refactor some code, no functionality change
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / RegAllocLinearScan.cpp
index b9af3970e0e641ab667a0b8d7ccc4ec361db016a..8ad347bb7dad15fa90e7c4a2141b701e4dfd96dd 100644 (file)
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
+#include "llvm/CodeGen/LiveVariables.h"
+#include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
+#include "PhysRegTracker.h"
+#include "VirtRegMap.h"
 #include "llvm/Function.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
+#include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
 #include "llvm/CodeGen/SSARegMap.h"
 #include "llvm/Target/MRegisterInfo.h"
 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
-#include "Support/Debug.h"
-#include "Support/Statistic.h"
-#include "Support/STLExtras.h"
-#include "LiveIntervalAnalysis.h"
-#include "PhysRegTracker.h"
-#include "VirtRegMap.h"
+#include "llvm/ADT/EquivalenceClasses.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
+#include "llvm/Support/Debug.h"
+#include "llvm/Support/Compiler.h"
 #include <algorithm>
-#include <cmath>
 #include <set>
 #include <queue>
-
+#include <memory>
+#include <cmath>
 using namespace llvm;
 
-namespace {
+STATISTIC(NumIters     , "Number of iterations performed");
+STATISTIC(NumBacktracks, "Number of times we had to backtrack");
 
-  Statistic<double> efficiency
-  ("regalloc", "Ratio of intervals processed over total intervals");
+static RegisterRegAlloc
+linearscanRegAlloc("linearscan", "  linear scan register allocator",
+                   createLinearScanRegisterAllocator);
 
+namespace {
   static unsigned numIterations = 0;
   static unsigned numIntervals = 0;
 
-  class RA : public MachineFunctionPass {
+  struct VISIBILITY_HIDDEN RA : public MachineFunctionPass {
+    typedef std::pair<LiveInterval*, LiveInterval::iterator> IntervalPtr;
+    typedef std::vector<IntervalPtr> IntervalPtrs;
   private:
+    /// RelatedRegClasses - This structure is built the first time a function is
+    /// compiled, and keeps track of which register classes have registers that
+    /// belong to multiple classes or have aliases that are in other classes.
+    EquivalenceClasses<const TargetRegisterClass*> RelatedRegClasses;
+    std::map<unsigned, const TargetRegisterClass*> OneClassForEachPhysReg;
+
     MachineFunction* mf_;
     const TargetMachine* tm_;
     const MRegisterInfo* mri_;
     LiveIntervals* li_;
-    typedef std::vector<LiveInterval*> IntervalPtrs;
-    IntervalPtrs handled_, fixed_, active_, inactive_;
+
+    /// handled_ - Intervals are added to the handled_ set in the order of their
+    /// start value.  This is uses for backtracking.
+    std::vector<LiveInterval*> handled_;
+
+    /// fixed_ - Intervals that correspond to machine registers.
+    ///
+    IntervalPtrs fixed_;
+
+    /// active_ - Intervals that are currently being processed, and which have a
+    /// live range active for the current point.
+    IntervalPtrs active_;
+
+    /// inactive_ - Intervals that are currently being processed, but which have
+    /// a hold at the current point.
+    IntervalPtrs inactive_;
+
     typedef std::priority_queue<LiveInterval*,
-                                IntervalPtrs,
+                                std::vector<LiveInterval*>,
                                 greater_ptr<LiveInterval> > IntervalHeap;
     IntervalHeap unhandled_;
     std::auto_ptr<PhysRegTracker> prt_;
     std::auto_ptr<VirtRegMap> vrm_;
     std::auto_ptr<Spiller> spiller_;
 
-    typedef std::vector<float> SpillWeights;
-    SpillWeights spillWeights_;
-
   public:
     virtual const char* getPassName() const {
       return "Linear Scan Register Allocator";
@@ -72,27 +99,21 @@ namespace {
     /// runOnMachineFunction - register allocate the whole function
     bool runOnMachineFunction(MachineFunction&);
 
-    void releaseMemory();
-
   private:
     /// linearScan - the linear scan algorithm
     void linearScan();
 
-    /// initIntervalSets - initializa the four interval sets:
-    /// unhandled, fixed, active and inactive
+    /// initIntervalSets - initialize the interval sets.
+    ///
     void initIntervalSets();
 
-    /// processActiveIntervals - expire old intervals and move
-    /// non-overlapping ones to the incative list
-    void processActiveIntervals(LiveInterval* cur);
-
-    /// processInactiveIntervals - expire old intervals and move
-    /// overlapping ones to the active list
-    void processInactiveIntervals(LiveInterval* cur);
+    /// processActiveIntervals - expire old intervals and move non-overlapping
+    /// ones to the inactive list.
+    void processActiveIntervals(unsigned CurPoint);
 
-    /// updateSpillWeights - updates the spill weights of the
-    /// specifed physical register and its weight
-    void updateSpillWeights(unsigned reg, SpillWeights::value_type weight);
+    /// processInactiveIntervals - expire old intervals and move overlapping
+    /// ones to the active list.
+    void processInactiveIntervals(unsigned CurPoint);
 
     /// assignRegOrStackSlotAtInterval - assign a register if one
     /// is available, or spill.
@@ -102,37 +123,64 @@ namespace {
     /// register handling helpers
     ///
 
-    /// getFreePhysReg - return a free physical register for this
-    /// virtual register interval if we have one, otherwise return
-    /// 0
+    /// getFreePhysReg - return a free physical register for this virtual
+    /// register interval if we have one, otherwise return 0.
     unsigned getFreePhysReg(LiveInterval* cur);
 
     /// assignVirt2StackSlot - assigns this virtual register to a
     /// stack slot. returns the stack slot
     int assignVirt2StackSlot(unsigned virtReg);
 
+    void ComputeRelatedRegClasses();
+
     template <typename ItTy>
     void printIntervals(const char* const str, ItTy i, ItTy e) const {
-      if (str) std::cerr << str << " intervals:\n";
+      if (str) DOUT << str << " intervals:\n";
       for (; i != e; ++i) {
-        std::cerr << "\t" << **i << " -> ";
-        unsigned reg = (*i)->reg;
+        DOUT << "\t" << *i->first << " -> ";
+        unsigned reg = i->first->reg;
         if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg)) {
           reg = vrm_->getPhys(reg);
         }
-        std::cerr << mri_->getName(reg) << '\n';
+        DOUT << mri_->getName(reg) << '\n';
       }
     }
   };
 }
 
-void RA::releaseMemory()
-{
-  while (!unhandled_.empty()) unhandled_.pop();
-  fixed_.clear();
-  active_.clear();
-  inactive_.clear();
-  handled_.clear();
+void RA::ComputeRelatedRegClasses() {
+  const MRegisterInfo &MRI = *mri_;
+  
+  // First pass, add all reg classes to the union, and determine at least one
+  // reg class that each register is in.
+  bool HasAliases = false;
+  for (MRegisterInfo::regclass_iterator RCI = MRI.regclass_begin(),
+       E = MRI.regclass_end(); RCI != E; ++RCI) {
+    RelatedRegClasses.insert(*RCI);
+    for (TargetRegisterClass::iterator I = (*RCI)->begin(), E = (*RCI)->end();
+         I != E; ++I) {
+      HasAliases = HasAliases || *MRI.getAliasSet(*I) != 0;
+      
+      const TargetRegisterClass *&PRC = OneClassForEachPhysReg[*I];
+      if (PRC) {
+        // Already processed this register.  Just make sure we know that
+        // multiple register classes share a register.
+        RelatedRegClasses.unionSets(PRC, *RCI);
+      } else {
+        PRC = *RCI;
+      }
+    }
+  }
+  
+  // Second pass, now that we know conservatively what register classes each reg
+  // belongs to, add info about aliases.  We don't need to do this for targets
+  // without register aliases.
+  if (HasAliases)
+    for (std::map<unsigned, const TargetRegisterClass*>::iterator
+         I = OneClassForEachPhysReg.begin(), E = OneClassForEachPhysReg.end();
+         I != E; ++I)
+      for (const unsigned *AS = MRI.getAliasSet(I->first); *AS; ++AS)
+        RelatedRegClasses.unionSets(I->second, OneClassForEachPhysReg[*AS]);
 }
 
 bool RA::runOnMachineFunction(MachineFunction &fn) {
@@ -140,6 +188,11 @@ bool RA::runOnMachineFunction(MachineFunction &fn) {
   tm_ = &fn.getTarget();
   mri_ = tm_->getRegisterInfo();
   li_ = &getAnalysis<LiveIntervals>();
+
+  // If this is the first function compiled, compute the related reg classes.
+  if (RelatedRegClasses.empty())
+    ComputeRelatedRegClasses();
+  
   if (!prt_.get()) prt_.reset(new PhysRegTracker(*mri_));
   vrm_.reset(new VirtRegMap(*mf_));
   if (!spiller_.get()) spiller_.reset(createSpiller());
@@ -148,17 +201,43 @@ bool RA::runOnMachineFunction(MachineFunction &fn) {
 
   linearScan();
 
+  // Rewrite spill code and update the PhysRegsUsed set.
   spiller_->runOnMachineFunction(*mf_, *vrm_);
 
+  vrm_.reset();  // Free the VirtRegMap
+
+
+  while (!unhandled_.empty()) unhandled_.pop();
+  fixed_.clear();
+  active_.clear();
+  inactive_.clear();
+  handled_.clear();
+
   return true;
 }
 
+/// initIntervalSets - initialize the interval sets.
+///
+void RA::initIntervalSets()
+{
+  assert(unhandled_.empty() && fixed_.empty() &&
+         active_.empty() && inactive_.empty() &&
+         "interval sets should be empty on initialization");
+
+  for (LiveIntervals::iterator i = li_->begin(), e = li_->end(); i != e; ++i) {
+    if (MRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->second.reg)) {
+      mf_->setPhysRegUsed(i->second.reg);
+      fixed_.push_back(std::make_pair(&i->second, i->second.begin()));
+    } else
+      unhandled_.push(&i->second);
+  }
+}
+
 void RA::linearScan()
 {
   // linear scan algorithm
-  DEBUG(std::cerr << "********** LINEAR SCAN **********\n");
-  DEBUG(std::cerr << "********** Function: "
-        << mf_->getFunction()->getName() << '\n');
+  DOUT << "********** LINEAR SCAN **********\n";
+  DOUT << "********** Function: " << mf_->getFunction()->getName() << '\n';
 
   // DEBUG(printIntervals("unhandled", unhandled_.begin(), unhandled_.end()));
   DEBUG(printIntervals("fixed", fixed_.begin(), fixed_.end()));
@@ -170,37 +249,33 @@ void RA::linearScan()
     LiveInterval* cur = unhandled_.top();
     unhandled_.pop();
     ++numIterations;
-    DEBUG(std::cerr << "\n*** CURRENT ***: " << *cur << '\n');
+    DOUT << "\n*** CURRENT ***: " << *cur << '\n';
 
-    processActiveIntervals(cur);
-    processInactiveIntervals(cur);
+    processActiveIntervals(cur->beginNumber());
+    processInactiveIntervals(cur->beginNumber());
 
-    // if this register is fixed we are done
-    if (MRegisterInfo::isPhysicalRegister(cur->reg)) {
-      prt_->addRegUse(cur->reg);
-      active_.push_back(cur);
-      handled_.push_back(cur);
-    }
-    // otherwise we are allocating a virtual register. try to find
-    // a free physical register or spill an interval in order to
-    // assign it one (we could spill the current though).
-    else {
-      assignRegOrStackSlotAtInterval(cur);
-    }
+    assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(cur->reg) &&
+           "Can only allocate virtual registers!");
+
+    // Allocating a virtual register. try to find a free
+    // physical register or spill an interval (possibly this one) in order to
+    // assign it one.
+    assignRegOrStackSlotAtInterval(cur);
 
     DEBUG(printIntervals("active", active_.begin(), active_.end()));
     DEBUG(printIntervals("inactive", inactive_.begin(), inactive_.end()));
   }
   numIntervals += li_->getNumIntervals();
-  efficiency = double(numIterations) / double(numIntervals);
+  NumIters += numIterations;
 
   // expire any remaining active intervals
   for (IntervalPtrs::reverse_iterator
          i = active_.rbegin(); i != active_.rend(); ) {
-    unsigned reg = (*i)->reg;
-    DEBUG(std::cerr << "\tinterval " << **i << " expired\n");
-    if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg))
-      reg = vrm_->getPhys(reg);
+    unsigned reg = i->first->reg;
+    DOUT << "\tinterval " << *i->first << " expired\n";
+    assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
+           "Can only allocate virtual registers!");
+    reg = vrm_->getPhys(reg);
     prt_->delRegUse(reg);
     i = IntervalPtrs::reverse_iterator(active_.erase(i.base()-1));
   }
@@ -208,174 +283,327 @@ void RA::linearScan()
   // expire any remaining inactive intervals
   for (IntervalPtrs::reverse_iterator
          i = inactive_.rbegin(); i != inactive_.rend(); ) {
-    DEBUG(std::cerr << "\tinterval " << **i << " expired\n");
+    DOUT << "\tinterval " << *i->first << " expired\n";
     i = IntervalPtrs::reverse_iterator(inactive_.erase(i.base()-1));
   }
 
-  DEBUG(std::cerr << *vrm_);
+  // A brute force way of adding live-ins to every BB.
+  MachineFunction::iterator MBB = mf_->begin();
+  ++MBB; // Skip entry MBB.
+  for (MachineFunction::iterator E = mf_->end(); MBB != E; ++MBB) {
+    unsigned StartIdx = li_->getMBBStartIdx(MBB->getNumber());
+    for (IntervalPtrs::iterator i = fixed_.begin(), e = fixed_.end();
+         i != e; ++i)
+      if (i->first->liveAt(StartIdx))
+        MBB->addLiveIn(i->first->reg);
+
+    for (unsigned i = 0, e = handled_.size(); i != e; ++i) { 
+      LiveInterval *HI = handled_[i];
+      unsigned Reg = HI->reg;
+      if (!vrm_->hasStackSlot(Reg) && HI->liveAt(StartIdx)) {
+        assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg));
+        Reg = vrm_->getPhys(Reg);
+        MBB->addLiveIn(Reg);
+      }
+    }
+  }
+
+  DOUT << *vrm_;
 }
 
-void RA::initIntervalSets()
+/// processActiveIntervals - expire old intervals and move non-overlapping ones
+/// to the inactive list.
+void RA::processActiveIntervals(unsigned CurPoint)
 {
-  assert(unhandled_.empty() && fixed_.empty() &&
-         active_.empty() && inactive_.empty() &&
-         "interval sets should be empty on initialization");
+  DOUT << "\tprocessing active intervals:\n";
 
-  for (LiveIntervals::iterator i = li_->begin(), e = li_->end(); i != e; ++i){
-    unhandled_.push(&i->second);
-    if (MRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->second.reg))
-      fixed_.push_back(&i->second);
-  }
-}
+  for (unsigned i = 0, e = active_.size(); i != e; ++i) {
+    LiveInterval *Interval = active_[i].first;
+    LiveInterval::iterator IntervalPos = active_[i].second;
+    unsigned reg = Interval->reg;
 
-void RA::processActiveIntervals(IntervalPtrs::value_type cur)
-{
-  DEBUG(std::cerr << "\tprocessing active intervals:\n");
-  for (IntervalPtrs::reverse_iterator
-         i = active_.rbegin(); i != active_.rend();) {
-    unsigned reg = (*i)->reg;
-    // remove expired intervals
-    if ((*i)->expiredAt(cur->start())) {
-      DEBUG(std::cerr << "\t\tinterval " << **i << " expired\n");
-      if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg))
-        reg = vrm_->getPhys(reg);
+    IntervalPos = Interval->advanceTo(IntervalPos, CurPoint);
+
+    if (IntervalPos == Interval->end()) {     // Remove expired intervals.
+      DOUT << "\t\tinterval " << *Interval << " expired\n";
+      assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
+             "Can only allocate virtual registers!");
+      reg = vrm_->getPhys(reg);
       prt_->delRegUse(reg);
-      // remove from active
-      i = IntervalPtrs::reverse_iterator(active_.erase(i.base()-1));
-    }
-    // move inactive intervals to inactive list
-    else if (!(*i)->liveAt(cur->start())) {
-      DEBUG(std::cerr << "\t\tinterval " << **i << " inactive\n");
-      if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg))
-        reg = vrm_->getPhys(reg);
+
+      // Pop off the end of the list.
+      active_[i] = active_.back();
+      active_.pop_back();
+      --i; --e;
+
+    } else if (IntervalPos->start > CurPoint) {
+      // Move inactive intervals to inactive list.
+      DOUT << "\t\tinterval " << *Interval << " inactive\n";
+      assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
+             "Can only allocate virtual registers!");
+      reg = vrm_->getPhys(reg);
       prt_->delRegUse(reg);
-      // add to inactive
-      inactive_.push_back(*i);
-      // remove from active
-      i = IntervalPtrs::reverse_iterator(active_.erase(i.base()-1));
-    }
-    else {
-      ++i;
+      // add to inactive.
+      inactive_.push_back(std::make_pair(Interval, IntervalPos));
+
+      // Pop off the end of the list.
+      active_[i] = active_.back();
+      active_.pop_back();
+      --i; --e;
+    } else {
+      // Otherwise, just update the iterator position.
+      active_[i].second = IntervalPos;
     }
   }
 }
 
-void RA::processInactiveIntervals(IntervalPtrs::value_type cur)
+/// processInactiveIntervals - expire old intervals and move overlapping
+/// ones to the active list.
+void RA::processInactiveIntervals(unsigned CurPoint)
 {
-  DEBUG(std::cerr << "\tprocessing inactive intervals:\n");
-  for (IntervalPtrs::reverse_iterator
-         i = inactive_.rbegin(); i != inactive_.rend();) {
-    unsigned reg = (*i)->reg;
-
-    // remove expired intervals
-    if ((*i)->expiredAt(cur->start())) {
-      DEBUG(std::cerr << "\t\tinterval " << **i << " expired\n");
-      // remove from inactive
-      i = IntervalPtrs::reverse_iterator(inactive_.erase(i.base()-1));
-    }
-    // move re-activated intervals in active list
-    else if ((*i)->liveAt(cur->start())) {
-      DEBUG(std::cerr << "\t\tinterval " << **i << " active\n");
-      if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg))
-        reg = vrm_->getPhys(reg);
+  DOUT << "\tprocessing inactive intervals:\n";
+
+  for (unsigned i = 0, e = inactive_.size(); i != e; ++i) {
+    LiveInterval *Interval = inactive_[i].first;
+    LiveInterval::iterator IntervalPos = inactive_[i].second;
+    unsigned reg = Interval->reg;
+
+    IntervalPos = Interval->advanceTo(IntervalPos, CurPoint);
+
+    if (IntervalPos == Interval->end()) {       // remove expired intervals.
+      DOUT << "\t\tinterval " << *Interval << " expired\n";
+
+      // Pop off the end of the list.
+      inactive_[i] = inactive_.back();
+      inactive_.pop_back();
+      --i; --e;
+    } else if (IntervalPos->start <= CurPoint) {
+      // move re-activated intervals in active list
+      DOUT << "\t\tinterval " << *Interval << " active\n";
+      assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
+             "Can only allocate virtual registers!");
+      reg = vrm_->getPhys(reg);
       prt_->addRegUse(reg);
       // add to active
-      active_.push_back(*i);
-      // remove from inactive
-      i = IntervalPtrs::reverse_iterator(inactive_.erase(i.base()-1));
-    }
-    else {
-      ++i;
+      active_.push_back(std::make_pair(Interval, IntervalPos));
+
+      // Pop off the end of the list.
+      inactive_[i] = inactive_.back();
+      inactive_.pop_back();
+      --i; --e;
+    } else {
+      // Otherwise, just update the iterator position.
+      inactive_[i].second = IntervalPos;
     }
   }
 }
 
-void RA::updateSpillWeights(unsigned reg, SpillWeights::value_type weight)
-{
-  spillWeights_[reg] += weight;
-  for (const unsigned* as = mri_->getAliasSet(reg); *as; ++as)
-    spillWeights_[*as] += weight;
+/// updateSpillWeights - updates the spill weights of the specifed physical
+/// register and its weight.
+static void updateSpillWeights(std::vector<float> &Weights,
+                               unsigned reg, float weight,
+                               const MRegisterInfo *MRI) {
+  Weights[reg] += weight;
+  for (const unsigned* as = MRI->getAliasSet(reg); *as; ++as)
+    Weights[*as] += weight;
+}
+
+static RA::IntervalPtrs::iterator FindIntervalInVector(RA::IntervalPtrs &IP,
+                                                       LiveInterval *LI) {
+  for (RA::IntervalPtrs::iterator I = IP.begin(), E = IP.end(); I != E; ++I)
+    if (I->first == LI) return I;
+  return IP.end();
 }
 
+static void RevertVectorIteratorsTo(RA::IntervalPtrs &V, unsigned Point) {
+  for (unsigned i = 0, e = V.size(); i != e; ++i) {
+    RA::IntervalPtr &IP = V[i];
+    LiveInterval::iterator I = std::upper_bound(IP.first->begin(),
+                                                IP.second, Point);
+    if (I != IP.first->begin()) --I;
+    IP.second = I;
+  }
+}
+
+/// assignRegOrStackSlotAtInterval - assign a register if one is available, or
+/// spill.
 void RA::assignRegOrStackSlotAtInterval(LiveInterval* cur)
 {
-  DEBUG(std::cerr << "\tallocating current interval: ");
+  DOUT << "\tallocating current interval: ";
 
   PhysRegTracker backupPrt = *prt_;
 
-  spillWeights_.assign(mri_->getNumRegs(), 0.0);
-
-  // for each interval in active update spill weights
-  for (IntervalPtrs::const_iterator i = active_.begin(), e = active_.end();
-       i != e; ++i) {
-    unsigned reg = (*i)->reg;
-    if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg))
-      reg = vrm_->getPhys(reg);
-    updateSpillWeights(reg, (*i)->weight);
-  }
-
+  std::vector<std::pair<unsigned, float> > SpillWeightsToAdd;
+  unsigned StartPosition = cur->beginNumber();
+  const TargetRegisterClass *RC = mf_->getSSARegMap()->getRegClass(cur->reg);
+  const TargetRegisterClass *RCLeader = RelatedRegClasses.getLeaderValue(RC);
+      
   // for every interval in inactive we overlap with, mark the
-  // register as not free and update spill weights
+  // register as not free and update spill weights.
   for (IntervalPtrs::const_iterator i = inactive_.begin(),
          e = inactive_.end(); i != e; ++i) {
-    if (cur->overlaps(**i)) {
-      unsigned reg = (*i)->reg;
-      if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg))
-        reg = vrm_->getPhys(reg);
-      prt_->addRegUse(reg);
-      updateSpillWeights(reg, (*i)->weight);
+    unsigned Reg = i->first->reg;
+    assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) &&
+           "Can only allocate virtual registers!");
+    const TargetRegisterClass *RegRC = mf_->getSSARegMap()->getRegClass(Reg);
+    // If this is not in a related reg class to the register we're allocating, 
+    // don't check it.
+    if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader &&
+        cur->overlapsFrom(*i->first, i->second-1)) {
+      Reg = vrm_->getPhys(Reg);
+      prt_->addRegUse(Reg);
+      SpillWeightsToAdd.push_back(std::make_pair(Reg, i->first->weight));
     }
   }
+  
+  // Speculatively check to see if we can get a register right now.  If not,
+  // we know we won't be able to by adding more constraints.  If so, we can
+  // check to see if it is valid.  Doing an exhaustive search of the fixed_ list
+  // is very bad (it contains all callee clobbered registers for any functions
+  // with a call), so we want to avoid doing that if possible.
+  unsigned physReg = getFreePhysReg(cur);
+  if (physReg) {
+    // We got a register.  However, if it's in the fixed_ list, we might
+    // conflict with it.  Check to see if we conflict with it or any of its
+    // aliases.
+    std::set<unsigned> RegAliases;
+    for (const unsigned *AS = mri_->getAliasSet(physReg); *AS; ++AS)
+      RegAliases.insert(*AS);
+    
+    bool ConflictsWithFixed = false;
+    for (unsigned i = 0, e = fixed_.size(); i != e; ++i) {
+      IntervalPtr &IP = fixed_[i];
+      if (physReg == IP.first->reg || RegAliases.count(IP.first->reg)) {
+        // Okay, this reg is on the fixed list.  Check to see if we actually
+        // conflict.
+        LiveInterval *I = IP.first;
+        if (I->endNumber() > StartPosition) {
+          LiveInterval::iterator II = I->advanceTo(IP.second, StartPosition);
+          IP.second = II;
+          if (II != I->begin() && II->start > StartPosition)
+            --II;
+          if (cur->overlapsFrom(*I, II)) {
+            ConflictsWithFixed = true;
+            break;
+          }
+        }
+      }
+    }
+    
+    // Okay, the register picked by our speculative getFreePhysReg call turned
+    // out to be in use.  Actually add all of the conflicting fixed registers to
+    // prt so we can do an accurate query.
+    if (ConflictsWithFixed) {
+      // For every interval in fixed we overlap with, mark the register as not
+      // free and update spill weights.
+      for (unsigned i = 0, e = fixed_.size(); i != e; ++i) {
+        IntervalPtr &IP = fixed_[i];
+        LiveInterval *I = IP.first;
+
+        const TargetRegisterClass *RegRC = OneClassForEachPhysReg[I->reg];
+        if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader &&       
+            I->endNumber() > StartPosition) {
+          LiveInterval::iterator II = I->advanceTo(IP.second, StartPosition);
+          IP.second = II;
+          if (II != I->begin() && II->start > StartPosition)
+            --II;
+          if (cur->overlapsFrom(*I, II)) {
+            unsigned reg = I->reg;
+            prt_->addRegUse(reg);
+            SpillWeightsToAdd.push_back(std::make_pair(reg, I->weight));
+          }
+        }
+      }
 
-  // for every interval in fixed we overlap with,
-  // mark the register as not free and update spill weights
-  for (IntervalPtrs::const_iterator i = fixed_.begin(),
-         e = fixed_.end(); i != e; ++i) {
-    if (cur->overlaps(**i)) {
-      unsigned reg = (*i)->reg;
-      prt_->addRegUse(reg);
-      updateSpillWeights(reg, (*i)->weight);
+      // Using the newly updated prt_ object, which includes conflicts in the
+      // future, see if there are any registers available.
+      physReg = getFreePhysReg(cur);
     }
   }
-
-  unsigned physReg = getFreePhysReg(cur);
-  // restore the physical register tracker
+    
+  // Restore the physical register tracker, removing information about the
+  // future.
   *prt_ = backupPrt;
+  
   // if we find a free register, we are done: assign this virtual to
   // the free physical register and add this interval to the active
   // list.
   if (physReg) {
-    DEBUG(std::cerr <<  mri_->getName(physReg) << '\n');
+    DOUT <<  mri_->getName(physReg) << '\n';
     vrm_->assignVirt2Phys(cur->reg, physReg);
     prt_->addRegUse(physReg);
-    active_.push_back(cur);
+    active_.push_back(std::make_pair(cur, cur->begin()));
     handled_.push_back(cur);
     return;
   }
-  DEBUG(std::cerr << "no free registers\n");
-
-  DEBUG(std::cerr << "\tassigning stack slot at interval "<< *cur << ":\n");
-
-  float minWeight = HUGE_VAL;
-  unsigned minReg = 0;
-  const TargetRegisterClass* rc = mf_->getSSARegMap()->getRegClass(cur->reg);
-  for (TargetRegisterClass::iterator i = rc->allocation_order_begin(*mf_);
-       i != rc->allocation_order_end(*mf_); ++i) {
-    unsigned reg = *i;
-    if (minWeight > spillWeights_[reg]) {
-      minWeight = spillWeights_[reg];
-      minReg = reg;
+  DOUT << "no free registers\n";
+
+  // Compile the spill weights into an array that is better for scanning.
+  std::vector<float> SpillWeights(mri_->getNumRegs(), 0.0);
+  for (std::vector<std::pair<unsigned, float> >::iterator
+       I = SpillWeightsToAdd.begin(), E = SpillWeightsToAdd.end(); I != E; ++I)
+    updateSpillWeights(SpillWeights, I->first, I->second, mri_);
+  
+  // for each interval in active, update spill weights.
+  for (IntervalPtrs::const_iterator i = active_.begin(), e = active_.end();
+       i != e; ++i) {
+    unsigned reg = i->first->reg;
+    assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
+           "Can only allocate virtual registers!");
+    reg = vrm_->getPhys(reg);
+    updateSpillWeights(SpillWeights, reg, i->first->weight, mri_);
+  }
+  DOUT << "\tassigning stack slot at interval "<< *cur << ":\n";
+
+  // Find a register to spill.
+  float minWeight = HUGE_VALF;
+  unsigned minReg = cur->preference;  // Try the preferred register first.
+  
+  if (!minReg || SpillWeights[minReg] == HUGE_VALF)
+    for (TargetRegisterClass::iterator i = RC->allocation_order_begin(*mf_),
+           e = RC->allocation_order_end(*mf_); i != e; ++i) {
+      unsigned reg = *i;
+      if (minWeight > SpillWeights[reg]) {
+        minWeight = SpillWeights[reg];
+        minReg = reg;
+      }
+    }
+  
+  // If we didn't find a register that is spillable, try aliases?
+  if (!minReg) {
+    for (TargetRegisterClass::iterator i = RC->allocation_order_begin(*mf_),
+           e = RC->allocation_order_end(*mf_); i != e; ++i) {
+      unsigned reg = *i;
+      // No need to worry about if the alias register size < regsize of RC.
+      // We are going to spill all registers that alias it anyway.
+      for (const unsigned* as = mri_->getAliasSet(reg); *as; ++as) {
+        if (minWeight > SpillWeights[*as]) {
+          minWeight = SpillWeights[*as];
+          minReg = *as;
+        }
+      }
     }
+
+    // All registers must have inf weight. Just grab one!
+    if (!minReg)
+      minReg = *RC->allocation_order_begin(*mf_);
   }
-  DEBUG(std::cerr << "\t\tregister with min weight: "
-        << mri_->getName(minReg) << " (" << minWeight << ")\n");
+  
+  DOUT << "\t\tregister with min weight: "
+       << mri_->getName(minReg) << " (" << minWeight << ")\n";
 
   // if the current has the minimum weight, we need to spill it and
   // add any added intervals back to unhandled, and restart
   // linearscan.
-  if (cur->weight <= minWeight) {
-    DEBUG(std::cerr << "\t\t\tspilling(c): " << *cur << '\n';);
-    int slot = vrm_->assignVirt2StackSlot(cur->reg);
+  if (cur->weight != HUGE_VALF && cur->weight <= minWeight) {
+    DOUT << "\t\t\tspilling(c): " << *cur << '\n';
+    // if the current interval is re-materializable, remember so and don't
+    // assign it a spill slot.
+    if (cur->remat)
+      vrm_->setVirtIsReMaterialized(cur->reg, cur->remat);
+    int slot = cur->remat ? vrm_->assignVirtReMatId(cur->reg)
+      : vrm_->assignVirt2StackSlot(cur->reg);
     std::vector<LiveInterval*> added =
       li_->addIntervalsForSpills(*cur, *vrm_, slot);
     if (added.empty())
@@ -389,6 +617,8 @@ void RA::assignRegOrStackSlotAtInterval(LiveInterval* cur)
     return;
   }
 
+  ++NumBacktracks;
+
   // push the current interval back to unhandled since we are going
   // to re-run at least this iteration. Since we didn't modify it it
   // should go back right in the front of the list
@@ -400,133 +630,190 @@ void RA::assignRegOrStackSlotAtInterval(LiveInterval* cur)
   std::vector<LiveInterval*> added;
   assert(MRegisterInfo::isPhysicalRegister(minReg) &&
          "did not choose a register to spill?");
-  std::vector<bool> toSpill(mri_->getNumRegs(), false);
-  // we are going to spill minReg and all its aliases
+  BitVector toSpill(mri_->getNumRegs());
+
+  // We are going to spill minReg and all its aliases.
   toSpill[minReg] = true;
   for (const unsigned* as = mri_->getAliasSet(minReg); *as; ++as)
     toSpill[*as] = true;
 
   // the earliest start of a spilled interval indicates up to where
   // in handled we need to roll back
-  unsigned earliestStart = cur->start();
+  unsigned earliestStart = cur->beginNumber();
 
   // set of spilled vregs (used later to rollback properly)
   std::set<unsigned> spilled;
 
-  // spill live intervals of virtual regs mapped to the physical
-  // register we want to clear (and its aliases). we only spill
-  // those that overlap with the current interval as the rest do not
-  // affect its allocation. we also keep track of the earliest start
-  // of all spilled live intervals since this will mark our rollback
-  // point
-  for (IntervalPtrs::iterator
-         i = active_.begin(); i != active_.end(); ++i) {
-    unsigned reg = (*i)->reg;
-    if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
+  // spill live intervals of virtual regs mapped to the physical register we
+  // want to clear (and its aliases).  We only spill those that overlap with the
+  // current interval as the rest do not affect its allocation. we also keep
+  // track of the earliest start of all spilled live intervals since this will
+  // mark our rollback point.
+  for (IntervalPtrs::iterator i = active_.begin(); i != active_.end(); ++i) {
+    unsigned reg = i->first->reg;
+    if (//MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
         toSpill[vrm_->getPhys(reg)] &&
-        cur->overlaps(**i)) {
-      DEBUG(std::cerr << "\t\t\tspilling(a): " << **i << '\n');
-      earliestStart = std::min(earliestStart, (*i)->start());
-      int slot = vrm_->assignVirt2StackSlot((*i)->reg);
+        cur->overlapsFrom(*i->first, i->second)) {
+      DOUT << "\t\t\tspilling(a): " << *i->first << '\n';
+      earliestStart = std::min(earliestStart, i->first->beginNumber());
+      if (i->first->remat)
+        vrm_->setVirtIsReMaterialized(reg, i->first->remat);
+      int slot = i->first->remat ? vrm_->assignVirtReMatId(reg)
+        : vrm_->assignVirt2StackSlot(reg);
       std::vector<LiveInterval*> newIs =
-        li_->addIntervalsForSpills(**i, *vrm_, slot);
+        li_->addIntervalsForSpills(*i->first, *vrm_, slot);
       std::copy(newIs.begin(), newIs.end(), std::back_inserter(added));
       spilled.insert(reg);
     }
   }
-  for (IntervalPtrs::iterator
-         i = inactive_.begin(); i != inactive_.end(); ++i) {
-    unsigned reg = (*i)->reg;
-    if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
+  for (IntervalPtrs::iterator i = inactive_.begin(); i != inactive_.end(); ++i){
+    unsigned reg = i->first->reg;
+    if (//MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
         toSpill[vrm_->getPhys(reg)] &&
-        cur->overlaps(**i)) {
-      DEBUG(std::cerr << "\t\t\tspilling(i): " << **i << '\n');
-      earliestStart = std::min(earliestStart, (*i)->start());
-      int slot = vrm_->assignVirt2StackSlot((*i)->reg);
+        cur->overlapsFrom(*i->first, i->second-1)) {
+      DOUT << "\t\t\tspilling(i): " << *i->first << '\n';
+      earliestStart = std::min(earliestStart, i->first->beginNumber());
+      if (i->first->remat)
+        vrm_->setVirtIsReMaterialized(reg, i->first->remat);
+      int slot = i->first->remat ? vrm_->assignVirtReMatId(reg)
+        : vrm_->assignVirt2StackSlot(reg);
       std::vector<LiveInterval*> newIs =
-        li_->addIntervalsForSpills(**i, *vrm_, slot);
+        li_->addIntervalsForSpills(*i->first, *vrm_, slot);
       std::copy(newIs.begin(), newIs.end(), std::back_inserter(added));
       spilled.insert(reg);
     }
   }
 
-  DEBUG(std::cerr << "\t\trolling back to: " << earliestStart << '\n');
-  // scan handled in reverse order up to the earliaset start of a
+  DOUT << "\t\trolling back to: " << earliestStart << '\n';
+
+  // Scan handled in reverse order up to the earliest start of a
   // spilled live interval and undo each one, restoring the state of
-  // unhandled
+  // unhandled.
   while (!handled_.empty()) {
     LiveInterval* i = handled_.back();
-    // if this interval starts before t we are done
-    if (i->start() < earliestStart)
+    // If this interval starts before t we are done.
+    if (i->beginNumber() < earliestStart)
       break;
-    DEBUG(std::cerr << "\t\t\tundo changes for: " << *i << '\n');
+    DOUT << "\t\t\tundo changes for: " << *i << '\n';
     handled_.pop_back();
-    // when undoing a live interval allocation we must know if it
-    // is active or inactive to properly update the PhysRegTracker
-    // and the VirtRegMap
+
+    // When undoing a live interval allocation we must know if it is active or
+    // inactive to properly update the PhysRegTracker and the VirtRegMap.
     IntervalPtrs::iterator it;
-    if ((it = find(active_.begin(), active_.end(), i)) != active_.end()) {
+    if ((it = FindIntervalInVector(active_, i)) != active_.end()) {
       active_.erase(it);
-      if (MRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->reg)) {
-        prt_->delRegUse(i->reg);
+      assert(!MRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->reg));
+      if (!spilled.count(i->reg))
         unhandled_.push(i);
-      }
-      else {
-        if (!spilled.count(i->reg))
-          unhandled_.push(i);
-        prt_->delRegUse(vrm_->getPhys(i->reg));
-        vrm_->clearVirt(i->reg);
-      }
-    }
-    else if ((it = find(inactive_.begin(), inactive_.end(), i)) != inactive_.end()) {
+      prt_->delRegUse(vrm_->getPhys(i->reg));
+      vrm_->clearVirt(i->reg);
+    } else if ((it = FindIntervalInVector(inactive_, i)) != inactive_.end()) {
       inactive_.erase(it);
-      if (MRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->reg))
+      assert(!MRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->reg));
+      if (!spilled.count(i->reg))
         unhandled_.push(i);
-      else {
-        if (!spilled.count(i->reg))
-          unhandled_.push(i);
-        vrm_->clearVirt(i->reg);
-      }
-    }
-    else {
-      if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(i->reg))
-        vrm_->clearVirt(i->reg);
+      vrm_->clearVirt(i->reg);
+    } else {
+      assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(i->reg) &&
+             "Can only allocate virtual registers!");
+      vrm_->clearVirt(i->reg);
       unhandled_.push(i);
     }
   }
 
+  // Rewind the iterators in the active, inactive, and fixed lists back to the
+  // point we reverted to.
+  RevertVectorIteratorsTo(active_, earliestStart);
+  RevertVectorIteratorsTo(inactive_, earliestStart);
+  RevertVectorIteratorsTo(fixed_, earliestStart);
+
   // scan the rest and undo each interval that expired after t and
   // insert it in active (the next iteration of the algorithm will
   // put it in inactive if required)
-  IntervalPtrs::iterator i = handled_.begin(), e = handled_.end();
-  for (; i != e; ++i) {
-    if (!(*i)->expiredAt(earliestStart) && (*i)->expiredAt(cur->start())) {
-      DEBUG(std::cerr << "\t\t\tundo changes for: " << **i << '\n');
-      active_.push_back(*i);
-      if (MRegisterInfo::isPhysicalRegister((*i)->reg))
-        prt_->addRegUse((*i)->reg);
-      else
-        prt_->addRegUse(vrm_->getPhys((*i)->reg));
+  for (unsigned i = 0, e = handled_.size(); i != e; ++i) {
+    LiveInterval *HI = handled_[i];
+    if (!HI->expiredAt(earliestStart) &&
+        HI->expiredAt(cur->beginNumber())) {
+      DOUT << "\t\t\tundo changes for: " << *HI << '\n';
+      active_.push_back(std::make_pair(HI, HI->begin()));
+      assert(!MRegisterInfo::isPhysicalRegister(HI->reg));
+      prt_->addRegUse(vrm_->getPhys(HI->reg));
     }
   }
 
-  std::sort(added.begin(), added.end(), less_ptr<LiveInterval>());
   // merge added with unhandled
   for (unsigned i = 0, e = added.size(); i != e; ++i)
     unhandled_.push(added[i]);
 }
 
-unsigned RA::getFreePhysReg(LiveInterval* cur)
-{
-  const TargetRegisterClass* rc = mf_->getSSARegMap()->getRegClass(cur->reg);
+/// getFreePhysReg - return a free physical register for this virtual register
+/// interval if we have one, otherwise return 0.
+unsigned RA::getFreePhysReg(LiveInterval *cur) {
+  std::vector<unsigned> inactiveCounts(mri_->getNumRegs(), 0);
+  unsigned MaxInactiveCount = 0;
+  
+  const TargetRegisterClass *RC = mf_->getSSARegMap()->getRegClass(cur->reg);
+  const TargetRegisterClass *RCLeader = RelatedRegClasses.getLeaderValue(RC);
+  for (IntervalPtrs::iterator i = inactive_.begin(), e = inactive_.end();
+       i != e; ++i) {
+    unsigned reg = i->first->reg;
+    assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
+           "Can only allocate virtual registers!");
+
+    // If this is not in a related reg class to the register we're allocating, 
+    // don't check it.
+    const TargetRegisterClass *RegRC = mf_->getSSARegMap()->getRegClass(reg);
+    if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader) {
+      reg = vrm_->getPhys(reg);
+      ++inactiveCounts[reg];
+      MaxInactiveCount = std::max(MaxInactiveCount, inactiveCounts[reg]);
+    }
+  }
 
-  for (TargetRegisterClass::iterator i = rc->allocation_order_begin(*mf_);
-       i != rc->allocation_order_end(*mf_); ++i) {
-    unsigned reg = *i;
-    if (prt_->isRegAvail(reg))
-      return reg;
+  unsigned FreeReg = 0;
+  unsigned FreeRegInactiveCount = 0;
+
+  // If copy coalescer has assigned a "preferred" register, check if it's
+  // available first.
+  if (cur->preference)
+    if (prt_->isRegAvail(cur->preference)) {
+      DOUT << "\t\tassigned the preferred register: "
+           << mri_->getName(cur->preference) << "\n";
+      return cur->preference;
+    } else
+      DOUT << "\t\tunable to assign the preferred register: "
+           << mri_->getName(cur->preference) << "\n";
+
+  // Scan for the first available register.
+  TargetRegisterClass::iterator I = RC->allocation_order_begin(*mf_);
+  TargetRegisterClass::iterator E = RC->allocation_order_end(*mf_);
+  for (; I != E; ++I)
+    if (prt_->isRegAvail(*I)) {
+      FreeReg = *I;
+      FreeRegInactiveCount = inactiveCounts[FreeReg];
+      break;
+    }
+  
+  // If there are no free regs, or if this reg has the max inactive count,
+  // return this register.
+  if (FreeReg == 0 || FreeRegInactiveCount == MaxInactiveCount) return FreeReg;
+  
+  // Continue scanning the registers, looking for the one with the highest
+  // inactive count.  Alkis found that this reduced register pressure very
+  // slightly on X86 (in rev 1.94 of this file), though this should probably be
+  // reevaluated now.
+  for (; I != E; ++I) {
+    unsigned Reg = *I;
+    if (prt_->isRegAvail(Reg) && FreeRegInactiveCount < inactiveCounts[Reg]) {
+      FreeReg = Reg;
+      FreeRegInactiveCount = inactiveCounts[Reg];
+      if (FreeRegInactiveCount == MaxInactiveCount)
+        break;    // We found the one with the max inactive count.
+    }
   }
-  return 0;
+  
+  return FreeReg;
 }
 
 FunctionPass* llvm::createLinearScanRegisterAllocator() {