0121f153678e6c84d1d45dc7065f7d36a6d2e4a1
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / RegAllocLinearScan.cpp
1 //===-- RegAllocLinearScan.cpp - Linear Scan 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 implements a linear scan register allocator.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
15 #include "VirtRegMap.h"
16 #include "VirtRegRewriter.h"
17 #include "Spiller.h"
18 #include "llvm/Function.h"
19 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
20 #include "llvm/CodeGen/LiveStackAnalysis.h"
21 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
22 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
23 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
24 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
25 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
26 #include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
27 #include "llvm/CodeGen/RegisterCoalescer.h"
28 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
29 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
30 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
31 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
32 #include "llvm/ADT/EquivalenceClasses.h"
33 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
34 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
35 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
36 #include "llvm/Support/Compiler.h"
37 #include "llvm/Support/Debug.h"
38 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
39 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
40 #include <algorithm>
41 #include <set>
42 #include <queue>
43 #include <memory>
44 #include <cmath>
45
46 using namespace llvm;
47
48 STATISTIC(NumIters     , "Number of iterations performed");
49 STATISTIC(NumBacktracks, "Number of times we had to backtrack");
50 STATISTIC(NumCoalesce,   "Number of copies coalesced");
51 STATISTIC(NumDowngrade,  "Number of registers downgraded");
52
53 static cl::opt<bool>
54 NewHeuristic("new-spilling-heuristic",
55              cl::desc("Use new spilling heuristic"),
56              cl::init(false), cl::Hidden);
57
58 static cl::opt<bool>
59 PreSplitIntervals("pre-alloc-split",
60                   cl::desc("Pre-register allocation live interval splitting"),
61                   cl::init(false), cl::Hidden);
62
63 static cl::opt<bool>
64 NewSpillFramework("new-spill-framework",
65                   cl::desc("New spilling framework"),
66                   cl::init(false), cl::Hidden);
67
68 static RegisterRegAlloc
69 linearscanRegAlloc("linearscan", "linear scan register allocator",
70                    createLinearScanRegisterAllocator);
71
72 namespace {
73   struct VISIBILITY_HIDDEN RALinScan : public MachineFunctionPass {
74     static char ID;
75     RALinScan() : MachineFunctionPass(&ID) {}
76
77     typedef std::pair<LiveInterval*, LiveInterval::iterator> IntervalPtr;
78     typedef SmallVector<IntervalPtr, 32> IntervalPtrs;
79   private:
80     /// RelatedRegClasses - This structure is built the first time a function is
81     /// compiled, and keeps track of which register classes have registers that
82     /// belong to multiple classes or have aliases that are in other classes.
83     EquivalenceClasses<const TargetRegisterClass*> RelatedRegClasses;
84     DenseMap<unsigned, const TargetRegisterClass*> OneClassForEachPhysReg;
85
86     // NextReloadMap - For each register in the map, it maps to the another
87     // register which is defined by a reload from the same stack slot and
88     // both reloads are in the same basic block.
89     DenseMap<unsigned, unsigned> NextReloadMap;
90
91     // DowngradedRegs - A set of registers which are being "downgraded", i.e.
92     // un-favored for allocation.
93     SmallSet<unsigned, 8> DowngradedRegs;
94
95     // DowngradeMap - A map from virtual registers to physical registers being
96     // downgraded for the virtual registers.
97     DenseMap<unsigned, unsigned> DowngradeMap;
98
99     MachineFunction* mf_;
100     MachineRegisterInfo* mri_;
101     const TargetMachine* tm_;
102     const TargetRegisterInfo* tri_;
103     const TargetInstrInfo* tii_;
104     BitVector allocatableRegs_;
105     LiveIntervals* li_;
106     LiveStacks* ls_;
107     const MachineLoopInfo *loopInfo;
108
109     /// handled_ - Intervals are added to the handled_ set in the order of their
110     /// start value.  This is uses for backtracking.
111     std::vector<LiveInterval*> handled_;
112
113     /// fixed_ - Intervals that correspond to machine registers.
114     ///
115     IntervalPtrs fixed_;
116
117     /// active_ - Intervals that are currently being processed, and which have a
118     /// live range active for the current point.
119     IntervalPtrs active_;
120
121     /// inactive_ - Intervals that are currently being processed, but which have
122     /// a hold at the current point.
123     IntervalPtrs inactive_;
124
125     typedef std::priority_queue<LiveInterval*,
126                                 SmallVector<LiveInterval*, 64>,
127                                 greater_ptr<LiveInterval> > IntervalHeap;
128     IntervalHeap unhandled_;
129
130     /// regUse_ - Tracks register usage.
131     SmallVector<unsigned, 32> regUse_;
132     SmallVector<unsigned, 32> regUseBackUp_;
133
134     /// vrm_ - Tracks register assignments.
135     VirtRegMap* vrm_;
136
137     std::auto_ptr<VirtRegRewriter> rewriter_;
138
139     std::auto_ptr<Spiller> spiller_;
140
141   public:
142     virtual const char* getPassName() const {
143       return "Linear Scan Register Allocator";
144     }
145
146     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
147       AU.setPreservesCFG();
148       AU.addRequired<LiveIntervals>();
149       if (StrongPHIElim)
150         AU.addRequiredID(StrongPHIEliminationID);
151       // Make sure PassManager knows which analyses to make available
152       // to coalescing and which analyses coalescing invalidates.
153       AU.addRequiredTransitive<RegisterCoalescer>();
154       if (PreSplitIntervals)
155         AU.addRequiredID(PreAllocSplittingID);
156       AU.addRequired<LiveStacks>();
157       AU.addPreserved<LiveStacks>();
158       AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
159       AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
160       AU.addRequired<VirtRegMap>();
161       AU.addPreserved<VirtRegMap>();
162       AU.addPreservedID(MachineDominatorsID);
163       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
164     }
165
166     /// runOnMachineFunction - register allocate the whole function
167     bool runOnMachineFunction(MachineFunction&);
168
169   private:
170     /// linearScan - the linear scan algorithm
171     void linearScan();
172
173     /// initIntervalSets - initialize the interval sets.
174     ///
175     void initIntervalSets();
176
177     /// processActiveIntervals - expire old intervals and move non-overlapping
178     /// ones to the inactive list.
179     void processActiveIntervals(unsigned CurPoint);
180
181     /// processInactiveIntervals - expire old intervals and move overlapping
182     /// ones to the active list.
183     void processInactiveIntervals(unsigned CurPoint);
184
185     /// hasNextReloadInterval - Return the next liveinterval that's being
186     /// defined by a reload from the same SS as the specified one.
187     LiveInterval *hasNextReloadInterval(LiveInterval *cur);
188
189     /// DowngradeRegister - Downgrade a register for allocation.
190     void DowngradeRegister(LiveInterval *li, unsigned Reg);
191
192     /// UpgradeRegister - Upgrade a register for allocation.
193     void UpgradeRegister(unsigned Reg);
194
195     /// assignRegOrStackSlotAtInterval - assign a register if one
196     /// is available, or spill.
197     void assignRegOrStackSlotAtInterval(LiveInterval* cur);
198
199     void updateSpillWeights(std::vector<float> &Weights,
200                             unsigned reg, float weight,
201                             const TargetRegisterClass *RC);
202
203     /// findIntervalsToSpill - Determine the intervals to spill for the
204     /// specified interval. It's passed the physical registers whose spill
205     /// weight is the lowest among all the registers whose live intervals
206     /// conflict with the interval.
207     void findIntervalsToSpill(LiveInterval *cur,
208                             std::vector<std::pair<unsigned,float> > &Candidates,
209                             unsigned NumCands,
210                             SmallVector<LiveInterval*, 8> &SpillIntervals);
211
212     /// attemptTrivialCoalescing - If a simple interval is defined by a copy,
213     /// try allocate the definition the same register as the source register
214     /// if the register is not defined during live time of the interval. This
215     /// eliminate a copy. This is used to coalesce copies which were not
216     /// coalesced away before allocation either due to dest and src being in
217     /// different register classes or because the coalescer was overly
218     /// conservative.
219     unsigned attemptTrivialCoalescing(LiveInterval &cur, unsigned Reg);
220
221     ///
222     /// Register usage / availability tracking helpers.
223     ///
224
225     void initRegUses() {
226       regUse_.resize(tri_->getNumRegs(), 0);
227       regUseBackUp_.resize(tri_->getNumRegs(), 0);
228     }
229
230     void finalizeRegUses() {
231 #ifndef NDEBUG
232       // Verify all the registers are "freed".
233       bool Error = false;
234       for (unsigned i = 0, e = tri_->getNumRegs(); i != e; ++i) {
235         if (regUse_[i] != 0) {
236           cerr << tri_->getName(i) << " is still in use!\n";
237           Error = true;
238         }
239       }
240       if (Error)
241         llvm_unreachable(0);
242 #endif
243       regUse_.clear();
244       regUseBackUp_.clear();
245     }
246
247     void addRegUse(unsigned physReg) {
248       assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(physReg) &&
249              "should be physical register!");
250       ++regUse_[physReg];
251       for (const unsigned* as = tri_->getAliasSet(physReg); *as; ++as)
252         ++regUse_[*as];
253     }
254
255     void delRegUse(unsigned physReg) {
256       assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(physReg) &&
257              "should be physical register!");
258       assert(regUse_[physReg] != 0);
259       --regUse_[physReg];
260       for (const unsigned* as = tri_->getAliasSet(physReg); *as; ++as) {
261         assert(regUse_[*as] != 0);
262         --regUse_[*as];
263       }
264     }
265
266     bool isRegAvail(unsigned physReg) const {
267       assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(physReg) &&
268              "should be physical register!");
269       return regUse_[physReg] == 0;
270     }
271
272     void backUpRegUses() {
273       regUseBackUp_ = regUse_;
274     }
275
276     void restoreRegUses() {
277       regUse_ = regUseBackUp_;
278     }
279
280     ///
281     /// Register handling helpers.
282     ///
283
284     /// getFreePhysReg - return a free physical register for this virtual
285     /// register interval if we have one, otherwise return 0.
286     unsigned getFreePhysReg(LiveInterval* cur);
287     unsigned getFreePhysReg(LiveInterval* cur,
288                             const TargetRegisterClass *RC,
289                             unsigned MaxInactiveCount,
290                             SmallVector<unsigned, 256> &inactiveCounts,
291                             bool SkipDGRegs);
292
293     /// assignVirt2StackSlot - assigns this virtual register to a
294     /// stack slot. returns the stack slot
295     int assignVirt2StackSlot(unsigned virtReg);
296
297     void ComputeRelatedRegClasses();
298
299     template <typename ItTy>
300     void printIntervals(const char* const str, ItTy i, ItTy e) const {
301       DEBUG({
302           if (str)
303             errs() << str << " intervals:\n";
304
305           for (; i != e; ++i) {
306             errs() << "\t" << *i->first << " -> ";
307
308             unsigned reg = i->first->reg;
309             if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg))
310               reg = vrm_->getPhys(reg);
311
312             errs() << tri_->getName(reg) << '\n';
313           }
314         });
315     }
316   };
317   char RALinScan::ID = 0;
318 }
319
320 static RegisterPass<RALinScan>
321 X("linearscan-regalloc", "Linear Scan Register Allocator");
322
323 void RALinScan::ComputeRelatedRegClasses() {
324   // First pass, add all reg classes to the union, and determine at least one
325   // reg class that each register is in.
326   bool HasAliases = false;
327   for (TargetRegisterInfo::regclass_iterator RCI = tri_->regclass_begin(),
328        E = tri_->regclass_end(); RCI != E; ++RCI) {
329     RelatedRegClasses.insert(*RCI);
330     for (TargetRegisterClass::iterator I = (*RCI)->begin(), E = (*RCI)->end();
331          I != E; ++I) {
332       HasAliases = HasAliases || *tri_->getAliasSet(*I) != 0;
333       
334       const TargetRegisterClass *&PRC = OneClassForEachPhysReg[*I];
335       if (PRC) {
336         // Already processed this register.  Just make sure we know that
337         // multiple register classes share a register.
338         RelatedRegClasses.unionSets(PRC, *RCI);
339       } else {
340         PRC = *RCI;
341       }
342     }
343   }
344   
345   // Second pass, now that we know conservatively what register classes each reg
346   // belongs to, add info about aliases.  We don't need to do this for targets
347   // without register aliases.
348   if (HasAliases)
349     for (DenseMap<unsigned, const TargetRegisterClass*>::iterator
350          I = OneClassForEachPhysReg.begin(), E = OneClassForEachPhysReg.end();
351          I != E; ++I)
352       for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(I->first); *AS; ++AS)
353         RelatedRegClasses.unionSets(I->second, OneClassForEachPhysReg[*AS]);
354 }
355
356 /// attemptTrivialCoalescing - If a simple interval is defined by a copy,
357 /// try allocate the definition the same register as the source register
358 /// if the register is not defined during live time of the interval. This
359 /// eliminate a copy. This is used to coalesce copies which were not
360 /// coalesced away before allocation either due to dest and src being in
361 /// different register classes or because the coalescer was overly
362 /// conservative.
363 unsigned RALinScan::attemptTrivialCoalescing(LiveInterval &cur, unsigned Reg) {
364   unsigned Preference = vrm_->getRegAllocPref(cur.reg);
365   if ((Preference && Preference == Reg) || !cur.containsOneValue())
366     return Reg;
367
368   VNInfo *vni = cur.begin()->valno;
369   if (!vni->def || vni->isUnused() || !vni->isDefAccurate())
370     return Reg;
371   MachineInstr *CopyMI = li_->getInstructionFromIndex(vni->def);
372   unsigned SrcReg, DstReg, SrcSubReg, DstSubReg, PhysReg;
373   if (!CopyMI ||
374       !tii_->isMoveInstr(*CopyMI, SrcReg, DstReg, SrcSubReg, DstSubReg))
375     return Reg;
376   PhysReg = SrcReg;
377   if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg)) {
378     if (!vrm_->isAssignedReg(SrcReg))
379       return Reg;
380     PhysReg = vrm_->getPhys(SrcReg);
381   }
382   if (Reg == PhysReg)
383     return Reg;
384
385   const TargetRegisterClass *RC = mri_->getRegClass(cur.reg);
386   if (!RC->contains(PhysReg))
387     return Reg;
388
389   // Try to coalesce.
390   if (!li_->conflictsWithPhysRegDef(cur, *vrm_, PhysReg)) {
391     DEBUG(errs() << "Coalescing: " << cur << " -> " << tri_->getName(PhysReg)
392                  << '\n');
393     vrm_->clearVirt(cur.reg);
394     vrm_->assignVirt2Phys(cur.reg, PhysReg);
395
396     // Remove unnecessary kills since a copy does not clobber the register.
397     if (li_->hasInterval(SrcReg)) {
398       LiveInterval &SrcLI = li_->getInterval(SrcReg);
399       for (MachineRegisterInfo::reg_iterator I = mri_->reg_begin(cur.reg),
400              E = mri_->reg_end(); I != E; ++I) {
401         MachineOperand &O = I.getOperand();
402         if (!O.isUse() || !O.isKill())
403           continue;
404         MachineInstr *MI = &*I;
405         if (SrcLI.liveAt(li_->getDefIndex(li_->getInstructionIndex(MI))))
406           O.setIsKill(false);
407       }
408     }
409
410     ++NumCoalesce;
411     return PhysReg;
412   }
413
414   return Reg;
415 }
416
417 bool RALinScan::runOnMachineFunction(MachineFunction &fn) {
418   mf_ = &fn;
419   mri_ = &fn.getRegInfo();
420   tm_ = &fn.getTarget();
421   tri_ = tm_->getRegisterInfo();
422   tii_ = tm_->getInstrInfo();
423   allocatableRegs_ = tri_->getAllocatableSet(fn);
424   li_ = &getAnalysis<LiveIntervals>();
425   ls_ = &getAnalysis<LiveStacks>();
426   loopInfo = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
427
428   // We don't run the coalescer here because we have no reason to
429   // interact with it.  If the coalescer requires interaction, it
430   // won't do anything.  If it doesn't require interaction, we assume
431   // it was run as a separate pass.
432
433   // If this is the first function compiled, compute the related reg classes.
434   if (RelatedRegClasses.empty())
435     ComputeRelatedRegClasses();
436
437   // Also resize register usage trackers.
438   initRegUses();
439
440   vrm_ = &getAnalysis<VirtRegMap>();
441   if (!rewriter_.get()) rewriter_.reset(createVirtRegRewriter());
442   
443   if (NewSpillFramework) {
444     spiller_.reset(createSpiller(mf_, li_, ls_, vrm_));
445   }
446   
447   initIntervalSets();
448
449   linearScan();
450
451   // Rewrite spill code and update the PhysRegsUsed set.
452   rewriter_->runOnMachineFunction(*mf_, *vrm_, li_);
453
454   assert(unhandled_.empty() && "Unhandled live intervals remain!");
455
456   finalizeRegUses();
457
458   fixed_.clear();
459   active_.clear();
460   inactive_.clear();
461   handled_.clear();
462   NextReloadMap.clear();
463   DowngradedRegs.clear();
464   DowngradeMap.clear();
465   spiller_.reset(0);
466
467   return true;
468 }
469
470 /// initIntervalSets - initialize the interval sets.
471 ///
472 void RALinScan::initIntervalSets()
473 {
474   assert(unhandled_.empty() && fixed_.empty() &&
475          active_.empty() && inactive_.empty() &&
476          "interval sets should be empty on initialization");
477
478   handled_.reserve(li_->getNumIntervals());
479
480   for (LiveIntervals::iterator i = li_->begin(), e = li_->end(); i != e; ++i) {
481     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->second->reg)) {
482       mri_->setPhysRegUsed(i->second->reg);
483       fixed_.push_back(std::make_pair(i->second, i->second->begin()));
484     } else
485       unhandled_.push(i->second);
486   }
487 }
488
489 void RALinScan::linearScan() {
490   // linear scan algorithm
491   DEBUG({
492       errs() << "********** LINEAR SCAN **********\n"
493              << "********** Function: " 
494              << mf_->getFunction()->getName() << '\n';
495       printIntervals("fixed", fixed_.begin(), fixed_.end());
496     });
497
498   while (!unhandled_.empty()) {
499     // pick the interval with the earliest start point
500     LiveInterval* cur = unhandled_.top();
501     unhandled_.pop();
502     ++NumIters;
503     DEBUG(errs() << "\n*** CURRENT ***: " << *cur << '\n');
504
505     if (!cur->empty()) {
506       processActiveIntervals(cur->beginNumber());
507       processInactiveIntervals(cur->beginNumber());
508
509       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(cur->reg) &&
510              "Can only allocate virtual registers!");
511     }
512
513     // Allocating a virtual register. try to find a free
514     // physical register or spill an interval (possibly this one) in order to
515     // assign it one.
516     assignRegOrStackSlotAtInterval(cur);
517
518     DEBUG({
519         printIntervals("active", active_.begin(), active_.end());
520         printIntervals("inactive", inactive_.begin(), inactive_.end());
521       });
522   }
523
524   // Expire any remaining active intervals
525   while (!active_.empty()) {
526     IntervalPtr &IP = active_.back();
527     unsigned reg = IP.first->reg;
528     DEBUG(errs() << "\tinterval " << *IP.first << " expired\n");
529     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
530            "Can only allocate virtual registers!");
531     reg = vrm_->getPhys(reg);
532     delRegUse(reg);
533     active_.pop_back();
534   }
535
536   // Expire any remaining inactive intervals
537   DEBUG({
538       for (IntervalPtrs::reverse_iterator
539              i = inactive_.rbegin(); i != inactive_.rend(); ++i)
540         errs() << "\tinterval " << *i->first << " expired\n";
541     });
542   inactive_.clear();
543
544   // Add live-ins to every BB except for entry. Also perform trivial coalescing.
545   MachineFunction::iterator EntryMBB = mf_->begin();
546   SmallVector<MachineBasicBlock*, 8> LiveInMBBs;
547   for (LiveIntervals::iterator i = li_->begin(), e = li_->end(); i != e; ++i) {
548     LiveInterval &cur = *i->second;
549     unsigned Reg = 0;
550     bool isPhys = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(cur.reg);
551     if (isPhys)
552       Reg = cur.reg;
553     else if (vrm_->isAssignedReg(cur.reg))
554       Reg = attemptTrivialCoalescing(cur, vrm_->getPhys(cur.reg));
555     if (!Reg)
556       continue;
557     // Ignore splited live intervals.
558     if (!isPhys && vrm_->getPreSplitReg(cur.reg))
559       continue;
560
561     for (LiveInterval::Ranges::const_iterator I = cur.begin(), E = cur.end();
562          I != E; ++I) {
563       const LiveRange &LR = *I;
564       if (li_->findLiveInMBBs(LR.start, LR.end, LiveInMBBs)) {
565         for (unsigned i = 0, e = LiveInMBBs.size(); i != e; ++i)
566           if (LiveInMBBs[i] != EntryMBB) {
567             assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg) &&
568                    "Adding a virtual register to livein set?");
569             LiveInMBBs[i]->addLiveIn(Reg);
570           }
571         LiveInMBBs.clear();
572       }
573     }
574   }
575
576   DEBUG(errs() << *vrm_);
577
578   // Look for physical registers that end up not being allocated even though
579   // register allocator had to spill other registers in its register class.
580   if (ls_->getNumIntervals() == 0)
581     return;
582   if (!vrm_->FindUnusedRegisters(li_))
583     return;
584 }
585
586 /// processActiveIntervals - expire old intervals and move non-overlapping ones
587 /// to the inactive list.
588 void RALinScan::processActiveIntervals(unsigned CurPoint)
589 {
590   DEBUG(errs() << "\tprocessing active intervals:\n");
591
592   for (unsigned i = 0, e = active_.size(); i != e; ++i) {
593     LiveInterval *Interval = active_[i].first;
594     LiveInterval::iterator IntervalPos = active_[i].second;
595     unsigned reg = Interval->reg;
596
597     IntervalPos = Interval->advanceTo(IntervalPos, CurPoint);
598
599     if (IntervalPos == Interval->end()) {     // Remove expired intervals.
600       DEBUG(errs() << "\t\tinterval " << *Interval << " expired\n");
601       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
602              "Can only allocate virtual registers!");
603       reg = vrm_->getPhys(reg);
604       delRegUse(reg);
605
606       // Pop off the end of the list.
607       active_[i] = active_.back();
608       active_.pop_back();
609       --i; --e;
610
611     } else if (IntervalPos->start > CurPoint) {
612       // Move inactive intervals to inactive list.
613       DEBUG(errs() << "\t\tinterval " << *Interval << " inactive\n");
614       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
615              "Can only allocate virtual registers!");
616       reg = vrm_->getPhys(reg);
617       delRegUse(reg);
618       // add to inactive.
619       inactive_.push_back(std::make_pair(Interval, IntervalPos));
620
621       // Pop off the end of the list.
622       active_[i] = active_.back();
623       active_.pop_back();
624       --i; --e;
625     } else {
626       // Otherwise, just update the iterator position.
627       active_[i].second = IntervalPos;
628     }
629   }
630 }
631
632 /// processInactiveIntervals - expire old intervals and move overlapping
633 /// ones to the active list.
634 void RALinScan::processInactiveIntervals(unsigned CurPoint)
635 {
636   DEBUG(errs() << "\tprocessing inactive intervals:\n");
637
638   for (unsigned i = 0, e = inactive_.size(); i != e; ++i) {
639     LiveInterval *Interval = inactive_[i].first;
640     LiveInterval::iterator IntervalPos = inactive_[i].second;
641     unsigned reg = Interval->reg;
642
643     IntervalPos = Interval->advanceTo(IntervalPos, CurPoint);
644
645     if (IntervalPos == Interval->end()) {       // remove expired intervals.
646       DEBUG(errs() << "\t\tinterval " << *Interval << " expired\n");
647
648       // Pop off the end of the list.
649       inactive_[i] = inactive_.back();
650       inactive_.pop_back();
651       --i; --e;
652     } else if (IntervalPos->start <= CurPoint) {
653       // move re-activated intervals in active list
654       DEBUG(errs() << "\t\tinterval " << *Interval << " active\n");
655       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
656              "Can only allocate virtual registers!");
657       reg = vrm_->getPhys(reg);
658       addRegUse(reg);
659       // add to active
660       active_.push_back(std::make_pair(Interval, IntervalPos));
661
662       // Pop off the end of the list.
663       inactive_[i] = inactive_.back();
664       inactive_.pop_back();
665       --i; --e;
666     } else {
667       // Otherwise, just update the iterator position.
668       inactive_[i].second = IntervalPos;
669     }
670   }
671 }
672
673 /// updateSpillWeights - updates the spill weights of the specifed physical
674 /// register and its weight.
675 void RALinScan::updateSpillWeights(std::vector<float> &Weights,
676                                    unsigned reg, float weight,
677                                    const TargetRegisterClass *RC) {
678   SmallSet<unsigned, 4> Processed;
679   SmallSet<unsigned, 4> SuperAdded;
680   SmallVector<unsigned, 4> Supers;
681   Weights[reg] += weight;
682   Processed.insert(reg);
683   for (const unsigned* as = tri_->getAliasSet(reg); *as; ++as) {
684     Weights[*as] += weight;
685     Processed.insert(*as);
686     if (tri_->isSubRegister(*as, reg) &&
687         SuperAdded.insert(*as) &&
688         RC->contains(*as)) {
689       Supers.push_back(*as);
690     }
691   }
692
693   // If the alias is a super-register, and the super-register is in the
694   // register class we are trying to allocate. Then add the weight to all
695   // sub-registers of the super-register even if they are not aliases.
696   // e.g. allocating for GR32, bh is not used, updating bl spill weight.
697   //      bl should get the same spill weight otherwise it will be choosen
698   //      as a spill candidate since spilling bh doesn't make ebx available.
699   for (unsigned i = 0, e = Supers.size(); i != e; ++i) {
700     for (const unsigned *sr = tri_->getSubRegisters(Supers[i]); *sr; ++sr)
701       if (!Processed.count(*sr))
702         Weights[*sr] += weight;
703   }
704 }
705
706 static
707 RALinScan::IntervalPtrs::iterator
708 FindIntervalInVector(RALinScan::IntervalPtrs &IP, LiveInterval *LI) {
709   for (RALinScan::IntervalPtrs::iterator I = IP.begin(), E = IP.end();
710        I != E; ++I)
711     if (I->first == LI) return I;
712   return IP.end();
713 }
714
715 static void RevertVectorIteratorsTo(RALinScan::IntervalPtrs &V, unsigned Point){
716   for (unsigned i = 0, e = V.size(); i != e; ++i) {
717     RALinScan::IntervalPtr &IP = V[i];
718     LiveInterval::iterator I = std::upper_bound(IP.first->begin(),
719                                                 IP.second, Point);
720     if (I != IP.first->begin()) --I;
721     IP.second = I;
722   }
723 }
724
725 /// addStackInterval - Create a LiveInterval for stack if the specified live
726 /// interval has been spilled.
727 static void addStackInterval(LiveInterval *cur, LiveStacks *ls_,
728                              LiveIntervals *li_,
729                              MachineRegisterInfo* mri_, VirtRegMap &vrm_) {
730   int SS = vrm_.getStackSlot(cur->reg);
731   if (SS == VirtRegMap::NO_STACK_SLOT)
732     return;
733
734   const TargetRegisterClass *RC = mri_->getRegClass(cur->reg);
735   LiveInterval &SI = ls_->getOrCreateInterval(SS, RC);
736
737   VNInfo *VNI;
738   if (SI.hasAtLeastOneValue())
739     VNI = SI.getValNumInfo(0);
740   else
741     VNI = SI.getNextValue(0, 0, false, ls_->getVNInfoAllocator());
742
743   LiveInterval &RI = li_->getInterval(cur->reg);
744   // FIXME: This may be overly conservative.
745   SI.MergeRangesInAsValue(RI, VNI);
746 }
747
748 /// getConflictWeight - Return the number of conflicts between cur
749 /// live interval and defs and uses of Reg weighted by loop depthes.
750 static
751 float getConflictWeight(LiveInterval *cur, unsigned Reg, LiveIntervals *li_,
752                         MachineRegisterInfo *mri_,
753                         const MachineLoopInfo *loopInfo) {
754   float Conflicts = 0;
755   for (MachineRegisterInfo::reg_iterator I = mri_->reg_begin(Reg),
756          E = mri_->reg_end(); I != E; ++I) {
757     MachineInstr *MI = &*I;
758     if (cur->liveAt(li_->getInstructionIndex(MI))) {
759       unsigned loopDepth = loopInfo->getLoopDepth(MI->getParent());
760       Conflicts += powf(10.0f, (float)loopDepth);
761     }
762   }
763   return Conflicts;
764 }
765
766 /// findIntervalsToSpill - Determine the intervals to spill for the
767 /// specified interval. It's passed the physical registers whose spill
768 /// weight is the lowest among all the registers whose live intervals
769 /// conflict with the interval.
770 void RALinScan::findIntervalsToSpill(LiveInterval *cur,
771                             std::vector<std::pair<unsigned,float> > &Candidates,
772                             unsigned NumCands,
773                             SmallVector<LiveInterval*, 8> &SpillIntervals) {
774   // We have figured out the *best* register to spill. But there are other
775   // registers that are pretty good as well (spill weight within 3%). Spill
776   // the one that has fewest defs and uses that conflict with cur.
777   float Conflicts[3] = { 0.0f, 0.0f, 0.0f };
778   SmallVector<LiveInterval*, 8> SLIs[3];
779
780   DEBUG({
781       errs() << "\tConsidering " << NumCands << " candidates: ";
782       for (unsigned i = 0; i != NumCands; ++i)
783         errs() << tri_->getName(Candidates[i].first) << " ";
784       errs() << "\n";
785     });
786   
787   // Calculate the number of conflicts of each candidate.
788   for (IntervalPtrs::iterator i = active_.begin(); i != active_.end(); ++i) {
789     unsigned Reg = i->first->reg;
790     unsigned PhysReg = vrm_->getPhys(Reg);
791     if (!cur->overlapsFrom(*i->first, i->second))
792       continue;
793     for (unsigned j = 0; j < NumCands; ++j) {
794       unsigned Candidate = Candidates[j].first;
795       if (tri_->regsOverlap(PhysReg, Candidate)) {
796         if (NumCands > 1)
797           Conflicts[j] += getConflictWeight(cur, Reg, li_, mri_, loopInfo);
798         SLIs[j].push_back(i->first);
799       }
800     }
801   }
802
803   for (IntervalPtrs::iterator i = inactive_.begin(); i != inactive_.end(); ++i){
804     unsigned Reg = i->first->reg;
805     unsigned PhysReg = vrm_->getPhys(Reg);
806     if (!cur->overlapsFrom(*i->first, i->second-1))
807       continue;
808     for (unsigned j = 0; j < NumCands; ++j) {
809       unsigned Candidate = Candidates[j].first;
810       if (tri_->regsOverlap(PhysReg, Candidate)) {
811         if (NumCands > 1)
812           Conflicts[j] += getConflictWeight(cur, Reg, li_, mri_, loopInfo);
813         SLIs[j].push_back(i->first);
814       }
815     }
816   }
817
818   // Which is the best candidate?
819   unsigned BestCandidate = 0;
820   float MinConflicts = Conflicts[0];
821   for (unsigned i = 1; i != NumCands; ++i) {
822     if (Conflicts[i] < MinConflicts) {
823       BestCandidate = i;
824       MinConflicts = Conflicts[i];
825     }
826   }
827
828   std::copy(SLIs[BestCandidate].begin(), SLIs[BestCandidate].end(),
829             std::back_inserter(SpillIntervals));
830 }
831
832 namespace {
833   struct WeightCompare {
834     typedef std::pair<unsigned, float> RegWeightPair;
835     bool operator()(const RegWeightPair &LHS, const RegWeightPair &RHS) const {
836       return LHS.second < RHS.second;
837     }
838   };
839 }
840
841 static bool weightsAreClose(float w1, float w2) {
842   if (!NewHeuristic)
843     return false;
844
845   float diff = w1 - w2;
846   if (diff <= 0.02f)  // Within 0.02f
847     return true;
848   return (diff / w2) <= 0.05f;  // Within 5%.
849 }
850
851 LiveInterval *RALinScan::hasNextReloadInterval(LiveInterval *cur) {
852   DenseMap<unsigned, unsigned>::iterator I = NextReloadMap.find(cur->reg);
853   if (I == NextReloadMap.end())
854     return 0;
855   return &li_->getInterval(I->second);
856 }
857
858 void RALinScan::DowngradeRegister(LiveInterval *li, unsigned Reg) {
859   bool isNew = DowngradedRegs.insert(Reg);
860   isNew = isNew; // Silence compiler warning.
861   assert(isNew && "Multiple reloads holding the same register?");
862   DowngradeMap.insert(std::make_pair(li->reg, Reg));
863   for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(Reg); *AS; ++AS) {
864     isNew = DowngradedRegs.insert(*AS);
865     isNew = isNew; // Silence compiler warning.
866     assert(isNew && "Multiple reloads holding the same register?");
867     DowngradeMap.insert(std::make_pair(li->reg, *AS));
868   }
869   ++NumDowngrade;
870 }
871
872 void RALinScan::UpgradeRegister(unsigned Reg) {
873   if (Reg) {
874     DowngradedRegs.erase(Reg);
875     for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(Reg); *AS; ++AS)
876       DowngradedRegs.erase(*AS);
877   }
878 }
879
880 namespace {
881   struct LISorter {
882     bool operator()(LiveInterval* A, LiveInterval* B) {
883       return A->beginNumber() < B->beginNumber();
884     }
885   };
886 }
887
888 /// assignRegOrStackSlotAtInterval - assign a register if one is available, or
889 /// spill.
890 void RALinScan::assignRegOrStackSlotAtInterval(LiveInterval* cur) {
891   DEBUG(errs() << "\tallocating current interval: ");
892
893   // This is an implicitly defined live interval, just assign any register.
894   const TargetRegisterClass *RC = mri_->getRegClass(cur->reg);
895   if (cur->empty()) {
896     unsigned physReg = vrm_->getRegAllocPref(cur->reg);
897     if (!physReg)
898       physReg = *RC->allocation_order_begin(*mf_);
899     DEBUG(errs() <<  tri_->getName(physReg) << '\n');
900     // Note the register is not really in use.
901     vrm_->assignVirt2Phys(cur->reg, physReg);
902     return;
903   }
904
905   backUpRegUses();
906
907   std::vector<std::pair<unsigned, float> > SpillWeightsToAdd;
908   unsigned StartPosition = cur->beginNumber();
909   const TargetRegisterClass *RCLeader = RelatedRegClasses.getLeaderValue(RC);
910
911   // If start of this live interval is defined by a move instruction and its
912   // source is assigned a physical register that is compatible with the target
913   // register class, then we should try to assign it the same register.
914   // This can happen when the move is from a larger register class to a smaller
915   // one, e.g. X86::mov32to32_. These move instructions are not coalescable.
916   if (!vrm_->getRegAllocPref(cur->reg) && cur->hasAtLeastOneValue()) {
917     VNInfo *vni = cur->begin()->valno;
918     if (vni->def && !vni->isUnused() && vni->isDefAccurate()) {
919       MachineInstr *CopyMI = li_->getInstructionFromIndex(vni->def);
920       unsigned SrcReg, DstReg, SrcSubReg, DstSubReg;
921       if (CopyMI &&
922           tii_->isMoveInstr(*CopyMI, SrcReg, DstReg, SrcSubReg, DstSubReg)) {
923         unsigned Reg = 0;
924         if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg))
925           Reg = SrcReg;
926         else if (vrm_->isAssignedReg(SrcReg))
927           Reg = vrm_->getPhys(SrcReg);
928         if (Reg) {
929           if (SrcSubReg)
930             Reg = tri_->getSubReg(Reg, SrcSubReg);
931           if (DstSubReg)
932             Reg = tri_->getMatchingSuperReg(Reg, DstSubReg, RC);
933           if (Reg && allocatableRegs_[Reg] && RC->contains(Reg))
934             mri_->setRegAllocationHint(cur->reg, 0, Reg);
935         }
936       }
937     }
938   }
939
940   // For every interval in inactive we overlap with, mark the
941   // register as not free and update spill weights.
942   for (IntervalPtrs::const_iterator i = inactive_.begin(),
943          e = inactive_.end(); i != e; ++i) {
944     unsigned Reg = i->first->reg;
945     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) &&
946            "Can only allocate virtual registers!");
947     const TargetRegisterClass *RegRC = mri_->getRegClass(Reg);
948     // If this is not in a related reg class to the register we're allocating, 
949     // don't check it.
950     if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader &&
951         cur->overlapsFrom(*i->first, i->second-1)) {
952       Reg = vrm_->getPhys(Reg);
953       addRegUse(Reg);
954       SpillWeightsToAdd.push_back(std::make_pair(Reg, i->first->weight));
955     }
956   }
957   
958   // Speculatively check to see if we can get a register right now.  If not,
959   // we know we won't be able to by adding more constraints.  If so, we can
960   // check to see if it is valid.  Doing an exhaustive search of the fixed_ list
961   // is very bad (it contains all callee clobbered registers for any functions
962   // with a call), so we want to avoid doing that if possible.
963   unsigned physReg = getFreePhysReg(cur);
964   unsigned BestPhysReg = physReg;
965   if (physReg) {
966     // We got a register.  However, if it's in the fixed_ list, we might
967     // conflict with it.  Check to see if we conflict with it or any of its
968     // aliases.
969     SmallSet<unsigned, 8> RegAliases;
970     for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(physReg); *AS; ++AS)
971       RegAliases.insert(*AS);
972     
973     bool ConflictsWithFixed = false;
974     for (unsigned i = 0, e = fixed_.size(); i != e; ++i) {
975       IntervalPtr &IP = fixed_[i];
976       if (physReg == IP.first->reg || RegAliases.count(IP.first->reg)) {
977         // Okay, this reg is on the fixed list.  Check to see if we actually
978         // conflict.
979         LiveInterval *I = IP.first;
980         if (I->endNumber() > StartPosition) {
981           LiveInterval::iterator II = I->advanceTo(IP.second, StartPosition);
982           IP.second = II;
983           if (II != I->begin() && II->start > StartPosition)
984             --II;
985           if (cur->overlapsFrom(*I, II)) {
986             ConflictsWithFixed = true;
987             break;
988           }
989         }
990       }
991     }
992     
993     // Okay, the register picked by our speculative getFreePhysReg call turned
994     // out to be in use.  Actually add all of the conflicting fixed registers to
995     // regUse_ so we can do an accurate query.
996     if (ConflictsWithFixed) {
997       // For every interval in fixed we overlap with, mark the register as not
998       // free and update spill weights.
999       for (unsigned i = 0, e = fixed_.size(); i != e; ++i) {
1000         IntervalPtr &IP = fixed_[i];
1001         LiveInterval *I = IP.first;
1002
1003         const TargetRegisterClass *RegRC = OneClassForEachPhysReg[I->reg];
1004         if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader &&       
1005             I->endNumber() > StartPosition) {
1006           LiveInterval::iterator II = I->advanceTo(IP.second, StartPosition);
1007           IP.second = II;
1008           if (II != I->begin() && II->start > StartPosition)
1009             --II;
1010           if (cur->overlapsFrom(*I, II)) {
1011             unsigned reg = I->reg;
1012             addRegUse(reg);
1013             SpillWeightsToAdd.push_back(std::make_pair(reg, I->weight));
1014           }
1015         }
1016       }
1017
1018       // Using the newly updated regUse_ object, which includes conflicts in the
1019       // future, see if there are any registers available.
1020       physReg = getFreePhysReg(cur);
1021     }
1022   }
1023     
1024   // Restore the physical register tracker, removing information about the
1025   // future.
1026   restoreRegUses();
1027   
1028   // If we find a free register, we are done: assign this virtual to
1029   // the free physical register and add this interval to the active
1030   // list.
1031   if (physReg) {
1032     DEBUG(errs() <<  tri_->getName(physReg) << '\n');
1033     vrm_->assignVirt2Phys(cur->reg, physReg);
1034     addRegUse(physReg);
1035     active_.push_back(std::make_pair(cur, cur->begin()));
1036     handled_.push_back(cur);
1037
1038     // "Upgrade" the physical register since it has been allocated.
1039     UpgradeRegister(physReg);
1040     if (LiveInterval *NextReloadLI = hasNextReloadInterval(cur)) {
1041       // "Downgrade" physReg to try to keep physReg from being allocated until
1042       // the next reload from the same SS is allocated. 
1043       mri_->setRegAllocationHint(NextReloadLI->reg, 0, physReg);
1044       DowngradeRegister(cur, physReg);
1045     }
1046     return;
1047   }
1048   DEBUG(errs() << "no free registers\n");
1049
1050   // Compile the spill weights into an array that is better for scanning.
1051   std::vector<float> SpillWeights(tri_->getNumRegs(), 0.0f);
1052   for (std::vector<std::pair<unsigned, float> >::iterator
1053        I = SpillWeightsToAdd.begin(), E = SpillWeightsToAdd.end(); I != E; ++I)
1054     updateSpillWeights(SpillWeights, I->first, I->second, RC);
1055   
1056   // for each interval in active, update spill weights.
1057   for (IntervalPtrs::const_iterator i = active_.begin(), e = active_.end();
1058        i != e; ++i) {
1059     unsigned reg = i->first->reg;
1060     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
1061            "Can only allocate virtual registers!");
1062     reg = vrm_->getPhys(reg);
1063     updateSpillWeights(SpillWeights, reg, i->first->weight, RC);
1064   }
1065  
1066   DEBUG(errs() << "\tassigning stack slot at interval "<< *cur << ":\n");
1067
1068   // Find a register to spill.
1069   float minWeight = HUGE_VALF;
1070   unsigned minReg = 0;
1071
1072   bool Found = false;
1073   std::vector<std::pair<unsigned,float> > RegsWeights;
1074   if (!minReg || SpillWeights[minReg] == HUGE_VALF)
1075     for (TargetRegisterClass::iterator i = RC->allocation_order_begin(*mf_),
1076            e = RC->allocation_order_end(*mf_); i != e; ++i) {
1077       unsigned reg = *i;
1078       float regWeight = SpillWeights[reg];
1079       if (minWeight > regWeight)
1080         Found = true;
1081       RegsWeights.push_back(std::make_pair(reg, regWeight));
1082     }
1083   
1084   // If we didn't find a register that is spillable, try aliases?
1085   if (!Found) {
1086     for (TargetRegisterClass::iterator i = RC->allocation_order_begin(*mf_),
1087            e = RC->allocation_order_end(*mf_); i != e; ++i) {
1088       unsigned reg = *i;
1089       // No need to worry about if the alias register size < regsize of RC.
1090       // We are going to spill all registers that alias it anyway.
1091       for (const unsigned* as = tri_->getAliasSet(reg); *as; ++as)
1092         RegsWeights.push_back(std::make_pair(*as, SpillWeights[*as]));
1093     }
1094   }
1095
1096   // Sort all potential spill candidates by weight.
1097   std::sort(RegsWeights.begin(), RegsWeights.end(), WeightCompare());
1098   minReg = RegsWeights[0].first;
1099   minWeight = RegsWeights[0].second;
1100   if (minWeight == HUGE_VALF) {
1101     // All registers must have inf weight. Just grab one!
1102     minReg = BestPhysReg ? BestPhysReg : *RC->allocation_order_begin(*mf_);
1103     if (cur->weight == HUGE_VALF ||
1104         li_->getApproximateInstructionCount(*cur) == 0) {
1105       // Spill a physical register around defs and uses.
1106       if (li_->spillPhysRegAroundRegDefsUses(*cur, minReg, *vrm_)) {
1107         // spillPhysRegAroundRegDefsUses may have invalidated iterator stored
1108         // in fixed_. Reset them.
1109         for (unsigned i = 0, e = fixed_.size(); i != e; ++i) {
1110           IntervalPtr &IP = fixed_[i];
1111           LiveInterval *I = IP.first;
1112           if (I->reg == minReg || tri_->isSubRegister(minReg, I->reg))
1113             IP.second = I->advanceTo(I->begin(), StartPosition);
1114         }
1115
1116         DowngradedRegs.clear();
1117         assignRegOrStackSlotAtInterval(cur);
1118       } else {
1119         llvm_report_error("Ran out of registers during register allocation!");
1120       }
1121       return;
1122     }
1123   }
1124
1125   // Find up to 3 registers to consider as spill candidates.
1126   unsigned LastCandidate = RegsWeights.size() >= 3 ? 3 : 1;
1127   while (LastCandidate > 1) {
1128     if (weightsAreClose(RegsWeights[LastCandidate-1].second, minWeight))
1129       break;
1130     --LastCandidate;
1131   }
1132
1133   DEBUG({
1134       errs() << "\t\tregister(s) with min weight(s): ";
1135
1136       for (unsigned i = 0; i != LastCandidate; ++i)
1137         errs() << tri_->getName(RegsWeights[i].first)
1138                << " (" << RegsWeights[i].second << ")\n";
1139     });
1140
1141   // If the current has the minimum weight, we need to spill it and
1142   // add any added intervals back to unhandled, and restart
1143   // linearscan.
1144   if (cur->weight != HUGE_VALF && cur->weight <= minWeight) {
1145     DEBUG(errs() << "\t\t\tspilling(c): " << *cur << '\n');
1146     SmallVector<LiveInterval*, 8> spillIs;
1147     std::vector<LiveInterval*> added;
1148     
1149     if (!NewSpillFramework) {
1150       added = li_->addIntervalsForSpills(*cur, spillIs, loopInfo, *vrm_);
1151     } else {
1152       added = spiller_->spill(cur); 
1153     }
1154
1155     std::sort(added.begin(), added.end(), LISorter());
1156     addStackInterval(cur, ls_, li_, mri_, *vrm_);
1157     if (added.empty())
1158       return;  // Early exit if all spills were folded.
1159
1160     // Merge added with unhandled.  Note that we have already sorted
1161     // intervals returned by addIntervalsForSpills by their starting
1162     // point.
1163     // This also update the NextReloadMap. That is, it adds mapping from a
1164     // register defined by a reload from SS to the next reload from SS in the
1165     // same basic block.
1166     MachineBasicBlock *LastReloadMBB = 0;
1167     LiveInterval *LastReload = 0;
1168     int LastReloadSS = VirtRegMap::NO_STACK_SLOT;
1169     for (unsigned i = 0, e = added.size(); i != e; ++i) {
1170       LiveInterval *ReloadLi = added[i];
1171       if (ReloadLi->weight == HUGE_VALF &&
1172           li_->getApproximateInstructionCount(*ReloadLi) == 0) {
1173         unsigned ReloadIdx = ReloadLi->beginNumber();
1174         MachineBasicBlock *ReloadMBB = li_->getMBBFromIndex(ReloadIdx);
1175         int ReloadSS = vrm_->getStackSlot(ReloadLi->reg);
1176         if (LastReloadMBB == ReloadMBB && LastReloadSS == ReloadSS) {
1177           // Last reload of same SS is in the same MBB. We want to try to
1178           // allocate both reloads the same register and make sure the reg
1179           // isn't clobbered in between if at all possible.
1180           assert(LastReload->beginNumber() < ReloadIdx);
1181           NextReloadMap.insert(std::make_pair(LastReload->reg, ReloadLi->reg));
1182         }
1183         LastReloadMBB = ReloadMBB;
1184         LastReload = ReloadLi;
1185         LastReloadSS = ReloadSS;
1186       }
1187       unhandled_.push(ReloadLi);
1188     }
1189     return;
1190   }
1191
1192   ++NumBacktracks;
1193
1194   // Push the current interval back to unhandled since we are going
1195   // to re-run at least this iteration. Since we didn't modify it it
1196   // should go back right in the front of the list
1197   unhandled_.push(cur);
1198
1199   assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(minReg) &&
1200          "did not choose a register to spill?");
1201
1202   // We spill all intervals aliasing the register with
1203   // minimum weight, rollback to the interval with the earliest
1204   // start point and let the linear scan algorithm run again
1205   SmallVector<LiveInterval*, 8> spillIs;
1206
1207   // Determine which intervals have to be spilled.
1208   findIntervalsToSpill(cur, RegsWeights, LastCandidate, spillIs);
1209
1210   // Set of spilled vregs (used later to rollback properly)
1211   SmallSet<unsigned, 8> spilled;
1212
1213   // The earliest start of a Spilled interval indicates up to where
1214   // in handled we need to roll back
1215   
1216   LiveInterval *earliestStartInterval = cur;
1217
1218   // Spill live intervals of virtual regs mapped to the physical register we
1219   // want to clear (and its aliases).  We only spill those that overlap with the
1220   // current interval as the rest do not affect its allocation. we also keep
1221   // track of the earliest start of all spilled live intervals since this will
1222   // mark our rollback point.
1223   std::vector<LiveInterval*> added;
1224   while (!spillIs.empty()) {
1225     LiveInterval *sli = spillIs.back();
1226     spillIs.pop_back();
1227     DEBUG(errs() << "\t\t\tspilling(a): " << *sli << '\n');
1228     earliestStartInterval =
1229       (earliestStartInterval->beginNumber() < sli->beginNumber()) ?
1230          earliestStartInterval : sli;
1231        
1232     std::vector<LiveInterval*> newIs;
1233     if (!NewSpillFramework) {
1234       newIs = li_->addIntervalsForSpills(*sli, spillIs, loopInfo, *vrm_);
1235     } else {
1236       newIs = spiller_->spill(sli);
1237     }
1238     addStackInterval(sli, ls_, li_, mri_, *vrm_);
1239     std::copy(newIs.begin(), newIs.end(), std::back_inserter(added));
1240     spilled.insert(sli->reg);
1241   }
1242
1243   unsigned earliestStart = earliestStartInterval->beginNumber();
1244
1245   DEBUG(errs() << "\t\trolling back to: " << earliestStart << '\n');
1246
1247   // Scan handled in reverse order up to the earliest start of a
1248   // spilled live interval and undo each one, restoring the state of
1249   // unhandled.
1250   while (!handled_.empty()) {
1251     LiveInterval* i = handled_.back();
1252     // If this interval starts before t we are done.
1253     if (i->beginNumber() < earliestStart)
1254       break;
1255     DEBUG(errs() << "\t\t\tundo changes for: " << *i << '\n');
1256     handled_.pop_back();
1257
1258     // When undoing a live interval allocation we must know if it is active or
1259     // inactive to properly update regUse_ and the VirtRegMap.
1260     IntervalPtrs::iterator it;
1261     if ((it = FindIntervalInVector(active_, i)) != active_.end()) {
1262       active_.erase(it);
1263       assert(!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->reg));
1264       if (!spilled.count(i->reg))
1265         unhandled_.push(i);
1266       delRegUse(vrm_->getPhys(i->reg));
1267       vrm_->clearVirt(i->reg);
1268     } else if ((it = FindIntervalInVector(inactive_, i)) != inactive_.end()) {
1269       inactive_.erase(it);
1270       assert(!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->reg));
1271       if (!spilled.count(i->reg))
1272         unhandled_.push(i);
1273       vrm_->clearVirt(i->reg);
1274     } else {
1275       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(i->reg) &&
1276              "Can only allocate virtual registers!");
1277       vrm_->clearVirt(i->reg);
1278       unhandled_.push(i);
1279     }
1280
1281     DenseMap<unsigned, unsigned>::iterator ii = DowngradeMap.find(i->reg);
1282     if (ii == DowngradeMap.end())
1283       // It interval has a preference, it must be defined by a copy. Clear the
1284       // preference now since the source interval allocation may have been
1285       // undone as well.
1286       mri_->setRegAllocationHint(i->reg, 0, 0);
1287     else {
1288       UpgradeRegister(ii->second);
1289     }
1290   }
1291
1292   // Rewind the iterators in the active, inactive, and fixed lists back to the
1293   // point we reverted to.
1294   RevertVectorIteratorsTo(active_, earliestStart);
1295   RevertVectorIteratorsTo(inactive_, earliestStart);
1296   RevertVectorIteratorsTo(fixed_, earliestStart);
1297
1298   // Scan the rest and undo each interval that expired after t and
1299   // insert it in active (the next iteration of the algorithm will
1300   // put it in inactive if required)
1301   for (unsigned i = 0, e = handled_.size(); i != e; ++i) {
1302     LiveInterval *HI = handled_[i];
1303     if (!HI->expiredAt(earliestStart) &&
1304         HI->expiredAt(cur->beginNumber())) {
1305       DEBUG(errs() << "\t\t\tundo changes for: " << *HI << '\n');
1306       active_.push_back(std::make_pair(HI, HI->begin()));
1307       assert(!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(HI->reg));
1308       addRegUse(vrm_->getPhys(HI->reg));
1309     }
1310   }
1311
1312   // Merge added with unhandled.
1313   // This also update the NextReloadMap. That is, it adds mapping from a
1314   // register defined by a reload from SS to the next reload from SS in the
1315   // same basic block.
1316   MachineBasicBlock *LastReloadMBB = 0;
1317   LiveInterval *LastReload = 0;
1318   int LastReloadSS = VirtRegMap::NO_STACK_SLOT;
1319   std::sort(added.begin(), added.end(), LISorter());
1320   for (unsigned i = 0, e = added.size(); i != e; ++i) {
1321     LiveInterval *ReloadLi = added[i];
1322     if (ReloadLi->weight == HUGE_VALF &&
1323         li_->getApproximateInstructionCount(*ReloadLi) == 0) {
1324       unsigned ReloadIdx = ReloadLi->beginNumber();
1325       MachineBasicBlock *ReloadMBB = li_->getMBBFromIndex(ReloadIdx);
1326       int ReloadSS = vrm_->getStackSlot(ReloadLi->reg);
1327       if (LastReloadMBB == ReloadMBB && LastReloadSS == ReloadSS) {
1328         // Last reload of same SS is in the same MBB. We want to try to
1329         // allocate both reloads the same register and make sure the reg
1330         // isn't clobbered in between if at all possible.
1331         assert(LastReload->beginNumber() < ReloadIdx);
1332         NextReloadMap.insert(std::make_pair(LastReload->reg, ReloadLi->reg));
1333       }
1334       LastReloadMBB = ReloadMBB;
1335       LastReload = ReloadLi;
1336       LastReloadSS = ReloadSS;
1337     }
1338     unhandled_.push(ReloadLi);
1339   }
1340 }
1341
1342 unsigned RALinScan::getFreePhysReg(LiveInterval* cur,
1343                                    const TargetRegisterClass *RC,
1344                                    unsigned MaxInactiveCount,
1345                                    SmallVector<unsigned, 256> &inactiveCounts,
1346                                    bool SkipDGRegs) {
1347   unsigned FreeReg = 0;
1348   unsigned FreeRegInactiveCount = 0;
1349
1350   std::pair<unsigned, unsigned> Hint = mri_->getRegAllocationHint(cur->reg);
1351   // Resolve second part of the hint (if possible) given the current allocation.
1352   unsigned physReg = Hint.second;
1353   if (physReg &&
1354       TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(physReg) && vrm_->hasPhys(physReg))
1355     physReg = vrm_->getPhys(physReg);
1356
1357   TargetRegisterClass::iterator I, E;
1358   tie(I, E) = tri_->getAllocationOrder(RC, Hint.first, physReg, *mf_);
1359   assert(I != E && "No allocatable register in this register class!");
1360
1361   // Scan for the first available register.
1362   for (; I != E; ++I) {
1363     unsigned Reg = *I;
1364     // Ignore "downgraded" registers.
1365     if (SkipDGRegs && DowngradedRegs.count(Reg))
1366       continue;
1367     if (isRegAvail(Reg)) {
1368       FreeReg = Reg;
1369       if (FreeReg < inactiveCounts.size())
1370         FreeRegInactiveCount = inactiveCounts[FreeReg];
1371       else
1372         FreeRegInactiveCount = 0;
1373       break;
1374     }
1375   }
1376
1377   // If there are no free regs, or if this reg has the max inactive count,
1378   // return this register.
1379   if (FreeReg == 0 || FreeRegInactiveCount == MaxInactiveCount)
1380     return FreeReg;
1381  
1382   // Continue scanning the registers, looking for the one with the highest
1383   // inactive count.  Alkis found that this reduced register pressure very
1384   // slightly on X86 (in rev 1.94 of this file), though this should probably be
1385   // reevaluated now.
1386   for (; I != E; ++I) {
1387     unsigned Reg = *I;
1388     // Ignore "downgraded" registers.
1389     if (SkipDGRegs && DowngradedRegs.count(Reg))
1390       continue;
1391     if (isRegAvail(Reg) && Reg < inactiveCounts.size() &&
1392         FreeRegInactiveCount < inactiveCounts[Reg]) {
1393       FreeReg = Reg;
1394       FreeRegInactiveCount = inactiveCounts[Reg];
1395       if (FreeRegInactiveCount == MaxInactiveCount)
1396         break;    // We found the one with the max inactive count.
1397     }
1398   }
1399
1400   return FreeReg;
1401 }
1402
1403 /// getFreePhysReg - return a free physical register for this virtual register
1404 /// interval if we have one, otherwise return 0.
1405 unsigned RALinScan::getFreePhysReg(LiveInterval *cur) {
1406   SmallVector<unsigned, 256> inactiveCounts;
1407   unsigned MaxInactiveCount = 0;
1408   
1409   const TargetRegisterClass *RC = mri_->getRegClass(cur->reg);
1410   const TargetRegisterClass *RCLeader = RelatedRegClasses.getLeaderValue(RC);
1411  
1412   for (IntervalPtrs::iterator i = inactive_.begin(), e = inactive_.end();
1413        i != e; ++i) {
1414     unsigned reg = i->first->reg;
1415     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
1416            "Can only allocate virtual registers!");
1417
1418     // If this is not in a related reg class to the register we're allocating, 
1419     // don't check it.
1420     const TargetRegisterClass *RegRC = mri_->getRegClass(reg);
1421     if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader) {
1422       reg = vrm_->getPhys(reg);
1423       if (inactiveCounts.size() <= reg)
1424         inactiveCounts.resize(reg+1);
1425       ++inactiveCounts[reg];
1426       MaxInactiveCount = std::max(MaxInactiveCount, inactiveCounts[reg]);
1427     }
1428   }
1429
1430   // If copy coalescer has assigned a "preferred" register, check if it's
1431   // available first.
1432   unsigned Preference = vrm_->getRegAllocPref(cur->reg);
1433   if (Preference) {
1434     DEBUG(errs() << "(preferred: " << tri_->getName(Preference) << ") ");
1435     if (isRegAvail(Preference) && 
1436         RC->contains(Preference))
1437       return Preference;
1438   }
1439
1440   if (!DowngradedRegs.empty()) {
1441     unsigned FreeReg = getFreePhysReg(cur, RC, MaxInactiveCount, inactiveCounts,
1442                                       true);
1443     if (FreeReg)
1444       return FreeReg;
1445   }
1446   return getFreePhysReg(cur, RC, MaxInactiveCount, inactiveCounts, false);
1447 }
1448
1449 FunctionPass* llvm::createLinearScanRegisterAllocator() {
1450   return new RALinScan();
1451 }