lib/CodeGen/VirtRegMap.cpp

   1 //===-- llvm/CodeGen/VirtRegMap.cpp - Virtual Register Map ----------------===//
   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 the VirtRegMap class.
  11 //
  12 // It also contains implementations of the the Spiller interface, which, given a
  13 // virtual register map and a machine function, eliminates all virtual
  14 // references by replacing them with physical register references - adding spill
  15 // code as necessary.
  16 //
  17 //===----------------------------------------------------------------------===//
  18
  19 #define DEBUG_TYPE "spiller"
  20 #include "VirtRegMap.h"
  21 #include "llvm/Function.h"
  22 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
  24 #include "llvm/CodeGen/SSARegMap.h"
  25 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  26 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  27 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  28 #include "llvm/Support/Debug.h"
  29 #include "llvm/Support/Compiler.h"
  30 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
  31 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  32 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  33 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
  34 #include <algorithm>
  35 using namespace llvm;
  36
  37 STATISTIC(NumSpills, "Number of register spills");
  38 STATISTIC(NumStores, "Number of stores added");
  39 STATISTIC(NumLoads , "Number of loads added");
  40 STATISTIC(NumReused, "Number of values reused");
  41 STATISTIC(NumDSE   , "Number of dead stores elided");
  42 STATISTIC(NumDCE   , "Number of copies elided");
  43
  44 namespace {
  45   enum SpillerName { simple, local };
  46
  47   static cl::opt<SpillerName>
  48   SpillerOpt("spiller",
  49              cl::desc("Spiller to use: (default: local)"),
  50              cl::Prefix,
  51              cl::values(clEnumVal(simple, "  simple spiller"),
  52                         clEnumVal(local,  "  local spiller"),
  53                         clEnumValEnd),
  54              cl::init(local));
  55 }
  56
  57 //===----------------------------------------------------------------------===//
  58 //  VirtRegMap implementation
  59 //===----------------------------------------------------------------------===//
  60
  61 VirtRegMap::VirtRegMap(MachineFunction &mf)
  62   : TII(*mf.getTarget().getInstrInfo()), MF(mf),
  63     Virt2PhysMap(NO_PHYS_REG), Virt2StackSlotMap(NO_STACK_SLOT) {
  64   grow();
  65 }
  66
  67 void VirtRegMap::grow() {
  68   Virt2PhysMap.grow(MF.getSSARegMap()->getLastVirtReg());
  69   Virt2StackSlotMap.grow(MF.getSSARegMap()->getLastVirtReg());
  70 }
  71
  72 int VirtRegMap::assignVirt2StackSlot(unsigned virtReg) {
  73   assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(virtReg));
  74   assert(Virt2StackSlotMap[virtReg] == NO_STACK_SLOT &&
  75          "attempt to assign stack slot to already spilled register");
  76   const TargetRegisterClass* RC = MF.getSSARegMap()->getRegClass(virtReg);
  77   int frameIndex = MF.getFrameInfo()->CreateStackObject(RC->getSize(),
  78                                                         RC->getAlignment());
  79   Virt2StackSlotMap[virtReg] = frameIndex;
  80   ++NumSpills;
  81   return frameIndex;
  82 }
  83
  84 void VirtRegMap::assignVirt2StackSlot(unsigned virtReg, int frameIndex) {
  85   assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(virtReg));
  86   assert(Virt2StackSlotMap[virtReg] == NO_STACK_SLOT &&
  87          "attempt to assign stack slot to already spilled register");
  88   Virt2StackSlotMap[virtReg] = frameIndex;
  89 }
  90
  91 void VirtRegMap::virtFolded(unsigned VirtReg, MachineInstr *OldMI,
  92                             unsigned OpNo, MachineInstr *NewMI) {
  93   // Move previous memory references folded to new instruction.
  94   MI2VirtMapTy::iterator IP = MI2VirtMap.lower_bound(NewMI);
  95   for (MI2VirtMapTy::iterator I = MI2VirtMap.lower_bound(OldMI),
  96          E = MI2VirtMap.end(); I != E && I->first == OldMI; ) {
  97     MI2VirtMap.insert(IP, std::make_pair(NewMI, I->second));
  98     MI2VirtMap.erase(I++);
  99   }
 100
 101   ModRef MRInfo;
 102   const TargetInstrDescriptor *TID = OldMI->getInstrDescriptor();
 103   if (TID->getOperandConstraint(OpNo, TOI::TIED_TO) != -1 ||
 104       TID->findTiedToSrcOperand(OpNo) != -1) {
 105     // Folded a two-address operand.
 106     MRInfo = isModRef;
 107   } else if (OldMI->getOperand(OpNo).isDef()) {
 108     MRInfo = isMod;
 109   } else {
 110     MRInfo = isRef;
 111   }
 112
 113   // add new memory reference
 114   MI2VirtMap.insert(IP, std::make_pair(NewMI, std::make_pair(VirtReg, MRInfo)));
 115 }
 116
 117 void VirtRegMap::print(std::ostream &OS) const {
 118   const MRegisterInfo* MRI = MF.getTarget().getRegisterInfo();
 119
 120   OS << "********** REGISTER MAP **********\n";
 121   for (unsigned i = MRegisterInfo::FirstVirtualRegister,
 122          e = MF.getSSARegMap()->getLastVirtReg(); i <= e; ++i) {
 123     if (Virt2PhysMap[i] != (unsigned)VirtRegMap::NO_PHYS_REG)
 124       OS << "[reg" << i << " -> " << MRI->getName(Virt2PhysMap[i]) << "]\n";
 125
 126   }
 127
 128   for (unsigned i = MRegisterInfo::FirstVirtualRegister,
 129          e = MF.getSSARegMap()->getLastVirtReg(); i <= e; ++i)
 130     if (Virt2StackSlotMap[i] != VirtRegMap::NO_STACK_SLOT)
 131       OS << "[reg" << i << " -> fi#" << Virt2StackSlotMap[i] << "]\n";
 132   OS << '\n';
 133 }
 134
 135 void VirtRegMap::dump() const {
 136   print(DOUT);
 137 }
 138
 139
 140 //===----------------------------------------------------------------------===//
 141 // Simple Spiller Implementation
 142 //===----------------------------------------------------------------------===//
 143
 144 Spiller::~Spiller() {}
 145
 146 namespace {
 147   struct VISIBILITY_HIDDEN SimpleSpiller : public Spiller {
 148     bool runOnMachineFunction(MachineFunction& mf, VirtRegMap &VRM);
 149   };
 150 }
 151
 152 bool SimpleSpiller::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF, VirtRegMap &VRM) {
 153   DOUT << "********** REWRITE MACHINE CODE **********\n";
 154   DOUT << "********** Function: " << MF.getFunction()->getName() << '\n';
 155   const TargetMachine &TM = MF.getTarget();
 156   const MRegisterInfo &MRI = *TM.getRegisterInfo();
 157   bool *PhysRegsUsed = MF.getUsedPhysregs();
 158
 159   // LoadedRegs - Keep track of which vregs are loaded, so that we only load
 160   // each vreg once (in the case where a spilled vreg is used by multiple
 161   // operands).  This is always smaller than the number of operands to the
 162   // current machine instr, so it should be small.
 163   std::vector<unsigned> LoadedRegs;
 164
 165   for (MachineFunction::iterator MBBI = MF.begin(), E = MF.end();
 166        MBBI != E; ++MBBI) {
 167     DOUT << MBBI->getBasicBlock()->getName() << ":\n";
 168     MachineBasicBlock &MBB = *MBBI;
 169     for (MachineBasicBlock::iterator MII = MBB.begin(),
 170            E = MBB.end(); MII != E; ++MII) {
 171       MachineInstr &MI = *MII;
 172       for (unsigned i = 0, e = MI.getNumOperands(); i != e; ++i) {
 173         MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
 174         if (MO.isRegister() && MO.getReg())
 175           if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg())) {
 176             unsigned VirtReg = MO.getReg();
 177             unsigned PhysReg = VRM.getPhys(VirtReg);
 178             if (VRM.hasStackSlot(VirtReg)) {
 179               int StackSlot = VRM.getStackSlot(VirtReg);
 180               const TargetRegisterClass* RC =
 181                 MF.getSSARegMap()->getRegClass(VirtReg);
 182
 183               if (MO.isUse() &&
 184                   std::find(LoadedRegs.begin(), LoadedRegs.end(), VirtReg)
 185                   == LoadedRegs.end()) {
 186                 MRI.loadRegFromStackSlot(MBB, &MI, PhysReg, StackSlot, RC);
 187                 LoadedRegs.push_back(VirtReg);
 188                 ++NumLoads;
 189                 DOUT << '\t' << *prior(MII);
 190               }
 191
 192               if (MO.isDef()) {
 193                 MRI.storeRegToStackSlot(MBB, next(MII), PhysReg, StackSlot, RC);
 194                 ++NumStores;
 195               }
 196             }
 197             PhysRegsUsed[PhysReg] = true;
 198             MI.getOperand(i).setReg(PhysReg);
 199           } else {
 200             PhysRegsUsed[MO.getReg()] = true;
 201           }
 202       }
 203
 204       DOUT << '\t' << MI;
 205       LoadedRegs.clear();
 206     }
 207   }
 208   return true;
 209 }
 210
 211 //===----------------------------------------------------------------------===//
 212 //  Local Spiller Implementation
 213 //===----------------------------------------------------------------------===//
 214
 215 namespace {
 216   /// LocalSpiller - This spiller does a simple pass over the machine basic
 217   /// block to attempt to keep spills in registers as much as possible for
 218   /// blocks that have low register pressure (the vreg may be spilled due to
 219   /// register pressure in other blocks).
 220   class VISIBILITY_HIDDEN LocalSpiller : public Spiller {
 221     const MRegisterInfo *MRI;
 222     const TargetInstrInfo *TII;
 223   public:
 224     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF, VirtRegMap &VRM) {
 225       MRI = MF.getTarget().getRegisterInfo();
 226       TII = MF.getTarget().getInstrInfo();
 227       DOUT << "\n**** Local spiller rewriting function '"
 228            << MF.getFunction()->getName() << "':\n";
 229
 230       for (MachineFunction::iterator MBB = MF.begin(), E = MF.end();
 231            MBB != E; ++MBB)
 232         RewriteMBB(*MBB, VRM);
 233       return true;
 234     }
 235   private:
 236     void RewriteMBB(MachineBasicBlock &MBB, VirtRegMap &VRM);
 237   };
 238 }
 239
 240 /// AvailableSpills - As the local spiller is scanning and rewriting an MBB from
 241 /// top down, keep track of which spills slots are available in each register.
 242 ///
 243 /// Note that not all physregs are created equal here.  In particular, some
 244 /// physregs are reloads that we are allowed to clobber or ignore at any time.
 245 /// Other physregs are values that the register allocated program is using that
 246 /// we cannot CHANGE, but we can read if we like.  We keep track of this on a
 247 /// per-stack-slot basis as the low bit in the value of the SpillSlotsAvailable
 248 /// entries.  The predicate 'canClobberPhysReg()' checks this bit and
 249 /// addAvailable sets it if.
 250 namespace {
 251 class VISIBILITY_HIDDEN AvailableSpills {
 252   const MRegisterInfo *MRI;
 253   const TargetInstrInfo *TII;
 254
 255   // SpillSlotsAvailable - This map keeps track of all of the spilled virtual
 256   // register values that are still available, due to being loaded or stored to,
 257   // but not invalidated yet.
 258   typedef std::pair<unsigned, MachineInstr*> SSInfo;
 259   std::map<int, SSInfo> SpillSlotsAvailable;
 260
 261   // PhysRegsAvailable - This is the inverse of SpillSlotsAvailable, indicating
 262   // which stack slot values are currently held by a physreg.  This is used to
 263   // invalidate entries in SpillSlotsAvailable when a physreg is modified.
 264   std::multimap<unsigned, int> PhysRegsAvailable;
 265
 266   void disallowClobberPhysRegOnly(unsigned PhysReg);
 267
 268   void ClobberPhysRegOnly(unsigned PhysReg);
 269 public:
 270   AvailableSpills(const MRegisterInfo *mri, const TargetInstrInfo *tii)
 271     : MRI(mri), TII(tii) {
 272   }
 273
 274   const MRegisterInfo *getRegInfo() const { return MRI; }
 275
 276   /// getSpillSlotPhysReg - If the specified stack slot is available in a
 277   /// physical register, return that PhysReg, otherwise return 0. It also
 278   /// returns by reference the instruction that either defines or last uses
 279   /// the register.
 280   unsigned getSpillSlotPhysReg(int Slot, MachineInstr *&SSMI) const {
 281     std::map<int, SSInfo>::const_iterator I = SpillSlotsAvailable.find(Slot);
 282     if (I != SpillSlotsAvailable.end()) {
 283       SSMI = I->second.second;
 284       return I->second.first >> 1;  // Remove the CanClobber bit.
 285     }
 286     return 0;
 287   }
 288
 289   /// addAvailable - Mark that the specified stack slot is available in the
 290   /// specified physreg.  If CanClobber is true, the physreg can be modified at
 291   /// any time without changing the semantics of the program.
 292   void addAvailable(int Slot, MachineInstr *MI, unsigned Reg,
 293                     bool CanClobber = true) {
 294     // If this stack slot is thought to be available in some other physreg,
 295     // remove its record.
 296     ModifyStackSlot(Slot);
 297
 298     PhysRegsAvailable.insert(std::make_pair(Reg, Slot));
 299     SpillSlotsAvailable[Slot] =
 300       std::make_pair((Reg << 1) | (unsigned)CanClobber, MI);
 301
 302     DOUT << "Remembering SS#" << Slot << " in physreg "
 303          << MRI->getName(Reg) << "\n";
 304   }
 305
 306   /// canClobberPhysReg - Return true if the spiller is allowed to change the
 307   /// value of the specified stackslot register if it desires.  The specified
 308   /// stack slot must be available in a physreg for this query to make sense.
 309   bool canClobberPhysReg(int Slot) const {
 310     assert(SpillSlotsAvailable.count(Slot) && "Slot not available!");
 311     return SpillSlotsAvailable.find(Slot)->second.first & 1;
 312   }
 313
 314   /// disallowClobberPhysReg - Unset the CanClobber bit of the specified
 315   /// stackslot register. The register is still available but is no longer
 316   /// allowed to be modifed.
 317   void disallowClobberPhysReg(unsigned PhysReg);
 318
 319   /// ClobberPhysReg - This is called when the specified physreg changes
 320   /// value.  We use this to invalidate any info about stuff we thing lives in
 321   /// it and any of its aliases.
 322   void ClobberPhysReg(unsigned PhysReg);
 323
 324   /// ModifyStackSlot - This method is called when the value in a stack slot
 325   /// changes.  This removes information about which register the previous value
 326   /// for this slot lives in (as the previous value is dead now).
 327   void ModifyStackSlot(int Slot);
 328 };
 329 }
 330
 331 /// disallowClobberPhysRegOnly - Unset the CanClobber bit of the specified
 332 /// stackslot register. The register is still available but is no longer
 333 /// allowed to be modifed.
 334 void AvailableSpills::disallowClobberPhysRegOnly(unsigned PhysReg) {
 335   std::multimap<unsigned, int>::iterator I =
 336     PhysRegsAvailable.lower_bound(PhysReg);
 337   while (I != PhysRegsAvailable.end() && I->first == PhysReg) {
 338     int Slot = I->second;
 339     I++;
 340     assert((SpillSlotsAvailable[Slot].first >> 1) == PhysReg &&
 341            "Bidirectional map mismatch!");
 342     SpillSlotsAvailable[Slot].first &= ~1;
 343     DOUT << "PhysReg " << MRI->getName(PhysReg)
 344          << " copied, it is available for use but can no longer be modified\n";
 345   }
 346 }
 347
 348 /// disallowClobberPhysReg - Unset the CanClobber bit of the specified
 349 /// stackslot register and its aliases. The register and its aliases may
 350 /// still available but is no longer allowed to be modifed.
 351 void AvailableSpills::disallowClobberPhysReg(unsigned PhysReg) {
 352   for (const unsigned *AS = MRI->getAliasSet(PhysReg); *AS; ++AS)
 353     disallowClobberPhysRegOnly(*AS);
 354   disallowClobberPhysRegOnly(PhysReg);
 355 }
 356
 357 /// ClobberPhysRegOnly - This is called when the specified physreg changes
 358 /// value.  We use this to invalidate any info about stuff we thing lives in it.
 359 void AvailableSpills::ClobberPhysRegOnly(unsigned PhysReg) {
 360   std::multimap<unsigned, int>::iterator I =
 361     PhysRegsAvailable.lower_bound(PhysReg);
 362   while (I != PhysRegsAvailable.end() && I->first == PhysReg) {
 363     int Slot = I->second;
 364     PhysRegsAvailable.erase(I++);
 365     assert((SpillSlotsAvailable[Slot].first >> 1) == PhysReg &&
 366            "Bidirectional map mismatch!");
 367     SpillSlotsAvailable.erase(Slot);
 368     DOUT << "PhysReg " << MRI->getName(PhysReg)
 369          << " clobbered, invalidating SS#" << Slot << "\n";
 370   }
 371 }
 372
 373 /// ClobberPhysReg - This is called when the specified physreg changes
 374 /// value.  We use this to invalidate any info about stuff we thing lives in
 375 /// it and any of its aliases.
 376 void AvailableSpills::ClobberPhysReg(unsigned PhysReg) {
 377   for (const unsigned *AS = MRI->getAliasSet(PhysReg); *AS; ++AS)
 378     ClobberPhysRegOnly(*AS);
 379   ClobberPhysRegOnly(PhysReg);
 380 }
 381
 382 /// ModifyStackSlot - This method is called when the value in a stack slot
 383 /// changes.  This removes information about which register the previous value
 384 /// for this slot lives in (as the previous value is dead now).
 385 void AvailableSpills::ModifyStackSlot(int Slot) {
 386   std::map<int, SSInfo>::iterator It = SpillSlotsAvailable.find(Slot);
 387   if (It == SpillSlotsAvailable.end()) return;
 388   unsigned Reg = It->second.first >> 1;
 389   SpillSlotsAvailable.erase(It);
 390
 391   // This register may hold the value of multiple stack slots, only remove this
 392   // stack slot from the set of values the register contains.
 393   std::multimap<unsigned, int>::iterator I = PhysRegsAvailable.lower_bound(Reg);
 394   for (; ; ++I) {
 395     assert(I != PhysRegsAvailable.end() && I->first == Reg &&
 396            "Map inverse broken!");
 397     if (I->second == Slot) break;
 398   }
 399   PhysRegsAvailable.erase(I);
 400 }
 401
 402
 403
 404 // ReusedOp - For each reused operand, we keep track of a bit of information, in
 405 // case we need to rollback upon processing a new operand.  See comments below.
 406 namespace {
 407   struct ReusedOp {
 408     // The MachineInstr operand that reused an available value.
 409     unsigned Operand;
 410
 411     // StackSlot - The spill slot of the value being reused.
 412     unsigned StackSlot;
 413
 414     // PhysRegReused - The physical register the value was available in.
 415     unsigned PhysRegReused;
 416
 417     // AssignedPhysReg - The physreg that was assigned for use by the reload.
 418     unsigned AssignedPhysReg;
 419
 420     // VirtReg - The virtual register itself.
 421     unsigned VirtReg;
 422
 423     ReusedOp(unsigned o, unsigned ss, unsigned prr, unsigned apr,
 424              unsigned vreg)
 425       : Operand(o), StackSlot(ss), PhysRegReused(prr), AssignedPhysReg(apr),
 426       VirtReg(vreg) {}
 427   };
 428
 429   /// ReuseInfo - This maintains a collection of ReuseOp's for each operand that
 430   /// is reused instead of reloaded.
 431   class VISIBILITY_HIDDEN ReuseInfo {
 432     MachineInstr &MI;
 433     std::vector<ReusedOp> Reuses;
 434     BitVector PhysRegsClobbered;
 435   public:
 436     ReuseInfo(MachineInstr &mi, const MRegisterInfo *mri) : MI(mi) {
 437       PhysRegsClobbered.resize(mri->getNumRegs());
 438     }
 439
 440     bool hasReuses() const {
 441       return !Reuses.empty();
 442     }
 443
 444     /// addReuse - If we choose to reuse a virtual register that is already
 445     /// available instead of reloading it, remember that we did so.
 446     void addReuse(unsigned OpNo, unsigned StackSlot,
 447                   unsigned PhysRegReused, unsigned AssignedPhysReg,
 448                   unsigned VirtReg) {
 449       // If the reload is to the assigned register anyway, no undo will be
 450       // required.
 451       if (PhysRegReused == AssignedPhysReg) return;
 452
 453       // Otherwise, remember this.
 454       Reuses.push_back(ReusedOp(OpNo, StackSlot, PhysRegReused,
 455                                 AssignedPhysReg, VirtReg));
 456     }
 457
 458     void markClobbered(unsigned PhysReg) {
 459       PhysRegsClobbered.set(PhysReg);
 460     }
 461
 462     bool isClobbered(unsigned PhysReg) const {
 463       return PhysRegsClobbered.test(PhysReg);
 464     }
 465
 466     /// GetRegForReload - We are about to emit a reload into PhysReg.  If there
 467     /// is some other operand that is using the specified register, either pick
 468     /// a new register to use, or evict the previous reload and use this reg.
 469     unsigned GetRegForReload(unsigned PhysReg, MachineInstr *MI,
 470                              AvailableSpills &Spills,
 471                              std::map<int, MachineInstr*> &MaybeDeadStores,
 472                              SmallSet<unsigned, 8> &Rejected) {
 473       if (Reuses.empty()) return PhysReg;  // This is most often empty.
 474
 475       for (unsigned ro = 0, e = Reuses.size(); ro != e; ++ro) {
 476         ReusedOp &Op = Reuses[ro];
 477         // If we find some other reuse that was supposed to use this register
 478         // exactly for its reload, we can change this reload to use ITS reload
 479         // register. That is, unless its reload register has already been
 480         // considered and subsequently rejected because it has also been reused
 481         // by another operand.
 482         if (Op.PhysRegReused == PhysReg &&
 483             Rejected.count(Op.AssignedPhysReg) == 0) {
 484           // Yup, use the reload register that we didn't use before.
 485           unsigned NewReg = Op.AssignedPhysReg;
 486           Rejected.insert(PhysReg);
 487           return GetRegForReload(NewReg, MI, Spills, MaybeDeadStores, Rejected);
 488         } else {
 489           // Otherwise, we might also have a problem if a previously reused
 490           // value aliases the new register.  If so, codegen the previous reload
 491           // and use this one.
 492           unsigned PRRU = Op.PhysRegReused;
 493           const MRegisterInfo *MRI = Spills.getRegInfo();
 494           if (MRI->areAliases(PRRU, PhysReg)) {
 495             // Okay, we found out that an alias of a reused register
 496             // was used.  This isn't good because it means we have
 497             // to undo a previous reuse.
 498             MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
 499             const TargetRegisterClass *AliasRC =
 500               MBB->getParent()->getSSARegMap()->getRegClass(Op.VirtReg);
 501
 502             // Copy Op out of the vector and remove it, we're going to insert an
 503             // explicit load for it.
 504             ReusedOp NewOp = Op;
 505             Reuses.erase(Reuses.begin()+ro);
 506
 507             // Ok, we're going to try to reload the assigned physreg into the
 508             // slot that we were supposed to in the first place.  However, that
 509             // register could hold a reuse.  Check to see if it conflicts or
 510             // would prefer us to use a different register.
 511             unsigned NewPhysReg = GetRegForReload(NewOp.AssignedPhysReg,
 512                                          MI, Spills, MaybeDeadStores, Rejected);
 513
 514             MRI->loadRegFromStackSlot(*MBB, MI, NewPhysReg,
 515                                       NewOp.StackSlot, AliasRC);
 516             Spills.ClobberPhysReg(NewPhysReg);
 517             Spills.ClobberPhysReg(NewOp.PhysRegReused);
 518
 519             // Any stores to this stack slot are not dead anymore.
 520             MaybeDeadStores.erase(NewOp.StackSlot);
 521
 522             MI->getOperand(NewOp.Operand).setReg(NewPhysReg);
 523
 524             Spills.addAvailable(NewOp.StackSlot, MI, NewPhysReg);
 525             ++NumLoads;
 526             DEBUG(MachineBasicBlock::iterator MII = MI;
 527                   DOUT << '\t' << *prior(MII));
 528
 529             DOUT << "Reuse undone!\n";
 530             --NumReused;
 531
 532             // Finally, PhysReg is now available, go ahead and use it.
 533             return PhysReg;
 534           }
 535         }
 536       }
 537       return PhysReg;
 538     }
 539
 540     /// GetRegForReload - Helper for the above GetRegForReload(). Add a
 541     /// 'Rejected' set to remember which registers have been considered and
 542     /// rejected for the reload. This avoids infinite looping in case like
 543     /// this:
 544     /// t1 := op t2, t3
 545     /// t2 <- assigned r0 for use by the reload but ended up reuse r1
 546     /// t3 <- assigned r1 for use by the reload but ended up reuse r0
 547     /// t1 <- desires r1
 548     ///       sees r1 is taken by t2, tries t2's reload register r0
 549     ///       sees r0 is taken by t3, tries t3's reload register r1
 550     ///       sees r1 is taken by t2, tries t2's reload register r0 ...
 551     unsigned GetRegForReload(unsigned PhysReg, MachineInstr *MI,
 552                              AvailableSpills &Spills,
 553                              std::map<int, MachineInstr*> &MaybeDeadStores) {
 554       SmallSet<unsigned, 8> Rejected;
 555       return GetRegForReload(PhysReg, MI, Spills, MaybeDeadStores, Rejected);
 556     }
 557   };
 558 }
 559
 560
 561 /// rewriteMBB - Keep track of which spills are available even after the
 562 /// register allocator is done with them.  If possible, avoid reloading vregs.
 563 void LocalSpiller::RewriteMBB(MachineBasicBlock &MBB, VirtRegMap &VRM) {
 564
 565   DOUT << MBB.getBasicBlock()->getName() << ":\n";
 566
 567   // Spills - Keep track of which spilled values are available in physregs so
 568   // that we can choose to reuse the physregs instead of emitting reloads.
 569   AvailableSpills Spills(MRI, TII);
 570
 571   // MaybeDeadStores - When we need to write a value back into a stack slot,
 572   // keep track of the inserted store.  If the stack slot value is never read
 573   // (because the value was used from some available register, for example), and
 574   // subsequently stored to, the original store is dead.  This map keeps track
 575   // of inserted stores that are not used.  If we see a subsequent store to the
 576   // same stack slot, the original store is deleted.
 577   std::map<int, MachineInstr*> MaybeDeadStores;
 578
 579   bool *PhysRegsUsed = MBB.getParent()->getUsedPhysregs();
 580
 581   for (MachineBasicBlock::iterator MII = MBB.begin(), E = MBB.end();
 582        MII != E; ) {
 583     MachineInstr &MI = *MII;
 584     MachineBasicBlock::iterator NextMII = MII; ++NextMII;
 585
 586     /// ReusedOperands - Keep track of operand reuse in case we need to undo
 587     /// reuse.
 588     ReuseInfo ReusedOperands(MI, MRI);
 589
 590     // Loop over all of the implicit defs, clearing them from our available
 591     // sets.
 592     const TargetInstrDescriptor *TID = MI.getInstrDescriptor();
 593     const unsigned *ImpDef = TID->ImplicitDefs;
 594     if (ImpDef) {
 595       for ( ; *ImpDef; ++ImpDef) {
 596         PhysRegsUsed[*ImpDef] = true;
 597         ReusedOperands.markClobbered(*ImpDef);
 598         Spills.ClobberPhysReg(*ImpDef);
 599       }
 600     }
 601
 602     // Process all of the spilled uses and all non spilled reg references.
 603     for (unsigned i = 0, e = MI.getNumOperands(); i != e; ++i) {
 604       MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
 605       if (!MO.isRegister() || MO.getReg() == 0)
 606         continue;   // Ignore non-register operands.
 607
 608       if (MRegisterInfo::isPhysicalRegister(MO.getReg())) {
 609         // Ignore physregs for spilling, but remember that it is used by this
 610         // function.
 611         PhysRegsUsed[MO.getReg()] = true;
 612         ReusedOperands.markClobbered(MO.getReg());
 613         continue;
 614       }
 615
 616       assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg()) &&
 617              "Not a virtual or a physical register?");
 618
 619       unsigned VirtReg = MO.getReg();
 620       if (!VRM.hasStackSlot(VirtReg)) {
 621         // This virtual register was assigned a physreg!
 622         unsigned Phys = VRM.getPhys(VirtReg);
 623         PhysRegsUsed[Phys] = true;
 624         if (MO.isDef())
 625           ReusedOperands.markClobbered(Phys);
 626         MI.getOperand(i).setReg(Phys);
 627         continue;
 628       }
 629
 630       // This virtual register is now known to be a spilled value.
 631       if (!MO.isUse())
 632         continue;  // Handle defs in the loop below (handle use&def here though)
 633
 634       int StackSlot = VRM.getStackSlot(VirtReg);
 635       unsigned PhysReg;
 636
 637       // Check to see if this stack slot is available.
 638       MachineInstr *SSMI = NULL;
 639       if ((PhysReg = Spills.getSpillSlotPhysReg(StackSlot, SSMI))) {
 640         // This spilled operand might be part of a two-address operand.  If this
 641         // is the case, then changing it will necessarily require changing the
 642         // def part of the instruction as well.  However, in some cases, we
 643         // aren't allowed to modify the reused register.  If none of these cases
 644         // apply, reuse it.
 645         bool CanReuse = true;
 646         int ti = TID->getOperandConstraint(i, TOI::TIED_TO);
 647         if (ti != -1 &&
 648             MI.getOperand(ti).isReg() &&
 649             MI.getOperand(ti).getReg() == VirtReg) {
 650           // Okay, we have a two address operand.  We can reuse this physreg as
 651           // long as we are allowed to clobber the value and there isn't an
 652           // earlier def that has already clobbered the physreg.
 653           CanReuse = Spills.canClobberPhysReg(StackSlot) &&
 654             !ReusedOperands.isClobbered(PhysReg);
 655         }
 656
 657         if (CanReuse) {
 658           // If this stack slot value is already available, reuse it!
 659           DOUT << "Reusing SS#" << StackSlot << " from physreg "
 660                << MRI->getName(PhysReg) << " for vreg"
 661                << VirtReg <<" instead of reloading into physreg "
 662                << MRI->getName(VRM.getPhys(VirtReg)) << "\n";
 663           MI.getOperand(i).setReg(PhysReg);
 664
 665           // Extend the live range of the MI that last kill the register if
 666           // necessary.
 667           MachineOperand *MOK = SSMI->findRegisterUseOperand(PhysReg, true);
 668           if (MOK)
 669             MOK->unsetIsKill();
 670
 671           // The only technical detail we have is that we don't know that
 672           // PhysReg won't be clobbered by a reloaded stack slot that occurs
 673           // later in the instruction.  In particular, consider 'op V1, V2'.
 674           // If V1 is available in physreg R0, we would choose to reuse it
 675           // here, instead of reloading it into the register the allocator
 676           // indicated (say R1).  However, V2 might have to be reloaded
 677           // later, and it might indicate that it needs to live in R0.  When
 678           // this occurs, we need to have information available that
 679           // indicates it is safe to use R1 for the reload instead of R0.
 680           //
 681           // To further complicate matters, we might conflict with an alias,
 682           // or R0 and R1 might not be compatible with each other.  In this
 683           // case, we actually insert a reload for V1 in R1, ensuring that
 684           // we can get at R0 or its alias.
 685           ReusedOperands.addReuse(i, StackSlot, PhysReg,
 686                                   VRM.getPhys(VirtReg), VirtReg);
 687           if (ti != -1)
 688             // Only mark it clobbered if this is a use&def operand.
 689             ReusedOperands.markClobbered(PhysReg);
 690           ++NumReused;
 691           continue;
 692         }
 693
 694         // Otherwise we have a situation where we have a two-address instruction
 695         // whose mod/ref operand needs to be reloaded.  This reload is already
 696         // available in some register "PhysReg", but if we used PhysReg as the
 697         // operand to our 2-addr instruction, the instruction would modify
 698         // PhysReg.  This isn't cool if something later uses PhysReg and expects
 699         // to get its initial value.
 700         //
 701         // To avoid this problem, and to avoid doing a load right after a store,
 702         // we emit a copy from PhysReg into the designated register for this
 703         // operand.
 704         unsigned DesignatedReg = VRM.getPhys(VirtReg);
 705         assert(DesignatedReg && "Must map virtreg to physreg!");
 706
 707         // Note that, if we reused a register for a previous operand, the
 708         // register we want to reload into might not actually be
 709         // available.  If this occurs, use the register indicated by the
 710         // reuser.
 711         if (ReusedOperands.hasReuses())
 712           DesignatedReg = ReusedOperands.GetRegForReload(DesignatedReg, &MI,
 713                                                       Spills, MaybeDeadStores);
 714
 715         // If the mapped designated register is actually the physreg we have
 716         // incoming, we don't need to inserted a dead copy.
 717         if (DesignatedReg == PhysReg) {
 718           // If this stack slot value is already available, reuse it!
 719           DOUT << "Reusing SS#" << StackSlot << " from physreg "
 720                << MRI->getName(PhysReg) << " for vreg"
 721                << VirtReg
 722                << " instead of reloading into same physreg.\n";
 723           MI.getOperand(i).setReg(PhysReg);
 724           ReusedOperands.markClobbered(PhysReg);
 725           ++NumReused;
 726           continue;
 727         }
 728
 729         const TargetRegisterClass* RC =
 730           MBB.getParent()->getSSARegMap()->getRegClass(VirtReg);
 731
 732         PhysRegsUsed[DesignatedReg] = true;
 733         ReusedOperands.markClobbered(DesignatedReg);
 734         MRI->copyRegToReg(MBB, &MI, DesignatedReg, PhysReg, RC);
 735
 736         // This invalidates DesignatedReg.
 737         Spills.ClobberPhysReg(DesignatedReg);
 738
 739         Spills.addAvailable(StackSlot, &MI, DesignatedReg);
 740         MI.getOperand(i).setReg(DesignatedReg);
 741         DOUT << '\t' << *prior(MII);
 742         ++NumReused;
 743         continue;
 744       }
 745
 746       // Otherwise, reload it and remember that we have it.
 747       PhysReg = VRM.getPhys(VirtReg);
 748       assert(PhysReg && "Must map virtreg to physreg!");
 749       const TargetRegisterClass* RC =
 750         MBB.getParent()->getSSARegMap()->getRegClass(VirtReg);
 751
 752       // Note that, if we reused a register for a previous operand, the
 753       // register we want to reload into might not actually be
 754       // available.  If this occurs, use the register indicated by the
 755       // reuser.
 756       if (ReusedOperands.hasReuses())
 757         PhysReg = ReusedOperands.GetRegForReload(PhysReg, &MI,
 758                                                  Spills, MaybeDeadStores);
 759
 760       PhysRegsUsed[PhysReg] = true;
 761       ReusedOperands.markClobbered(PhysReg);
 762       MRI->loadRegFromStackSlot(MBB, &MI, PhysReg, StackSlot, RC);
 763       // This invalidates PhysReg.
 764       Spills.ClobberPhysReg(PhysReg);
 765
 766       // Any stores to this stack slot are not dead anymore.
 767       MaybeDeadStores.erase(StackSlot);
 768       Spills.addAvailable(StackSlot, &MI, PhysReg);
 769       ++NumLoads;
 770       MI.getOperand(i).setReg(PhysReg);
 771       DOUT << '\t' << *prior(MII);
 772     }
 773
 774     DOUT << '\t' << MI;
 775
 776     // If we have folded references to memory operands, make sure we clear all
 777     // physical registers that may contain the value of the spilled virtual
 778     // register
 779     VirtRegMap::MI2VirtMapTy::const_iterator I, End;
 780     for (tie(I, End) = VRM.getFoldedVirts(&MI); I != End; ++I) {
 781       DOUT << "Folded vreg: " << I->second.first << "  MR: "
 782            << I->second.second;
 783       unsigned VirtReg = I->second.first;
 784       VirtRegMap::ModRef MR = I->second.second;
 785       if (!VRM.hasStackSlot(VirtReg)) {
 786         DOUT << ": No stack slot!\n";
 787         continue;
 788       }
 789       int SS = VRM.getStackSlot(VirtReg);
 790       DOUT << " - StackSlot: " << SS << "\n";
 791
 792       // If this folded instruction is just a use, check to see if it's a
 793       // straight load from the virt reg slot.
 794       if ((MR & VirtRegMap::isRef) && !(MR & VirtRegMap::isMod)) {
 795         int FrameIdx;
 796         if (unsigned DestReg = TII->isLoadFromStackSlot(&MI, FrameIdx)) {
 797           if (FrameIdx == SS) {
 798             // If this spill slot is available, turn it into a copy (or nothing)
 799             // instead of leaving it as a load!
 800             MachineInstr *Dummy = NULL;
 801             if (unsigned InReg = Spills.getSpillSlotPhysReg(SS, Dummy)) {
 802               DOUT << "Promoted Load To Copy: " << MI;
 803               MachineFunction &MF = *MBB.getParent();
 804               if (DestReg != InReg) {
 805                 MRI->copyRegToReg(MBB, &MI, DestReg, InReg,
 806                                   MF.getSSARegMap()->getRegClass(VirtReg));
 807                 // Revisit the copy so we make sure to notice the effects of the
 808                 // operation on the destreg (either needing to RA it if it's
 809                 // virtual or needing to clobber any values if it's physical).
 810                 NextMII = &MI;
 811                 --NextMII;  // backtrack to the copy.
 812               }
 813               VRM.RemoveFromFoldedVirtMap(&MI);
 814               MBB.erase(&MI);
 815               goto ProcessNextInst;
 816             }
 817           }
 818         }
 819       }
 820
 821       // If this reference is not a use, any previous store is now dead.
 822       // Otherwise, the store to this stack slot is not dead anymore.
 823       std::map<int, MachineInstr*>::iterator MDSI = MaybeDeadStores.find(SS);
 824       if (MDSI != MaybeDeadStores.end()) {
 825         if (MR & VirtRegMap::isRef)   // Previous store is not dead.
 826           MaybeDeadStores.erase(MDSI);
 827         else {
 828           // If we get here, the store is dead, nuke it now.
 829           assert(VirtRegMap::isMod && "Can't be modref!");
 830           DOUT << "Removed dead store:\t" << *MDSI->second;
 831           MBB.erase(MDSI->second);
 832           VRM.RemoveFromFoldedVirtMap(MDSI->second);
 833           MaybeDeadStores.erase(MDSI);
 834           ++NumDSE;
 835         }
 836       }
 837
 838       // If the spill slot value is available, and this is a new definition of
 839       // the value, the value is not available anymore.
 840       if (MR & VirtRegMap::isMod) {
 841         // Notice that the value in this stack slot has been modified.
 842         Spills.ModifyStackSlot(SS);
 843
 844         // If this is *just* a mod of the value, check to see if this is just a
 845         // store to the spill slot (i.e. the spill got merged into the copy). If
 846         // so, realize that the vreg is available now, and add the store to the
 847         // MaybeDeadStore info.
 848         int StackSlot;
 849         if (!(MR & VirtRegMap::isRef)) {
 850           if (unsigned SrcReg = TII->isStoreToStackSlot(&MI, StackSlot)) {
 851             assert(MRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg) &&
 852                    "Src hasn't been allocated yet?");
 853             // Okay, this is certainly a store of SrcReg to [StackSlot].  Mark
 854             // this as a potentially dead store in case there is a subsequent
 855             // store into the stack slot without a read from it.
 856             MaybeDeadStores[StackSlot] = &MI;
 857
 858             // If the stack slot value was previously available in some other
 859             // register, change it now.  Otherwise, make the register available,
 860             // in PhysReg.
 861             Spills.addAvailable(StackSlot, &MI, SrcReg, false/*don't clobber*/);
 862           }
 863         }
 864       }
 865     }
 866
 867     // Process all of the spilled defs.
 868     for (unsigned i = 0, e = MI.getNumOperands(); i != e; ++i) {
 869       MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
 870       if (MO.isRegister() && MO.getReg() && MO.isDef()) {
 871         unsigned VirtReg = MO.getReg();
 872
 873         if (!MRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg)) {
 874           // Check to see if this is a noop copy.  If so, eliminate the
 875           // instruction before considering the dest reg to be changed.
 876           unsigned Src, Dst;
 877           if (TII->isMoveInstr(MI, Src, Dst) && Src == Dst) {
 878             ++NumDCE;
 879             DOUT << "Removing now-noop copy: " << MI;
 880             MBB.erase(&MI);
 881             VRM.RemoveFromFoldedVirtMap(&MI);
 882             Spills.disallowClobberPhysReg(VirtReg);
 883             goto ProcessNextInst;
 884           }
 885
 886           // If it's not a no-op copy, it clobbers the value in the destreg.
 887           Spills.ClobberPhysReg(VirtReg);
 888           ReusedOperands.markClobbered(VirtReg);
 889
 890           // Check to see if this instruction is a load from a stack slot into
 891           // a register.  If so, this provides the stack slot value in the reg.
 892           int FrameIdx;
 893           if (unsigned DestReg = TII->isLoadFromStackSlot(&MI, FrameIdx)) {
 894             assert(DestReg == VirtReg && "Unknown load situation!");
 895
 896             // Otherwise, if it wasn't available, remember that it is now!
 897             Spills.addAvailable(FrameIdx, &MI, DestReg);
 898             goto ProcessNextInst;
 899           }
 900
 901           continue;
 902         }
 903
 904         // The only vregs left are stack slot definitions.
 905         int StackSlot = VRM.getStackSlot(VirtReg);
 906         const TargetRegisterClass *RC =
 907           MBB.getParent()->getSSARegMap()->getRegClass(VirtReg);
 908
 909         // If this def is part of a two-address operand, make sure to execute
 910         // the store from the correct physical register.
 911         unsigned PhysReg;
 912         int TiedOp = MI.getInstrDescriptor()->findTiedToSrcOperand(i);
 913         if (TiedOp != -1)
 914           PhysReg = MI.getOperand(TiedOp).getReg();
 915         else {
 916           PhysReg = VRM.getPhys(VirtReg);
 917           if (ReusedOperands.isClobbered(PhysReg)) {
 918             // Another def has taken the assigned physreg. It must have been a
 919             // use&def which got it due to reuse. Undo the reuse!
 920             PhysReg = ReusedOperands.GetRegForReload(PhysReg, &MI,
 921                                                      Spills, MaybeDeadStores);
 922           }
 923         }
 924
 925         PhysRegsUsed[PhysReg] = true;
 926         ReusedOperands.markClobbered(PhysReg);
 927         MRI->storeRegToStackSlot(MBB, next(MII), PhysReg, StackSlot, RC);
 928         DOUT << "Store:\t" << *next(MII);
 929         MI.getOperand(i).setReg(PhysReg);
 930
 931         // If there is a dead store to this stack slot, nuke it now.
 932         MachineInstr *&LastStore = MaybeDeadStores[StackSlot];
 933         if (LastStore) {
 934           DOUT << "Removed dead store:\t" << *LastStore;
 935           ++NumDSE;
 936           MBB.erase(LastStore);
 937           VRM.RemoveFromFoldedVirtMap(LastStore);
 938         }
 939         LastStore = next(MII);
 940
 941         // If the stack slot value was previously available in some other
 942         // register, change it now.  Otherwise, make the register available,
 943         // in PhysReg.
 944         Spills.ModifyStackSlot(StackSlot);
 945         Spills.ClobberPhysReg(PhysReg);
 946         Spills.addAvailable(StackSlot, LastStore, PhysReg);
 947         ++NumStores;
 948
 949         // Check to see if this is a noop copy.  If so, eliminate the
 950         // instruction before considering the dest reg to be changed.
 951         {
 952           unsigned Src, Dst;
 953           if (TII->isMoveInstr(MI, Src, Dst) && Src == Dst) {
 954             ++NumDCE;
 955             DOUT << "Removing now-noop copy: " << MI;
 956             MBB.erase(&MI);
 957             VRM.RemoveFromFoldedVirtMap(&MI);
 958             goto ProcessNextInst;
 959           }
 960         }
 961       }
 962     }
 963   ProcessNextInst:
 964     MII = NextMII;
 965   }
 966 }
 967
 968
 969
 970 llvm::Spiller* llvm::createSpiller() {
 971   switch (SpillerOpt) {
 972   default: assert(0 && "Unreachable!");
 973   case local:
 974     return new LocalSpiller();
 975   case simple:
 976     return new SimpleSpiller();
 977   }
 978 }