OSDN Git Service

e2ae7c0a0c946abef2cc8c389a2bc9264f2899f9
[android-x86/external-llvm.git] / lib / CodeGen / LiveRangeCalc.cpp
1 //===---- LiveRangeCalc.cpp - Calculate live ranges -----------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Implementation of the LiveRangeCalc class.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #include "LiveRangeCalc.h"
15 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
16 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
17 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
18
19 using namespace llvm;
20
21 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
22
23 void LiveRangeCalc::resetLiveOutMap() {
24   unsigned NumBlocks = MF->getNumBlockIDs();
25   Seen.clear();
26   Seen.resize(NumBlocks);
27   EntryInfoMap.clear();
28   Map.resize(NumBlocks);
29 }
30
31 void LiveRangeCalc::reset(const MachineFunction *mf,
32                           SlotIndexes *SI,
33                           MachineDominatorTree *MDT,
34                           VNInfo::Allocator *VNIA) {
35   MF = mf;
36   MRI = &MF->getRegInfo();
37   Indexes = SI;
38   DomTree = MDT;
39   Alloc = VNIA;
40   resetLiveOutMap();
41   LiveIn.clear();
42 }
43
44
45 static void createDeadDef(SlotIndexes &Indexes, VNInfo::Allocator &Alloc,
46                           LiveRange &LR, const MachineOperand &MO) {
47   const MachineInstr &MI = *MO.getParent();
48   SlotIndex DefIdx =
49       Indexes.getInstructionIndex(MI).getRegSlot(MO.isEarlyClobber());
50
51   // Create the def in LR. This may find an existing def.
52   LR.createDeadDef(DefIdx, Alloc);
53 }
54
55 void LiveRangeCalc::calculate(LiveInterval &LI, bool TrackSubRegs) {
56   assert(MRI && Indexes && "call reset() first");
57
58   // Step 1: Create minimal live segments for every definition of Reg.
59   // Visit all def operands. If the same instruction has multiple defs of Reg,
60   // createDeadDef() will deduplicate.
61   const TargetRegisterInfo &TRI = *MRI->getTargetRegisterInfo();
62   unsigned Reg = LI.reg;
63   for (const MachineOperand &MO : MRI->reg_nodbg_operands(Reg)) {
64     if (!MO.isDef() && !MO.readsReg())
65       continue;
66
67     unsigned SubReg = MO.getSubReg();
68     if (LI.hasSubRanges() || (SubReg != 0 && TrackSubRegs)) {
69       LaneBitmask SubMask = SubReg != 0 ? TRI.getSubRegIndexLaneMask(SubReg)
70                                         : MRI->getMaxLaneMaskForVReg(Reg);
71       // If this is the first time we see a subregister def, initialize
72       // subranges by creating a copy of the main range.
73       if (!LI.hasSubRanges() && !LI.empty()) {
74         LaneBitmask ClassMask = MRI->getMaxLaneMaskForVReg(Reg);
75         LI.createSubRangeFrom(*Alloc, ClassMask, LI);
76       }
77
78       LaneBitmask Mask = SubMask;
79       for (LiveInterval::SubRange &S : LI.subranges()) {
80         // A Mask for subregs common to the existing subrange and current def.
81         LaneBitmask Common = S.LaneMask & Mask;
82         if (Common.none())
83           continue;
84         LiveInterval::SubRange *CommonRange;
85         // A Mask for subregs covered by the subrange but not the current def.
86         LaneBitmask RM = S.LaneMask & ~Mask;
87         if (RM.any()) {
88           // Split the subrange S into two parts: one covered by the current
89           // def (CommonRange), and the one not affected by it (updated S).
90           S.LaneMask = RM;
91           CommonRange = LI.createSubRangeFrom(*Alloc, Common, S);
92         } else {
93           assert(Common == S.LaneMask);
94           CommonRange = &S;
95         }
96         if (MO.isDef())
97           createDeadDef(*Indexes, *Alloc, *CommonRange, MO);
98         Mask &= ~Common;
99       }
100       // Create a new SubRange for subregs we did not cover yet.
101       if (Mask.any()) {
102         LiveInterval::SubRange *NewRange = LI.createSubRange(*Alloc, Mask);
103         if (MO.isDef())
104           createDeadDef(*Indexes, *Alloc, *NewRange, MO);
105       }
106     }
107
108     // Create the def in the main liverange. We do not have to do this if
109     // subranges are tracked as we recreate the main range later in this case.
110     if (MO.isDef() && !LI.hasSubRanges())
111       createDeadDef(*Indexes, *Alloc, LI, MO);
112   }
113
114   // We may have created empty live ranges for partially undefined uses, we
115   // can't keep them because we won't find defs in them later.
116   LI.removeEmptySubRanges();
117
118   // Step 2: Extend live segments to all uses, constructing SSA form as
119   // necessary.
120   if (LI.hasSubRanges()) {
121     for (LiveInterval::SubRange &S : LI.subranges()) {
122       LiveRangeCalc SubLRC;
123       SubLRC.reset(MF, Indexes, DomTree, Alloc);
124       SubLRC.extendToUses(S, Reg, S.LaneMask, &LI);
125     }
126     LI.clear();
127     constructMainRangeFromSubranges(LI);
128   } else {
129     resetLiveOutMap();
130     extendToUses(LI, Reg, LaneBitmask::getAll());
131   }
132 }
133
134 void LiveRangeCalc::constructMainRangeFromSubranges(LiveInterval &LI) {
135   // First create dead defs at all defs found in subranges.
136   LiveRange &MainRange = LI;
137   assert(MainRange.segments.empty() && MainRange.valnos.empty() &&
138          "Expect empty main liverange");
139
140   for (const LiveInterval::SubRange &SR : LI.subranges()) {
141     for (const VNInfo *VNI : SR.valnos) {
142       if (!VNI->isUnused() && !VNI->isPHIDef())
143         MainRange.createDeadDef(VNI->def, *Alloc);
144     }
145   }
146   resetLiveOutMap();
147   extendToUses(MainRange, LI.reg, LaneBitmask::getAll(), &LI);
148 }
149
150 void LiveRangeCalc::createDeadDefs(LiveRange &LR, unsigned Reg) {
151   assert(MRI && Indexes && "call reset() first");
152
153   // Visit all def operands. If the same instruction has multiple defs of Reg,
154   // LR.createDeadDef() will deduplicate.
155   for (MachineOperand &MO : MRI->def_operands(Reg))
156     createDeadDef(*Indexes, *Alloc, LR, MO);
157 }
158
159
160 void LiveRangeCalc::extendToUses(LiveRange &LR, unsigned Reg, LaneBitmask Mask,
161                                  LiveInterval *LI) {
162   SmallVector<SlotIndex, 4> Undefs;
163   if (LI != nullptr)
164     LI->computeSubRangeUndefs(Undefs, Mask, *MRI, *Indexes);
165
166   // Visit all operands that read Reg. This may include partial defs.
167   bool IsSubRange = !Mask.all();
168   const TargetRegisterInfo &TRI = *MRI->getTargetRegisterInfo();
169   for (MachineOperand &MO : MRI->reg_nodbg_operands(Reg)) {
170     // Clear all kill flags. They will be reinserted after register allocation
171     // by LiveIntervalAnalysis::addKillFlags().
172     if (MO.isUse())
173       MO.setIsKill(false);
174     // MO::readsReg returns "true" for subregister defs. This is for keeping
175     // liveness of the entire register (i.e. for the main range of the live
176     // interval). For subranges, definitions of non-overlapping subregisters
177     // do not count as uses.
178     if (!MO.readsReg() || (IsSubRange && MO.isDef()))
179       continue;
180
181     unsigned SubReg = MO.getSubReg();
182     if (SubReg != 0) {
183       LaneBitmask SLM = TRI.getSubRegIndexLaneMask(SubReg);
184       if (MO.isDef())
185         SLM = ~SLM;
186       // Ignore uses not reading the current (sub)range.
187       if ((SLM & Mask).none())
188         continue;
189     }
190
191     // Determine the actual place of the use.
192     const MachineInstr *MI = MO.getParent();
193     unsigned OpNo = (&MO - &MI->getOperand(0));
194     SlotIndex UseIdx;
195     if (MI->isPHI()) {
196       assert(!MO.isDef() && "Cannot handle PHI def of partial register.");
197       // The actual place where a phi operand is used is the end of the pred
198       // MBB. PHI operands are paired: (Reg, PredMBB).
199       UseIdx = Indexes->getMBBEndIdx(MI->getOperand(OpNo+1).getMBB());
200     } else {
201       // Check for early-clobber redefs.
202       bool isEarlyClobber = false;
203       unsigned DefIdx;
204       if (MO.isDef())
205         isEarlyClobber = MO.isEarlyClobber();
206       else if (MI->isRegTiedToDefOperand(OpNo, &DefIdx)) {
207         // FIXME: This would be a lot easier if tied early-clobber uses also
208         // had an early-clobber flag.
209         isEarlyClobber = MI->getOperand(DefIdx).isEarlyClobber();
210       }
211       UseIdx = Indexes->getInstructionIndex(*MI).getRegSlot(isEarlyClobber);
212     }
213
214     // MI is reading Reg. We may have visited MI before if it happens to be
215     // reading Reg multiple times. That is OK, extend() is idempotent.
216     extend(LR, UseIdx, Reg, Undefs);
217   }
218 }
219
220
221 void LiveRangeCalc::updateFromLiveIns() {
222   LiveRangeUpdater Updater;
223   for (const LiveInBlock &I : LiveIn) {
224     if (!I.DomNode)
225       continue;
226     MachineBasicBlock *MBB = I.DomNode->getBlock();
227     assert(I.Value && "No live-in value found");
228     SlotIndex Start, End;
229     std::tie(Start, End) = Indexes->getMBBRange(MBB);
230
231     if (I.Kill.isValid())
232       // Value is killed inside this block.
233       End = I.Kill;
234     else {
235       // The value is live-through, update LiveOut as well.
236       // Defer the Domtree lookup until it is needed.
237       assert(Seen.test(MBB->getNumber()));
238       Map[MBB] = LiveOutPair(I.Value, nullptr);
239     }
240     Updater.setDest(&I.LR);
241     Updater.add(Start, End, I.Value);
242   }
243   LiveIn.clear();
244 }
245
246 void LiveRangeCalc::extend(LiveRange &LR, SlotIndex Use, unsigned PhysReg,
247                            ArrayRef<SlotIndex> Undefs) {
248   assert(Use.isValid() && "Invalid SlotIndex");
249   assert(Indexes && "Missing SlotIndexes");
250   assert(DomTree && "Missing dominator tree");
251
252   MachineBasicBlock *UseMBB = Indexes->getMBBFromIndex(Use.getPrevSlot());
253   assert(UseMBB && "No MBB at Use");
254
255   // Is there a def in the same MBB we can extend?
256   auto EP = LR.extendInBlock(Undefs, Indexes->getMBBStartIdx(UseMBB), Use);
257   if (EP.first != nullptr || EP.second)
258     return;
259
260   // Find the single reaching def, or determine if Use is jointly dominated by
261   // multiple values, and we may need to create even more phi-defs to preserve
262   // VNInfo SSA form.  Perform a search for all predecessor blocks where we
263   // know the dominating VNInfo.
264   if (findReachingDefs(LR, *UseMBB, Use, PhysReg, Undefs))
265     return;
266
267   // When there were multiple different values, we may need new PHIs.
268   calculateValues();
269 }
270
271
272 // This function is called by a client after using the low-level API to add
273 // live-out and live-in blocks.  The unique value optimization is not
274 // available, SplitEditor::transferValues handles that case directly anyway.
275 void LiveRangeCalc::calculateValues() {
276   assert(Indexes && "Missing SlotIndexes");
277   assert(DomTree && "Missing dominator tree");
278   updateSSA();
279   updateFromLiveIns();
280 }
281
282
283 bool LiveRangeCalc::isDefOnEntry(LiveRange &LR, ArrayRef<SlotIndex> Undefs,
284                                  MachineBasicBlock &MBB, BitVector &DefOnEntry,
285                                  BitVector &UndefOnEntry) {
286   unsigned BN = MBB.getNumber();
287   if (DefOnEntry[BN])
288     return true;
289   if (UndefOnEntry[BN])
290     return false;
291
292   auto MarkDefined = [BN, &DefOnEntry](MachineBasicBlock &B) -> bool {
293     for (MachineBasicBlock *S : B.successors())
294       DefOnEntry[S->getNumber()] = true;
295     DefOnEntry[BN] = true;
296     return true;
297   };
298
299   SetVector<unsigned> WorkList;
300   // Checking if the entry of MBB is reached by some def: add all predecessors
301   // that are potentially defined-on-exit to the work list.
302   for (MachineBasicBlock *P : MBB.predecessors())
303     WorkList.insert(P->getNumber());
304
305   for (unsigned i = 0; i != WorkList.size(); ++i) {
306     // Determine if the exit from the block is reached by some def.
307     unsigned N = WorkList[i];
308     MachineBasicBlock &B = *MF->getBlockNumbered(N);
309     if (Seen[N] && Map[&B].first != nullptr)
310       return MarkDefined(B);
311     SlotIndex Begin, End;
312     std::tie(Begin, End) = Indexes->getMBBRange(&B);
313     // Treat End as not belonging to B.
314     // If LR has a segment S that starts at the next block, i.e. [End, ...),
315     // std::upper_bound will return the segment following S. Instead,
316     // S should be treated as the first segment that does not overlap B.
317     LiveRange::iterator UB = std::upper_bound(LR.begin(), LR.end(),
318                                               End.getPrevSlot());
319     if (UB != LR.begin()) {
320       LiveRange::Segment &Seg = *std::prev(UB);
321       if (Seg.end > Begin) {
322         // There is a segment that overlaps B. If the range is not explicitly
323         // undefined between the end of the segment and the end of the block,
324         // treat the block as defined on exit. If it is, go to the next block
325         // on the work list.
326         if (LR.isUndefIn(Undefs, Seg.end, End))
327           continue;
328         return MarkDefined(B);
329       }
330     }
331
332     // No segment overlaps with this block. If this block is not defined on
333     // entry, or it undefines the range, do not process its predecessors.
334     if (UndefOnEntry[N] || LR.isUndefIn(Undefs, Begin, End)) {
335       UndefOnEntry[N] = true;
336       continue;
337     }
338     if (DefOnEntry[N])
339       return MarkDefined(B);
340
341     // Still don't know: add all predecessors to the work list.
342     for (MachineBasicBlock *P : B.predecessors())
343       WorkList.insert(P->getNumber());
344   }
345
346   UndefOnEntry[BN] = true;
347   return false;
348 }
349
350 bool LiveRangeCalc::findReachingDefs(LiveRange &LR, MachineBasicBlock &UseMBB,
351                                      SlotIndex Use, unsigned PhysReg,
352                                      ArrayRef<SlotIndex> Undefs) {
353   unsigned UseMBBNum = UseMBB.getNumber();
354
355   // Block numbers where LR should be live-in.
356   SmallVector<unsigned, 16> WorkList(1, UseMBBNum);
357
358   // Remember if we have seen more than one value.
359   bool UniqueVNI = true;
360   VNInfo *TheVNI = nullptr;
361
362   bool FoundUndef = false;
363
364   // Using Seen as a visited set, perform a BFS for all reaching defs.
365   for (unsigned i = 0; i != WorkList.size(); ++i) {
366     MachineBasicBlock *MBB = MF->getBlockNumbered(WorkList[i]);
367
368 #ifndef NDEBUG
369     if (MBB->pred_empty()) {
370       MBB->getParent()->verify();
371       errs() << "Use of " << PrintReg(PhysReg)
372              << " does not have a corresponding definition on every path:\n";
373       const MachineInstr *MI = Indexes->getInstructionFromIndex(Use);
374       if (MI != nullptr)
375         errs() << Use << " " << *MI;
376       report_fatal_error("Use not jointly dominated by defs.");
377     }
378
379     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(PhysReg) &&
380         !MBB->isLiveIn(PhysReg)) {
381       MBB->getParent()->verify();
382       const TargetRegisterInfo *TRI = MRI->getTargetRegisterInfo();
383       errs() << "The register " << PrintReg(PhysReg, TRI)
384              << " needs to be live in to BB#" << MBB->getNumber()
385              << ", but is missing from the live-in list.\n";
386       report_fatal_error("Invalid global physical register");
387     }
388 #endif
389     FoundUndef |= MBB->pred_empty();
390
391     for (MachineBasicBlock::pred_iterator PI = MBB->pred_begin(),
392          PE = MBB->pred_end(); PI != PE; ++PI) {
393        MachineBasicBlock *Pred = *PI;
394
395        // Is this a known live-out block?
396        if (Seen.test(Pred->getNumber())) {
397          if (VNInfo *VNI = Map[Pred].first) {
398            if (TheVNI && TheVNI != VNI)
399              UniqueVNI = false;
400            TheVNI = VNI;
401          }
402          continue;
403        }
404
405        SlotIndex Start, End;
406        std::tie(Start, End) = Indexes->getMBBRange(Pred);
407
408        // First time we see Pred.  Try to determine the live-out value, but set
409        // it as null if Pred is live-through with an unknown value.
410        auto EP = LR.extendInBlock(Undefs, Start, End);
411        VNInfo *VNI = EP.first;
412        FoundUndef |= EP.second;
413        setLiveOutValue(Pred, VNI);
414        if (VNI) {
415          if (TheVNI && TheVNI != VNI)
416            UniqueVNI = false;
417          TheVNI = VNI;
418        }
419        if (VNI || EP.second)
420          continue;
421
422        // No, we need a live-in value for Pred as well
423        if (Pred != &UseMBB)
424          WorkList.push_back(Pred->getNumber());
425        else
426           // Loopback to UseMBB, so value is really live through.
427          Use = SlotIndex();
428     }
429   }
430
431   LiveIn.clear();
432   FoundUndef |= (TheVNI == nullptr);
433   if (Undefs.size() > 0 && FoundUndef)
434     UniqueVNI = false;
435
436   // Both updateSSA() and LiveRangeUpdater benefit from ordered blocks, but
437   // neither require it. Skip the sorting overhead for small updates.
438   if (WorkList.size() > 4)
439     array_pod_sort(WorkList.begin(), WorkList.end());
440
441   // If a unique reaching def was found, blit in the live ranges immediately.
442   if (UniqueVNI) {
443     assert(TheVNI != nullptr);
444     LiveRangeUpdater Updater(&LR);
445     for (unsigned BN : WorkList) {
446       SlotIndex Start, End;
447       std::tie(Start, End) = Indexes->getMBBRange(BN);
448       // Trim the live range in UseMBB.
449       if (BN == UseMBBNum && Use.isValid())
450         End = Use;
451       else
452         Map[MF->getBlockNumbered(BN)] = LiveOutPair(TheVNI, nullptr);
453       Updater.add(Start, End, TheVNI);
454     }
455     return true;
456   }
457
458   // Prepare the defined/undefined bit vectors.
459   auto EF = EntryInfoMap.find(&LR);
460   if (EF == EntryInfoMap.end()) {
461     unsigned N = MF->getNumBlockIDs();
462     EF = EntryInfoMap.insert({&LR, {BitVector(), BitVector()}}).first;
463     EF->second.first.resize(N);
464     EF->second.second.resize(N);
465   }
466   BitVector &DefOnEntry = EF->second.first;
467   BitVector &UndefOnEntry = EF->second.second;
468
469   // Multiple values were found, so transfer the work list to the LiveIn array
470   // where UpdateSSA will use it as a work list.
471   LiveIn.reserve(WorkList.size());
472   for (unsigned BN : WorkList) {
473     MachineBasicBlock *MBB = MF->getBlockNumbered(BN);
474     if (Undefs.size() > 0 && !isDefOnEntry(LR, Undefs, *MBB, DefOnEntry, UndefOnEntry))
475       continue;
476     addLiveInBlock(LR, DomTree->getNode(MBB));
477     if (MBB == &UseMBB)
478       LiveIn.back().Kill = Use;
479   }
480
481   return false;
482 }
483
484
485 // This is essentially the same iterative algorithm that SSAUpdater uses,
486 // except we already have a dominator tree, so we don't have to recompute it.
487 void LiveRangeCalc::updateSSA() {
488   assert(Indexes && "Missing SlotIndexes");
489   assert(DomTree && "Missing dominator tree");
490
491   // Interate until convergence.
492   unsigned Changes;
493   do {
494     Changes = 0;
495     // Propagate live-out values down the dominator tree, inserting phi-defs
496     // when necessary.
497     for (LiveInBlock &I : LiveIn) {
498       MachineDomTreeNode *Node = I.DomNode;
499       // Skip block if the live-in value has already been determined.
500       if (!Node)
501         continue;
502       MachineBasicBlock *MBB = Node->getBlock();
503       MachineDomTreeNode *IDom = Node->getIDom();
504       LiveOutPair IDomValue;
505
506       // We need a live-in value to a block with no immediate dominator?
507       // This is probably an unreachable block that has survived somehow.
508       bool needPHI = !IDom || !Seen.test(IDom->getBlock()->getNumber());
509
510       // IDom dominates all of our predecessors, but it may not be their
511       // immediate dominator. Check if any of them have live-out values that are
512       // properly dominated by IDom. If so, we need a phi-def here.
513       if (!needPHI) {
514         IDomValue = Map[IDom->getBlock()];
515
516         // Cache the DomTree node that defined the value.
517         if (IDomValue.first && !IDomValue.second)
518           Map[IDom->getBlock()].second = IDomValue.second =
519             DomTree->getNode(Indexes->getMBBFromIndex(IDomValue.first->def));
520
521         for (MachineBasicBlock::pred_iterator PI = MBB->pred_begin(),
522                PE = MBB->pred_end(); PI != PE; ++PI) {
523           LiveOutPair &Value = Map[*PI];
524           if (!Value.first || Value.first == IDomValue.first)
525             continue;
526
527           // Cache the DomTree node that defined the value.
528           if (!Value.second)
529             Value.second =
530               DomTree->getNode(Indexes->getMBBFromIndex(Value.first->def));
531
532           // This predecessor is carrying something other than IDomValue.
533           // It could be because IDomValue hasn't propagated yet, or it could be
534           // because MBB is in the dominance frontier of that value.
535           if (DomTree->dominates(IDom, Value.second)) {
536             needPHI = true;
537             break;
538           }
539         }
540       }
541
542       // The value may be live-through even if Kill is set, as can happen when
543       // we are called from extendRange. In that case LiveOutSeen is true, and
544       // LiveOut indicates a foreign or missing value.
545       LiveOutPair &LOP = Map[MBB];
546
547       // Create a phi-def if required.
548       if (needPHI) {
549         ++Changes;
550         assert(Alloc && "Need VNInfo allocator to create PHI-defs");
551         SlotIndex Start, End;
552         std::tie(Start, End) = Indexes->getMBBRange(MBB);
553         LiveRange &LR = I.LR;
554         VNInfo *VNI = LR.getNextValue(Start, *Alloc);
555         I.Value = VNI;
556         // This block is done, we know the final value.
557         I.DomNode = nullptr;
558
559         // Add liveness since updateFromLiveIns now skips this node.
560         if (I.Kill.isValid()) {
561           if (VNI)
562             LR.addSegment(LiveInterval::Segment(Start, I.Kill, VNI));
563         } else {
564           if (VNI)
565             LR.addSegment(LiveInterval::Segment(Start, End, VNI));
566           LOP = LiveOutPair(VNI, Node);
567         }
568       } else if (IDomValue.first) {
569         // No phi-def here. Remember incoming value.
570         I.Value = IDomValue.first;
571
572         // If the IDomValue is killed in the block, don't propagate through.
573         if (I.Kill.isValid())
574           continue;
575
576         // Propagate IDomValue if it isn't killed:
577         // MBB is live-out and doesn't define its own value.
578         if (LOP.first == IDomValue.first)
579           continue;
580         ++Changes;
581         LOP = IDomValue;
582       }
583     }
584   } while (Changes);
585 }