4ed1849be606c8e7d82380b131a05dc3626e0151
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / RegAllocLocal.cpp
1 //===-- RegAllocLocal.cpp - A BasicBlock generic 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 register allocator allocates registers to a basic block at a time,
11 // attempting to keep values in registers and reusing registers as appropriate.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
16 #include "llvm/BasicBlock.h"
17 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
18 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
19 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
20 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
21 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
22 #include "llvm/CodeGen/LiveVariables.h"
23 #include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
24 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
25 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
26 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
27 #include "llvm/Support/Debug.h"
28 #include "llvm/Support/Compiler.h"
29 #include "llvm/ADT/IndexedMap.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
31 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
32 #include <algorithm>
33 using namespace llvm;
34
35 STATISTIC(NumStores, "Number of stores added");
36 STATISTIC(NumLoads , "Number of loads added");
37 STATISTIC(NumFolded, "Number of loads/stores folded into instructions");
38
39 namespace {
40   static RegisterRegAlloc
41     localRegAlloc("local", "  local register allocator",
42                   createLocalRegisterAllocator);
43
44
45   class VISIBILITY_HIDDEN RALocal : public MachineFunctionPass {
46   public:
47     static char ID;
48     RALocal() : MachineFunctionPass((intptr_t)&ID) {}
49   private:
50     const TargetMachine *TM;
51     MachineFunction *MF;
52     const MRegisterInfo *MRI;
53     const TargetInstrInfo *TII;
54     LiveVariables *LV;
55
56     // StackSlotForVirtReg - Maps virtual regs to the frame index where these
57     // values are spilled.
58     std::map<unsigned, int> StackSlotForVirtReg;
59
60     // Virt2PhysRegMap - This map contains entries for each virtual register
61     // that is currently available in a physical register.
62     IndexedMap<unsigned, VirtReg2IndexFunctor> Virt2PhysRegMap;
63
64     unsigned &getVirt2PhysRegMapSlot(unsigned VirtReg) {
65       return Virt2PhysRegMap[VirtReg];
66     }
67
68     // PhysRegsUsed - This array is effectively a map, containing entries for
69     // each physical register that currently has a value (ie, it is in
70     // Virt2PhysRegMap).  The value mapped to is the virtual register
71     // corresponding to the physical register (the inverse of the
72     // Virt2PhysRegMap), or 0.  The value is set to 0 if this register is pinned
73     // because it is used by a future instruction, and to -2 if it is not
74     // allocatable.  If the entry for a physical register is -1, then the
75     // physical register is "not in the map".
76     //
77     std::vector<int> PhysRegsUsed;
78
79     // PhysRegsUseOrder - This contains a list of the physical registers that
80     // currently have a virtual register value in them.  This list provides an
81     // ordering of registers, imposing a reallocation order.  This list is only
82     // used if all registers are allocated and we have to spill one, in which
83     // case we spill the least recently used register.  Entries at the front of
84     // the list are the least recently used registers, entries at the back are
85     // the most recently used.
86     //
87     std::vector<unsigned> PhysRegsUseOrder;
88
89     // Virt2LastUseMap - This maps each virtual register to its last use
90     // (MachineInstr*, operand index pair).
91     IndexedMap<std::pair<MachineInstr*, unsigned>, VirtReg2IndexFunctor>
92     Virt2LastUseMap;
93
94     std::pair<MachineInstr*,unsigned>& getVirtRegLastUse(unsigned Reg) {
95       assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) && "Illegal VirtReg!");
96       return Virt2LastUseMap[Reg];
97     }
98
99     // VirtRegModified - This bitset contains information about which virtual
100     // registers need to be spilled back to memory when their registers are
101     // scavenged.  If a virtual register has simply been rematerialized, there
102     // is no reason to spill it to memory when we need the register back.
103     //
104     BitVector VirtRegModified;
105
106     void markVirtRegModified(unsigned Reg, bool Val = true) {
107       assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) && "Illegal VirtReg!");
108       Reg -= MRegisterInfo::FirstVirtualRegister;
109       if (Val)
110         VirtRegModified.set(Reg);
111       else
112         VirtRegModified.reset(Reg);
113     }
114
115     bool isVirtRegModified(unsigned Reg) const {
116       assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) && "Illegal VirtReg!");
117       assert(Reg - MRegisterInfo::FirstVirtualRegister < VirtRegModified.size()
118              && "Illegal virtual register!");
119       return VirtRegModified[Reg - MRegisterInfo::FirstVirtualRegister];
120     }
121
122     void AddToPhysRegsUseOrder(unsigned Reg) {
123       std::vector<unsigned>::iterator It =
124         std::find(PhysRegsUseOrder.begin(), PhysRegsUseOrder.end(), Reg);
125       if (It != PhysRegsUseOrder.end())
126         PhysRegsUseOrder.erase(It);
127       PhysRegsUseOrder.push_back(Reg);
128     }
129
130     void MarkPhysRegRecentlyUsed(unsigned Reg) {
131       if (PhysRegsUseOrder.empty() ||
132           PhysRegsUseOrder.back() == Reg) return;  // Already most recently used
133
134       for (unsigned i = PhysRegsUseOrder.size(); i != 0; --i)
135         if (areRegsEqual(Reg, PhysRegsUseOrder[i-1])) {
136           unsigned RegMatch = PhysRegsUseOrder[i-1];       // remove from middle
137           PhysRegsUseOrder.erase(PhysRegsUseOrder.begin()+i-1);
138           // Add it to the end of the list
139           PhysRegsUseOrder.push_back(RegMatch);
140           if (RegMatch == Reg)
141             return;    // Found an exact match, exit early
142         }
143     }
144
145   public:
146     virtual const char *getPassName() const {
147       return "Local Register Allocator";
148     }
149
150     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
151       AU.addRequired<LiveVariables>();
152       AU.addRequiredID(PHIEliminationID);
153       AU.addRequiredID(TwoAddressInstructionPassID);
154       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
155     }
156
157   private:
158     /// runOnMachineFunction - Register allocate the whole function
159     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn);
160
161     /// AllocateBasicBlock - Register allocate the specified basic block.
162     void AllocateBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB);
163
164
165     /// areRegsEqual - This method returns true if the specified registers are
166     /// related to each other.  To do this, it checks to see if they are equal
167     /// or if the first register is in the alias set of the second register.
168     ///
169     bool areRegsEqual(unsigned R1, unsigned R2) const {
170       if (R1 == R2) return true;
171       for (const unsigned *AliasSet = MRI->getAliasSet(R2);
172            *AliasSet; ++AliasSet) {
173         if (*AliasSet == R1) return true;
174       }
175       return false;
176     }
177
178     /// getStackSpaceFor - This returns the frame index of the specified virtual
179     /// register on the stack, allocating space if necessary.
180     int getStackSpaceFor(unsigned VirtReg, const TargetRegisterClass *RC);
181
182     /// removePhysReg - This method marks the specified physical register as no
183     /// longer being in use.
184     ///
185     void removePhysReg(unsigned PhysReg);
186
187     /// spillVirtReg - This method spills the value specified by PhysReg into
188     /// the virtual register slot specified by VirtReg.  It then updates the RA
189     /// data structures to indicate the fact that PhysReg is now available.
190     ///
191     void spillVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator MI,
192                       unsigned VirtReg, unsigned PhysReg);
193
194     /// spillPhysReg - This method spills the specified physical register into
195     /// the virtual register slot associated with it.  If OnlyVirtRegs is set to
196     /// true, then the request is ignored if the physical register does not
197     /// contain a virtual register.
198     ///
199     void spillPhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *I,
200                       unsigned PhysReg, bool OnlyVirtRegs = false);
201
202     /// assignVirtToPhysReg - This method updates local state so that we know
203     /// that PhysReg is the proper container for VirtReg now.  The physical
204     /// register must not be used for anything else when this is called.
205     ///
206     void assignVirtToPhysReg(unsigned VirtReg, unsigned PhysReg);
207
208     /// isPhysRegAvailable - Return true if the specified physical register is
209     /// free and available for use.  This also includes checking to see if
210     /// aliased registers are all free...
211     ///
212     bool isPhysRegAvailable(unsigned PhysReg) const;
213
214     /// getFreeReg - Look to see if there is a free register available in the
215     /// specified register class.  If not, return 0.
216     ///
217     unsigned getFreeReg(const TargetRegisterClass *RC);
218
219     /// getReg - Find a physical register to hold the specified virtual
220     /// register.  If all compatible physical registers are used, this method
221     /// spills the last used virtual register to the stack, and uses that
222     /// register.
223     ///
224     unsigned getReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
225                     unsigned VirtReg);
226
227     /// reloadVirtReg - This method transforms the specified specified virtual
228     /// register use to refer to a physical register.  This method may do this
229     /// in one of several ways: if the register is available in a physical
230     /// register already, it uses that physical register.  If the value is not
231     /// in a physical register, and if there are physical registers available,
232     /// it loads it into a register.  If register pressure is high, and it is
233     /// possible, it tries to fold the load of the virtual register into the
234     /// instruction itself.  It avoids doing this if register pressure is low to
235     /// improve the chance that subsequent instructions can use the reloaded
236     /// value.  This method returns the modified instruction.
237     ///
238     MachineInstr *reloadVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
239                                 unsigned OpNum);
240
241
242     void reloadPhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator &I,
243                        unsigned PhysReg);
244   };
245   char RALocal::ID = 0;
246 }
247
248 /// getStackSpaceFor - This allocates space for the specified virtual register
249 /// to be held on the stack.
250 int RALocal::getStackSpaceFor(unsigned VirtReg, const TargetRegisterClass *RC) {
251   // Find the location Reg would belong...
252   std::map<unsigned, int>::iterator I =StackSlotForVirtReg.lower_bound(VirtReg);
253
254   if (I != StackSlotForVirtReg.end() && I->first == VirtReg)
255     return I->second;          // Already has space allocated?
256
257   // Allocate a new stack object for this spill location...
258   int FrameIdx = MF->getFrameInfo()->CreateStackObject(RC->getSize(),
259                                                        RC->getAlignment());
260
261   // Assign the slot...
262   StackSlotForVirtReg.insert(I, std::make_pair(VirtReg, FrameIdx));
263   return FrameIdx;
264 }
265
266
267 /// removePhysReg - This method marks the specified physical register as no
268 /// longer being in use.
269 ///
270 void RALocal::removePhysReg(unsigned PhysReg) {
271   PhysRegsUsed[PhysReg] = -1;      // PhyReg no longer used
272
273   std::vector<unsigned>::iterator It =
274     std::find(PhysRegsUseOrder.begin(), PhysRegsUseOrder.end(), PhysReg);
275   if (It != PhysRegsUseOrder.end())
276     PhysRegsUseOrder.erase(It);
277 }
278
279
280 /// spillVirtReg - This method spills the value specified by PhysReg into the
281 /// virtual register slot specified by VirtReg.  It then updates the RA data
282 /// structures to indicate the fact that PhysReg is now available.
283 ///
284 void RALocal::spillVirtReg(MachineBasicBlock &MBB,
285                            MachineBasicBlock::iterator I,
286                            unsigned VirtReg, unsigned PhysReg) {
287   assert(VirtReg && "Spilling a physical register is illegal!"
288          " Must not have appropriate kill for the register or use exists beyond"
289          " the intended one.");
290   DOUT << "  Spilling register " << MRI->getName(PhysReg)
291        << " containing %reg" << VirtReg;
292   
293   const TargetInstrInfo* TII = MBB.getParent()->getTarget().getInstrInfo();
294   
295   if (!isVirtRegModified(VirtReg)) {
296     DOUT << " which has not been modified, so no store necessary!";
297     std::pair<MachineInstr*, unsigned> &LastUse = getVirtRegLastUse(VirtReg);
298     if (LastUse.first)
299       LastUse.first->getOperand(LastUse.second).setIsKill();
300   }
301
302   // Otherwise, there is a virtual register corresponding to this physical
303   // register.  We only need to spill it into its stack slot if it has been
304   // modified.
305   if (isVirtRegModified(VirtReg)) {
306     const TargetRegisterClass *RC = MF->getRegInfo().getRegClass(VirtReg);
307     int FrameIndex = getStackSpaceFor(VirtReg, RC);
308     DOUT << " to stack slot #" << FrameIndex;
309     TII->storeRegToStackSlot(MBB, I, PhysReg, true, FrameIndex, RC);
310     ++NumStores;   // Update statistics
311   }
312
313   getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg) = 0;   // VirtReg no longer available
314
315   DOUT << "\n";
316   removePhysReg(PhysReg);
317 }
318
319
320 /// spillPhysReg - This method spills the specified physical register into the
321 /// virtual register slot associated with it.  If OnlyVirtRegs is set to true,
322 /// then the request is ignored if the physical register does not contain a
323 /// virtual register.
324 ///
325 void RALocal::spillPhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *I,
326                            unsigned PhysReg, bool OnlyVirtRegs) {
327   if (PhysRegsUsed[PhysReg] != -1) {            // Only spill it if it's used!
328     assert(PhysRegsUsed[PhysReg] != -2 && "Non allocable reg used!");
329     if (PhysRegsUsed[PhysReg] || !OnlyVirtRegs)
330       spillVirtReg(MBB, I, PhysRegsUsed[PhysReg], PhysReg);
331   } else {
332     // If the selected register aliases any other registers, we must make
333     // sure that one of the aliases isn't alive.
334     for (const unsigned *AliasSet = MRI->getAliasSet(PhysReg);
335          *AliasSet; ++AliasSet)
336       if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -1 &&     // Spill aliased register.
337           PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2)       // If allocatable.
338           if (PhysRegsUsed[*AliasSet])
339             spillVirtReg(MBB, I, PhysRegsUsed[*AliasSet], *AliasSet);
340   }
341 }
342
343
344 /// assignVirtToPhysReg - This method updates local state so that we know
345 /// that PhysReg is the proper container for VirtReg now.  The physical
346 /// register must not be used for anything else when this is called.
347 ///
348 void RALocal::assignVirtToPhysReg(unsigned VirtReg, unsigned PhysReg) {
349   assert(PhysRegsUsed[PhysReg] == -1 && "Phys reg already assigned!");
350   // Update information to note the fact that this register was just used, and
351   // it holds VirtReg.
352   PhysRegsUsed[PhysReg] = VirtReg;
353   getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg) = PhysReg;
354   AddToPhysRegsUseOrder(PhysReg);   // New use of PhysReg
355 }
356
357
358 /// isPhysRegAvailable - Return true if the specified physical register is free
359 /// and available for use.  This also includes checking to see if aliased
360 /// registers are all free...
361 ///
362 bool RALocal::isPhysRegAvailable(unsigned PhysReg) const {
363   if (PhysRegsUsed[PhysReg] != -1) return false;
364
365   // If the selected register aliases any other allocated registers, it is
366   // not free!
367   for (const unsigned *AliasSet = MRI->getAliasSet(PhysReg);
368        *AliasSet; ++AliasSet)
369     if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -1) // Aliased register in use?
370       return false;                    // Can't use this reg then.
371   return true;
372 }
373
374
375 /// getFreeReg - Look to see if there is a free register available in the
376 /// specified register class.  If not, return 0.
377 ///
378 unsigned RALocal::getFreeReg(const TargetRegisterClass *RC) {
379   // Get iterators defining the range of registers that are valid to allocate in
380   // this class, which also specifies the preferred allocation order.
381   TargetRegisterClass::iterator RI = RC->allocation_order_begin(*MF);
382   TargetRegisterClass::iterator RE = RC->allocation_order_end(*MF);
383
384   for (; RI != RE; ++RI)
385     if (isPhysRegAvailable(*RI)) {       // Is reg unused?
386       assert(*RI != 0 && "Cannot use register!");
387       return *RI; // Found an unused register!
388     }
389   return 0;
390 }
391
392
393 /// getReg - Find a physical register to hold the specified virtual
394 /// register.  If all compatible physical registers are used, this method spills
395 /// the last used virtual register to the stack, and uses that register.
396 ///
397 unsigned RALocal::getReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *I,
398                          unsigned VirtReg) {
399   const TargetRegisterClass *RC = MF->getRegInfo().getRegClass(VirtReg);
400
401   // First check to see if we have a free register of the requested type...
402   unsigned PhysReg = getFreeReg(RC);
403
404   // If we didn't find an unused register, scavenge one now!
405   if (PhysReg == 0) {
406     assert(!PhysRegsUseOrder.empty() && "No allocated registers??");
407
408     // Loop over all of the preallocated registers from the least recently used
409     // to the most recently used.  When we find one that is capable of holding
410     // our register, use it.
411     for (unsigned i = 0; PhysReg == 0; ++i) {
412       assert(i != PhysRegsUseOrder.size() &&
413              "Couldn't find a register of the appropriate class!");
414
415       unsigned R = PhysRegsUseOrder[i];
416
417       // We can only use this register if it holds a virtual register (ie, it
418       // can be spilled).  Do not use it if it is an explicitly allocated
419       // physical register!
420       assert(PhysRegsUsed[R] != -1 &&
421              "PhysReg in PhysRegsUseOrder, but is not allocated?");
422       if (PhysRegsUsed[R] && PhysRegsUsed[R] != -2) {
423         // If the current register is compatible, use it.
424         if (RC->contains(R)) {
425           PhysReg = R;
426           break;
427         } else {
428           // If one of the registers aliased to the current register is
429           // compatible, use it.
430           for (const unsigned *AliasIt = MRI->getAliasSet(R);
431                *AliasIt; ++AliasIt) {
432             if (RC->contains(*AliasIt) &&
433                 // If this is pinned down for some reason, don't use it.  For
434                 // example, if CL is pinned, and we run across CH, don't use
435                 // CH as justification for using scavenging ECX (which will
436                 // fail).
437                 PhysRegsUsed[*AliasIt] != 0 &&
438                 
439                 // Make sure the register is allocatable.  Don't allocate SIL on
440                 // x86-32.
441                 PhysRegsUsed[*AliasIt] != -2) {
442               PhysReg = *AliasIt;    // Take an aliased register
443               break;
444             }
445           }
446         }
447       }
448     }
449
450     assert(PhysReg && "Physical register not assigned!?!?");
451
452     // At this point PhysRegsUseOrder[i] is the least recently used register of
453     // compatible register class.  Spill it to memory and reap its remains.
454     spillPhysReg(MBB, I, PhysReg);
455   }
456
457   // Now that we know which register we need to assign this to, do it now!
458   assignVirtToPhysReg(VirtReg, PhysReg);
459   return PhysReg;
460 }
461
462
463 /// reloadVirtReg - This method transforms the specified specified virtual
464 /// register use to refer to a physical register.  This method may do this in
465 /// one of several ways: if the register is available in a physical register
466 /// already, it uses that physical register.  If the value is not in a physical
467 /// register, and if there are physical registers available, it loads it into a
468 /// register.  If register pressure is high, and it is possible, it tries to
469 /// fold the load of the virtual register into the instruction itself.  It
470 /// avoids doing this if register pressure is low to improve the chance that
471 /// subsequent instructions can use the reloaded value.  This method returns the
472 /// modified instruction.
473 ///
474 MachineInstr *RALocal::reloadVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
475                                      unsigned OpNum) {
476   unsigned VirtReg = MI->getOperand(OpNum).getReg();
477
478   // If the virtual register is already available, just update the instruction
479   // and return.
480   if (unsigned PR = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg)) {
481     MarkPhysRegRecentlyUsed(PR);          // Already have this value available!
482     MI->getOperand(OpNum).setReg(PR);  // Assign the input register
483     return MI;
484   }
485
486   // Otherwise, we need to fold it into the current instruction, or reload it.
487   // If we have registers available to hold the value, use them.
488   const TargetRegisterClass *RC = MF->getRegInfo().getRegClass(VirtReg);
489   unsigned PhysReg = getFreeReg(RC);
490   int FrameIndex = getStackSpaceFor(VirtReg, RC);
491
492   if (PhysReg) {   // Register is available, allocate it!
493     assignVirtToPhysReg(VirtReg, PhysReg);
494   } else {         // No registers available.
495     // If we can fold this spill into this instruction, do so now.
496     SmallVector<unsigned, 2> Ops;
497     Ops.push_back(OpNum);
498     if (MachineInstr* FMI = TII->foldMemoryOperand(MI, Ops, FrameIndex)) {
499       ++NumFolded;
500       // Since we changed the address of MI, make sure to update live variables
501       // to know that the new instruction has the properties of the old one.
502       LV->instructionChanged(MI, FMI);
503       return MBB.insert(MBB.erase(MI), FMI);
504     }
505
506     // It looks like we can't fold this virtual register load into this
507     // instruction.  Force some poor hapless value out of the register file to
508     // make room for the new register, and reload it.
509     PhysReg = getReg(MBB, MI, VirtReg);
510   }
511
512   markVirtRegModified(VirtReg, false);   // Note that this reg was just reloaded
513
514   DOUT << "  Reloading %reg" << VirtReg << " into "
515        << MRI->getName(PhysReg) << "\n";
516
517   // Add move instruction(s)
518   const TargetInstrInfo* TII = MBB.getParent()->getTarget().getInstrInfo();
519   TII->loadRegFromStackSlot(MBB, MI, PhysReg, FrameIndex, RC);
520   ++NumLoads;    // Update statistics
521
522   MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(PhysReg);
523   MI->getOperand(OpNum).setReg(PhysReg);  // Assign the input register
524   getVirtRegLastUse(VirtReg) = std::make_pair(MI, OpNum);
525   return MI;
526 }
527
528 /// isReadModWriteImplicitKill - True if this is an implicit kill for a
529 /// read/mod/write register, i.e. update partial register.
530 static bool isReadModWriteImplicitKill(MachineInstr *MI, unsigned Reg) {
531   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
532     MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
533     if (MO.isRegister() && MO.getReg() == Reg && MO.isImplicit() &&
534         MO.isDef() && !MO.isDead())
535       return true;
536   }
537   return false;
538 }
539
540 /// isReadModWriteImplicitDef - True if this is an implicit def for a
541 /// read/mod/write register, i.e. update partial register.
542 static bool isReadModWriteImplicitDef(MachineInstr *MI, unsigned Reg) {
543   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
544     MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
545     if (MO.isRegister() && MO.getReg() == Reg && MO.isImplicit() &&
546         !MO.isDef() && MO.isKill())
547       return true;
548   }
549   return false;
550 }
551
552 void RALocal::AllocateBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB) {
553   // loop over each instruction
554   MachineBasicBlock::iterator MII = MBB.begin();
555   const TargetInstrInfo &TII = *TM->getInstrInfo();
556   
557   DEBUG(const BasicBlock *LBB = MBB.getBasicBlock();
558         if (LBB) DOUT << "\nStarting RegAlloc of BB: " << LBB->getName());
559
560   // If this is the first basic block in the machine function, add live-in
561   // registers as active.
562   if (&MBB == &*MF->begin()) {
563     for (MachineRegisterInfo::livein_iterator I=MF->getRegInfo().livein_begin(),
564          E = MF->getRegInfo().livein_end(); I != E; ++I) {
565       unsigned Reg = I->first;
566       MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(Reg);
567       PhysRegsUsed[Reg] = 0;            // It is free and reserved now
568       AddToPhysRegsUseOrder(Reg); 
569       for (const unsigned *AliasSet = MRI->getSubRegisters(Reg);
570            *AliasSet; ++AliasSet) {
571         if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
572           AddToPhysRegsUseOrder(*AliasSet); 
573           PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
574           MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(*AliasSet);
575         }
576       }
577     }    
578   }
579   
580   // Otherwise, sequentially allocate each instruction in the MBB.
581   while (MII != MBB.end()) {
582     MachineInstr *MI = MII++;
583     const TargetInstrDesc &TID = MI->getDesc();
584     DEBUG(DOUT << "\nStarting RegAlloc of: " << *MI;
585           DOUT << "  Regs have values: ";
586           for (unsigned i = 0; i != MRI->getNumRegs(); ++i)
587             if (PhysRegsUsed[i] != -1 && PhysRegsUsed[i] != -2)
588                DOUT << "[" << MRI->getName(i)
589                     << ",%reg" << PhysRegsUsed[i] << "] ";
590           DOUT << "\n");
591
592     // Loop over the implicit uses, making sure that they are at the head of the
593     // use order list, so they don't get reallocated.
594     if (TID.ImplicitUses) {
595       for (const unsigned *ImplicitUses = TID.ImplicitUses;
596            *ImplicitUses; ++ImplicitUses)
597         MarkPhysRegRecentlyUsed(*ImplicitUses);
598     }
599
600     SmallVector<unsigned, 8> Kills;
601     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
602       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
603       if (MO.isRegister() && MO.isKill()) {
604         if (!MO.isImplicit())
605           Kills.push_back(MO.getReg());
606         else if (!isReadModWriteImplicitKill(MI, MO.getReg()))
607           // These are extra physical register kills when a sub-register
608           // is defined (def of a sub-register is a read/mod/write of the
609           // larger registers). Ignore.
610           Kills.push_back(MO.getReg());
611       }
612     }
613
614     // Get the used operands into registers.  This has the potential to spill
615     // incoming values if we are out of registers.  Note that we completely
616     // ignore physical register uses here.  We assume that if an explicit
617     // physical register is referenced by the instruction, that it is guaranteed
618     // to be live-in, or the input is badly hosed.
619     //
620     for (unsigned i = 0; i != MI->getNumOperands(); ++i) {
621       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
622       // here we are looking for only used operands (never def&use)
623       if (MO.isRegister() && !MO.isDef() && MO.getReg() && !MO.isImplicit() &&
624           MRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg()))
625         MI = reloadVirtReg(MBB, MI, i);
626     }
627
628     // If this instruction is the last user of this register, kill the
629     // value, freeing the register being used, so it doesn't need to be
630     // spilled to memory.
631     //
632     for (unsigned i = 0, e = Kills.size(); i != e; ++i) {
633       unsigned VirtReg = Kills[i];
634       unsigned PhysReg = VirtReg;
635       if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg)) {
636         // If the virtual register was never materialized into a register, it
637         // might not be in the map, but it won't hurt to zero it out anyway.
638         unsigned &PhysRegSlot = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg);
639         PhysReg = PhysRegSlot;
640         PhysRegSlot = 0;
641       } else if (PhysRegsUsed[PhysReg] == -2) {
642         // Unallocatable register dead, ignore.
643         continue;
644       } else {
645         assert((!PhysRegsUsed[PhysReg] || PhysRegsUsed[PhysReg] == -1) &&
646                "Silently clearing a virtual register?");
647       }
648
649       if (PhysReg) {
650         DOUT << "  Last use of " << MRI->getName(PhysReg)
651              << "[%reg" << VirtReg <<"], removing it from live set\n";
652         removePhysReg(PhysReg);
653         for (const unsigned *AliasSet = MRI->getSubRegisters(PhysReg);
654              *AliasSet; ++AliasSet) {
655           if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
656             DOUT  << "  Last use of "
657                   << MRI->getName(*AliasSet)
658                   << "[%reg" << VirtReg <<"], removing it from live set\n";
659             removePhysReg(*AliasSet);
660           }
661         }
662       }
663     }
664
665     // Loop over all of the operands of the instruction, spilling registers that
666     // are defined, and marking explicit destinations in the PhysRegsUsed map.
667     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
668       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
669       if (MO.isRegister() && MO.isDef() && !MO.isImplicit() && MO.getReg() &&
670           MRegisterInfo::isPhysicalRegister(MO.getReg())) {
671         unsigned Reg = MO.getReg();
672         if (PhysRegsUsed[Reg] == -2) continue;  // Something like ESP.
673         // These are extra physical register defs when a sub-register
674         // is defined (def of a sub-register is a read/mod/write of the
675         // larger registers). Ignore.
676         if (isReadModWriteImplicitDef(MI, MO.getReg())) continue;
677
678         MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(Reg);
679         spillPhysReg(MBB, MI, Reg, true); // Spill any existing value in reg
680         PhysRegsUsed[Reg] = 0;            // It is free and reserved now
681         AddToPhysRegsUseOrder(Reg); 
682
683         for (const unsigned *AliasSet = MRI->getSubRegisters(Reg);
684              *AliasSet; ++AliasSet) {
685           if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
686             MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(*AliasSet);
687             PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
688             AddToPhysRegsUseOrder(*AliasSet); 
689           }
690         }
691       }
692     }
693
694     // Loop over the implicit defs, spilling them as well.
695     if (TID.ImplicitDefs) {
696       for (const unsigned *ImplicitDefs = TID.ImplicitDefs;
697            *ImplicitDefs; ++ImplicitDefs) {
698         unsigned Reg = *ImplicitDefs;
699         if (PhysRegsUsed[Reg] != -2) {
700           spillPhysReg(MBB, MI, Reg, true);
701           AddToPhysRegsUseOrder(Reg); 
702           PhysRegsUsed[Reg] = 0;            // It is free and reserved now
703         }
704         MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(Reg);
705         for (const unsigned *AliasSet = MRI->getSubRegisters(Reg);
706              *AliasSet; ++AliasSet) {
707           if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
708             AddToPhysRegsUseOrder(*AliasSet); 
709             PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
710             MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(*AliasSet);
711           }
712         }
713       }
714     }
715
716     SmallVector<unsigned, 8> DeadDefs;
717     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
718       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
719       if (MO.isRegister() && MO.isDead())
720         DeadDefs.push_back(MO.getReg());
721     }
722
723     // Okay, we have allocated all of the source operands and spilled any values
724     // that would be destroyed by defs of this instruction.  Loop over the
725     // explicit defs and assign them to a register, spilling incoming values if
726     // we need to scavenge a register.
727     //
728     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
729       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
730       if (MO.isRegister() && MO.isDef() && MO.getReg() &&
731           MRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg())) {
732         unsigned DestVirtReg = MO.getReg();
733         unsigned DestPhysReg;
734
735         // If DestVirtReg already has a value, use it.
736         if (!(DestPhysReg = getVirt2PhysRegMapSlot(DestVirtReg)))
737           DestPhysReg = getReg(MBB, MI, DestVirtReg);
738         MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(DestPhysReg);
739         markVirtRegModified(DestVirtReg);
740         getVirtRegLastUse(DestVirtReg) = std::make_pair((MachineInstr*)0, 0);
741         MI->getOperand(i).setReg(DestPhysReg);  // Assign the output register
742       }
743     }
744
745     // If this instruction defines any registers that are immediately dead,
746     // kill them now.
747     //
748     for (unsigned i = 0, e = DeadDefs.size(); i != e; ++i) {
749       unsigned VirtReg = DeadDefs[i];
750       unsigned PhysReg = VirtReg;
751       if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg)) {
752         unsigned &PhysRegSlot = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg);
753         PhysReg = PhysRegSlot;
754         assert(PhysReg != 0);
755         PhysRegSlot = 0;
756       } else if (PhysRegsUsed[PhysReg] == -2) {
757         // Unallocatable register dead, ignore.
758         continue;
759       }
760
761       if (PhysReg) {
762         DOUT  << "  Register " << MRI->getName(PhysReg)
763               << " [%reg" << VirtReg
764               << "] is never used, removing it frame live list\n";
765         removePhysReg(PhysReg);
766         for (const unsigned *AliasSet = MRI->getAliasSet(PhysReg);
767              *AliasSet; ++AliasSet) {
768           if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
769             DOUT  << "  Register " << MRI->getName(*AliasSet)
770                   << " [%reg" << *AliasSet
771                   << "] is never used, removing it frame live list\n";
772             removePhysReg(*AliasSet);
773           }
774         }
775       }
776     }
777     
778     // Finally, if this is a noop copy instruction, zap it.
779     unsigned SrcReg, DstReg;
780     if (TII.isMoveInstr(*MI, SrcReg, DstReg) && SrcReg == DstReg) {
781       LV->removeVirtualRegistersKilled(MI);
782       LV->removeVirtualRegistersDead(MI);
783       MBB.erase(MI);
784     }
785   }
786
787   MachineBasicBlock::iterator MI = MBB.getFirstTerminator();
788
789   // Spill all physical registers holding virtual registers now.
790   for (unsigned i = 0, e = MRI->getNumRegs(); i != e; ++i)
791     if (PhysRegsUsed[i] != -1 && PhysRegsUsed[i] != -2)
792       if (unsigned VirtReg = PhysRegsUsed[i])
793         spillVirtReg(MBB, MI, VirtReg, i);
794       else
795         removePhysReg(i);
796
797 #if 0
798   // This checking code is very expensive.
799   bool AllOk = true;
800   for (unsigned i = MRegisterInfo::FirstVirtualRegister,
801            e = MF->getRegInfo().getLastVirtReg(); i <= e; ++i)
802     if (unsigned PR = Virt2PhysRegMap[i]) {
803       cerr << "Register still mapped: " << i << " -> " << PR << "\n";
804       AllOk = false;
805     }
806   assert(AllOk && "Virtual registers still in phys regs?");
807 #endif
808
809   // Clear any physical register which appear live at the end of the basic
810   // block, but which do not hold any virtual registers.  e.g., the stack
811   // pointer.
812   PhysRegsUseOrder.clear();
813 }
814
815
816 /// runOnMachineFunction - Register allocate the whole function
817 ///
818 bool RALocal::runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) {
819   DOUT << "Machine Function " << "\n";
820   MF = &Fn;
821   TM = &Fn.getTarget();
822   MRI = TM->getRegisterInfo();
823   TII = TM->getInstrInfo();
824   LV = &getAnalysis<LiveVariables>();
825
826   PhysRegsUsed.assign(MRI->getNumRegs(), -1);
827   
828   // At various places we want to efficiently check to see whether a register
829   // is allocatable.  To handle this, we mark all unallocatable registers as
830   // being pinned down, permanently.
831   {
832     BitVector Allocable = MRI->getAllocatableSet(Fn);
833     for (unsigned i = 0, e = Allocable.size(); i != e; ++i)
834       if (!Allocable[i])
835         PhysRegsUsed[i] = -2;  // Mark the reg unallocable.
836   }
837
838   // initialize the virtual->physical register map to have a 'null'
839   // mapping for all virtual registers
840   unsigned LastVirtReg = MF->getRegInfo().getLastVirtReg();
841   Virt2PhysRegMap.grow(LastVirtReg);
842   Virt2LastUseMap.grow(LastVirtReg);
843   VirtRegModified.resize(LastVirtReg+1-MRegisterInfo::FirstVirtualRegister);
844
845   // Loop over all of the basic blocks, eliminating virtual register references
846   for (MachineFunction::iterator MBB = Fn.begin(), MBBe = Fn.end();
847        MBB != MBBe; ++MBB)
848     AllocateBasicBlock(*MBB);
849
850   StackSlotForVirtReg.clear();
851   PhysRegsUsed.clear();
852   VirtRegModified.clear();
853   Virt2PhysRegMap.clear();
854   Virt2LastUseMap.clear();
855   return true;
856 }
857
858 FunctionPass *llvm::createLocalRegisterAllocator() {
859   return new RALocal();
860 }