Derive MDNode from MetadataBase instead of Constant. Emit MDNodes into METADATA_BLOCK...
[oota-llvm.git] / include / llvm / CodeGen / LiveIntervalAnalysis.h
index bf0a8295d5fad0f8a1222609d69194a09740abdc..32bf67b8cc0893097f9a0f68595c2d950766fa05 100644 (file)
@@ -2,15 +2,15 @@
 //
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
-// This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
-// the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
+// This file is distributed under the University of Illinois Open Source
+// License. See LICENSE.TXT for details.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
 // This file implements the LiveInterval analysis pass.  Given some numbering of
 // each the machine instructions (in this implemention depth-first order) an
 // interval [i, j) is said to be a live interval for register v if there is no
-// instruction with number j' > j such that v is live at j' abd there is no
+// instruction with number j' > j such that v is live at j' and there is no
 // instruction with number i' < i such that v is live at i'. In this
 // implementation intervals can have holes, i.e. an interval might look like
 // [1,20), [50,65), [1000,1001).
 #include "llvm/CodeGen/LiveInterval.h"
 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
-#include "llvm/ADT/IndexedMap.h"
 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
 #include "llvm/Support/Allocator.h"
+#include <cmath>
 
 namespace llvm {
 
+  class AliasAnalysis;
   class LiveVariables;
-  class MRegisterInfo;
+  class MachineLoopInfo;
+  class TargetRegisterInfo;
+  class MachineRegisterInfo;
   class TargetInstrInfo;
   class TargetRegisterClass;
   class VirtRegMap;
+  typedef std::pair<unsigned, MachineBasicBlock*> IdxMBBPair;
 
+  inline bool operator<(unsigned V, const IdxMBBPair &IM) {
+    return V < IM.first;
+  }
+
+  inline bool operator<(const IdxMBBPair &IM, unsigned V) {
+    return IM.first < V;
+  }
+
+  struct Idx2MBBCompare {
+    bool operator()(const IdxMBBPair &LHS, const IdxMBBPair &RHS) const {
+      return LHS.first < RHS.first;
+    }
+  };
+  
   class LiveIntervals : public MachineFunctionPass {
     MachineFunction* mf_;
+    MachineRegisterInfo* mri_;
     const TargetMachine* tm_;
-    const MRegisterInfo* mri_;
+    const TargetRegisterInfo* tri_;
     const TargetInstrInfo* tii_;
+    AliasAnalysis *aa_;
     LiveVariables* lv_;
 
     /// Special pool allocator for VNInfo's (LiveInterval val#).
@@ -52,32 +72,33 @@ namespace llvm {
     /// specified basic block.
     std::vector<std::pair<unsigned, unsigned> > MBB2IdxMap;
 
-    typedef std::map<MachineInstr*, unsigned> Mi2IndexMap;
+    /// Idx2MBBMap - Sorted list of pairs of index of first instruction
+    /// and MBB id.
+    std::vector<IdxMBBPair> Idx2MBBMap;
+
+    /// FunctionSize - The number of instructions present in the function
+    uint64_t FunctionSize;
+
+    typedef DenseMap<const MachineInstr*, unsigned> Mi2IndexMap;
     Mi2IndexMap mi2iMap_;
 
     typedef std::vector<MachineInstr*> Index2MiMap;
     Index2MiMap i2miMap_;
 
-    typedef std::map<unsigned, LiveInterval> Reg2IntervalMap;
+    typedef DenseMap<unsigned, LiveInterval*> Reg2IntervalMap;
     Reg2IntervalMap r2iMap_;
 
+    DenseMap<MachineBasicBlock*, unsigned> terminatorGaps;
+
     BitVector allocatableRegs_;
 
     std::vector<MachineInstr*> ClonedMIs;
 
+    typedef LiveInterval::InstrSlots InstrSlots;
+
   public:
     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
-    LiveIntervals() : MachineFunctionPass((intptr_t)&ID) {}
-
-    struct InstrSlots {
-      enum {
-        LOAD  = 0,
-        USE   = 1,
-        DEF   = 2,
-        STORE = 3,
-        NUM   = 4
-      };
-    };
+    LiveIntervals() : MachineFunctionPass(&ID) {}
 
     static unsigned getBaseIndex(unsigned index) {
       return index - (index % InstrSlots::NUM);
@@ -98,24 +119,28 @@ namespace llvm {
       return getBaseIndex(index) + InstrSlots::STORE;
     }
 
+    static float getSpillWeight(bool isDef, bool isUse, unsigned loopDepth) {
+      return (isDef + isUse) * powf(10.0F, (float)loopDepth);
+    }
+
     typedef Reg2IntervalMap::iterator iterator;
     typedef Reg2IntervalMap::const_iterator const_iterator;
     const_iterator begin() const { return r2iMap_.begin(); }
     const_iterator end() const { return r2iMap_.end(); }
     iterator begin() { return r2iMap_.begin(); }
     iterator end() { return r2iMap_.end(); }
-    unsigned getNumIntervals() const { return r2iMap_.size(); }
+    unsigned getNumIntervals() const { return (unsigned)r2iMap_.size(); }
 
     LiveInterval &getInterval(unsigned reg) {
       Reg2IntervalMap::iterator I = r2iMap_.find(reg);
       assert(I != r2iMap_.end() && "Interval does not exist for register");
-      return I->second;
+      return *I->second;
     }
 
     const LiveInterval &getInterval(unsigned reg) const {
       Reg2IntervalMap::const_iterator I = r2iMap_.find(reg);
       assert(I != r2iMap_.end() && "Interval does not exist for register");
-      return I->second;
+      return *I->second;
     }
 
     bool hasInterval(unsigned reg) const {
@@ -142,8 +167,38 @@ namespace llvm {
       return MBB2IdxMap[MBBNo].second;
     }
 
+    /// getScaledIntervalSize - get the size of an interval in "units,"
+    /// where every function is composed of one thousand units.  This
+    /// measure scales properly with empty index slots in the function.
+    double getScaledIntervalSize(LiveInterval& I) {
+      return (1000.0 / InstrSlots::NUM * I.getSize()) / i2miMap_.size();
+    }
+    
+    /// getApproximateInstructionCount - computes an estimate of the number
+    /// of instructions in a given LiveInterval.
+    unsigned getApproximateInstructionCount(LiveInterval& I) {
+      double IntervalPercentage = getScaledIntervalSize(I) / 1000.0;
+      return (unsigned)(IntervalPercentage * FunctionSize);
+    }
+
+    /// getMBBFromIndex - given an index in any instruction of an
+    /// MBB return a pointer the MBB
+    MachineBasicBlock* getMBBFromIndex(unsigned index) const {
+      std::vector<IdxMBBPair>::const_iterator I =
+        std::lower_bound(Idx2MBBMap.begin(), Idx2MBBMap.end(), index);
+      // Take the pair containing the index
+      std::vector<IdxMBBPair>::const_iterator J =
+        ((I != Idx2MBBMap.end() && I->first > index) ||
+         (I == Idx2MBBMap.end() && Idx2MBBMap.size()>0)) ? (I-1): I;
+
+      assert(J != Idx2MBBMap.end() && J->first < index+1 &&
+             index <= getMBBEndIdx(J->second) &&
+             "index does not correspond to an MBB");
+      return J->second;
+    }
+
     /// getInstructionIndex - returns the base index of instr
-    unsigned getInstructionIndex(MachineInstr* instr) const {
+    unsigned getInstructionIndex(const MachineInstr* instr) const {
       Mi2IndexMap::const_iterator it = mi2iMap_.find(instr);
       assert(it != mi2iMap_.end() && "Invalid instruction!");
       return it->second;
@@ -158,27 +213,97 @@ namespace llvm {
       return i2miMap_[index];
     }
 
+    /// hasGapBeforeInstr - Return true if the previous instruction slot,
+    /// i.e. Index - InstrSlots::NUM, is not occupied.
+    bool hasGapBeforeInstr(unsigned Index) {
+      Index = getBaseIndex(Index - InstrSlots::NUM);
+      return getInstructionFromIndex(Index) == 0;
+    }
+
+    /// hasGapAfterInstr - Return true if the successive instruction slot,
+    /// i.e. Index + InstrSlots::Num, is not occupied.
+    bool hasGapAfterInstr(unsigned Index) {
+      Index = getBaseIndex(Index + InstrSlots::NUM);
+      return getInstructionFromIndex(Index) == 0;
+    }
+
+    /// findGapBeforeInstr - Find an empty instruction slot before the
+    /// specified index. If "Furthest" is true, find one that's furthest
+    /// away from the index (but before any index that's occupied).
+    unsigned findGapBeforeInstr(unsigned Index, bool Furthest = false) {
+      Index = getBaseIndex(Index - InstrSlots::NUM);
+      if (getInstructionFromIndex(Index))
+        return 0;  // No gap!
+      if (!Furthest)
+        return Index;
+      unsigned PrevIndex = getBaseIndex(Index - InstrSlots::NUM);
+      while (getInstructionFromIndex(Index)) {
+        Index = PrevIndex;
+        PrevIndex = getBaseIndex(Index - InstrSlots::NUM);
+      }
+      return Index;
+    }
+
+    /// InsertMachineInstrInMaps - Insert the specified machine instruction
+    /// into the instruction index map at the given index.
+    void InsertMachineInstrInMaps(MachineInstr *MI, unsigned Index) {
+      i2miMap_[Index / InstrSlots::NUM] = MI;
+      Mi2IndexMap::iterator it = mi2iMap_.find(MI);
+      assert(it == mi2iMap_.end() && "Already in map!");
+      mi2iMap_[MI] = Index;
+    }
+
+    /// conflictsWithPhysRegDef - Returns true if the specified register
+    /// is defined during the duration of the specified interval.
+    bool conflictsWithPhysRegDef(const LiveInterval &li, VirtRegMap &vrm,
+                                 unsigned reg);
+
+    /// conflictsWithPhysRegRef - Similar to conflictsWithPhysRegRef except
+    /// it can check use as well.
+    bool conflictsWithPhysRegRef(LiveInterval &li, unsigned Reg,
+                                 bool CheckUse,
+                                 SmallPtrSet<MachineInstr*,32> &JoinedCopies);
+
+    /// findLiveInMBBs - Given a live range, if the value of the range
+    /// is live in any MBB returns true as well as the list of basic blocks
+    /// in which the value is live.
+    bool findLiveInMBBs(unsigned Start, unsigned End,
+                        SmallVectorImpl<MachineBasicBlock*> &MBBs) const;
+
+    /// findReachableMBBs - Return a list MBB that can be reached via any
+    /// branch or fallthroughs. Return true if the list is not empty.
+    bool findReachableMBBs(unsigned Start, unsigned End,
+                        SmallVectorImpl<MachineBasicBlock*> &MBBs) const;
+
     // Interval creation
 
     LiveInterval &getOrCreateInterval(unsigned reg) {
       Reg2IntervalMap::iterator I = r2iMap_.find(reg);
       if (I == r2iMap_.end())
-        I = r2iMap_.insert(I, std::make_pair(reg, createInterval(reg)));
-      return I->second;
+        I = r2iMap_.insert(std::make_pair(reg, createInterval(reg))).first;
+      return *I->second;
     }
 
-    std::vector<LiveInterval*> addIntervalsForSpills(const LiveInterval& i,
-                                                 VirtRegMap& vrm, unsigned reg);
+    /// dupInterval - Duplicate a live interval. The caller is responsible for
+    /// managing the allocated memory.
+    LiveInterval *dupInterval(LiveInterval *li);
+    
+    /// addLiveRangeToEndOfBlock - Given a register and an instruction,
+    /// adds a live range from that instruction to the end of its MBB.
+    LiveRange addLiveRangeToEndOfBlock(unsigned reg,
+                                        MachineInstr* startInst);
 
     // Interval removal
 
     void removeInterval(unsigned Reg) {
-      r2iMap_.erase(Reg);
+      DenseMap<unsigned, LiveInterval*>::iterator I = r2iMap_.find(Reg);
+      delete I->second;
+      r2iMap_.erase(I);
     }
 
-    /// isRemoved - returns true if the specified machine instr has been
-    /// removed.
-    bool isRemoved(MachineInstr* instr) const {
+    /// isNotInMIMap - returns true if the specified machine instr has been
+    /// removed or was never entered in the map.
+    bool isNotInMIMap(MachineInstr* instr) const {
       return !mi2iMap_.count(instr);
     }
 
@@ -194,8 +319,26 @@ namespace llvm {
       }
     }
 
+    /// ReplaceMachineInstrInMaps - Replacing a machine instr with a new one in
+    /// maps used by register allocator.
+    void ReplaceMachineInstrInMaps(MachineInstr *MI, MachineInstr *NewMI) {
+      Mi2IndexMap::iterator mi2i = mi2iMap_.find(MI);
+      if (mi2i == mi2iMap_.end())
+        return;
+      i2miMap_[mi2i->second/InstrSlots::NUM] = NewMI;
+      Mi2IndexMap::iterator it = mi2iMap_.find(MI);
+      assert(it != mi2iMap_.end() && "Invalid instruction!");
+      unsigned Index = it->second;
+      mi2iMap_.erase(it);
+      mi2iMap_[NewMI] = Index;
+    }
+
     BumpPtrAllocator& getVNInfoAllocator() { return VNInfoAllocator; }
 
+    /// getVNInfoSourceReg - Helper function that parses the specified VNInfo
+    /// copy field and returns the source register that defines it.
+    unsigned getVNInfoSourceReg(const VNInfo *VNI) const;
+
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
     virtual void releaseMemory();
 
@@ -208,6 +351,62 @@ namespace llvm {
       if (O) print(*O, M);
     }
 
+    /// addIntervalsForSpills - Create new intervals for spilled defs / uses of
+    /// the given interval. FIXME: It also returns the weight of the spill slot
+    /// (if any is created) by reference. This is temporary.
+    std::vector<LiveInterval*>
+    addIntervalsForSpills(const LiveInterval& i,
+                          SmallVectorImpl<LiveInterval*> &SpillIs,
+                          const MachineLoopInfo *loopInfo, VirtRegMap& vrm);
+    
+    /// addIntervalsForSpillsFast - Quickly create new intervals for spilled
+    /// defs / uses without remat or splitting.
+    std::vector<LiveInterval*>
+    addIntervalsForSpillsFast(const LiveInterval &li,
+                              const MachineLoopInfo *loopInfo, VirtRegMap &vrm);
+
+    /// spillPhysRegAroundRegDefsUses - Spill the specified physical register
+    /// around all defs and uses of the specified interval. Return true if it
+    /// was able to cut its interval.
+    bool spillPhysRegAroundRegDefsUses(const LiveInterval &li,
+                                       unsigned PhysReg, VirtRegMap &vrm);
+
+    /// isReMaterializable - Returns true if every definition of MI of every
+    /// val# of the specified interval is re-materializable. Also returns true
+    /// by reference if all of the defs are load instructions.
+    bool isReMaterializable(const LiveInterval &li,
+                            SmallVectorImpl<LiveInterval*> &SpillIs,
+                            bool &isLoad);
+
+    /// isReMaterializable - Returns true if the definition MI of the specified
+    /// val# of the specified interval is re-materializable.
+    bool isReMaterializable(const LiveInterval &li, const VNInfo *ValNo,
+                            MachineInstr *MI);
+
+    /// getRepresentativeReg - Find the largest super register of the specified
+    /// physical register.
+    unsigned getRepresentativeReg(unsigned Reg) const;
+
+    /// getNumConflictsWithPhysReg - Return the number of uses and defs of the
+    /// specified interval that conflicts with the specified physical register.
+    unsigned getNumConflictsWithPhysReg(const LiveInterval &li,
+                                        unsigned PhysReg) const;
+
+    /// processImplicitDefs - Process IMPLICIT_DEF instructions. Add isUndef
+    /// marker to implicit_def defs and their uses.
+    void processImplicitDefs();
+
+    /// computeNumbering - Compute the index numbering.
+    void computeNumbering();
+
+    /// scaleNumbering - Rescale interval numbers to introduce gaps for new
+    /// instructions
+    void scaleNumbering(int factor);
+
+    /// intervalIsInOneMBB - Returns true if the specified interval is entirely
+    /// within a single basic block.
+    bool intervalIsInOneMBB(const LiveInterval &li) const;
+
   private:      
     /// computeIntervals - Compute live intervals.
     void computeIntervals();
@@ -217,42 +416,124 @@ namespace llvm {
     /// handleVirtualRegisterDef)
     void handleRegisterDef(MachineBasicBlock *MBB,
                            MachineBasicBlock::iterator MI, unsigned MIIdx,
-                           unsigned reg);
+                           MachineOperand& MO, unsigned MOIdx);
 
     /// handleVirtualRegisterDef - update intervals for a virtual
     /// register def
     void handleVirtualRegisterDef(MachineBasicBlock *MBB,
                                   MachineBasicBlock::iterator MI,
-                                  unsigned MIIdx,
-                                  LiveInterval& interval);
+                                  unsigned MIIdx, MachineOperand& MO,
+                                  unsigned MOIdx, LiveInterval& interval);
 
     /// handlePhysicalRegisterDef - update intervals for a physical register
     /// def.
     void handlePhysicalRegisterDef(MachineBasicBlock* mbb,
                                    MachineBasicBlock::iterator mi,
-                                   unsigned MIIdx,
+                                   unsigned MIIdx, MachineOperand& MO,
                                    LiveInterval &interval,
-                                   unsigned SrcReg);
+                                   MachineInstr *CopyMI);
 
     /// handleLiveInRegister - Create interval for a livein register.
     void handleLiveInRegister(MachineBasicBlock* mbb,
                               unsigned MIIdx,
                               LiveInterval &interval, bool isAlias = false);
 
+    /// getReMatImplicitUse - If the remat definition MI has one (for now, we
+    /// only allow one) virtual register operand, then its uses are implicitly
+    /// using the register. Returns the virtual register.
+    unsigned getReMatImplicitUse(const LiveInterval &li,
+                                 MachineInstr *MI) const;
+
+    /// isValNoAvailableAt - Return true if the val# of the specified interval
+    /// which reaches the given instruction also reaches the specified use
+    /// index.
+    bool isValNoAvailableAt(const LiveInterval &li, MachineInstr *MI,
+                            unsigned UseIdx) const;
+
     /// isReMaterializable - Returns true if the definition MI of the specified
-    /// val# of the specified interval is re-materializable.
+    /// val# of the specified interval is re-materializable. Also returns true
+    /// by reference if the def is a load.
     bool isReMaterializable(const LiveInterval &li, const VNInfo *ValNo,
-                            MachineInstr *MI);
+                            MachineInstr *MI,
+                            SmallVectorImpl<LiveInterval*> &SpillIs,
+                            bool &isLoad);
 
     /// tryFoldMemoryOperand - Attempts to fold either a spill / restore from
     /// slot / to reg or any rematerialized load into ith operand of specified
     /// MI. If it is successul, MI is updated with the newly created MI and
     /// returns true.
     bool tryFoldMemoryOperand(MachineInstr* &MI, VirtRegMap &vrm,
-                              MachineInstr *DefMI, unsigned index, unsigned i,
-                              bool isSS, int slot, unsigned reg);
+                              MachineInstr *DefMI, unsigned InstrIdx,
+                              SmallVector<unsigned, 2> &Ops,
+                              bool isSS, int Slot, unsigned Reg);
+
+    /// canFoldMemoryOperand - Return true if the specified load / store
+    /// folding is possible.
+    bool canFoldMemoryOperand(MachineInstr *MI,
+                              SmallVector<unsigned, 2> &Ops,
+                              bool ReMatLoadSS) const;
+
+    /// anyKillInMBBAfterIdx - Returns true if there is a kill of the specified
+    /// VNInfo that's after the specified index but is within the basic block.
+    bool anyKillInMBBAfterIdx(const LiveInterval &li, const VNInfo *VNI,
+                              MachineBasicBlock *MBB, unsigned Idx) const;
+
+    /// hasAllocatableSuperReg - Return true if the specified physical register
+    /// has any super register that's allocatable.
+    bool hasAllocatableSuperReg(unsigned Reg) const;
+
+    /// SRInfo - Spill / restore info.
+    struct SRInfo {
+      int index;
+      unsigned vreg;
+      bool canFold;
+      SRInfo(int i, unsigned vr, bool f) : index(i), vreg(vr), canFold(f) {};
+    };
 
-    static LiveInterval createInterval(unsigned Reg);
+    bool alsoFoldARestore(int Id, int index, unsigned vr,
+                          BitVector &RestoreMBBs,
+                          DenseMap<unsigned,std::vector<SRInfo> >&RestoreIdxes);
+    void eraseRestoreInfo(int Id, int index, unsigned vr,
+                          BitVector &RestoreMBBs,
+                          DenseMap<unsigned,std::vector<SRInfo> >&RestoreIdxes);
+
+    /// handleSpilledImpDefs - Remove IMPLICIT_DEF instructions which are being
+    /// spilled and create empty intervals for their uses.
+    void handleSpilledImpDefs(const LiveInterval &li, VirtRegMap &vrm,
+                              const TargetRegisterClass* rc,
+                              std::vector<LiveInterval*> &NewLIs);
+
+    /// rewriteImplicitOps - Rewrite implicit use operands of MI (i.e. uses of
+    /// interval on to-be re-materialized operands of MI) with new register.
+    void rewriteImplicitOps(const LiveInterval &li,
+                           MachineInstr *MI, unsigned NewVReg, VirtRegMap &vrm);
+
+    /// rewriteInstructionForSpills, rewriteInstructionsForSpills - Helper
+    /// functions for addIntervalsForSpills to rewrite uses / defs for the given
+    /// live range.
+    bool rewriteInstructionForSpills(const LiveInterval &li, const VNInfo *VNI,
+        bool TrySplit, unsigned index, unsigned end, MachineInstr *MI,
+        MachineInstr *OrigDefMI, MachineInstr *DefMI, unsigned Slot, int LdSlot,
+        bool isLoad, bool isLoadSS, bool DefIsReMat, bool CanDelete,
+        VirtRegMap &vrm, const TargetRegisterClass* rc,
+        SmallVector<int, 4> &ReMatIds, const MachineLoopInfo *loopInfo,
+        unsigned &NewVReg, unsigned ImpUse, bool &HasDef, bool &HasUse,
+        DenseMap<unsigned,unsigned> &MBBVRegsMap,
+        std::vector<LiveInterval*> &NewLIs);
+    void rewriteInstructionsForSpills(const LiveInterval &li, bool TrySplit,
+        LiveInterval::Ranges::const_iterator &I,
+        MachineInstr *OrigDefMI, MachineInstr *DefMI, unsigned Slot, int LdSlot,
+        bool isLoad, bool isLoadSS, bool DefIsReMat, bool CanDelete,
+        VirtRegMap &vrm, const TargetRegisterClass* rc,
+        SmallVector<int, 4> &ReMatIds, const MachineLoopInfo *loopInfo,
+        BitVector &SpillMBBs,
+        DenseMap<unsigned,std::vector<SRInfo> > &SpillIdxes,
+        BitVector &RestoreMBBs,
+        DenseMap<unsigned,std::vector<SRInfo> > &RestoreIdxes,
+        DenseMap<unsigned,unsigned> &MBBVRegsMap,
+        std::vector<LiveInterval*> &NewLIs);
+
+    static LiveInterval* createInterval(unsigned Reg);
 
     void printRegName(unsigned reg) const;
   };