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[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / SplitKit.h
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@@ -1,4 +1,4 @@
-//===---------- SplitKit.cpp - Toolkit for splitting live ranges ----------===//
+//===-------- SplitKit.cpp - Toolkit for splitting live ranges --*- C++ -*-===//
 //
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
+#include "llvm/ADT/IntEqClasses.h"
+#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
 #include "llvm/CodeGen/SlotIndexes.h"
 
+#include <string>
+
 namespace llvm {
 
 class LiveInterval;
 class LiveIntervals;
+class LiveRangeEdit;
 class MachineInstr;
 class MachineLoop;
 class MachineLoopInfo;
 class MachineRegisterInfo;
 class TargetInstrInfo;
+class TargetRegisterInfo;
 class VirtRegMap;
 class VNInfo;
+class raw_ostream;
+
+/// At some point we should just include MachineDominators.h:
+class MachineDominatorTree;
+template <class NodeT> class DomTreeNodeBase;
+typedef DomTreeNodeBase<MachineBasicBlock> MachineDomTreeNode;
+
+
+/// EdgeBundles - Group CFG edges into equivalence classes where registers must
+/// be allocated identically. This annotates the CFG to form a bipartite graph
+/// where each block is connected to an ingoing and an outgoing bundle.
+/// Edge bundles are simply numbered, there is no object representation.
+class EdgeBundles {
+  const MachineFunction *MF;
+
+  /// EC - Each edge bundle is an equivalence class. The keys are:
+  ///   2*BB->getNumber()   -> Ingoing bundle.
+  ///   2*BB->getNumber()+1 -> Outgoing bundle.
+  IntEqClasses EC;
+
+public:
+  /// compute - Compute the edge bundles for MF. Bundles depend only on the CFG.
+  void compute(const MachineFunction *MF);
+
+  /// getBundle - Return the ingoing (Out = false) or outgoing (Out = true)
+  /// bundle number for basic block #N
+  unsigned getBundle(unsigned N, bool Out) const { return EC[2 * N + Out]; }
+
+  /// getMachineFunction - Return the last machine function computed.
+  const MachineFunction *getMachineFunction() const { return MF; }
+
+  /// view - Visualize the annotated bipartite CFG with Graphviz.
+  void view() const;
+};
+
+/// Specialize WriteGraph, the standard implementation won't work.
+raw_ostream &WriteGraph(raw_ostream &O, const EdgeBundles &G,
+                        bool ShortNames = false,
+                        const std::string &Title = "");
+
 
 /// SplitAnalysis - Analyze a LiveInterval, looking for live range splitting
 /// opportunities.
 class SplitAnalysis {
+public:
   const MachineFunction &mf_;
   const LiveIntervals &lis_;
   const MachineLoopInfo &loops_;
   const TargetInstrInfo &tii_;
 
-  // Current live interval.
-  const LiveInterval *curli_;
-
   // Instructions using the the current register.
   typedef SmallPtrSet<const MachineInstr*, 16> InstrPtrSet;
   InstrPtrSet usingInstrs_;
@@ -47,9 +90,13 @@ class SplitAnalysis {
   typedef DenseMap<const MachineBasicBlock*, unsigned> BlockCountMap;
   BlockCountMap usingBlocks_;
 
-  // Loops where the curent interval is used.
-  typedef SmallPtrSet<const MachineLoop*, 16> LoopPtrSet;
-  LoopPtrSet usingLoops_;
+  // The number of basic block using curli in each loop.
+  typedef DenseMap<const MachineLoop*, unsigned> LoopCountMap;
+  LoopCountMap usingLoops_;
+
+private:
+  // Current live interval.
+  const LiveInterval *curli_;
 
   // Sumarize statistics by counting instructions using curli_.
   void analyzeUses();
@@ -66,13 +113,15 @@ public:
   /// split.
   void analyze(const LiveInterval *li);
 
-  const LiveInterval *getCurLI() { return curli_; }
-
   /// clear - clear all data structures so SplitAnalysis is ready to analyze a
   /// new interval.
   void clear();
 
   typedef SmallPtrSet<const MachineBasicBlock*, 16> BlockPtrSet;
+  typedef SmallPtrSet<const MachineLoop*, 16> LoopPtrSet;
+
+  // Print a set of blocks with use counts.
+  void print(const BlockPtrSet&, raw_ostream&) const;
 
   // Sets of basic blocks surrounding a machine loop.
   struct LoopBlocks {
@@ -87,6 +136,9 @@ public:
     }
   };
 
+  // Print loop blocks with use counts.
+  void print(const LoopBlocks&, raw_ostream&) const;
+
   // Calculate the block sets surrounding the loop.
   void getLoopBlocks(const MachineLoop *Loop, LoopBlocks &Blocks);
 
@@ -113,22 +165,150 @@ public:
   bool canSplitCriticalExits(const LoopBlocks &Blocks,
                              BlockPtrSet &CriticalExits);
 
+  /// getCriticalPreds - Get the set of loop predecessors with critical edges to
+  /// blocks outside the loop that have curli live in. We don't have to break
+  /// these edges, but they do require special treatment.
+  void getCriticalPreds(const LoopBlocks &Blocks, BlockPtrSet &CriticalPreds);
+
+  /// getSplitLoops - Get the set of loops that have curli uses and would be
+  /// profitable to split.
+  void getSplitLoops(LoopPtrSet&);
+
   /// getBestSplitLoop - Return the loop where curli may best be split to a
   /// separate register, or NULL.
   const MachineLoop *getBestSplitLoop();
+
+  /// isBypassLoop - Return true if curli is live through Loop and has no uses
+  /// inside the loop. Bypass loops are candidates for splitting because it can
+  /// prevent interference inside the loop.
+  bool isBypassLoop(const MachineLoop *Loop);
+
+  /// getBypassLoops - Get all the maximal bypass loops. These are the bypass
+  /// loops whose parent is not a bypass loop.
+  void getBypassLoops(LoopPtrSet&);
+
+  /// getMultiUseBlocks - Add basic blocks to Blocks that may benefit from
+  /// having curli split to a new live interval. Return true if Blocks can be
+  /// passed to SplitEditor::splitSingleBlocks.
+  bool getMultiUseBlocks(BlockPtrSet &Blocks);
+
+  /// getBlockForInsideSplit - If curli is contained inside a single basic block,
+  /// and it wou pay to subdivide the interval inside that block, return it.
+  /// Otherwise return NULL. The returned block can be passed to
+  /// SplitEditor::splitInsideBlock.
+  const MachineBasicBlock *getBlockForInsideSplit();
 };
 
+
+/// LiveIntervalMap - Map values from a large LiveInterval into a small
+/// interval that is a subset. Insert phi-def values as needed. This class is
+/// used by SplitEditor to create new smaller LiveIntervals.
+///
+/// parentli_ is the larger interval, li_ is the subset interval. Every value
+/// in li_ corresponds to exactly one value in parentli_, and the live range
+/// of the value is contained within the live range of the parentli_ value.
+/// Values in parentli_ may map to any number of openli_ values, including 0.
+class LiveIntervalMap {
+  LiveIntervals &lis_;
+  MachineDominatorTree &mdt_;
+
+  // The parent interval is never changed.
+  const LiveInterval &parentli_;
+
+  // The child interval's values are fully contained inside parentli_ values.
+  LiveInterval *li_;
+
+  typedef DenseMap<const VNInfo*, VNInfo*> ValueMap;
+
+  // Map parentli_ values to simple values in li_ that are defined at the same
+  // SlotIndex, or NULL for parentli_ values that have complex li_ defs.
+  // Note there is a difference between values mapping to NULL (complex), and
+  // values not present (unknown/unmapped).
+  ValueMap valueMap_;
+
+  typedef std::pair<VNInfo*, MachineDomTreeNode*> LiveOutPair;
+  typedef DenseMap<MachineBasicBlock*,LiveOutPair> LiveOutMap;
+
+  // liveOutCache_ - Map each basic block where li_ is live out to the live-out
+  // value and its defining block. One of these conditions shall be true:
+  //
+  //  1. !liveOutCache_.count(MBB)
+  //  2. liveOutCache_[MBB].second.getNode() == MBB
+  //  3. forall P in preds(MBB): liveOutCache_[P] == liveOutCache_[MBB]
+  //
+  // This is only a cache, the values can be computed as:
+  //
+  //  VNI = li_->getVNInfoAt(lis_.getMBBEndIdx(MBB))
+  //  Node = mbt_[lis_.getMBBFromIndex(VNI->def)]
+  //
+  // The cache is also used as a visiteed set by mapValue().
+  LiveOutMap liveOutCache_;
+
+public:
+  LiveIntervalMap(LiveIntervals &lis,
+                  MachineDominatorTree &mdt,
+                  const LiveInterval &parentli)
+    : lis_(lis), mdt_(mdt), parentli_(parentli), li_(0) {}
+
+  /// reset - clear all data structures and start a new live interval.
+  void reset(LiveInterval *);
+
+  /// getLI - return the current live interval.
+  LiveInterval *getLI() const { return li_; }
+
+  /// defValue - define a value in li_ from the parentli_ value VNI and Idx.
+  /// Idx does not have to be ParentVNI->def, but it must be contained within
+  /// ParentVNI's live range in parentli_.
+  /// Return the new li_ value.
+  VNInfo *defValue(const VNInfo *ParentVNI, SlotIndex Idx);
+
+  /// mapValue - map ParentVNI to the corresponding li_ value at Idx. It is
+  /// assumed that ParentVNI is live at Idx.
+  /// If ParentVNI has not been defined by defValue, it is assumed that
+  /// ParentVNI->def dominates Idx.
+  /// If ParentVNI has been defined by defValue one or more times, a value that
+  /// dominates Idx will be returned. This may require creating extra phi-def
+  /// values and adding live ranges to li_.
+  /// If simple is not NULL, *simple will indicate if ParentVNI is a simply
+  /// mapped value.
+  VNInfo *mapValue(const VNInfo *ParentVNI, SlotIndex Idx, bool *simple = 0);
+
+  // extendTo - Find the last li_ value defined in MBB at or before Idx. The
+  // parentli is assumed to be live at Idx. Extend the live range to include
+  // Idx. Return the found VNInfo, or NULL.
+  VNInfo *extendTo(const MachineBasicBlock *MBB, SlotIndex Idx);
+
+  /// isMapped - Return true is ParentVNI is a known mapped value. It may be a
+  /// simple 1-1 mapping or a complex mapping to later defs.
+  bool isMapped(const VNInfo *ParentVNI) const {
+    return valueMap_.count(ParentVNI);
+  }
+
+  /// isComplexMapped - Return true if ParentVNI has received new definitions
+  /// with defValue.
+  bool isComplexMapped(const VNInfo *ParentVNI) const;
+
+  // addSimpleRange - Add a simple range from parentli_ to li_.
+  // ParentVNI must be live in the [Start;End) interval.
+  void addSimpleRange(SlotIndex Start, SlotIndex End, const VNInfo *ParentVNI);
+
+  /// addRange - Add live ranges to li_ where [Start;End) intersects parentli_.
+  /// All needed values whose def is not inside [Start;End) must be defined
+  /// beforehand so mapValue will work.
+  void addRange(SlotIndex Start, SlotIndex End);
+};
+
+
 /// SplitEditor - Edit machine code and LiveIntervals for live range
 /// splitting.
 ///
-/// 1. Create a SplitEditor from a SplitAnalysis. This will create a new
-///    LiveInterval, dupli, that is identical to SA.curli.
-/// 2. Start a new live interval with openLI.
-/// 3. Insert copies to the new interval with copyTo* and mark the ranges where
-///    it should be used with use*.
-/// 4. Insert back-copies with copyFromLI.
-/// 5. Finish the current LI with closeLI and repeat from 2.
-/// 6. Rewrite instructions with rewrite().
+/// - Create a SplitEditor from a SplitAnalysis.
+/// - Start a new live interval with openIntv.
+/// - Mark the places where the new interval is entered using enterIntv*
+/// - Mark the ranges where the new interval is used with useIntv* 
+/// - Mark the places where the interval is exited with exitIntv*.
+/// - Finish the current interval with closeIntv and repeat from 2.
+/// - Rewrite instructions with finish().
 ///
 class SplitEditor {
   SplitAnalysis &sa_;
@@ -136,59 +316,88 @@ class SplitEditor {
   VirtRegMap &vrm_;
   MachineRegisterInfo &mri_;
   const TargetInstrInfo &tii_;
+  const TargetRegisterInfo &tri_;
+
+  /// edit_ - The current parent register and new intervals created.
+  LiveRangeEdit &edit_;
 
-  /// dupli_ - Created as a copy of sa_.curli_, ranges are carved out as new
-  /// intervals get added through openLI / closeLI.
-  LiveInterval *dupli_;
+  /// dupli_ - Created as a copy of curli_, ranges are carved out as new
+  /// intervals get added through openIntv / closeIntv. This is used to avoid
+  /// editing curli_.
+  LiveIntervalMap dupli_;
 
   /// Currently open LiveInterval.
-  LiveInterval *openli_;
+  LiveIntervalMap openli_;
+
+  /// defFromParent - Define Reg from ParentVNI at UseIdx using either
+  /// rematerialization or a COPY from parent. Return the new value.
+  VNInfo *defFromParent(LiveIntervalMap &Reg,
+                        VNInfo *ParentVNI,
+                        SlotIndex UseIdx,
+                        MachineBasicBlock &MBB,
+                        MachineBasicBlock::iterator I);
+
+  /// intervalsLiveAt - Return true if any member of intervals_ is live at Idx.
+  bool intervalsLiveAt(SlotIndex Idx) const;
+
+  /// Values in curli whose live range has been truncated when entering an open
+  /// li.
+  SmallPtrSet<const VNInfo*, 8> truncatedValues;
 
-  /// createInterval - Create a new virtual register and LiveInterval with same
-  /// register class and spill slot as curli.
-  LiveInterval *createInterval();
+  /// addTruncSimpleRange - Add the given simple range to dupli_ after
+  /// truncating any overlap with intervals_.
+  void addTruncSimpleRange(SlotIndex Start, SlotIndex End, VNInfo *VNI);
 
-       /// valueMap_ - Map values in dupli to values in openli. These are direct 1-1
-       /// mappings, and do not include values created by inserted copies.
-       DenseMap<VNInfo*,VNInfo*> valueMap_;
+  /// criticalPreds_ - Set of basic blocks where both dupli and openli should be
+  /// live out because of a critical edge.
+  SplitAnalysis::BlockPtrSet criticalPreds_;
 
-       /// mapValue - Return the openli value that corresponds to the given dupli
-       /// value.
-       VNInfo *mapValue(VNInfo *dupliVNI);     
+  /// computeRemainder - Compute the dupli liveness as the complement of all the
+  /// new intervals.
+  void computeRemainder();
+
+  /// rewrite - Rewrite all uses of reg to use the new registers.
+  void rewrite(unsigned reg);
 
 public:
   /// Create a new SplitEditor for editing the LiveInterval analyzed by SA.
-  SplitEditor(SplitAnalysis&, LiveIntervals&, VirtRegMap&);
+  /// Newly created intervals will be appended to newIntervals.
+  SplitEditor(SplitAnalysis &SA, LiveIntervals&, VirtRegMap&,
+              MachineDominatorTree&, LiveRangeEdit&);
+
+  /// getAnalysis - Get the corresponding analysis.
+  SplitAnalysis &getAnalysis() { return sa_; }
+
+  /// Create a new virtual register and live interval.
+  void openIntv();
 
-       /// getAnalysis - Get the corresponding analysis.
-       SplitAnalysis &getAnalysis() { return sa_; }
+  /// enterIntvBefore - Enter openli before the instruction at Idx. If curli is
+  /// not live before Idx, a COPY is not inserted.
+  void enterIntvBefore(SlotIndex Idx);
 
-  /// Create a new virtual register and live interval to be used by following
-  /// use* and copy* calls.
-  void openLI();
+  /// enterIntvAtEnd - Enter openli at the end of MBB.
+  void enterIntvAtEnd(MachineBasicBlock &MBB);
 
-  /// copyToPHI - Insert a copy to openli at the end of A, and catch it with a
-  /// PHI def at the beginning of the successor B. This call is ignored if dupli
-  /// is not live out of A.
-  void copyToPHI(MachineBasicBlock &A, MachineBasicBlock &B);
+  /// useIntv - indicate that all instructions in MBB should use openli.
+  void useIntv(const MachineBasicBlock &MBB);
 
-  /// useLI - indicate that all instructions in MBB should use openli.
-  void useLI(const MachineBasicBlock &MBB);
+  /// useIntv - indicate that all instructions in range should use openli.
+  void useIntv(SlotIndex Start, SlotIndex End);
 
-  /// useLI - indicate that all instructions in range should use openli.
-  void useLI(SlotIndex Start, SlotIndex End);
+  /// leaveIntvAfter - Leave openli after the instruction at Idx.
+  void leaveIntvAfter(SlotIndex Idx);
 
-  /// copyFromLI - Insert a copy back to dupli from openli at position I.
-       /// This also marks the remainder of MBB as not used by openli.
-  SlotIndex copyFromLI(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator I);
+  /// leaveIntvAtTop - Leave the interval at the top of MBB.
+  /// Currently, only one value can leave the interval.
+  void leaveIntvAtTop(MachineBasicBlock &MBB);
 
-  /// closeLI - Indicate that we are done editing the currently open
+  /// closeIntv - Indicate that we are done editing the currently open
   /// LiveInterval, and ranges can be trimmed.
-  void closeLI();
+  void closeIntv();
 
-  /// rewrite - after all the new live ranges have been created, rewrite
-  /// instructions using curli to use the new intervals.
-  void rewrite();
+  /// finish - after all the new live ranges have been created, compute the
+  /// remaining live range, and rewrite instructions to use the new registers.
+  void finish();
 
   // ===--- High level methods ---===
 
@@ -196,7 +405,12 @@ public:
   /// the loop.
   void splitAroundLoop(const MachineLoop*);
 
-};
+  /// splitSingleBlocks - Split curli into a separate live interval inside each
+  /// basic block in Blocks.
+  void splitSingleBlocks(const SplitAnalysis::BlockPtrSet &Blocks);
 
+  /// splitInsideBlock - Split curli into multiple intervals inside MBB.
+  void splitInsideBlock(const MachineBasicBlock *);
+};
 
 }