class.
950   // That guarantees register class inflation for the stack interval because it
951   // is all copies.
952   unsigned Reg = SA->getParent().reg;
953   bool SingleInstrs = RegClassInfo.isProperSubClass(MRI->getRegClass(Reg));
954
955   // First handle all the blocks with uses.
956   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
957   for (unsigned i = 0; i != UseBlocks.size(); ++i) {
958     const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = UseBlocks[i];
959     unsigned Number = BI.MBB->getNumber();
960     unsigned IntvIn = 0, IntvOut = 0;
961     SlotIndex IntfIn, IntfOut;
962     if (BI.LiveIn) {
963       unsigned CandIn = BundleCand[Bundles->getBundle(Number, 0)];
964       if (CandIn != NoCand) {
965         GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[CandIn];
966         IntvIn = Cand.IntvIdx;
967         Cand.Intf.moveToBlock(Number);
968         IntfIn = Cand.Intf.first();
969       }
970     }
971     if (BI.LiveOut) {
972       unsigned CandOut = BundleCand[Bundles->getBundle(Number, 1)];
973       if (CandOut != NoCand) {
974         GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[CandOut];
975         IntvOut = Cand.IntvIdx;
976         Cand.Intf.moveToBlock(Number);
977         IntfOut = Cand.Intf.last();
978       }
979     }
980
981     // Create separate intervals for isolated blocks with multiple uses.
982     if (!IntvIn && !IntvOut) {
983       DEBUG(dbgs() << "BB#" << BI.MBB->getNumber() << " isolated.\n");
984       if (SA->shouldSplitSingleBlock(BI, SingleInstrs))
985         SE->splitSingleBlock(BI);
986       continue;
987     }
988
989     if (IntvIn && IntvOut)
990       SE->splitLiveThroughBlock(Number, IntvIn, IntfIn, IntvOut, IntfOut);
991     else if (IntvIn)
992       SE->splitRegInBlock(BI, IntvIn, IntfIn);
993     else
994       SE->splitRegOutBlock(BI, IntvOut, IntfOut);
995   }
996
997   // Handle live-through blocks. The relevant live-through blocks are stored in
998   // the ActiveBlocks list with each candidate. We need to filter out
999   // duplicates.
1000   BitVector Todo = SA->getThroughBlocks();
1001   for (unsigned c = 0; c != UsedCands.size(); ++c) {
1002     ArrayRef<unsigned> Blocks = GlobalCand[UsedCands[c]].ActiveBlocks;
1003     for (unsigned i = 0, e = Blocks.size(); i != e; ++i) {
1004       unsigned Number = Blocks[i];
1005       if (!Todo.test(Number))
1006         continue;
1007       Todo.reset(Number);
1008
1009       unsigned IntvIn = 0, IntvOut = 0;
1010       SlotIndex IntfIn, IntfOut;
1011
1012       unsigned CandIn = BundleCand[Bundles->getBundle(Number, 0)];
1013       if (CandIn != NoCand) {
1014         GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[CandIn];
1015         IntvIn = Cand.IntvIdx;
1016         Cand.Intf.moveToBlock(Number);
1017         IntfIn = Cand.Intf.first();
1018       }
1019
1020       unsigned CandOut = BundleCand[Bundles->getBundle(Number, 1)];
1021       if (CandOut != NoCand) {
1022         GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[CandOut];
1023         IntvOut = Cand.IntvIdx;
1024         Cand.Intf.moveToBlock(Number);
1025         IntfOut = Cand.Intf.last();
1026       }
1027       if (!IntvIn && !IntvOut)
1028         continue;
1029       SE->splitLiveThroughBlock(Number, IntvIn, IntfIn, IntvOut, IntfOut);
1030     }
1031   }
1032
1033   ++NumGlobalSplits;
1034
1035   SmallVector<unsigned, 8> IntvMap;
1036   SE->finish(&IntvMap);
1037   DebugVars->splitRegister(Reg, LREdit.regs());
1038
1039   ExtraRegInfo.resize(MRI->getNumVirtRegs());
1040   unsigned OrigBlocks = SA->getNumLiveBlocks();
1041
1042   // Sort out the new intervals created by splitting. We get four kinds:
1043   // - Remainder intervals should not be split again.
1044   // - Candidate intervals can be assigned to Cand.PhysReg.
1045   // - Block-local splits are candidates for local splitting.
1046   // - DCE leftovers should go back on the queue.
1047   for (unsigned i = 0, e = LREdit.size(); i != e; ++i) {
1048     LiveInterval &Reg = *LREdit.get(i);
1049
1050     // Ignore old intervals from DCE.
1051     if (getStage(Reg) != RS_New)
1052       continue;
1053
1054     // Remainder interval. Don't try splitting again, spill if it doesn't
1055     // allocate.
1056     if (IntvMap[i] == 0) {
1057       setStage(Reg, RS_Spill);
1058       continue;
1059     }
1060
1061     // Global intervals. Allow repeated splitting as long as the number of live
1062     // blocks is strictly decreasing.
1063     if (IntvMap[i] < NumGlobalIntvs) {
1064       if (SA->countLiveBlocks(&Reg) >= OrigBlocks) {
1065         DEBUG(dbgs() << "Main interval covers the same " << OrigBlocks
1066                      << " blocks as original.\n");
1067         // Don't allow repeated splitting as a safe guard against looping.
1068         setStage(Reg, RS_Split2);
1069       }
1070       continue;
1071     }
1072
1073     // Other intervals are treated as new. This includes local intervals created
1074     // for blocks with multiple uses, and anything created by DCE.
1075   }
1076
1077   if (VerifyEnabled)
1078     MF->verify(this, "After splitting live range around region");
1079 }
1080
1081 unsigned RAGreedy::tryRegionSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
1082                                   SmallVectorImpl<LiveInterval*> &NewVRegs) {
1083   unsigned NumCands = 0;
1084   unsigned BestCand = NoCand;
1085   float BestCost;
1086   SmallVector<unsigned, 8> UsedCands;
1087
1088   // Check if we can split this live range around a compact region.
1089   bool HasCompact = calcCompactRegion(GlobalCand.front());
1090   if (HasCompact) {
1091     // Yes, keep GlobalCand[0] as the compact region candidate.
1092     NumCands = 1;
1093     BestCost = HUGE_VALF;
1094   } else {
1095     // No benefit from the compact region, our fallback will be per-block
1096     // splitting. Make sure we find a solution that is cheaper than spilling.
1097     BestCost = Hysteresis * calcSpillCost();
1098     DEBUG(dbgs() << "Cost of isolating all blocks = " << BestCost << '\n');
1099   }
1100
1101   Order.rewind();
1102   while (unsigned PhysReg = Order.next()) {
1103     // Discard bad candidates before we run out of interference cache cursors.
1104     // This will only affect register classes with a lot of registers (>32).
1105     if (NumCands == IntfCache.getMaxCursors()) {
1106       unsigned WorstCount = ~0u;
1107       unsigned Worst = 0;
1108       for (unsigned i = 0; i != NumCands; ++i) {
1109         if (i == BestCand || !GlobalCand[i].PhysReg)
1110           continue;
1111         unsigned Count = GlobalCand[i].LiveBundles.count();
1112         if (Count < WorstCount)
1113           Worst = i, WorstCount = Count;
1114       }
1115       --NumCands;
1116       GlobalCand[Worst] = GlobalCand[NumCands];
1117     }
1118
1119     if (GlobalCand.size() <= NumCands)
1120       GlobalCand.resize(NumCands+1);
1121     GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[NumCands];
1122     Cand.reset(IntfCache, PhysReg);
1123
1124     SpillPlacer->prepare(Cand.LiveBundles);
1125     float Cost;
1126     if (!addSplitConstraints(Cand.Intf, Cost)) {
1127       DEBUG(dbgs() << PrintReg(PhysReg, TRI) << "\tno positive bundles\n");
1128       continue;
1129     }
1130     DEBUG(dbgs() << PrintReg(PhysReg, TRI) << "\tstatic = " << Cost);
1131     if (Cost >= BestCost) {
1132       DEBUG({
1133         if (BestCand == NoCand)
1134           dbgs() << " worse than no bundles\n";
1135         else
1136           dbgs() << " worse than "
1137                  << PrintReg(GlobalCand[BestCand].PhysReg, TRI) << '\n';
1138       });
1139       continue;
1140     }
1141     growRegion(Cand);
1142
1143     SpillPlacer->finish();
1144
1145     // No live bundles, defer to splitSingleBlocks().
1146     if (!Cand.LiveBundles.any()) {
1147       DEBUG(dbgs() << " no bundles.\n");
1148       continue;
1149     }
1150
1151     Cost += calcGlobalSplitCost(Cand);
1152     DEBUG({
1153       dbgs() << ", total = " << Cost << " with bundles";
1154       for (int i = Cand.LiveBundles.find_first(); i>=0;
1155            i = Cand.LiveBundles.find_next(i))
1156         dbgs() << " EB#" << i;
1157       dbgs() << ".\n";
1158     });
1159     if (Cost < BestCost) {
1160       BestCand = NumCands;
1161       BestCost = Hysteresis * Cost; // Prevent rounding effects.
1162     }
1163     ++NumCands;
1164   }
1165
1166   // No solutions found, fall back to single block splitting.
1167   if (!HasCompact && BestCand == NoCand)
1168     return 0;
1169
1170   // Prepare split editor.
1171   LiveRangeEdit LREdit(VirtReg, NewVRegs, this);
1172   SE->reset(LREdit, SplitSpillMode);
1173
1174   // Assign all edge bundles to the preferred candidate, or NoCand.
1175   BundleCand.assign(Bundles->getNumBundles(), NoCand);
1176
1177   // Assign bundles for the best candidate region.
1178   if (BestCand != NoCand) {
1179     GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[BestCand];
1180     if (unsigned B = Cand.getBundles(BundleCand, BestCand)) {
1181       UsedCands.push_back(BestCand);
1182       Cand.IntvIdx = SE->openIntv();
1183       DEBUG(dbgs() << "Split for " << PrintReg(Cand.PhysReg, TRI) << " in "
1184                    << B << " bundles, intv " << Cand.IntvIdx << ".\n");
1185       (void)B;
1186     }
1187   }
1188
1189   // Assign bundles for the compact region.
1190   if (HasCompact) {
1191     GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand.front();
1192     assert(!Cand.PhysReg && "Compact region has no physreg");
1193     if (unsigned B = Cand.getBundles(BundleCand, 0)) {
1194       UsedCands.push_back(0);
1195       Cand.IntvIdx = SE->openIntv();
1196       DEBUG(dbgs() << "Split for compact region in " << B << " bundles, intv "
1197                    << Cand.IntvIdx << ".\n");
1198       (void)B;
1199     }
1200   }
1201
1202   splitAroundRegion(LREdit, UsedCands);
1203   return 0;
1204 }
1205
1206
1207 //===----------------------------------------------------------------------===//
1208 //                            Per-Block Splitting
1209 //===----------------------------------------------------------------------===//
1210
1211 /// tryBlockSplit - Split a global live range around every block with uses. This
1212 /// creates a lot of local live ranges, that will be split by tryLocalSplit if
1213 /// they don't allocate.
1214 unsigned RAGreedy::tryBlockSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
1215                                  SmallVectorImpl<LiveInterval*> &NewVRegs) {
1216   assert(&SA->getParent() == &VirtReg && "Live range wasn't analyzed");
1217   unsigned Reg = VirtReg.reg;
1218   bool SingleInstrs = RegClassInfo.isProperSubClass(MRI->getRegClass(Reg));
1219   LiveRangeEdit LREdit(VirtReg, NewVRegs, this);
1220   SE->reset(LREdit, SplitSpillMode);
1221   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
1222   for (unsigned i = 0; i != UseBlocks.size(); ++i) {
1223     const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = UseBlocks[i];
1224     if (SA->shouldSplitSingleBlock(BI, SingleInstrs))
1225       SE->splitSingleBlock(BI);
1226   }
1227   // No blocks were split.
1228   if (LREdit.empty())
1229     return 0;
1230
1231   // We did split for some blocks.
1232   SmallVector<unsigned, 8> IntvMap;
1233   SE->finish(&IntvMap);
1234
1235   // Tell LiveDebugVariables about the new ranges.
1236   DebugVars->splitRegister(Reg, LREdit.regs());
1237
1238   ExtraRegInfo.resize(MRI->getNumVirtRegs());
1239
1240   // Sort out the new intervals created by splitting. The remainder interval
1241   // goes straight to spilling, the new local ranges get to stay RS_New.
1242   for (unsigned i = 0, e = LREdit.size(); i != e; ++i) {
1243     LiveInterval &LI = *LREdit.get(i);
1244     if (getStage(LI) == RS_New && IntvMap[i] == 0)
1245       setStage(LI, RS_Spill);
1246   }
1247
1248   if (VerifyEnabled)
1249     MF->verify(this, "After splitting live range around basic blocks");
1250   return 0;
1251 }
1252
1253 //===----------------------------------------------------------------------===//
1254 //                             Local Splitting
1255 //===----------------------------------------------------------------------===//
1256
1257
1258 /// calcGapWeights - Compute the maximum spill weight that needs to be evicted
1259 /// in order to use PhysReg between two entries in SA->UseSlots.
1260 ///
1261 /// GapWeight[i] represents the gap between UseSlots[i] and UseSlots[i+1].
1262 ///
1263 void RAGreedy::calcGapWeights(unsigned PhysReg,
1264                               SmallVectorImpl<float> &GapWeight) {
1265   assert(SA->getUseBlocks().size() == 1 && "Not a local interval");
1266   const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = SA->getUseBlocks().front();
1267   const SmallVectorImpl<SlotIndex> &Uses = SA->UseSlots;
1268   const unsigned NumGaps = Uses.size()-1;
1269
1270   // Start and end points for the interference check.
1271   SlotIndex StartIdx =
1272     BI.LiveIn ? BI.FirstInstr.getBaseIndex() : BI.FirstInstr;
1273   SlotIndex StopIdx =
1274     BI.LiveOut ? BI.LastInstr.getBoundaryIndex() : BI.LastInstr;
1275
1276   GapWeight.assign(NumGaps, 0.0f);
1277
1278   // Add interference from each overlapping register.
1279   for (const unsigned *AI = TRI->getOverlaps(PhysReg); *AI; ++AI) {
1280     if (!query(const_cast<LiveInterval&>(SA->getParent()), *AI)
1281            .checkInterference())
1282       continue;
1283
1284     // We know that VirtReg is a continuous interval from FirstInstr to
1285     // LastInstr, so we don't need InterferenceQuery.
1286     //
1287     // Interference that overlaps an instruction is counted in both gaps
1288     // surrounding the instruction. The exception is interference before
1289     // StartIdx and after StopIdx.
1290     //
1291     LiveIntervalUnion::SegmentIter IntI = PhysReg2LiveUnion[*AI].find(StartIdx);
1292     for (unsigned Gap = 0; IntI.valid() && IntI.start() < StopIdx; ++IntI) {
1293       // Skip the gaps before IntI.
1294       while (Uses[Gap+1].getBoundaryIndex() < IntI.start())
1295         if (++Gap == NumGaps)
1296           break;
1297       if (Gap == NumGaps)
1298         break;
1299
1300       // Update the gaps covered by IntI.
1301       const float weight = IntI.value()->weight;
1302       for (; Gap != NumGaps; ++Gap) {
1303         GapWeight[Gap] = std::max(GapWeight[Gap], weight);
1304         if (Uses[Gap+1].getBaseIndex() >= IntI.stop())
1305           break;
1306       }
1307       if (Gap == NumGaps)
1308         break;
1309     }
1310   }
1311 }
1312
1313 /// tryLocalSplit - Try to split VirtReg into smaller intervals inside its only
1314 /// basic block.
1315 ///
1316 unsigned RAGreedy::tryLocalSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
1317                                  SmallVectorImpl<LiveInterval*> &NewVRegs) {
1318   assert(SA->getUseBlocks().size() == 1 && "Not a local interval");
1319   const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = SA->getUseBlocks().front();
1320
1321   // Note that it is possible to have an interval that is live-in or live-out
1322   // while only covering a single block - A phi-def can use undef values from
1323   // predecessors, and the block could be a single-block loop.
1324   // We don't bother doing anything clever about such a case, we simply assume
1325   // that the interval is continuous from FirstInstr to LastInstr. We should
1326   // make sure that we don't do anything illegal to such an interval, though.
1327
1328   const SmallVectorImpl<SlotIndex> &Uses = SA->UseSlots;
1329   if (Uses.size() <= 2)
1330     return 0;
1331   const unsigned NumGaps = Uses.size()-1;
1332
1333   DEBUG({
1334     dbgs() << "tryLocalSplit: ";
1335     for (unsigned i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i)
1336       dbgs() << ' ' << SA->UseSlots[i];
1337     dbgs() << '\n';
1338   });
1339
1340   // Since we allow local split results to be split again, there is a risk of
1341   // creating infinite loops. It is tempting to require that the new live
1342   // ranges have less instructions than the original. That would guarantee
1343   // convergence, but it is too strict. A live range with 3 instructions can be
1344   // split 2+3 (including the COPY), and we want to allow that.
1345   //
1346   // Instead we use these rules:
1347   //
1348   // 1. Allow any split for ranges with getStage() < RS_Split2. (Except for the
1349   //    noop split, of course).
1350   // 2. Require progress be made for ranges with getStage() == RS_Split2. All
1351   //    the new ranges must have fewer instructions than before the split.
1352   // 3. New ranges with the same number of instructions are marked RS_Split2,
1353   //    smaller ranges are marked RS_New.
1354   //
1355   // These rules allow a 3 -> 2+3 split once, which we need. They also prevent
1356   // excessive splitting and infinite loops.
1357   //
1358   bool ProgressRequired = getStage(VirtReg) >= RS_Split2;
1359
1360   // Best split candidate.
1361   unsigned BestBefore = NumGaps;
1362   unsigned BestAfter = 0;
1363   float BestDiff = 0;
1364
1365   const float blockFreq = SpillPlacer->getBlockFrequency(BI.MBB->getNumber());
1366   SmallVector<float, 8> GapWeight;
1367
1368   Order.rewind();
1369   while (unsigned PhysReg = Order.next()) {
1370     // Keep track of the largest spill weight that would need to be evicted in
1371     // order to make use of PhysReg between UseSlots[i] and UseSlots[i+1].
1372     calcGapWeights(PhysReg, GapWeight);
1373
1374     // Try to find the best sequence of gaps to close.
1375     // The new spill weight must be larger than any gap interference.
1376
1377     // We will split before Uses[SplitBefore] and after Uses[SplitAfter].
1378     unsigned SplitBefore = 0, SplitAfter = 1;
1379
1380     // MaxGap should always be max(GapWeight[SplitBefore..SplitAfter-1]).
1381     // It is the spill weight that needs to be evicted.
1382     float MaxGap = GapWeight[0];
1383
1384     for (;;) {
1385       // Live before/after split?
1386       const bool LiveBefore = SplitBefore != 0 || BI.LiveIn;
1387       const bool LiveAfter = SplitAfter != NumGaps || BI.LiveOut;
1388
1389       DEBUG(dbgs() << PrintReg(PhysReg, TRI) << ' '
1390                    << Uses[SplitBefore] << '-' << Uses[SplitAfter]
1391                    << " i=" << MaxGap);
1392
1393       // Stop before the interval gets so big we wouldn't be making progress.
1394       if (!LiveBefore && !LiveAfter) {
1395         DEBUG(dbgs() << " all\n");
1396         break;
1397       }
1398       // Should the interval be extended or shrunk?
1399       bool Shrink = true;
1400
1401       // How many gaps would the new range have?
1402       unsigned NewGaps = LiveBefore + SplitAfter - SplitBefore + LiveAfter;
1403
1404       // Legally, without causing looping?
1405       bool Legal = !ProgressRequired || NewGaps < NumGaps;
1406
1407       if (Legal && MaxGap < HUGE_VALF) {
1408         // Estimate the new spill weight. Each instruction reads or writes the
1409         // register. Conservatively assume there are no read-modify-write
1410         // instructions.
1411         //
1412         // Try to guess the size of the new interval.
1413         const float EstWeight = normalizeSpillWeight(blockFreq * (NewGaps + 1),
1414                                  Uses[SplitBefore].distance(Uses[SplitAfter]) +
1415                                  (LiveBefore + LiveAfter)*SlotIndex::InstrDist);
1416         // Would this split be possible to allocate?
1417         // Never allocate all gaps, we wouldn't be making progress.
1418         DEBUG(dbgs() << " w=" << EstWeight);
1419         if (EstWeight * Hysteresis >= MaxGap) {
1420           Shrink = false;
1421           float Diff = EstWeight - MaxGap;
1422           if (Diff > BestDiff) {
1423             DEBUG(dbgs() << " (best)");
1424             BestDiff = Hysteresis * Diff;
1425             BestBefore = SplitBefore;
1426             BestAfter = SplitAfter;
1427           }
1428         }
1429       }
1430
1431       // Try to shrink.
1432       if (Shrink) {
1433         if (++SplitBefore < SplitAfter) {
1434           DEBUG(dbgs() << " shrink\n");
1435           // Recompute the max when necessary.
1436           if (GapWeight[SplitBefore - 1] >= MaxGap) {
1437             MaxGap = GapWeight[SplitBefore];
1438             for (unsigned i = SplitBefore + 1; i != SplitAfter; ++i)
1439               MaxGap = std::max(MaxGap, GapWeight[i]);
1440           }
1441           continue;
1442         }
1443         MaxGap = 0;
1444       }
1445
1446       // Try to extend the interval.
1447       if (SplitAfter >= NumGaps) {
1448         DEBUG(dbgs() << " end\n");
1449         break;
1450       }
1451
1452       DEBUG(dbgs() << " extend\n");
1453       MaxGap = std::max(MaxGap, GapWeight[SplitAfter++]);
1454     }
1455   }
1456
1457   // Didn't find any candidates?
1458   if (BestBefore == NumGaps)
1459     return 0;
1460
1461   DEBUG(dbgs() << "Best local split range: " << Uses[BestBefore]
1462                << '-' << Uses[BestAfter] << ", " << BestDiff
1463                << ", " << (BestAfter - BestBefore + 1) << " instrs\n");
1464
1465   LiveRangeEdit LREdit(VirtReg, NewVRegs, this);
1466   SE->reset(LREdit);
1467
1468   SE->openIntv();
1469   SlotIndex SegStart = SE->enterIntvBefore(Uses[BestBefore]);
1470   SlotIndex SegStop  = SE->leaveIntvAfter(Uses[BestAfter]);
1471   SE->useIntv(SegStart, SegStop);
1472   SmallVector<unsigned, 8> IntvMap;
1473   SE->finish(&IntvMap);
1474   DebugVars->splitRegister(VirtReg.reg, LREdit.regs());
1475
1476   // If the new range has the same number of instructions as before, mark it as
1477   // RS_Split2 so the next split will be forced to make progress. Otherwise,
1478   // leave the new intervals as RS_New so they can compete.
1479   bool LiveBefore = BestBefore != 0 || BI.LiveIn;
1480   bool LiveAfter = BestAfter != NumGaps || BI.LiveOut;
1481   unsigned NewGaps = LiveBefore + BestAfter - BestBefore + LiveAfter;
1482   if (NewGaps >= NumGaps) {
1483     DEBUG(dbgs() << "Tagging non-progress ranges: ");
1484     assert(!ProgressRequired && "Didn't make progress when it was required.");
1485     for (unsigned i = 0, e = IntvMap.size(); i != e; ++i)
1486       if (IntvMap[i] == 1) {
1487         setStage(*LREdit.get(i), RS_Split2);
1488         DEBUG(dbgs() << PrintReg(LREdit.get(i)->reg));
1489       }
1490     DEBUG(dbgs() << '\n');
1491   }
1492   ++NumLocalSplits;
1493
1494   return 0;
1495 }
1496
1497 //===----------------------------------------------------------------------===//
1498 //                          Live Range Splitting
1499 //===----------------------------------------------------------------------===//
1500
1501 /// trySplit - Try to split VirtReg or one of its interferences, making it
1502 /// assignable.
1503 /// @return Physreg when VirtReg may be assigned and/or new NewVRegs.
1504 unsigned RAGreedy::trySplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
1505                             SmallVectorImpl<LiveInterval*>&NewVRegs) {
1506   // Ranges must be Split2 or less.
1507   if (getStage(VirtReg) >= RS_Spill)
1508     return 0;
1509
1510   // Local intervals are handled separately.
1511   if (LIS->intervalIsInOneMBB(VirtReg)) {
1512     NamedRegionTimer T("Local Splitting", TimerGroupName, TimePassesIsEnabled);
1513     SA->analyze(&VirtReg);
1514     return tryLocalSplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
1515   }
1516
1517   NamedRegionTimer T("Global Splitting", TimerGroupName, TimePassesIsEnabled);
1518
1519   SA->analyze(&VirtReg);
1520
1521   // FIXME: SplitAnalysis may repair broken live ranges coming from the
1522   // coalescer. That may cause the range to become allocatable which means that
1523   // tryRegionSplit won't be making progress. This check should be replaced with
1524   // an assertion when the coalescer is fixed.
1525   if (SA->didRepairRange()) {
1526     // VirtReg has changed, so all cached queries are invalid.
1527     invalidateVirtRegs();
1528     if (unsigned PhysReg = tryAssign(VirtReg, Order, NewVRegs))
1529       return PhysReg;
1530   }
1531
1532   // First try to split around a region spanning multiple blocks. RS_Split2
1533   // ranges already made dubious progress with region splitting, so they go
1534   // straight to single block splitting.
1535   if (getStage(VirtReg) < RS_Split2) {
1536     unsigned PhysReg = tryRegionSplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
1537     if (PhysReg || !NewVRegs.empty())
1538       return PhysReg;
1539   }
1540
1541   // Then isolate blocks.
1542   return tryBlockSplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
1543 }
1544
1545
1546 //===----------------------------------------------------------------------===//
1547 //                            Main Entry Point
1548 //===----------------------------------------------------------------------===//
1549
1550 unsigned RAGreedy::selectOrSplit(LiveInterval &VirtReg,
1551                                  SmallVectorImpl<LiveInterval*> &NewVRegs) {
1552   // First try assigning a free register.
1553   AllocationOrder Order(VirtReg.reg, *VRM, RegClassInfo);
1554   if (unsigned PhysReg = tryAssign(VirtReg, Order, NewVRegs))
1555     return PhysReg;
1556
1557   LiveRangeStage Stage = getStage(VirtReg);
1558   DEBUG(dbgs() << StageName[Stage]
1559                << " Cascade " << ExtraRegInfo[VirtReg.reg].Cascade << '\n');
1560
1561   // Try to evict a less worthy live range, but only for ranges from the primary
1562   // queue. The RS_Split ranges already failed to do this, and they should not
1563   // get a second chance until they have been split.
1564   if (Stage != RS_Split)
1565     if (unsigned PhysReg = tryEvict(VirtReg, Order, NewVRegs))
1566       return PhysReg;
1567
1568   assert(NewVRegs.empty() && "Cannot append to existing NewVRegs");
1569
1570   // The first time we see a live range, don't try to split or spill.
1571   // Wait until the second time, when all smaller ranges have been allocated.
1572   // This gives a better picture of the interference to split around.
1573   if (Stage < RS_Split) {
1574     setStage(VirtReg, RS_Split);
1575     DEBUG(dbgs() << "wait for second round\n");
1576     NewVRegs.push_back(&VirtReg);
1577     return 0;
1578   }
1579
1580   // If we couldn't allocate a register from spilling, there is probably some
1581   // invalid inline assembly. The base class wil report it.
1582   if (Stage >= RS_Done || !VirtReg.isSpillable())
1583     return ~0u;
1584
1585   // Try splitting VirtReg or interferences.
1586   unsigned PhysReg = trySplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
1587   if (PhysReg || !NewVRegs.empty())
1588     return PhysReg;
1589
1590   // Finally spill VirtReg itself.
1591   NamedRegionTimer T("Spiller", TimerGroupName, TimePassesIsEnabled);
1592   LiveRangeEdit LRE(VirtReg, NewVRegs, this);
1593   spiller().spill(LRE);
1594   setStage(NewVRegs.begin(), NewVRegs.end(), RS_Done);
1595
1596   if (VerifyEnabled)
1597     MF->verify(this, "After spilling");
1598
1599   // The live virtual register requesting allocation was spilled, so tell
1600   // the caller not to allocate anything during this round.
1601   return 0;
1602 }
1603
1604 bool RAGreedy::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
1605   DEBUG(dbgs() << "********** GREEDY REGISTER ALLOCATION **********\n"
1606                << "********** Function: "
1607                << ((Value*)mf.getFunction())->getName() << '\n');
1608
1609   MF = &mf;
1610   if (VerifyEnabled)
1611     MF->verify(this, "Before greedy register allocator");
1612
1613   RegAllocBase::init(getAnalysis<VirtRegMap>(), getAnalysis<LiveIntervals>());
1614   Indexes = &getAnalysis<SlotIndexes>();
1615   DomTree = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
1616   SpillerInstance.reset(createInlineSpiller(*this, *MF, *VRM));
1617   Loops = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
1618   Bundles = &getAnalysis<EdgeBundles>();
1619   SpillPlacer = &getAnalysis<SpillPlacement>();
1620   DebugVars = &getAnalysis<LiveDebugVariables>();
1621
1622   SA.reset(new SplitAnalysis(*VRM, *LIS, *Loops));
1623   SE.reset(new SplitEditor(*SA, *LIS, *VRM, *DomTree));
1624   ExtraRegInfo.clear();
1625   ExtraRegInfo.resize(MRI->getNumVirtRegs());
1626   NextCascade = 1;
1627   IntfCache.init(MF, &PhysReg2LiveUnion[0], Indexes, TRI);
1628   GlobalCand.resize(32);  // This will grow as needed.
1629
1630   allocatePhysRegs();
1631   addMBBLiveIns(MF);
1632   LIS->addKillFlags();
1633
1634   // Run rewriter
1635   {
1636     NamedRegionTimer T("Rewriter", TimerGroupName, TimePassesIsEnabled);
1637     VRM->rewrite(Indexes);
1638   }
1639
1640   // Write out new DBG_VALUE instructions.
1641   {
1642     NamedRegionTimer T("Emit Debug Info", TimerGroupName, TimePassesIsEnabled);
1643     DebugVars->emitDebugValues(VRM);
1644   }
1645
1646   // The pass output is in VirtRegMap. Release all the transient data.
1647   releaseMemory();
1648
1649   return true;
1650 }