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[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / PHIElimination.cpp
index 11835cb30c54ba10b8310a5084643b1c18e4030a..91805a93edf3d909b43aa48cb92229b227c4a042 100644 (file)
@@ -1,31 +1,44 @@
 //===-- PhiElimination.cpp - Eliminate PHI nodes by inserting copies ------===//
 //
+//                     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 pass eliminates machine instruction PHI nodes by inserting copy
 // instructions.  This destroys SSA information, but is the desired input for
 // some register allocators.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
+#include "llvm/CodeGen/LiveVariables.h"
+#include "llvm/CodeGen/Passes.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
 #include "llvm/CodeGen/SSARegMap.h"
-#include "llvm/CodeGen/LiveVariables.h"
 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
-#include "llvm/Support/CFG.h"
+#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
+#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include <set>
+#include <algorithm>
+using namespace llvm;
 
 namespace {
+  Statistic<> NumAtomic("phielim", "Number of atomic phis lowered");
+  Statistic<> NumSimple("phielim", "Number of simple phis lowered");
+  
   struct PNE : public MachineFunctionPass {
     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) {
       bool Changed = false;
 
       // Eliminate PHI instructions by inserting copies into predecessor blocks.
-      //
       for (MachineFunction::iterator I = Fn.begin(), E = Fn.end(); I != E; ++I)
-       Changed |= EliminatePHINodes(Fn, *I);
+        Changed |= EliminatePHINodes(Fn, *I);
 
-      //std::cerr << "AFTER PHI NODE ELIM:\n";
-      //Fn.dump();
       return Changed;
     }
 
@@ -39,219 +52,227 @@ namespace {
     /// in predecessor basic blocks.
     ///
     bool EliminatePHINodes(MachineFunction &MF, MachineBasicBlock &MBB);
+    void LowerAtomicPHINode(MachineBasicBlock &MBB,
+                            MachineBasicBlock::iterator AfterPHIsIt,
+                            DenseMap<unsigned, VirtReg2IndexFunctor> &VUC);
   };
 
   RegisterPass<PNE> X("phi-node-elimination",
-                     "Eliminate PHI nodes for register allocation");
+                      "Eliminate PHI nodes for register allocation");
 }
 
-const PassInfo *PHIEliminationID = X.getPassInfo();
+
+const PassInfo *llvm::PHIEliminationID = X.getPassInfo();
 
 /// EliminatePHINodes - Eliminate phi nodes by inserting copy instructions in
 /// predecessor basic blocks.
 ///
 bool PNE::EliminatePHINodes(MachineFunction &MF, MachineBasicBlock &MBB) {
-  if (MBB.empty() || MBB.front()->getOpcode() != TargetInstrInfo::PHI)
-    return false;   // Quick exit for normal case...
+  if (MBB.empty() || MBB.front().getOpcode() != TargetInstrInfo::PHI)
+    return false;   // Quick exit for basic blocks without PHIs.
 
-  LiveVariables *LV = getAnalysisToUpdate<LiveVariables>();
-  const TargetInstrInfo &MII = MF.getTarget().getInstrInfo();
+  // VRegPHIUseCount - Keep track of the number of times each virtual register
+  // is used by PHI nodes in successors of this block.
+  DenseMap<unsigned, VirtReg2IndexFunctor> VRegPHIUseCount;
+  VRegPHIUseCount.grow(MF.getSSARegMap()->getLastVirtReg());
+
+  for (MachineBasicBlock::pred_iterator PI = MBB.pred_begin(),
+         E = MBB.pred_end(); PI != E; ++PI)
+    for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = (*PI)->succ_begin(),
+           E = (*PI)->succ_end(); SI != E; ++SI)
+      for (MachineBasicBlock::iterator BBI = (*SI)->begin(), E = (*SI)->end();
+           BBI != E && BBI->getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI; ++BBI)
+        for (unsigned i = 1, e = BBI->getNumOperands(); i != e; i += 2)
+          VRegPHIUseCount[BBI->getOperand(i).getReg()]++;
+      
+  // Get an iterator to the first instruction after the last PHI node (this may
+  // also be the end of the basic block).
+  MachineBasicBlock::iterator AfterPHIsIt = MBB.begin();
+  while (AfterPHIsIt != MBB.end() &&
+         AfterPHIsIt->getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI)
+    ++AfterPHIsIt;    // Skip over all of the PHI nodes...
+
+  while (MBB.front().getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI) {
+    LowerAtomicPHINode(MBB, AfterPHIsIt, VRegPHIUseCount);
+  }
+  return true;
+}
+
+/// LowerAtomicPHINode - Lower the PHI node at the top of the specified block,
+/// under the assuption that it needs to be lowered in a way that supports
+/// atomic execution of PHIs.  This lowering method is always correct all of the
+/// time.
+void PNE::LowerAtomicPHINode(MachineBasicBlock &MBB,
+                             MachineBasicBlock::iterator AfterPHIsIt,
+                   DenseMap<unsigned, VirtReg2IndexFunctor> &VRegPHIUseCount) {
+  // Unlink the PHI node from the basic block, but don't delete the PHI yet.
+  MachineInstr *MPhi = MBB.remove(MBB.begin());
+
+  unsigned DestReg = MPhi->getOperand(0).getReg();
+
+  // Create a new register for the incoming PHI arguments/
+  MachineFunction &MF = *MBB.getParent();
+  const TargetRegisterClass *RC = MF.getSSARegMap()->getRegClass(DestReg);
+  unsigned IncomingReg = MF.getSSARegMap()->createVirtualRegister(RC);
+
+  // Insert a register to register copy in the top of the current block (but
+  // after any remaining phi nodes) which copies the new incoming register
+  // into the phi node destination.
+  //
   const MRegisterInfo *RegInfo = MF.getTarget().getRegisterInfo();
+  RegInfo->copyRegToReg(MBB, AfterPHIsIt, DestReg, IncomingReg, RC);
+
+  // Update live variable information if there is any...
+  LiveVariables *LV = getAnalysisToUpdate<LiveVariables>();
+  if (LV) {
+    MachineInstr *PHICopy = prior(AfterPHIsIt);
 
-  while (MBB.front()->getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI) {
-    MachineInstr *MI = MBB.front();
-    // Unlink the PHI node from the basic block... but don't delete the PHI yet
-    MBB.erase(MBB.begin());
+    // Add information to LiveVariables to know that the incoming value is
+    // killed.  Note that because the value is defined in several places (once
+    // each for each incoming block), the "def" block and instruction fields
+    // for the VarInfo is not filled in.
+    //
+    LV->addVirtualRegisterKilled(IncomingReg, PHICopy);
+
+    // Since we are going to be deleting the PHI node, if it is the last use
+    // of any registers, or if the value itself is dead, we need to move this
+    // information over to the new copy we just inserted.
+    //
+    LV->removeVirtualRegistersKilled(MPhi);
+
+    // If the result is dead, update LV.
+    if (LV->RegisterDefIsDead(MPhi, DestReg)) {
+      LV->addVirtualRegisterDead(DestReg, PHICopy);
+      LV->removeVirtualRegistersDead(MPhi);
+    }
+  }
 
-    assert(MI->getOperand(0).isVirtualRegister() &&
-           "PHI node doesn't write virt reg?");
+  // Adjust the VRegPHIUseCount map to account for the removal of this PHI
+  // node.
+  unsigned NumPreds = (MPhi->getNumOperands()-1)/2;
+  for (unsigned i = 1; i != MPhi->getNumOperands(); i += 2)
+    VRegPHIUseCount[MPhi->getOperand(i).getReg()] -= NumPreds;
 
-    unsigned DestReg = MI->getOperand(0).getAllocatedRegNum();
+  // Now loop over all of the incoming arguments, changing them to copy into
+  // the IncomingReg register in the corresponding predecessor basic block.
+  //
+  std::set<MachineBasicBlock*> MBBsInsertedInto;
+  for (int i = MPhi->getNumOperands() - 1; i >= 2; i-=2) {
+    unsigned SrcReg = MPhi->getOperand(i-1).getReg();
+    assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg) &&
+           "Machine PHI Operands must all be virtual registers!");
+
+    // Get the MachineBasicBlock equivalent of the BasicBlock that is the
+    // source path the PHI.
+    MachineBasicBlock &opBlock = *MPhi->getOperand(i).getMachineBasicBlock();
+
+    // Check to make sure we haven't already emitted the copy for this block.
+    // This can happen because PHI nodes may have multiple entries for the
+    // same basic block.
+    if (!MBBsInsertedInto.insert(&opBlock).second)
+      continue;  // If the copy has already been emitted, we're done.
+    // Get an iterator pointing to the first terminator in the block (or end()).
+    // This is the point where we can insert a copy if we'd like to.
+    MachineBasicBlock::iterator I = opBlock.getFirstTerminator();
     
-    // Create a new register for the incoming PHI arguments
-    const TargetRegisterClass *RC = MF.getSSARegMap()->getRegClass(DestReg);
-    unsigned IncomingReg = MF.getSSARegMap()->createVirtualRegister(RC);
+    // Insert the copy.
+    RegInfo->copyRegToReg(opBlock, I, IncomingReg, SrcReg, RC);
 
-    // Insert a register to register copy in the top of the current block (but
-    // after any remaining phi nodes) which copies the new incoming register
-    // into the phi node destination.
+    // Now update live variable information if we have it.  Otherwise we're done
+    if (!LV) continue;
+    
+    // We want to be able to insert a kill of the register if this PHI
+    // (aka, the copy we just inserted) is the last use of the source
+    // value.  Live variable analysis conservatively handles this by
+    // saying that the value is live until the end of the block the PHI
+    // entry lives in.  If the value really is dead at the PHI copy, there
+    // will be no successor blocks which have the value live-in.
+    //
+    // Check to see if the copy is the last use, and if so, update the
+    // live variables information so that it knows the copy source
+    // instruction kills the incoming value.
     //
-    MachineBasicBlock::iterator AfterPHIsIt = MBB.begin();
-    while (AfterPHIsIt != MBB.end() &&
-           (*AfterPHIsIt)->getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI)
-      ++AfterPHIsIt;    // Skip over all of the PHI nodes...
-    RegInfo->copyRegToReg(MBB, AfterPHIsIt, DestReg, IncomingReg, RC);
+    LiveVariables::VarInfo &InRegVI = LV->getVarInfo(SrcReg);
+
+    // Loop over all of the successors of the basic block, checking to see
+    // if the value is either live in the block, or if it is killed in the
+    // block.  Also check to see if this register is in use by another PHI
+    // node which has not yet been eliminated.  If so, it will be killed
+    // at an appropriate point later.
+    //
+
+    // Is it used by any PHI instructions in this block?
+    bool ValueIsLive = VRegPHIUseCount[SrcReg] != 0;
+
+    std::vector<MachineBasicBlock*> OpSuccBlocks;
     
-    // Update live variable information if there is any...
-    if (LV) {
-      MachineInstr *PHICopy = *(AfterPHIsIt-1);
-
-      // Add information to LiveVariables to know that the incoming value is
-      // killed.  Note that because the value is defined in several places (once
-      // each for each incoming block), the "def" block and instruction fields
-      // for the VarInfo is not filled in.
-      //
-      LV->addVirtualRegisterKilled(IncomingReg, &MBB, PHICopy);
-
-      // Since we are going to be deleting the PHI node, if it is the last use
-      // of any registers, or if the value itself is dead, we need to move this
-      // information over to the new copy we just inserted...
-      //
-      std::pair<LiveVariables::killed_iterator, LiveVariables::killed_iterator> 
-        RKs = LV->killed_range(MI);
-      std::vector<std::pair<MachineInstr*, unsigned> > Range;
-      if (RKs.first != RKs.second) {
-        // Copy the range into a vector...
-        Range.assign(RKs.first, RKs.second);
-
-        // Delete the range...
-        LV->removeVirtualRegistersKilled(RKs.first, RKs.second);
-
-        // Add all of the kills back, which will update the appropriate info...
-        for (unsigned i = 0, e = Range.size(); i != e; ++i)
-          LV->addVirtualRegisterKilled(Range[i].second, &MBB, PHICopy);
-      }
+    // Otherwise, scan successors, including the BB the PHI node lives in.
+    for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = opBlock.succ_begin(),
+           E = opBlock.succ_end(); SI != E && !ValueIsLive; ++SI) {
+      MachineBasicBlock *SuccMBB = *SI;
 
-      RKs = LV->dead_range(MI);
-      if (RKs.first != RKs.second) {
-        // Works as above...
-        Range.assign(RKs.first, RKs.second);
-        LV->removeVirtualRegistersDead(RKs.first, RKs.second);
-        for (unsigned i = 0, e = Range.size(); i != e; ++i)
-          LV->addVirtualRegisterDead(Range[i].second, &MBB, PHICopy);
+      // Is it alive in this successor?
+      unsigned SuccIdx = SuccMBB->getNumber();
+      if (SuccIdx < InRegVI.AliveBlocks.size() &&
+          InRegVI.AliveBlocks[SuccIdx]) {
+        ValueIsLive = true;
+        break;
       }
+
+      OpSuccBlocks.push_back(SuccMBB);
     }
 
-    // Now loop over all of the incoming arguments, changing them to copy into
-    // the IncomingReg register in the corresponding predecessor basic block.
-    //
-    for (int i = MI->getNumOperands() - 1; i >= 2; i-=2) {
-      MachineOperand &opVal = MI->getOperand(i-1);
-      
-      // Get the MachineBasicBlock equivalent of the BasicBlock that is the
-      // source path the PHI.
-      MachineBasicBlock &opBlock = *MI->getOperand(i).getMachineBasicBlock();
-
-      // Figure out where to insert the copy, which is at the end of the
-      // predecessor basic block, but before any terminator/branch
-      // instructions...
-      MachineBasicBlock::iterator I = opBlock.end();
-      if (I != opBlock.begin()) {  // Handle empty blocks
-        --I;
-        // must backtrack over ALL the branches in the previous block
-        while (MII.isTerminatorInstr((*I)->getOpcode()) &&
-               I != opBlock.begin())
-          --I;
-        
-        // move back to the first branch instruction so new instructions
-        // are inserted right in front of it and not in front of a non-branch
-        if (!MII.isTerminatorInstr((*I)->getOpcode()))
-          ++I;
-      }
-      
-      // Check to make sure we haven't already emitted the copy for this block.
-      // This can happen because PHI nodes may have multiple entries for the
-      // same basic block.  It doesn't matter which entry we use though, because
-      // all incoming values are guaranteed to be the same for a particular bb.
-      //
-      // If we emitted a copy for this basic block already, it will be right
-      // where we want to insert one now.  Just check for a definition of the
-      // register we are interested in!
-      //
-      bool HaveNotEmitted = true;
-      
-      if (I != opBlock.begin()) {
-        MachineInstr *PrevInst = *(I-1);
-        for (unsigned i = 0, e = PrevInst->getNumOperands(); i != e; ++i) {
-          MachineOperand &MO = PrevInst->getOperand(i);
-          if (MO.isVirtualRegister() && MO.getReg() == IncomingReg)
-            if (MO.opIsDef() || MO.opIsDefAndUse()) {
-              HaveNotEmitted = false;
-              break;
-            }             
-        }
+    // Check to see if this value is live because there is a use in a successor
+    // that kills it.
+    if (!ValueIsLive) {
+      switch (OpSuccBlocks.size()) {
+      case 1: {
+        MachineBasicBlock *MBB = OpSuccBlocks[0];
+        for (unsigned i = 0, e = InRegVI.Kills.size(); i != e; ++i)
+          if (InRegVI.Kills[i]->getParent() == MBB) {
+            ValueIsLive = true;
+            break;
+          }
+        break;
       }
-
-      if (HaveNotEmitted) { // If the copy has not already been emitted, do it.
-        assert(opVal.isVirtualRegister() &&
-               "Machine PHI Operands must all be virtual registers!");
-        unsigned SrcReg = opVal.getReg();
-        RegInfo->copyRegToReg(opBlock, I, IncomingReg, SrcReg, RC);
-
-        // Now update live variable information if we have it.
-        if (LV) {
-          // We want to be able to insert a kill of the register if this PHI
-          // (aka, the copy we just inserted) is the last use of the source
-          // value.  Live variable analysis conservatively handles this by
-          // saying that the value is live until the end of the block the PHI
-          // entry lives in.  If the value really is dead at the PHI copy, there
-          // will be no successor blocks which have the value live-in.
-          //
-          // Check to see if the copy is the last use, and if so, update the
-          // live variables information so that it knows the copy source
-          // instruction kills the incoming value.
-          //
-          LiveVariables::VarInfo &InRegVI = LV->getVarInfo(SrcReg);
-
-          // Loop over all of the successors of the basic block, checking to
-          // see if the value is either live in the block, or if it is killed
-          // in the block.
-          //
-          bool ValueIsLive = false;
-          BasicBlock *BB = opBlock.getBasicBlock();
-          for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB);
-               SI != E; ++SI) {
-            const std::pair<MachineBasicBlock*, unsigned> &
-              SuccInfo = LV->getBasicBlockInfo(*SI);
-            
-            // Is it alive in this successor?
-            unsigned SuccIdx = SuccInfo.second;
-            if (SuccIdx < InRegVI.AliveBlocks.size() &&
-                InRegVI.AliveBlocks[SuccIdx]) {
-              ValueIsLive = true;
-              break;
-            }
-            
-            // Is it killed in this successor?
-            MachineBasicBlock *MBB = SuccInfo.first;
-            for (unsigned i = 0, e = InRegVI.Kills.size(); i != e; ++i)
-              if (InRegVI.Kills[i].first == MBB) {
-                ValueIsLive = true;
-                break;
-              }
+      case 2: {
+        MachineBasicBlock *MBB1 = OpSuccBlocks[0], *MBB2 = OpSuccBlocks[1];
+        for (unsigned i = 0, e = InRegVI.Kills.size(); i != e; ++i)
+          if (InRegVI.Kills[i]->getParent() == MBB1 || 
+              InRegVI.Kills[i]->getParent() == MBB2) {
+            ValueIsLive = true;
+            break;
           }
-          
-          // Okay, if we now know that the value is not live out of the block,
-          // we can add a kill marker to the copy we inserted saying that it
-          // kills the incoming value!
-          //
-          if (!ValueIsLive) {
-            // One more complication to worry about.  There may actually be
-            // multiple PHI nodes using this value on this branch.  If we aren't
-            // careful, the first PHI node will end up killing the value, not
-            // letting it get the to the copy for the final PHI node in the
-            // block.  Therefore we have to check to see if there is already a
-            // kill in this block, and if so, extend the lifetime to our new
-            // copy.
-            //
-            for (unsigned i = 0, e = InRegVI.Kills.size(); i != e; ++i)
-              if (InRegVI.Kills[i].first == &opBlock) {
-                std::pair<LiveVariables::killed_iterator,
-                          LiveVariables::killed_iterator> Range
-                  = LV->killed_range(InRegVI.Kills[i].second);
-                LV->removeVirtualRegistersKilled(Range.first, Range.second);
-                break;
-              }
-
-            LV->addVirtualRegisterKilled(SrcReg, &opBlock, *(I-1));
+        break;        
+      }
+      default:
+        std::sort(OpSuccBlocks.begin(), OpSuccBlocks.end());
+        for (unsigned i = 0, e = InRegVI.Kills.size(); i != e; ++i)
+          if (std::binary_search(OpSuccBlocks.begin(), OpSuccBlocks.end(),
+                                 InRegVI.Kills[i]->getParent())) {
+            ValueIsLive = true;
+            break;
           }
-        }
       }
+    }        
+
+    // Okay, if we now know that the value is not live out of the block,
+    // we can add a kill marker to the copy we inserted saying that it
+    // kills the incoming value!
+    //
+    if (!ValueIsLive) {
+      MachineBasicBlock::iterator Prev = prior(I);
+      LV->addVirtualRegisterKilled(SrcReg, Prev);
+
+      // This vreg no longer lives all of the way through opBlock.
+      unsigned opBlockNum = opBlock.getNumber();
+      if (opBlockNum < InRegVI.AliveBlocks.size())
+        InRegVI.AliveBlocks[opBlockNum] = false;
     }
-    
-    // really delete the PHI instruction now!
-    delete MI;
   }
-
-  return true;
+    
+  // Really delete the PHI instruction now!
+  delete MPhi;
+  ++NumAtomic;
 }