lib/CodeGen/SplitKit.cpp

   1 //===---------- SplitKit.cpp - Toolkit for splitting live ranges ----------===//
   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 contains the SplitAnalysis class as well as mutator functions for
  11 // live range splitting.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #define DEBUG_TYPE "splitter"
  16 #include "SplitKit.h"
  17 #include "LiveRangeEdit.h"
  18 #include "VirtRegMap.h"
  19 #include "llvm/CodeGen/CalcSpillWeights.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
  21 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
  22 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  24 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  25 #include "llvm/Support/Debug.h"
  26 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  27 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  28 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  29
  30 using namespace llvm;
  31
  32 static cl::opt<bool>
  33 AllowSplit("spiller-splits-edges",
  34            cl::desc("Allow critical edge splitting during spilling"));
  35
  36 //===----------------------------------------------------------------------===//
  37 //                                 Split Analysis
  38 //===----------------------------------------------------------------------===//
  39
  40 SplitAnalysis::SplitAnalysis(const MachineFunction &mf,
  41                              const LiveIntervals &lis,
  42                              const MachineLoopInfo &mli)
  43   : mf_(mf),
  44     lis_(lis),
  45     loops_(mli),
  46     tii_(*mf.getTarget().getInstrInfo()),
  47     curli_(0) {}
  48
  49 void SplitAnalysis::clear() {
  50   usingInstrs_.clear();
  51   usingBlocks_.clear();
  52   usingLoops_.clear();
  53   curli_ = 0;
  54 }
  55
  56 bool SplitAnalysis::canAnalyzeBranch(const MachineBasicBlock *MBB) {
  57   MachineBasicBlock *T, *F;
  58   SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
  59   return !tii_.AnalyzeBranch(const_cast<MachineBasicBlock&>(*MBB), T, F, Cond);
  60 }
  61
  62 /// analyzeUses - Count instructions, basic blocks, and loops using curli.
  63 void SplitAnalysis::analyzeUses() {
  64   const MachineRegisterInfo &MRI = mf_.getRegInfo();
  65   for (MachineRegisterInfo::reg_iterator I = MRI.reg_begin(curli_->reg);
  66        MachineInstr *MI = I.skipInstruction();) {
  67     if (MI->isDebugValue() || !usingInstrs_.insert(MI))
  68       continue;
  69     MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
  70     if (usingBlocks_[MBB]++)
  71       continue;
  72     for (MachineLoop *Loop = loops_.getLoopFor(MBB); Loop;
  73          Loop = Loop->getParentLoop())
  74       usingLoops_[Loop]++;
  75   }
  76   DEBUG(dbgs() << "  counted "
  77                << usingInstrs_.size() << " instrs, "
  78                << usingBlocks_.size() << " blocks, "
  79                << usingLoops_.size()  << " loops.\n");
  80 }
  81
  82 // Get three sets of basic blocks surrounding a loop: Blocks inside the loop,
  83 // predecessor blocks, and exit blocks.
  84 void SplitAnalysis::getLoopBlocks(const MachineLoop *Loop, LoopBlocks &Blocks) {
  85   Blocks.clear();
  86
  87   // Blocks in the loop.
  88   Blocks.Loop.insert(Loop->block_begin(), Loop->block_end());
  89
  90   // Predecessor blocks.
  91   const MachineBasicBlock *Header = Loop->getHeader();
  92   for (MachineBasicBlock::const_pred_iterator I = Header->pred_begin(),
  93        E = Header->pred_end(); I != E; ++I)
  94     if (!Blocks.Loop.count(*I))
  95       Blocks.Preds.insert(*I);
  96
  97   // Exit blocks.
  98   for (MachineLoop::block_iterator I = Loop->block_begin(),
  99        E = Loop->block_end(); I != E; ++I) {
 100     const MachineBasicBlock *MBB = *I;
 101     for (MachineBasicBlock::const_succ_iterator SI = MBB->succ_begin(),
 102        SE = MBB->succ_end(); SI != SE; ++SI)
 103       if (!Blocks.Loop.count(*SI))
 104         Blocks.Exits.insert(*SI);
 105   }
 106 }
 107
 108 /// analyzeLoopPeripheralUse - Return an enum describing how curli_ is used in
 109 /// and around the Loop.
 110 SplitAnalysis::LoopPeripheralUse SplitAnalysis::
 111 analyzeLoopPeripheralUse(const SplitAnalysis::LoopBlocks &Blocks) {
 112   LoopPeripheralUse use = ContainedInLoop;
 113   for (BlockCountMap::iterator I = usingBlocks_.begin(), E = usingBlocks_.end();
 114        I != E; ++I) {
 115     const MachineBasicBlock *MBB = I->first;
 116     // Is this a peripheral block?
 117     if (use < MultiPeripheral &&
 118         (Blocks.Preds.count(MBB) || Blocks.Exits.count(MBB))) {
 119       if (I->second > 1) use = MultiPeripheral;
 120       else               use = SinglePeripheral;
 121       continue;
 122     }
 123     // Is it a loop block?
 124     if (Blocks.Loop.count(MBB))
 125       continue;
 126     // It must be an unrelated block.
 127     return OutsideLoop;
 128   }
 129   return use;
 130 }
 131
 132 /// getCriticalExits - It may be necessary to partially break critical edges
 133 /// leaving the loop if an exit block has phi uses of curli. Collect the exit
 134 /// blocks that need special treatment into CriticalExits.
 135 void SplitAnalysis::getCriticalExits(const SplitAnalysis::LoopBlocks &Blocks,
 136                                      BlockPtrSet &CriticalExits) {
 137   CriticalExits.clear();
 138
 139   // A critical exit block contains a phi def of curli, and has a predecessor
 140   // that is not in the loop nor a loop predecessor.
 141   // For such an exit block, the edges carrying the new variable must be moved
 142   // to a new pre-exit block.
 143   for (BlockPtrSet::iterator I = Blocks.Exits.begin(), E = Blocks.Exits.end();
 144        I != E; ++I) {
 145     const MachineBasicBlock *Succ = *I;
 146     SlotIndex SuccIdx = lis_.getMBBStartIdx(Succ);
 147     VNInfo *SuccVNI = curli_->getVNInfoAt(SuccIdx);
 148     // This exit may not have curli live in at all. No need to split.
 149     if (!SuccVNI)
 150       continue;
 151     // If this is not a PHI def, it is either using a value from before the
 152     // loop, or a value defined inside the loop. Both are safe.
 153     if (!SuccVNI->isPHIDef() || SuccVNI->def.getBaseIndex() != SuccIdx)
 154       continue;
 155     // This exit block does have a PHI. Does it also have a predecessor that is
 156     // not a loop block or loop predecessor?
 157     for (MachineBasicBlock::const_pred_iterator PI = Succ->pred_begin(),
 158          PE = Succ->pred_end(); PI != PE; ++PI) {
 159       const MachineBasicBlock *Pred = *PI;
 160       if (Blocks.Loop.count(Pred) || Blocks.Preds.count(Pred))
 161         continue;
 162       // This is a critical exit block, and we need to split the exit edge.
 163       CriticalExits.insert(Succ);
 164       break;
 165     }
 166   }
 167 }
 168
 169 /// canSplitCriticalExits - Return true if it is possible to insert new exit
 170 /// blocks before the blocks in CriticalExits.
 171 bool
 172 SplitAnalysis::canSplitCriticalExits(const SplitAnalysis::LoopBlocks &Blocks,
 173                                      BlockPtrSet &CriticalExits) {
 174   // If we don't allow critical edge splitting, require no critical exits.
 175   if (!AllowSplit)
 176     return CriticalExits.empty();
 177
 178   for (BlockPtrSet::iterator I = CriticalExits.begin(), E = CriticalExits.end();
 179        I != E; ++I) {
 180     const MachineBasicBlock *Succ = *I;
 181     // We want to insert a new pre-exit MBB before Succ, and change all the
 182     // in-loop blocks to branch to the pre-exit instead of Succ.
 183     // Check that all the in-loop predecessors can be changed.
 184     for (MachineBasicBlock::const_pred_iterator PI = Succ->pred_begin(),
 185          PE = Succ->pred_end(); PI != PE; ++PI) {
 186       const MachineBasicBlock *Pred = *PI;
 187       // The external predecessors won't be altered.
 188       if (!Blocks.Loop.count(Pred) && !Blocks.Preds.count(Pred))
 189         continue;
 190       if (!canAnalyzeBranch(Pred))
 191         return false;
 192     }
 193
 194     // If Succ's layout predecessor falls through, that too must be analyzable.
 195     // We need to insert the pre-exit block in the gap.
 196     MachineFunction::const_iterator MFI = Succ;
 197     if (MFI == mf_.begin())
 198       continue;
 199     if (!canAnalyzeBranch(--MFI))
 200       return false;
 201   }
 202   // No problems found.
 203   return true;
 204 }
 205
 206 void SplitAnalysis::analyze(const LiveInterval *li) {
 207   clear();
 208   curli_ = li;
 209   analyzeUses();
 210 }
 211
 212 const MachineLoop *SplitAnalysis::getBestSplitLoop() {
 213   assert(curli_ && "Call analyze() before getBestSplitLoop");
 214   if (usingLoops_.empty())
 215     return 0;
 216
 217   LoopPtrSet Loops;
 218   LoopBlocks Blocks;
 219   BlockPtrSet CriticalExits;
 220
 221   // We split around loops where curli is used outside the periphery.
 222   for (LoopCountMap::const_iterator I = usingLoops_.begin(),
 223        E = usingLoops_.end(); I != E; ++I) {
 224     const MachineLoop *Loop = I->first;
 225     getLoopBlocks(Loop, Blocks);
 226
 227     switch(analyzeLoopPeripheralUse(Blocks)) {
 228     case OutsideLoop:
 229       break;
 230     case MultiPeripheral:
 231       // FIXME: We could split a live range with multiple uses in a peripheral
 232       // block and still make progress. However, it is possible that splitting
 233       // another live range will insert copies into a peripheral block, and
 234       // there is a small chance we can enter an infinity loop, inserting copies
 235       // forever.
 236       // For safety, stick to splitting live ranges with uses outside the
 237       // periphery.
 238       DEBUG(dbgs() << "  multiple peripheral uses in " << *Loop);
 239       break;
 240     case ContainedInLoop:
 241       DEBUG(dbgs() << "  contained in " << *Loop);
 242       continue;
 243     case SinglePeripheral:
 244       DEBUG(dbgs() << "  single peripheral use in " << *Loop);
 245       continue;
 246     }
 247     // Will it be possible to split around this loop?
 248     getCriticalExits(Blocks, CriticalExits);
 249     DEBUG(dbgs() << "  " << CriticalExits.size() << " critical exits from "
 250                  << *Loop);
 251     if (!canSplitCriticalExits(Blocks, CriticalExits))
 252       continue;
 253     // This is a possible split.
 254     Loops.insert(Loop);
 255   }
 256
 257   DEBUG(dbgs() << "  getBestSplitLoop found " << Loops.size()
 258                << " candidate loops.\n");
 259
 260   if (Loops.empty())
 261     return 0;
 262
 263   // Pick the earliest loop.
 264   // FIXME: Are there other heuristics to consider?
 265   const MachineLoop *Best = 0;
 266   SlotIndex BestIdx;
 267   for (LoopPtrSet::const_iterator I = Loops.begin(), E = Loops.end(); I != E;
 268        ++I) {
 269     SlotIndex Idx = lis_.getMBBStartIdx((*I)->getHeader());
 270     if (!Best || Idx < BestIdx)
 271       Best = *I, BestIdx = Idx;
 272   }
 273   DEBUG(dbgs() << "  getBestSplitLoop found " << *Best);
 274   return Best;
 275 }
 276
 277 /// getMultiUseBlocks - if curli has more than one use in a basic block, it
 278 /// may be an advantage to split curli for the duration of the block.
 279 bool SplitAnalysis::getMultiUseBlocks(BlockPtrSet &Blocks) {
 280   // If curli is local to one block, there is no point to splitting it.
 281   if (usingBlocks_.size() <= 1)
 282     return false;
 283   // Add blocks with multiple uses.
 284   for (BlockCountMap::iterator I = usingBlocks_.begin(), E = usingBlocks_.end();
 285        I != E; ++I)
 286     switch (I->second) {
 287     case 0:
 288     case 1:
 289       continue;
 290     case 2: {
 291       // It doesn't pay to split a 2-instr block if it redefines curli.
 292       VNInfo *VN1 = curli_->getVNInfoAt(lis_.getMBBStartIdx(I->first));
 293       VNInfo *VN2 =
 294         curli_->getVNInfoAt(lis_.getMBBEndIdx(I->first).getPrevIndex());
 295       // live-in and live-out with a different value.
 296       if (VN1 && VN2 && VN1 != VN2)
 297         continue;
 298     } // Fall through.
 299     default:
 300       Blocks.insert(I->first);
 301     }
 302   return !Blocks.empty();
 303 }
 304
 305 //===----------------------------------------------------------------------===//
 306 //                               LiveIntervalMap
 307 //===----------------------------------------------------------------------===//
 308
 309 // Work around the fact that the std::pair constructors are broken for pointer
 310 // pairs in some implementations. makeVV(x, 0) works.
 311 static inline std::pair<const VNInfo*, VNInfo*>
 312 makeVV(const VNInfo *a, VNInfo *b) {
 313   return std::make_pair(a, b);
 314 }
 315
 316 void LiveIntervalMap::reset(LiveInterval *li) {
 317   li_ = li;
 318   valueMap_.clear();
 319 }
 320
 321 bool LiveIntervalMap::isComplexMapped(const VNInfo *ParentVNI) const {
 322   ValueMap::const_iterator i = valueMap_.find(ParentVNI);
 323   return i != valueMap_.end() && i->second == 0;
 324 }
 325
 326 // defValue - Introduce a li_ def for ParentVNI that could be later than
 327 // ParentVNI->def.
 328 VNInfo *LiveIntervalMap::defValue(const VNInfo *ParentVNI, SlotIndex Idx) {
 329   assert(li_ && "call reset first");
 330   assert(ParentVNI && "Mapping  NULL value");
 331   assert(Idx.isValid() && "Invalid SlotIndex");
 332   assert(parentli_.getVNInfoAt(Idx) == ParentVNI && "Bad ParentVNI");
 333
 334   // Create a new value.
 335   VNInfo *VNI = li_->getNextValue(Idx, 0, lis_.getVNInfoAllocator());
 336
 337   // Use insert for lookup, so we can add missing values with a second lookup.
 338   std::pair<ValueMap::iterator,bool> InsP =
 339     valueMap_.insert(makeVV(ParentVNI, Idx == ParentVNI->def ? VNI : 0));
 340
 341   // This is now a complex def. Mark with a NULL in valueMap.
 342   if (!InsP.second)
 343     InsP.first->second = 0;
 344
 345   return VNI;
 346 }
 347
 348
 349 // mapValue - Find the mapped value for ParentVNI at Idx.
 350 // Potentially create phi-def values.
 351 VNInfo *LiveIntervalMap::mapValue(const VNInfo *ParentVNI, SlotIndex Idx,
 352                                   bool *simple) {
 353   assert(li_ && "call reset first");
 354   assert(ParentVNI && "Mapping  NULL value");
 355   assert(Idx.isValid() && "Invalid SlotIndex");
 356   assert(parentli_.getVNInfoAt(Idx) == ParentVNI && "Bad ParentVNI");
 357
 358   // Use insert for lookup, so we can add missing values with a second lookup.
 359   std::pair<ValueMap::iterator,bool> InsP =
 360     valueMap_.insert(makeVV(ParentVNI, 0));
 361
 362   // This was an unknown value. Create a simple mapping.
 363   if (InsP.second) {
 364     if (simple) *simple = true;
 365     return InsP.first->second = li_->createValueCopy(ParentVNI,
 366                                                      lis_.getVNInfoAllocator());
 367   }
 368
 369   // This was a simple mapped value.
 370   if (InsP.first->second) {
 371     if (simple) *simple = true;
 372     return InsP.first->second;
 373   }
 374
 375   // This is a complex mapped value. There may be multiple defs, and we may need
 376   // to create phi-defs.
 377   if (simple) *simple = false;
 378   MachineBasicBlock *IdxMBB = lis_.getMBBFromIndex(Idx);
 379   assert(IdxMBB && "No MBB at Idx");
 380
 381   // Is there a def in the same MBB we can extend?
 382   if (VNInfo *VNI = extendTo(IdxMBB, Idx))
 383     return VNI;
 384
 385   // Now for the fun part. We know that ParentVNI potentially has multiple defs,
 386   // and we may need to create even more phi-defs to preserve VNInfo SSA form.
 387   // Perform a depth-first search for predecessor blocks where we know the
 388   // dominating VNInfo. Insert phi-def VNInfos along the path back to IdxMBB.
 389
 390   // Track MBBs where we have created or learned the dominating value.
 391   // This may change during the DFS as we create new phi-defs.
 392   typedef DenseMap<MachineBasicBlock*, VNInfo*> MBBValueMap;
 393   MBBValueMap DomValue;
 394   typedef SplitAnalysis::BlockPtrSet BlockPtrSet;
 395   BlockPtrSet Visited;
 396
 397   // Iterate over IdxMBB predecessors in a depth-first order.
 398   // Skip begin() since that is always IdxMBB.
 399   for (idf_ext_iterator<MachineBasicBlock*, BlockPtrSet>
 400          IDFI = llvm::next(idf_ext_begin(IdxMBB, Visited)),
 401          IDFE = idf_ext_end(IdxMBB, Visited); IDFI != IDFE;) {
 402     MachineBasicBlock *MBB = *IDFI;
 403     SlotIndex End = lis_.getMBBEndIdx(MBB).getPrevSlot();
 404
 405     // We are operating on the restricted CFG where ParentVNI is live.
 406     if (parentli_.getVNInfoAt(End) != ParentVNI) {
 407       IDFI.skipChildren();
 408       continue;
 409     }
 410
 411     // Do we have a dominating value in this block?
 412     VNInfo *VNI = extendTo(MBB, End);
 413     if (!VNI) {
 414       ++IDFI;
 415       continue;
 416     }
 417
 418     // Yes, VNI dominates MBB. Make sure we visit MBB again from other paths.
 419     Visited.erase(MBB);
 420
 421     // Track the path back to IdxMBB, creating phi-defs
 422     // as needed along the way.
 423     for (unsigned PI = IDFI.getPathLength()-1; PI != 0; --PI) {
 424       // Start from MBB's immediate successor. End at IdxMBB.
 425       MachineBasicBlock *Succ = IDFI.getPath(PI-1);
 426       std::pair<MBBValueMap::iterator, bool> InsP =
 427         DomValue.insert(MBBValueMap::value_type(Succ, VNI));
 428
 429       // This is the first time we backtrack to Succ.
 430       if (InsP.second)
 431         continue;
 432
 433       // We reached Succ again with the same VNI. Nothing is going to change.
 434       VNInfo *OVNI = InsP.first->second;
 435       if (OVNI == VNI)
 436         break;
 437
 438       // Succ already has a phi-def. No need to continue.
 439       SlotIndex Start = lis_.getMBBStartIdx(Succ);
 440       if (OVNI->def == Start)
 441         break;
 442
 443       // We have a collision between the old and new VNI at Succ. That means
 444       // neither dominates and we need a new phi-def.
 445       VNI = li_->getNextValue(Start, 0, lis_.getVNInfoAllocator());
 446       VNI->setIsPHIDef(true);
 447       InsP.first->second = VNI;
 448
 449       // Replace OVNI with VNI in the remaining path.
 450       for (; PI > 1 ; --PI) {
 451         MBBValueMap::iterator I = DomValue.find(IDFI.getPath(PI-2));
 452         if (I == DomValue.end() || I->second != OVNI)
 453           break;
 454         I->second = VNI;
 455       }
 456     }
 457
 458     // No need to search the children, we found a dominating value.
 459     IDFI.skipChildren();
 460   }
 461
 462   // The search should at least find a dominating value for IdxMBB.
 463   assert(!DomValue.empty() && "Couldn't find a reaching definition");
 464
 465   // Since we went through the trouble of a full DFS visiting all reaching defs,
 466   // the values in DomValue are now accurate. No more phi-defs are needed for
 467   // these blocks, so we can color the live ranges.
 468   // This makes the next mapValue call much faster.
 469   VNInfo *IdxVNI = 0;
 470   for (MBBValueMap::iterator I = DomValue.begin(), E = DomValue.end(); I != E;
 471        ++I) {
 472      MachineBasicBlock *MBB = I->first;
 473      VNInfo *VNI = I->second;
 474      SlotIndex Start = lis_.getMBBStartIdx(MBB);
 475      if (MBB == IdxMBB) {
 476        // Don't add full liveness to IdxMBB, stop at Idx.
 477        if (Start != Idx)
 478          li_->addRange(LiveRange(Start, Idx.getNextSlot(), VNI));
 479        // The caller had better add some liveness to IdxVNI, or it leaks.
 480        IdxVNI = VNI;
 481      } else
 482       li_->addRange(LiveRange(Start, lis_.getMBBEndIdx(MBB), VNI));
 483   }
 484
 485   assert(IdxVNI && "Didn't find value for Idx");
 486   return IdxVNI;
 487 }
 488
 489 // extendTo - Find the last li_ value defined in MBB at or before Idx. The
 490 // parentli_ is assumed to be live at Idx. Extend the live range to Idx.
 491 // Return the found VNInfo, or NULL.
 492 VNInfo *LiveIntervalMap::extendTo(MachineBasicBlock *MBB, SlotIndex Idx) {
 493   assert(li_ && "call reset first");
 494   LiveInterval::iterator I = std::upper_bound(li_->begin(), li_->end(), Idx);
 495   if (I == li_->begin())
 496     return 0;
 497   --I;
 498   if (I->end <= lis_.getMBBStartIdx(MBB))
 499     return 0;
 500   if (I->end <= Idx)
 501     I->end = Idx.getNextSlot();
 502   return I->valno;
 503 }
 504
 505 // addSimpleRange - Add a simple range from parentli_ to li_.
 506 // ParentVNI must be live in the [Start;End) interval.
 507 void LiveIntervalMap::addSimpleRange(SlotIndex Start, SlotIndex End,
 508                                      const VNInfo *ParentVNI) {
 509   assert(li_ && "call reset first");
 510   bool simple;
 511   VNInfo *VNI = mapValue(ParentVNI, Start, &simple);
 512   // A simple mapping is easy.
 513   if (simple) {
 514     li_->addRange(LiveRange(Start, End, VNI));
 515     return;
 516   }
 517
 518   // ParentVNI is a complex value. We must map per MBB.
 519   MachineFunction::iterator MBB = lis_.getMBBFromIndex(Start);
 520   MachineFunction::iterator MBBE = lis_.getMBBFromIndex(End.getPrevSlot());
 521
 522   if (MBB == MBBE) {
 523     li_->addRange(LiveRange(Start, End, VNI));
 524     return;
 525   }
 526
 527   // First block.
 528   li_->addRange(LiveRange(Start, lis_.getMBBEndIdx(MBB), VNI));
 529
 530   // Run sequence of full blocks.
 531   for (++MBB; MBB != MBBE; ++MBB) {
 532     Start = lis_.getMBBStartIdx(MBB);
 533     li_->addRange(LiveRange(Start, lis_.getMBBEndIdx(MBB),
 534                             mapValue(ParentVNI, Start)));
 535   }
 536
 537   // Final block.
 538   Start = lis_.getMBBStartIdx(MBB);
 539   if (Start != End)
 540     li_->addRange(LiveRange(Start, End, mapValue(ParentVNI, Start)));
 541 }
 542
 543 /// addRange - Add live ranges to li_ where [Start;End) intersects parentli_.
 544 /// All needed values whose def is not inside [Start;End) must be defined
 545 /// beforehand so mapValue will work.
 546 void LiveIntervalMap::addRange(SlotIndex Start, SlotIndex End) {
 547   assert(li_ && "call reset first");
 548   LiveInterval::const_iterator B = parentli_.begin(), E = parentli_.end();
 549   LiveInterval::const_iterator I = std::lower_bound(B, E, Start);
 550
 551   // Check if --I begins before Start and overlaps.
 552   if (I != B) {
 553     --I;
 554     if (I->end > Start)
 555       addSimpleRange(Start, std::min(End, I->end), I->valno);
 556     ++I;
 557   }
 558
 559   // The remaining ranges begin after Start.
 560   for (;I != E && I->start < End; ++I)
 561     addSimpleRange(I->start, std::min(End, I->end), I->valno);
 562 }
 563
 564 VNInfo *LiveIntervalMap::defByCopyFrom(unsigned Reg,
 565                                        const VNInfo *ParentVNI,
 566                                        MachineBasicBlock &MBB,
 567                                        MachineBasicBlock::iterator I) {
 568   const TargetInstrDesc &TID = MBB.getParent()->getTarget().getInstrInfo()->
 569     get(TargetOpcode::COPY);
 570   MachineInstr *MI = BuildMI(MBB, I, DebugLoc(), TID, li_->reg).addReg(Reg);
 571   SlotIndex DefIdx = lis_.InsertMachineInstrInMaps(MI).getDefIndex();
 572   VNInfo *VNI = defValue(ParentVNI, DefIdx);
 573   VNI->setCopy(MI);
 574   li_->addRange(LiveRange(DefIdx, DefIdx.getNextSlot(), VNI));
 575   return VNI;
 576 }
 577
 578 //===----------------------------------------------------------------------===//
 579 //                               Split Editor
 580 //===----------------------------------------------------------------------===//
 581
 582 /// Create a new SplitEditor for editing the LiveInterval analyzed by SA.
 583 SplitEditor::SplitEditor(SplitAnalysis &sa, LiveIntervals &lis, VirtRegMap &vrm,
 584                          LiveRangeEdit &edit)
 585   : sa_(sa), lis_(lis), vrm_(vrm),
 586     mri_(vrm.getMachineFunction().getRegInfo()),
 587     tii_(*vrm.getMachineFunction().getTarget().getInstrInfo()),
 588     edit_(edit),
 589     dupli_(lis_, edit.getParent()),
 590     openli_(lis_, edit.getParent())
 591 {
 592 }
 593
 594 bool SplitEditor::intervalsLiveAt(SlotIndex Idx) const {
 595   for (LiveRangeEdit::iterator I = edit_.begin(), E = edit_.end(); I != E; ++I)
 596     if (*I != dupli_.getLI() && (*I)->liveAt(Idx))
 597       return true;
 598   return false;
 599 }
 600
 601 /// Create a new virtual register and live interval.
 602 void SplitEditor::openIntv() {
 603   assert(!openli_.getLI() && "Previous LI not closed before openIntv");
 604
 605   if (!dupli_.getLI())
 606     dupli_.reset(&edit_.create(mri_, lis_, vrm_));
 607
 608   openli_.reset(&edit_.create(mri_, lis_, vrm_));
 609 }
 610
 611 /// enterIntvBefore - Enter openli before the instruction at Idx. If curli is
 612 /// not live before Idx, a COPY is not inserted.
 613 void SplitEditor::enterIntvBefore(SlotIndex Idx) {
 614   assert(openli_.getLI() && "openIntv not called before enterIntvBefore");
 615   DEBUG(dbgs() << "    enterIntvBefore " << Idx);
 616   VNInfo *ParentVNI = edit_.getParent().getVNInfoAt(Idx.getUseIndex());
 617   if (!ParentVNI) {
 618     DEBUG(dbgs() << ": not live\n");
 619     return;
 620   }
 621   DEBUG(dbgs() << ": valno " << ParentVNI->id);
 622   truncatedValues.insert(ParentVNI);
 623   MachineInstr *MI = lis_.getInstructionFromIndex(Idx);
 624   assert(MI && "enterIntvBefore called with invalid index");
 625   VNInfo *VNI = openli_.defByCopyFrom(edit_.getReg(), ParentVNI,
 626                                       *MI->getParent(), MI);
 627   openli_.getLI()->addRange(LiveRange(VNI->def, Idx.getDefIndex(), VNI));
 628   DEBUG(dbgs() << ": " << *openli_.getLI() << '\n');
 629 }
 630
 631 /// enterIntvAtEnd - Enter openli at the end of MBB.
 632 void SplitEditor::enterIntvAtEnd(MachineBasicBlock &MBB) {
 633   assert(openli_.getLI() && "openIntv not called before enterIntvAtEnd");
 634   SlotIndex End = lis_.getMBBEndIdx(&MBB);
 635   DEBUG(dbgs() << "    enterIntvAtEnd BB#" << MBB.getNumber() << ", " << End);
 636   VNInfo *ParentVNI = edit_.getParent().getVNInfoAt(End.getPrevSlot());
 637   if (!ParentVNI) {
 638     DEBUG(dbgs() << ": not live\n");
 639     return;
 640   }
 641   DEBUG(dbgs() << ": valno " << ParentVNI->id);
 642   truncatedValues.insert(ParentVNI);
 643   VNInfo *VNI = openli_.defByCopyFrom(edit_.getReg(), ParentVNI,
 644                                       MBB, MBB.getFirstTerminator());
 645   // Make sure openli is live out of MBB.
 646   openli_.getLI()->addRange(LiveRange(VNI->def, End, VNI));
 647   DEBUG(dbgs() << ": " << *openli_.getLI() << '\n');
 648 }
 649
 650 /// useIntv - indicate that all instructions in MBB should use openli.
 651 void SplitEditor::useIntv(const MachineBasicBlock &MBB) {
 652   useIntv(lis_.getMBBStartIdx(&MBB), lis_.getMBBEndIdx(&MBB));
 653 }
 654
 655 void SplitEditor::useIntv(SlotIndex Start, SlotIndex End) {
 656   assert(openli_.getLI() && "openIntv not called before useIntv");
 657   openli_.addRange(Start, End);
 658   DEBUG(dbgs() << "    use [" << Start << ';' << End << "): "
 659                << *openli_.getLI() << '\n');
 660 }
 661
 662 /// leaveIntvAfter - Leave openli after the instruction at Idx.
 663 void SplitEditor::leaveIntvAfter(SlotIndex Idx) {
 664   assert(openli_.getLI() && "openIntv not called before leaveIntvAfter");
 665   DEBUG(dbgs() << "    leaveIntvAfter " << Idx);
 666
 667   // The interval must be live beyond the instruction at Idx.
 668   VNInfo *ParentVNI = edit_.getParent().getVNInfoAt(Idx.getBoundaryIndex());
 669   if (!ParentVNI) {
 670     DEBUG(dbgs() << ": not live\n");
 671     return;
 672   }
 673   DEBUG(dbgs() << ": valno " << ParentVNI->id);
 674
 675   MachineBasicBlock::iterator MII = lis_.getInstructionFromIndex(Idx);
 676   MachineBasicBlock *MBB = MII->getParent();
 677   VNInfo *VNI = dupli_.defByCopyFrom(openli_.getLI()->reg, ParentVNI, *MBB,
 678                                      llvm::next(MII));
 679
 680   // Finally we must make sure that openli is properly extended from Idx to the
 681   // new copy.
 682   openli_.addSimpleRange(Idx.getBoundaryIndex(), VNI->def, ParentVNI);
 683   DEBUG(dbgs() << ": " << *openli_.getLI() << '\n');
 684 }
 685
 686 /// leaveIntvAtTop - Leave the interval at the top of MBB.
 687 /// Currently, only one value can leave the interval.
 688 void SplitEditor::leaveIntvAtTop(MachineBasicBlock &MBB) {
 689   assert(openli_.getLI() && "openIntv not called before leaveIntvAtTop");
 690   SlotIndex Start = lis_.getMBBStartIdx(&MBB);
 691   DEBUG(dbgs() << "    leaveIntvAtTop BB#" << MBB.getNumber() << ", " << Start);
 692
 693   VNInfo *ParentVNI = edit_.getParent().getVNInfoAt(Start);
 694   if (!ParentVNI) {
 695     DEBUG(dbgs() << ": not live\n");
 696     return;
 697   }
 698
 699   // We are going to insert a back copy, so we must have a dupli_.
 700   VNInfo *VNI = dupli_.defByCopyFrom(openli_.getLI()->reg, ParentVNI,
 701                                      MBB, MBB.begin());
 702
 703   // Finally we must make sure that openli is properly extended from Start to
 704   // the new copy.
 705   openli_.addSimpleRange(Start, VNI->def, ParentVNI);
 706   DEBUG(dbgs() << ": " << *openli_.getLI() << '\n');
 707 }
 708
 709 /// closeIntv - Indicate that we are done editing the currently open
 710 /// LiveInterval, and ranges can be trimmed.
 711 void SplitEditor::closeIntv() {
 712   assert(openli_.getLI() && "openIntv not called before closeIntv");
 713
 714   DEBUG(dbgs() << "    closeIntv cleaning up\n");
 715   DEBUG(dbgs() << "    open " << *openli_.getLI() << '\n');
 716   openli_.reset(0);
 717 }
 718
 719 /// rewrite - Rewrite all uses of reg to use the new registers.
 720 void SplitEditor::rewrite(unsigned reg) {
 721   for (MachineRegisterInfo::reg_iterator RI = mri_.reg_begin(reg),
 722        RE = mri_.reg_end(); RI != RE;) {
 723     MachineOperand &MO = RI.getOperand();
 724     MachineInstr *MI = MO.getParent();
 725     ++RI;
 726     if (MI->isDebugValue()) {
 727       DEBUG(dbgs() << "Zapping " << *MI);
 728       // FIXME: We can do much better with debug values.
 729       MO.setReg(0);
 730       continue;
 731     }
 732     SlotIndex Idx = lis_.getInstructionIndex(MI);
 733     Idx = MO.isUse() ? Idx.getUseIndex() : Idx.getDefIndex();
 734     LiveInterval *LI = 0;
 735     for (LiveRangeEdit::iterator I = edit_.begin(), E = edit_.end(); I != E;
 736          ++I) {
 737       LiveInterval *testli = *I;
 738       if (testli->liveAt(Idx)) {
 739         LI = testli;
 740         break;
 741       }
 742     }
 743     DEBUG(dbgs() << "  rewr BB#" << MI->getParent()->getNumber() << '\t'<< Idx);
 744     assert(LI && "No register was live at use");
 745     MO.setReg(LI->reg);
 746     DEBUG(dbgs() << '\t' << *MI);
 747   }
 748 }
 749
 750 void
 751 SplitEditor::addTruncSimpleRange(SlotIndex Start, SlotIndex End, VNInfo *VNI) {
 752   // Build vector of iterator pairs from the intervals.
 753   typedef std::pair<LiveInterval::const_iterator,
 754                     LiveInterval::const_iterator> IIPair;
 755   SmallVector<IIPair, 8> Iters;
 756   for (LiveRangeEdit::iterator LI = edit_.begin(), LE = edit_.end(); LI != LE;
 757        ++LI) {
 758     if (*LI == dupli_.getLI())
 759       continue;
 760     LiveInterval::const_iterator I = (*LI)->find(Start);
 761     LiveInterval::const_iterator E = (*LI)->end();
 762     if (I != E)
 763       Iters.push_back(std::make_pair(I, E));
 764   }
 765
 766   SlotIndex sidx = Start;
 767   // Break [Start;End) into segments that don't overlap any intervals.
 768   for (;;) {
 769     SlotIndex next = sidx, eidx = End;
 770     // Find overlapping intervals.
 771     for (unsigned i = 0; i != Iters.size() && sidx < eidx; ++i) {
 772       LiveInterval::const_iterator I = Iters[i].first;
 773       // Interval I is overlapping [sidx;eidx). Trim sidx.
 774       if (I->start <= sidx) {
 775         sidx = I->end;
 776         // Move to the next run, remove iters when all are consumed.
 777         I = ++Iters[i].first;
 778         if (I == Iters[i].second) {
 779           Iters.erase(Iters.begin() + i);
 780           --i;
 781           continue;
 782         }
 783       }
 784       // Trim eidx too if needed.
 785       if (I->start >= eidx)
 786         continue;
 787       eidx = I->start;
 788       next = I->end;
 789     }
 790     // Now, [sidx;eidx) doesn't overlap anything in intervals_.
 791     if (sidx < eidx)
 792       dupli_.addSimpleRange(sidx, eidx, VNI);
 793     // If the interval end was truncated, we can try again from next.
 794     if (next <= sidx)
 795       break;
 796     sidx = next;
 797   }
 798 }
 799
 800 void SplitEditor::computeRemainder() {
 801   // First we need to fill in the live ranges in dupli.
 802   // If values were redefined, we need a full recoloring with SSA update.
 803   // If values were truncated, we only need to truncate the ranges.
 804   // If values were partially rematted, we should shrink to uses.
 805   // If values were fully rematted, they should be omitted.
 806   // FIXME: If a single value is redefined, just move the def and truncate.
 807   LiveInterval &parent = edit_.getParent();
 808
 809   // Values that are fully contained in the split intervals.
 810   SmallPtrSet<const VNInfo*, 8> deadValues;
 811   // Map all curli values that should have live defs in dupli.
 812   for (LiveInterval::const_vni_iterator I = parent.vni_begin(),
 813        E = parent.vni_end(); I != E; ++I) {
 814     const VNInfo *VNI = *I;
 815     // Original def is contained in the split intervals.
 816     if (intervalsLiveAt(VNI->def)) {
 817       // Did this value escape?
 818       if (dupli_.isMapped(VNI))
 819         truncatedValues.insert(VNI);
 820       else
 821         deadValues.insert(VNI);
 822       continue;
 823     }
 824     // Add minimal live range at the definition.
 825     VNInfo *DVNI = dupli_.defValue(VNI, VNI->def);
 826     dupli_.getLI()->addRange(LiveRange(VNI->def, VNI->def.getNextSlot(), DVNI));
 827   }
 828
 829   // Add all ranges to dupli.
 830   for (LiveInterval::const_iterator I = parent.begin(), E = parent.end();
 831        I != E; ++I) {
 832     const LiveRange &LR = *I;
 833     if (truncatedValues.count(LR.valno)) {
 834       // recolor after removing intervals_.
 835       addTruncSimpleRange(LR.start, LR.end, LR.valno);
 836     } else if (!deadValues.count(LR.valno)) {
 837       // recolor without truncation.
 838       dupli_.addSimpleRange(LR.start, LR.end, LR.valno);
 839     }
 840   }
 841 }
 842
 843 void SplitEditor::finish() {
 844   assert(!openli_.getLI() && "Previous LI not closed before rewrite");
 845   assert(dupli_.getLI() && "No dupli for rewrite. Noop spilt?");
 846
 847   // Complete dupli liveness.
 848   computeRemainder();
 849
 850   // Get rid of unused values and set phi-kill flags.
 851   dupli_.getLI()->RenumberValues(lis_);
 852
 853   // Now check if dupli was separated into multiple connected components.
 854   ConnectedVNInfoEqClasses ConEQ(lis_);
 855   if (unsigned NumComp = ConEQ.Classify(dupli_.getLI())) {
 856     DEBUG(dbgs() << "  Remainder has " << NumComp << " connected components: "
 857                  << *dupli_.getLI() << '\n');
 858     // Did the remainder break up? Create intervals for all the components.
 859     if (NumComp > 1) {
 860       SmallVector<LiveInterval*, 8> dups;
 861       dups.push_back(dupli_.getLI());
 862       for (unsigned i = 1; i != NumComp; ++i)
 863         dups.push_back(&edit_.create(mri_, lis_, vrm_));
 864       ConEQ.Distribute(&dups[0]);
 865       // Rewrite uses to the new regs.
 866       rewrite(dupli_.getLI()->reg);
 867     }
 868   }
 869
 870   // Rewrite instructions.
 871   rewrite(edit_.getReg());
 872
 873   // Calculate spill weight and allocation hints for new intervals.
 874   VirtRegAuxInfo vrai(vrm_.getMachineFunction(), lis_, sa_.loops_);
 875   for (LiveRangeEdit::iterator I = edit_.begin(), E = edit_.end(); I != E; ++I){
 876     LiveInterval &li = **I;
 877     vrai.CalculateRegClass(li.reg);
 878     vrai.CalculateWeightAndHint(li);
 879     DEBUG(dbgs() << "  new interval " << mri_.getRegClass(li.reg)->getName()
 880                  << ":" << li << '\n');
 881   }
 882 }
 883
 884
 885 //===----------------------------------------------------------------------===//
 886 //                               Loop Splitting
 887 //===----------------------------------------------------------------------===//
 888
 889 void SplitEditor::splitAroundLoop(const MachineLoop *Loop) {
 890   SplitAnalysis::LoopBlocks Blocks;
 891   sa_.getLoopBlocks(Loop, Blocks);
 892
 893   DEBUG({
 894     dbgs() << "  splitAroundLoop";
 895     for (SplitAnalysis::BlockPtrSet::iterator I = Blocks.Loop.begin(),
 896          E = Blocks.Loop.end(); I != E; ++I)
 897       dbgs() << " BB#" << (*I)->getNumber();
 898     dbgs() << ", preds:";
 899     for (SplitAnalysis::BlockPtrSet::iterator I = Blocks.Preds.begin(),
 900          E = Blocks.Preds.end(); I != E; ++I)
 901       dbgs() << " BB#" << (*I)->getNumber();
 902     dbgs() << ", exits:";
 903     for (SplitAnalysis::BlockPtrSet::iterator I = Blocks.Exits.begin(),
 904          E = Blocks.Exits.end(); I != E; ++I)
 905       dbgs() << " BB#" << (*I)->getNumber();
 906     dbgs() << '\n';
 907   });
 908
 909   // Break critical edges as needed.
 910   SplitAnalysis::BlockPtrSet CriticalExits;
 911   sa_.getCriticalExits(Blocks, CriticalExits);
 912   assert(CriticalExits.empty() && "Cannot break critical exits yet");
 913
 914   // Create new live interval for the loop.
 915   openIntv();
 916
 917   // Insert copies in the predecessors.
 918   for (SplitAnalysis::BlockPtrSet::iterator I = Blocks.Preds.begin(),
 919        E = Blocks.Preds.end(); I != E; ++I) {
 920     MachineBasicBlock &MBB = const_cast<MachineBasicBlock&>(**I);
 921     enterIntvAtEnd(MBB);
 922   }
 923
 924   // Switch all loop blocks.
 925   for (SplitAnalysis::BlockPtrSet::iterator I = Blocks.Loop.begin(),
 926        E = Blocks.Loop.end(); I != E; ++I)
 927      useIntv(**I);
 928
 929   // Insert back copies in the exit blocks.
 930   for (SplitAnalysis::BlockPtrSet::iterator I = Blocks.Exits.begin(),
 931        E = Blocks.Exits.end(); I != E; ++I) {
 932     MachineBasicBlock &MBB = const_cast<MachineBasicBlock&>(**I);
 933     leaveIntvAtTop(MBB);
 934   }
 935
 936   // Done.
 937   closeIntv();
 938   finish();
 939 }
 940
 941
 942 //===----------------------------------------------------------------------===//
 943 //                            Single Block Splitting
 944 //===----------------------------------------------------------------------===//
 945
 946 /// splitSingleBlocks - Split curli into a separate live interval inside each
 947 /// basic block in Blocks.
 948 void SplitEditor::splitSingleBlocks(const SplitAnalysis::BlockPtrSet &Blocks) {
 949   DEBUG(dbgs() << "  splitSingleBlocks for " << Blocks.size() << " blocks.\n");
 950   // Determine the first and last instruction using curli in each block.
 951   typedef std::pair<SlotIndex,SlotIndex> IndexPair;
 952   typedef DenseMap<const MachineBasicBlock*,IndexPair> IndexPairMap;
 953   IndexPairMap MBBRange;
 954   for (SplitAnalysis::InstrPtrSet::const_iterator I = sa_.usingInstrs_.begin(),
 955        E = sa_.usingInstrs_.end(); I != E; ++I) {
 956     const MachineBasicBlock *MBB = (*I)->getParent();
 957     if (!Blocks.count(MBB))
 958       continue;
 959     SlotIndex Idx = lis_.getInstructionIndex(*I);
 960     DEBUG(dbgs() << "  BB#" << MBB->getNumber() << '\t' << Idx << '\t' << **I);
 961     IndexPair &IP = MBBRange[MBB];
 962     if (!IP.first.isValid() || Idx < IP.first)
 963       IP.first = Idx;
 964     if (!IP.second.isValid() || Idx > IP.second)
 965       IP.second = Idx;
 966   }
 967
 968   // Create a new interval for each block.
 969   for (SplitAnalysis::BlockPtrSet::const_iterator I = Blocks.begin(),
 970        E = Blocks.end(); I != E; ++I) {
 971     IndexPair &IP = MBBRange[*I];
 972     DEBUG(dbgs() << "  splitting for BB#" << (*I)->getNumber() << ": ["
 973                  << IP.first << ';' << IP.second << ")\n");
 974     assert(IP.first.isValid() && IP.second.isValid());
 975
 976     openIntv();
 977     enterIntvBefore(IP.first);
 978     useIntv(IP.first.getBaseIndex(), IP.second.getBoundaryIndex());
 979     leaveIntvAfter(IP.second);
 980     closeIntv();
 981   }
 982   finish();
 983 }
 984
 985
 986 //===----------------------------------------------------------------------===//
 987 //                            Sub Block Splitting
 988 //===----------------------------------------------------------------------===//
 989
 990 /// getBlockForInsideSplit - If curli is contained inside a single basic block,
 991 /// and it wou pay to subdivide the interval inside that block, return it.
 992 /// Otherwise return NULL. The returned block can be passed to
 993 /// SplitEditor::splitInsideBlock.
 994 const MachineBasicBlock *SplitAnalysis::getBlockForInsideSplit() {
 995   // The interval must be exclusive to one block.
 996   if (usingBlocks_.size() != 1)
 997     return 0;
 998   // Don't to this for less than 4 instructions. We want to be sure that
 999   // splitting actually reduces the instruction count per interval.
1000   if (usingInstrs_.size() < 4)
1001     return 0;
1002   return usingBlocks_.begin()->first;
1003 }
1004
1005 /// splitInsideBlock - Split curli into multiple intervals inside MBB.
1006 void SplitEditor::splitInsideBlock(const MachineBasicBlock *MBB) {
1007   SmallVector<SlotIndex, 32> Uses;
1008   Uses.reserve(sa_.usingInstrs_.size());
1009   for (SplitAnalysis::InstrPtrSet::const_iterator I = sa_.usingInstrs_.begin(),
1010        E = sa_.usingInstrs_.end(); I != E; ++I)
1011     if ((*I)->getParent() == MBB)
1012       Uses.push_back(lis_.getInstructionIndex(*I));
1013   DEBUG(dbgs() << "  splitInsideBlock BB#" << MBB->getNumber() << " for "
1014                << Uses.size() << " instructions.\n");
1015   assert(Uses.size() >= 3 && "Need at least 3 instructions");
1016   array_pod_sort(Uses.begin(), Uses.end());
1017
1018   // Simple algorithm: Find the largest gap between uses as determined by slot
1019   // indices. Create new intervals for instructions before the gap and after the
1020   // gap.
1021   unsigned bestPos = 0;
1022   int bestGap = 0;
1023   DEBUG(dbgs() << "    dist (" << Uses[0]);
1024   for (unsigned i = 1, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
1025     int g = Uses[i-1].distance(Uses[i]);
1026     DEBUG(dbgs() << ") -" << g << "- (" << Uses[i]);
1027     if (g > bestGap)
1028       bestPos = i, bestGap = g;
1029   }
1030   DEBUG(dbgs() << "), best: -" << bestGap << "-\n");
1031
1032   // bestPos points to the first use after the best gap.
1033   assert(bestPos > 0 && "Invalid gap");
1034
1035   // FIXME: Don't create intervals for low densities.
1036
1037   // First interval before the gap. Don't create single-instr intervals.
1038   if (bestPos > 1) {
1039     openIntv();
1040     enterIntvBefore(Uses.front());
1041     useIntv(Uses.front().getBaseIndex(), Uses[bestPos-1].getBoundaryIndex());
1042     leaveIntvAfter(Uses[bestPos-1]);
1043     closeIntv();
1044   }
1045
1046   // Second interval after the gap.
1047   if (bestPos < Uses.size()-1) {
1048     openIntv();
1049     enterIntvBefore(Uses[bestPos]);
1050     useIntv(Uses[bestPos].getBaseIndex(), Uses.back().getBoundaryIndex());
1051     leaveIntvAfter(Uses.back());
1052     closeIntv();
1053   }
1054
1055   finish();
1056 }