lib/CodeGen/RegAllocLinearScan.cpp

   1 //===-- RegAllocLinearScan.cpp - Linear Scan register allocator -----------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
   6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file implements a linear scan register allocator.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
  15 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
  16 #include "PhysRegTracker.h"
  17 #include "VirtRegMap.h"
  18 #include "llvm/Function.h"
  19 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
  21 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  22 #include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/SSARegMap.h"
  24 #include "llvm/Target/MRegisterInfo.h"
  25 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  26 #include "llvm/ADT/EquivalenceClasses.h"
  27 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  28 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  29 #include "llvm/Support/Debug.h"
  30 #include "llvm/Support/Compiler.h"
  31 #include <algorithm>
  32 #include <iostream>
  33 #include <set>
  34 #include <queue>
  35 #include <memory>
  36 using namespace llvm;
  37
  38 namespace {
  39
  40   static Statistic<double> efficiency
  41   ("regalloc", "Ratio of intervals processed over total intervals");
  42   static Statistic<> NumBacktracks
  43   ("regalloc", "Number of times we had to backtrack");
  44
  45   static RegisterRegAlloc
  46     linearscanRegAlloc("linearscan", "  linear scan register allocator",
  47                        createLinearScanRegisterAllocator);
  48
  49   static unsigned numIterations = 0;
  50   static unsigned numIntervals = 0;
  51
  52   struct VISIBILITY_HIDDEN RA : public MachineFunctionPass {
  53     typedef std::pair<LiveInterval*, LiveInterval::iterator> IntervalPtr;
  54     typedef std::vector<IntervalPtr> IntervalPtrs;
  55   private:
  56     /// RelatedRegClasses - This structure is built the first time a function is
  57     /// compiled, and keeps track of which register classes have registers that
  58     /// belong to multiple classes or have aliases that are in other classes.
  59     EquivalenceClasses<const TargetRegisterClass*> RelatedRegClasses;
  60     std::map<unsigned, const TargetRegisterClass*> OneClassForEachPhysReg;
  61
  62     MachineFunction* mf_;
  63     const TargetMachine* tm_;
  64     const MRegisterInfo* mri_;
  65     LiveIntervals* li_;
  66     bool *PhysRegsUsed;
  67
  68     /// handled_ - Intervals are added to the handled_ set in the order of their
  69     /// start value.  This is uses for backtracking.
  70     std::vector<LiveInterval*> handled_;
  71
  72     /// fixed_ - Intervals that correspond to machine registers.
  73     ///
  74     IntervalPtrs fixed_;
  75
  76     /// active_ - Intervals that are currently being processed, and which have a
  77     /// live range active for the current point.
  78     IntervalPtrs active_;
  79
  80     /// inactive_ - Intervals that are currently being processed, but which have
  81     /// a hold at the current point.
  82     IntervalPtrs inactive_;
  83
  84     typedef std::priority_queue<LiveInterval*,
  85                                 std::vector<LiveInterval*>,
  86                                 greater_ptr<LiveInterval> > IntervalHeap;
  87     IntervalHeap unhandled_;
  88     std::auto_ptr<PhysRegTracker> prt_;
  89     std::auto_ptr<VirtRegMap> vrm_;
  90     std::auto_ptr<Spiller> spiller_;
  91
  92   public:
  93     virtual const char* getPassName() const {
  94       return "Linear Scan Register Allocator";
  95     }
  96
  97     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  98       AU.addRequired<LiveIntervals>();
  99       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
 100     }
 101
 102     /// runOnMachineFunction - register allocate the whole function
 103     bool runOnMachineFunction(MachineFunction&);
 104
 105   private:
 106     /// linearScan - the linear scan algorithm
 107     void linearScan();
 108
 109     /// initIntervalSets - initialize the interval sets.
 110     ///
 111     void initIntervalSets();
 112
 113     /// processActiveIntervals - expire old intervals and move non-overlapping
 114     /// ones to the inactive list.
 115     void processActiveIntervals(unsigned CurPoint);
 116
 117     /// processInactiveIntervals - expire old intervals and move overlapping
 118     /// ones to the active list.
 119     void processInactiveIntervals(unsigned CurPoint);
 120
 121     /// assignRegOrStackSlotAtInterval - assign a register if one
 122     /// is available, or spill.
 123     void assignRegOrStackSlotAtInterval(LiveInterval* cur);
 124
 125     ///
 126     /// register handling helpers
 127     ///
 128
 129     /// getFreePhysReg - return a free physical register for this virtual
 130     /// register interval if we have one, otherwise return 0.
 131     unsigned getFreePhysReg(LiveInterval* cur);
 132
 133     /// assignVirt2StackSlot - assigns this virtual register to a
 134     /// stack slot. returns the stack slot
 135     int assignVirt2StackSlot(unsigned virtReg);
 136
 137     void ComputeRelatedRegClasses();
 138
 139     template <typename ItTy>
 140     void printIntervals(const char* const str, ItTy i, ItTy e) const {
 141       if (str) std::cerr << str << " intervals:\n";
 142       for (; i != e; ++i) {
 143         std::cerr << "\t" << *i->first << " -> ";
 144         unsigned reg = i->first->reg;
 145         if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg)) {
 146           reg = vrm_->getPhys(reg);
 147         }
 148         std::cerr << mri_->getName(reg) << '\n';
 149       }
 150     }
 151   };
 152 }
 153
 154 void RA::ComputeRelatedRegClasses() {
 155   const MRegisterInfo &MRI = *mri_;
 156
 157   // First pass, add all reg classes to the union, and determine at least one
 158   // reg class that each register is in.
 159   bool HasAliases = false;
 160   for (MRegisterInfo::regclass_iterator RCI = MRI.regclass_begin(),
 161        E = MRI.regclass_end(); RCI != E; ++RCI) {
 162     RelatedRegClasses.insert(*RCI);
 163     for (TargetRegisterClass::iterator I = (*RCI)->begin(), E = (*RCI)->end();
 164          I != E; ++I) {
 165       HasAliases = HasAliases || *MRI.getAliasSet(*I) != 0;
 166
 167       const TargetRegisterClass *&PRC = OneClassForEachPhysReg[*I];
 168       if (PRC) {
 169         // Already processed this register.  Just make sure we know that
 170         // multiple register classes share a register.
 171         RelatedRegClasses.unionSets(PRC, *RCI);
 172       } else {
 173         PRC = *RCI;
 174       }
 175     }
 176   }
 177
 178   // Second pass, now that we know conservatively what register classes each reg
 179   // belongs to, add info about aliases.  We don't need to do this for targets
 180   // without register aliases.
 181   if (HasAliases)
 182     for (std::map<unsigned, const TargetRegisterClass*>::iterator
 183          I = OneClassForEachPhysReg.begin(), E = OneClassForEachPhysReg.end();
 184          I != E; ++I)
 185       for (const unsigned *AS = MRI.getAliasSet(I->first); *AS; ++AS)
 186         RelatedRegClasses.unionSets(I->second, OneClassForEachPhysReg[*AS]);
 187 }
 188
 189 bool RA::runOnMachineFunction(MachineFunction &fn) {
 190   mf_ = &fn;
 191   tm_ = &fn.getTarget();
 192   mri_ = tm_->getRegisterInfo();
 193   li_ = &getAnalysis<LiveIntervals>();
 194
 195   // If this is the first function compiled, compute the related reg classes.
 196   if (RelatedRegClasses.empty())
 197     ComputeRelatedRegClasses();
 198
 199   PhysRegsUsed = new bool[mri_->getNumRegs()];
 200   std::fill(PhysRegsUsed, PhysRegsUsed+mri_->getNumRegs(), false);
 201   fn.setUsedPhysRegs(PhysRegsUsed);
 202
 203   if (!prt_.get()) prt_.reset(new PhysRegTracker(*mri_));
 204   vrm_.reset(new VirtRegMap(*mf_));
 205   if (!spiller_.get()) spiller_.reset(createSpiller());
 206
 207   initIntervalSets();
 208
 209   linearScan();
 210
 211   // Rewrite spill code and update the PhysRegsUsed set.
 212   spiller_->runOnMachineFunction(*mf_, *vrm_);
 213
 214   vrm_.reset();  // Free the VirtRegMap
 215
 216
 217   while (!unhandled_.empty()) unhandled_.pop();
 218   fixed_.clear();
 219   active_.clear();
 220   inactive_.clear();
 221   handled_.clear();
 222
 223   return true;
 224 }
 225
 226 /// initIntervalSets - initialize the interval sets.
 227 ///
 228 void RA::initIntervalSets()
 229 {
 230   assert(unhandled_.empty() && fixed_.empty() &&
 231          active_.empty() && inactive_.empty() &&
 232          "interval sets should be empty on initialization");
 233
 234   for (LiveIntervals::iterator i = li_->begin(), e = li_->end(); i != e; ++i) {
 235     if (MRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->second.reg)) {
 236       PhysRegsUsed[i->second.reg] = true;
 237       fixed_.push_back(std::make_pair(&i->second, i->second.begin()));
 238     } else
 239       unhandled_.push(&i->second);
 240   }
 241 }
 242
 243 void RA::linearScan()
 244 {
 245   // linear scan algorithm
 246   DEBUG(std::cerr << "********** LINEAR SCAN **********\n");
 247   DEBUG(std::cerr << "********** Function: "
 248         << mf_->getFunction()->getName() << '\n');
 249
 250   // DEBUG(printIntervals("unhandled", unhandled_.begin(), unhandled_.end()));
 251   DEBUG(printIntervals("fixed", fixed_.begin(), fixed_.end()));
 252   DEBUG(printIntervals("active", active_.begin(), active_.end()));
 253   DEBUG(printIntervals("inactive", inactive_.begin(), inactive_.end()));
 254
 255   while (!unhandled_.empty()) {
 256     // pick the interval with the earliest start point
 257     LiveInterval* cur = unhandled_.top();
 258     unhandled_.pop();
 259     ++numIterations;
 260     DEBUG(std::cerr << "\n*** CURRENT ***: " << *cur << '\n');
 261
 262     processActiveIntervals(cur->beginNumber());
 263     processInactiveIntervals(cur->beginNumber());
 264
 265     assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(cur->reg) &&
 266            "Can only allocate virtual registers!");
 267
 268     // Allocating a virtual register. try to find a free
 269     // physical register or spill an interval (possibly this one) in order to
 270     // assign it one.
 271     assignRegOrStackSlotAtInterval(cur);
 272
 273     DEBUG(printIntervals("active", active_.begin(), active_.end()));
 274     DEBUG(printIntervals("inactive", inactive_.begin(), inactive_.end()));
 275   }
 276   numIntervals += li_->getNumIntervals();
 277   efficiency = double(numIterations) / double(numIntervals);
 278
 279   // expire any remaining active intervals
 280   for (IntervalPtrs::reverse_iterator
 281          i = active_.rbegin(); i != active_.rend(); ) {
 282     unsigned reg = i->first->reg;
 283     DEBUG(std::cerr << "\tinterval " << *i->first << " expired\n");
 284     assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
 285            "Can only allocate virtual registers!");
 286     reg = vrm_->getPhys(reg);
 287     prt_->delRegUse(reg);
 288     i = IntervalPtrs::reverse_iterator(active_.erase(i.base()-1));
 289   }
 290
 291   // expire any remaining inactive intervals
 292   for (IntervalPtrs::reverse_iterator
 293          i = inactive_.rbegin(); i != inactive_.rend(); ) {
 294     DEBUG(std::cerr << "\tinterval " << *i->first << " expired\n");
 295     i = IntervalPtrs::reverse_iterator(inactive_.erase(i.base()-1));
 296   }
 297
 298   DEBUG(std::cerr << *vrm_);
 299 }
 300
 301 /// processActiveIntervals - expire old intervals and move non-overlapping ones
 302 /// to the inactive list.
 303 void RA::processActiveIntervals(unsigned CurPoint)
 304 {
 305   DEBUG(std::cerr << "\tprocessing active intervals:\n");
 306
 307   for (unsigned i = 0, e = active_.size(); i != e; ++i) {
 308     LiveInterval *Interval = active_[i].first;
 309     LiveInterval::iterator IntervalPos = active_[i].second;
 310     unsigned reg = Interval->reg;
 311
 312     IntervalPos = Interval->advanceTo(IntervalPos, CurPoint);
 313
 314     if (IntervalPos == Interval->end()) {     // Remove expired intervals.
 315       DEBUG(std::cerr << "\t\tinterval " << *Interval << " expired\n");
 316       assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
 317              "Can only allocate virtual registers!");
 318       reg = vrm_->getPhys(reg);
 319       prt_->delRegUse(reg);
 320
 321       // Pop off the end of the list.
 322       active_[i] = active_.back();
 323       active_.pop_back();
 324       --i; --e;
 325
 326     } else if (IntervalPos->start > CurPoint) {
 327       // Move inactive intervals to inactive list.
 328       DEBUG(std::cerr << "\t\tinterval " << *Interval << " inactive\n");
 329       assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
 330              "Can only allocate virtual registers!");
 331       reg = vrm_->getPhys(reg);
 332       prt_->delRegUse(reg);
 333       // add to inactive.
 334       inactive_.push_back(std::make_pair(Interval, IntervalPos));
 335
 336       // Pop off the end of the list.
 337       active_[i] = active_.back();
 338       active_.pop_back();
 339       --i; --e;
 340     } else {
 341       // Otherwise, just update the iterator position.
 342       active_[i].second = IntervalPos;
 343     }
 344   }
 345 }
 346
 347 /// processInactiveIntervals - expire old intervals and move overlapping
 348 /// ones to the active list.
 349 void RA::processInactiveIntervals(unsigned CurPoint)
 350 {
 351   DEBUG(std::cerr << "\tprocessing inactive intervals:\n");
 352
 353   for (unsigned i = 0, e = inactive_.size(); i != e; ++i) {
 354     LiveInterval *Interval = inactive_[i].first;
 355     LiveInterval::iterator IntervalPos = inactive_[i].second;
 356     unsigned reg = Interval->reg;
 357
 358     IntervalPos = Interval->advanceTo(IntervalPos, CurPoint);
 359
 360     if (IntervalPos == Interval->end()) {       // remove expired intervals.
 361       DEBUG(std::cerr << "\t\tinterval " << *Interval << " expired\n");
 362
 363       // Pop off the end of the list.
 364       inactive_[i] = inactive_.back();
 365       inactive_.pop_back();
 366       --i; --e;
 367     } else if (IntervalPos->start <= CurPoint) {
 368       // move re-activated intervals in active list
 369       DEBUG(std::cerr << "\t\tinterval " << *Interval << " active\n");
 370       assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
 371              "Can only allocate virtual registers!");
 372       reg = vrm_->getPhys(reg);
 373       prt_->addRegUse(reg);
 374       // add to active
 375       active_.push_back(std::make_pair(Interval, IntervalPos));
 376
 377       // Pop off the end of the list.
 378       inactive_[i] = inactive_.back();
 379       inactive_.pop_back();
 380       --i; --e;
 381     } else {
 382       // Otherwise, just update the iterator position.
 383       inactive_[i].second = IntervalPos;
 384     }
 385   }
 386 }
 387
 388 /// updateSpillWeights - updates the spill weights of the specifed physical
 389 /// register and its weight.
 390 static void updateSpillWeights(std::vector<float> &Weights,
 391                                unsigned reg, float weight,
 392                                const MRegisterInfo *MRI) {
 393   Weights[reg] += weight;
 394   for (const unsigned* as = MRI->getAliasSet(reg); *as; ++as)
 395     Weights[*as] += weight;
 396 }
 397
 398 static RA::IntervalPtrs::iterator FindIntervalInVector(RA::IntervalPtrs &IP,
 399                                                        LiveInterval *LI) {
 400   for (RA::IntervalPtrs::iterator I = IP.begin(), E = IP.end(); I != E; ++I)
 401     if (I->first == LI) return I;
 402   return IP.end();
 403 }
 404
 405 static void RevertVectorIteratorsTo(RA::IntervalPtrs &V, unsigned Point) {
 406   for (unsigned i = 0, e = V.size(); i != e; ++i) {
 407     RA::IntervalPtr &IP = V[i];
 408     LiveInterval::iterator I = std::upper_bound(IP.first->begin(),
 409                                                 IP.second, Point);
 410     if (I != IP.first->begin()) --I;
 411     IP.second = I;
 412   }
 413 }
 414
 415 /// assignRegOrStackSlotAtInterval - assign a register if one is available, or
 416 /// spill.
 417 void RA::assignRegOrStackSlotAtInterval(LiveInterval* cur)
 418 {
 419   DEBUG(std::cerr << "\tallocating current interval: ");
 420
 421   PhysRegTracker backupPrt = *prt_;
 422
 423   std::vector<std::pair<unsigned, float> > SpillWeightsToAdd;
 424   unsigned StartPosition = cur->beginNumber();
 425   const TargetRegisterClass *RC = mf_->getSSARegMap()->getRegClass(cur->reg);
 426   const TargetRegisterClass *RCLeader = RelatedRegClasses.getLeaderValue(RC);
 427
 428   // for every interval in inactive we overlap with, mark the
 429   // register as not free and update spill weights.
 430   for (IntervalPtrs::const_iterator i = inactive_.begin(),
 431          e = inactive_.end(); i != e; ++i) {
 432     unsigned Reg = i->first->reg;
 433     assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) &&
 434            "Can only allocate virtual registers!");
 435     const TargetRegisterClass *RegRC = mf_->getSSARegMap()->getRegClass(Reg);
 436     // If this is not in a related reg class to the register we're allocating,
 437     // don't check it.
 438     if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader &&
 439         cur->overlapsFrom(*i->first, i->second-1)) {
 440       Reg = vrm_->getPhys(Reg);
 441       prt_->addRegUse(Reg);
 442       SpillWeightsToAdd.push_back(std::make_pair(Reg, i->first->weight));
 443     }
 444   }
 445
 446   // Speculatively check to see if we can get a register right now.  If not,
 447   // we know we won't be able to by adding more constraints.  If so, we can
 448   // check to see if it is valid.  Doing an exhaustive search of the fixed_ list
 449   // is very bad (it contains all callee clobbered registers for any functions
 450   // with a call), so we want to avoid doing that if possible.
 451   unsigned physReg = getFreePhysReg(cur);
 452   if (physReg) {
 453     // We got a register.  However, if it's in the fixed_ list, we might
 454     // conflict with it.  Check to see if we conflict with it or any of its
 455     // aliases.
 456     std::set<unsigned> RegAliases;
 457     for (const unsigned *AS = mri_->getAliasSet(physReg); *AS; ++AS)
 458       RegAliases.insert(*AS);
 459
 460     bool ConflictsWithFixed = false;
 461     for (unsigned i = 0, e = fixed_.size(); i != e; ++i) {
 462       IntervalPtr &IP = fixed_[i];
 463       if (physReg == IP.first->reg || RegAliases.count(IP.first->reg)) {
 464         // Okay, this reg is on the fixed list.  Check to see if we actually
 465         // conflict.
 466         LiveInterval *I = IP.first;
 467         if (I->endNumber() > StartPosition) {
 468           LiveInterval::iterator II = I->advanceTo(IP.second, StartPosition);
 469           IP.second = II;
 470           if (II != I->begin() && II->start > StartPosition)
 471             --II;
 472           if (cur->overlapsFrom(*I, II)) {
 473             ConflictsWithFixed = true;
 474             break;
 475           }
 476         }
 477       }
 478     }
 479
 480     // Okay, the register picked by our speculative getFreePhysReg call turned
 481     // out to be in use.  Actually add all of the conflicting fixed registers to
 482     // prt so we can do an accurate query.
 483     if (ConflictsWithFixed) {
 484       // For every interval in fixed we overlap with, mark the register as not
 485       // free and update spill weights.
 486       for (unsigned i = 0, e = fixed_.size(); i != e; ++i) {
 487         IntervalPtr &IP = fixed_[i];
 488         LiveInterval *I = IP.first;
 489
 490         const TargetRegisterClass *RegRC = OneClassForEachPhysReg[I->reg];
 491         if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader &&
 492             I->endNumber() > StartPosition) {
 493           LiveInterval::iterator II = I->advanceTo(IP.second, StartPosition);
 494           IP.second = II;
 495           if (II != I->begin() && II->start > StartPosition)
 496             --II;
 497           if (cur->overlapsFrom(*I, II)) {
 498             unsigned reg = I->reg;
 499             prt_->addRegUse(reg);
 500             SpillWeightsToAdd.push_back(std::make_pair(reg, I->weight));
 501           }
 502         }
 503       }
 504
 505       // Using the newly updated prt_ object, which includes conflicts in the
 506       // future, see if there are any registers available.
 507       physReg = getFreePhysReg(cur);
 508     }
 509   }
 510
 511   // Restore the physical register tracker, removing information about the
 512   // future.
 513   *prt_ = backupPrt;
 514
 515   // if we find a free register, we are done: assign this virtual to
 516   // the free physical register and add this interval to the active
 517   // list.
 518   if (physReg) {
 519     DEBUG(std::cerr <<  mri_->getName(physReg) << '\n');
 520     vrm_->assignVirt2Phys(cur->reg, physReg);
 521     prt_->addRegUse(physReg);
 522     active_.push_back(std::make_pair(cur, cur->begin()));
 523     handled_.push_back(cur);
 524     return;
 525   }
 526   DEBUG(std::cerr << "no free registers\n");
 527
 528   // Compile the spill weights into an array that is better for scanning.
 529   std::vector<float> SpillWeights(mri_->getNumRegs(), 0.0);
 530   for (std::vector<std::pair<unsigned, float> >::iterator
 531        I = SpillWeightsToAdd.begin(), E = SpillWeightsToAdd.end(); I != E; ++I)
 532     updateSpillWeights(SpillWeights, I->first, I->second, mri_);
 533
 534   // for each interval in active, update spill weights.
 535   for (IntervalPtrs::const_iterator i = active_.begin(), e = active_.end();
 536        i != e; ++i) {
 537     unsigned reg = i->first->reg;
 538     assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
 539            "Can only allocate virtual registers!");
 540     reg = vrm_->getPhys(reg);
 541     updateSpillWeights(SpillWeights, reg, i->first->weight, mri_);
 542   }
 543
 544   DEBUG(std::cerr << "\tassigning stack slot at interval "<< *cur << ":\n");
 545
 546   // Find a register to spill.
 547   float minWeight = HUGE_VALF;
 548   unsigned minReg = 0;
 549   for (TargetRegisterClass::iterator i = RC->allocation_order_begin(*mf_),
 550        e = RC->allocation_order_end(*mf_); i != e; ++i) {
 551     unsigned reg = *i;
 552     if (minWeight > SpillWeights[reg]) {
 553       minWeight = SpillWeights[reg];
 554       minReg = reg;
 555     }
 556   }
 557
 558   // If we didn't find a register that is spillable, try aliases?
 559   if (!minReg) {
 560     for (TargetRegisterClass::iterator i = RC->allocation_order_begin(*mf_),
 561            e = RC->allocation_order_end(*mf_); i != e; ++i) {
 562       unsigned reg = *i;
 563       // No need to worry about if the alias register size < regsize of RC.
 564       // We are going to spill all registers that alias it anyway.
 565       for (const unsigned* as = mri_->getAliasSet(reg); *as; ++as) {
 566         if (minWeight > SpillWeights[*as]) {
 567           minWeight = SpillWeights[*as];
 568           minReg = *as;
 569         }
 570       }
 571     }
 572
 573     // All registers must have inf weight. Just grab one!
 574     if (!minReg)
 575       minReg = *RC->allocation_order_begin(*mf_);
 576   }
 577
 578   DEBUG(std::cerr << "\t\tregister with min weight: "
 579         << mri_->getName(minReg) << " (" << minWeight << ")\n");
 580
 581   // if the current has the minimum weight, we need to spill it and
 582   // add any added intervals back to unhandled, and restart
 583   // linearscan.
 584   if (cur->weight != HUGE_VALF && cur->weight <= minWeight) {
 585     DEBUG(std::cerr << "\t\t\tspilling(c): " << *cur << '\n';);
 586     int slot = vrm_->assignVirt2StackSlot(cur->reg);
 587     std::vector<LiveInterval*> added =
 588       li_->addIntervalsForSpills(*cur, *vrm_, slot);
 589     if (added.empty())
 590       return;  // Early exit if all spills were folded.
 591
 592     // Merge added with unhandled.  Note that we know that
 593     // addIntervalsForSpills returns intervals sorted by their starting
 594     // point.
 595     for (unsigned i = 0, e = added.size(); i != e; ++i)
 596       unhandled_.push(added[i]);
 597     return;
 598   }
 599
 600   ++NumBacktracks;
 601
 602   // push the current interval back to unhandled since we are going
 603   // to re-run at least this iteration. Since we didn't modify it it
 604   // should go back right in the front of the list
 605   unhandled_.push(cur);
 606
 607   // otherwise we spill all intervals aliasing the register with
 608   // minimum weight, rollback to the interval with the earliest
 609   // start point and let the linear scan algorithm run again
 610   std::vector<LiveInterval*> added;
 611   assert(MRegisterInfo::isPhysicalRegister(minReg) &&
 612          "did not choose a register to spill?");
 613   std::vector<bool> toSpill(mri_->getNumRegs(), false);
 614
 615   // We are going to spill minReg and all its aliases.
 616   toSpill[minReg] = true;
 617   for (const unsigned* as = mri_->getAliasSet(minReg); *as; ++as)
 618     toSpill[*as] = true;
 619
 620   // the earliest start of a spilled interval indicates up to where
 621   // in handled we need to roll back
 622   unsigned earliestStart = cur->beginNumber();
 623
 624   // set of spilled vregs (used later to rollback properly)
 625   std::set<unsigned> spilled;
 626
 627   // spill live intervals of virtual regs mapped to the physical register we
 628   // want to clear (and its aliases).  We only spill those that overlap with the
 629   // current interval as the rest do not affect its allocation. we also keep
 630   // track of the earliest start of all spilled live intervals since this will
 631   // mark our rollback point.
 632   for (IntervalPtrs::iterator i = active_.begin(); i != active_.end(); ++i) {
 633     unsigned reg = i->first->reg;
 634     if (//MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
 635         toSpill[vrm_->getPhys(reg)] &&
 636         cur->overlapsFrom(*i->first, i->second)) {
 637       DEBUG(std::cerr << "\t\t\tspilling(a): " << *i->first << '\n');
 638       earliestStart = std::min(earliestStart, i->first->beginNumber());
 639       int slot = vrm_->assignVirt2StackSlot(i->first->reg);
 640       std::vector<LiveInterval*> newIs =
 641         li_->addIntervalsForSpills(*i->first, *vrm_, slot);
 642       std::copy(newIs.begin(), newIs.end(), std::back_inserter(added));
 643       spilled.insert(reg);
 644     }
 645   }
 646   for (IntervalPtrs::iterator i = inactive_.begin(); i != inactive_.end(); ++i){
 647     unsigned reg = i->first->reg;
 648     if (//MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
 649         toSpill[vrm_->getPhys(reg)] &&
 650         cur->overlapsFrom(*i->first, i->second-1)) {
 651       DEBUG(std::cerr << "\t\t\tspilling(i): " << *i->first << '\n');
 652       earliestStart = std::min(earliestStart, i->first->beginNumber());
 653       int slot = vrm_->assignVirt2StackSlot(reg);
 654       std::vector<LiveInterval*> newIs =
 655         li_->addIntervalsForSpills(*i->first, *vrm_, slot);
 656       std::copy(newIs.begin(), newIs.end(), std::back_inserter(added));
 657       spilled.insert(reg);
 658     }
 659   }
 660
 661   DEBUG(std::cerr << "\t\trolling back to: " << earliestStart << '\n');
 662
 663   // Scan handled in reverse order up to the earliest start of a
 664   // spilled live interval and undo each one, restoring the state of
 665   // unhandled.
 666   while (!handled_.empty()) {
 667     LiveInterval* i = handled_.back();
 668     // If this interval starts before t we are done.
 669     if (i->beginNumber() < earliestStart)
 670       break;
 671     DEBUG(std::cerr << "\t\t\tundo changes for: " << *i << '\n');
 672     handled_.pop_back();
 673
 674     // When undoing a live interval allocation we must know if it is active or
 675     // inactive to properly update the PhysRegTracker and the VirtRegMap.
 676     IntervalPtrs::iterator it;
 677     if ((it = FindIntervalInVector(active_, i)) != active_.end()) {
 678       active_.erase(it);
 679       assert(!MRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->reg));
 680       if (!spilled.count(i->reg))
 681         unhandled_.push(i);
 682       prt_->delRegUse(vrm_->getPhys(i->reg));
 683       vrm_->clearVirt(i->reg);
 684     } else if ((it = FindIntervalInVector(inactive_, i)) != inactive_.end()) {
 685       inactive_.erase(it);
 686       assert(!MRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->reg));
 687       if (!spilled.count(i->reg))
 688         unhandled_.push(i);
 689       vrm_->clearVirt(i->reg);
 690     } else {
 691       assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(i->reg) &&
 692              "Can only allocate virtual registers!");
 693       vrm_->clearVirt(i->reg);
 694       unhandled_.push(i);
 695     }
 696   }
 697
 698   // Rewind the iterators in the active, inactive, and fixed lists back to the
 699   // point we reverted to.
 700   RevertVectorIteratorsTo(active_, earliestStart);
 701   RevertVectorIteratorsTo(inactive_, earliestStart);
 702   RevertVectorIteratorsTo(fixed_, earliestStart);
 703
 704   // scan the rest and undo each interval that expired after t and
 705   // insert it in active (the next iteration of the algorithm will
 706   // put it in inactive if required)
 707   for (unsigned i = 0, e = handled_.size(); i != e; ++i) {
 708     LiveInterval *HI = handled_[i];
 709     if (!HI->expiredAt(earliestStart) &&
 710         HI->expiredAt(cur->beginNumber())) {
 711       DEBUG(std::cerr << "\t\t\tundo changes for: " << *HI << '\n');
 712       active_.push_back(std::make_pair(HI, HI->begin()));
 713       assert(!MRegisterInfo::isPhysicalRegister(HI->reg));
 714       prt_->addRegUse(vrm_->getPhys(HI->reg));
 715     }
 716   }
 717
 718   // merge added with unhandled
 719   for (unsigned i = 0, e = added.size(); i != e; ++i)
 720     unhandled_.push(added[i]);
 721 }
 722
 723 /// getFreePhysReg - return a free physical register for this virtual register
 724 /// interval if we have one, otherwise return 0.
 725 unsigned RA::getFreePhysReg(LiveInterval *cur) {
 726   std::vector<unsigned> inactiveCounts(mri_->getNumRegs(), 0);
 727   unsigned MaxInactiveCount = 0;
 728
 729   const TargetRegisterClass *RC = mf_->getSSARegMap()->getRegClass(cur->reg);
 730   const TargetRegisterClass *RCLeader = RelatedRegClasses.getLeaderValue(RC);
 731
 732   for (IntervalPtrs::iterator i = inactive_.begin(), e = inactive_.end();
 733        i != e; ++i) {
 734     unsigned reg = i->first->reg;
 735     assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
 736            "Can only allocate virtual registers!");
 737
 738     // If this is not in a related reg class to the register we're allocating,
 739     // don't check it.
 740     const TargetRegisterClass *RegRC = mf_->getSSARegMap()->getRegClass(reg);
 741     if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader) {
 742       reg = vrm_->getPhys(reg);
 743       ++inactiveCounts[reg];
 744       MaxInactiveCount = std::max(MaxInactiveCount, inactiveCounts[reg]);
 745     }
 746   }
 747
 748   const TargetRegisterClass* rc = mf_->getSSARegMap()->getRegClass(cur->reg);
 749
 750   unsigned FreeReg = 0;
 751   unsigned FreeRegInactiveCount = 0;
 752
 753   // Scan for the first available register.
 754   TargetRegisterClass::iterator I = rc->allocation_order_begin(*mf_);
 755   TargetRegisterClass::iterator E = rc->allocation_order_end(*mf_);
 756   for (; I != E; ++I)
 757     if (prt_->isRegAvail(*I)) {
 758       FreeReg = *I;
 759       FreeRegInactiveCount = inactiveCounts[FreeReg];
 760       break;
 761     }
 762
 763   // If there are no free regs, or if this reg has the max inactive count,
 764   // return this register.
 765   if (FreeReg == 0 || FreeRegInactiveCount == MaxInactiveCount) return FreeReg;
 766
 767   // Continue scanning the registers, looking for the one with the highest
 768   // inactive count.  Alkis found that this reduced register pressure very
 769   // slightly on X86 (in rev 1.94 of this file), though this should probably be
 770   // reevaluated now.
 771   for (; I != E; ++I) {
 772     unsigned Reg = *I;
 773     if (prt_->isRegAvail(Reg) && FreeRegInactiveCount < inactiveCounts[Reg]) {
 774       FreeReg = Reg;
 775       FreeRegInactiveCount = inactiveCounts[Reg];
 776       if (FreeRegInactiveCount == MaxInactiveCount)
 777         break;    // We found the one with the max inactive count.
 778     }
 779   }
 780
 781   return FreeReg;
 782 }
 783
 784 FunctionPass* llvm::createLinearScanRegisterAllocator() {
 785   return new RA();
 786 }