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[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / CodeGen / LiveRangeCalc.h
1 //===---- LiveRangeCalc.h - Calculate live ranges ---------------*- C++ -*-===//
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 // The LiveRangeCalc class can be used to compute live ranges from scratch.  It
11 // caches information about values in the CFG to speed up repeated operations
12 // on the same live range.  The cache can be shared by non-overlapping live
13 // ranges.  SplitKit uses that when computing the live range of split products.
14 //
15 // A low-level interface is available to clients that know where a variable is
16 // live, but don't know which value it has as every point.  LiveRangeCalc will
17 // propagate values down the dominator tree, and even insert PHI-defs where
18 // needed.  SplitKit uses this faster interface when possible.
19 //
20 //===----------------------------------------------------------------------===//
21
22 #ifndef LLVM_LIB_CODEGEN_LIVERANGECALC_H
23 #define LLVM_LIB_CODEGEN_LIVERANGECALC_H
24
25 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
26 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
27 #include "llvm/ADT/IndexedMap.h"
28 #include "llvm/CodeGen/LiveInterval.h"
29
30 namespace llvm {
31
32 /// Forward declarations for MachineDominators.h:
33 class MachineDominatorTree;
34 template <class NodeT> class DomTreeNodeBase;
35 typedef DomTreeNodeBase<MachineBasicBlock> MachineDomTreeNode;
36
37 class LiveRangeCalc {
38   const MachineFunction *MF;
39   const MachineRegisterInfo *MRI;
40   SlotIndexes *Indexes;
41   MachineDominatorTree *DomTree;
42   VNInfo::Allocator *Alloc;
43
44   /// LiveOutPair - A value and the block that defined it.  The domtree node is
45   /// redundant, it can be computed as: MDT[Indexes.getMBBFromIndex(VNI->def)].
46   typedef std::pair<VNInfo*, MachineDomTreeNode*> LiveOutPair;
47
48   /// LiveOutMap - Map basic blocks to the value leaving the block.
49   typedef IndexedMap<LiveOutPair, MBB2NumberFunctor> LiveOutMap;
50
51   /// Bit vector of active entries in LiveOut, also used as a visited set by
52   /// findReachingDefs.  One entry per basic block, indexed by block number.
53   /// This is kept as a separate bit vector because it can be cleared quickly
54   /// when switching live ranges.
55   BitVector Seen;
56
57   /// Map LiveRange to sets of blocks (represented by bit vectors) that
58   /// in the live range are defined on entry and undefined on entry.
59   /// A block is defined on entry if there is a path from at least one of
60   /// the defs in the live range to the entry of the block, and conversely,
61   /// a block is undefined on entry, if there is no such path (i.e. no
62   /// definition reaches the entry of the block). A single LiveRangeCalc
63   /// object is used to track live-out information for multiple registers
64   /// in live range splitting (which is ok, since the live ranges of these
65   /// registers do not overlap), but the defined/undefined information must
66   /// be kept separate for each individual range.
67   /// By convention, EntryInfoMap[&LR] = { Defined, Undefined }.
68   std::map<LiveRange*,std::pair<BitVector,BitVector>> EntryInfoMap;
69
70   /// Map each basic block where a live range is live out to the live-out value
71   /// and its defining block.
72   ///
73   /// For every basic block, MBB, one of these conditions shall be true:
74   ///
75   ///  1. !Seen.count(MBB->getNumber())
76   ///     Blocks without a Seen bit are ignored.
77   ///  2. LiveOut[MBB].second.getNode() == MBB
78   ///     The live-out value is defined in MBB.
79   ///  3. forall P in preds(MBB): LiveOut[P] == LiveOut[MBB]
80   ///     The live-out value passses through MBB. All predecessors must carry
81   ///     the same value.
82   ///
83   /// The domtree node may be null, it can be computed.
84   ///
85   /// The map can be shared by multiple live ranges as long as no two are
86   /// live-out of the same block.
87   LiveOutMap Map;
88
89   /// LiveInBlock - Information about a basic block where a live range is known
90   /// to be live-in, but the value has not yet been determined.
91   struct LiveInBlock {
92     // The live range set that is live-in to this block.  The algorithms can
93     // handle multiple non-overlapping live ranges simultaneously.
94     LiveRange &LR;
95
96     // DomNode - Dominator tree node for the block.
97     // Cleared when the final value has been determined and LI has been updated.
98     MachineDomTreeNode *DomNode;
99
100     // Position in block where the live-in range ends, or SlotIndex() if the
101     // range passes through the block.  When the final value has been
102     // determined, the range from the block start to Kill will be added to LI.
103     SlotIndex Kill;
104
105     // Live-in value filled in by updateSSA once it is known.
106     VNInfo *Value;
107
108     LiveInBlock(LiveRange &LR, MachineDomTreeNode *node, SlotIndex kill)
109       : LR(LR), DomNode(node), Kill(kill), Value(nullptr) {}
110   };
111
112   /// LiveIn - Work list of blocks where the live-in value has yet to be
113   /// determined.  This list is typically computed by findReachingDefs() and
114   /// used as a work list by updateSSA().  The low-level interface may also be
115   /// used to add entries directly.
116   SmallVector<LiveInBlock, 16> LiveIn;
117
118   /// Check if the entry to block @p MBB can be reached by any of the defs
119   /// in @p LR. Return true if none of the defs reach the entry to @p MBB.
120   bool isDefOnEntry(LiveRange &LR, ArrayRef<SlotIndex> Undefs,
121                     MachineBasicBlock &MBB, BitVector &DefOnEntry,
122                     BitVector &UndefOnEntry);
123
124   /// Find the set of defs that can reach @p Kill. @p Kill must belong to
125   /// @p UseMBB.
126   ///
127   /// If exactly one def can reach @p UseMBB, and the def dominates @p Kill,
128   /// all paths from the def to @p UseMBB are added to @p LR, and the function
129   /// returns true.
130   ///
131   /// If multiple values can reach @p UseMBB, the blocks that need @p LR to be
132   /// live in are added to the LiveIn array, and the function returns false.
133   ///
134   /// The array @p Undef provides the locations where the range @p LR becomes
135   /// undefined by <def,read-undef> operands on other subranges. If @p Undef
136   /// is non-empty and @p Kill is jointly dominated only by the entries of
137   /// @p Undef, the function returns false.
138   ///
139   /// PhysReg, when set, is used to verify live-in lists on basic blocks.
140   bool findReachingDefs(LiveRange &LR, MachineBasicBlock &UseMBB,
141                         SlotIndex Kill, unsigned PhysReg,
142                         ArrayRef<SlotIndex> Undefs);
143
144   /// updateSSA - Compute the values that will be live in to all requested
145   /// blocks in LiveIn.  Create PHI-def values as required to preserve SSA form.
146   ///
147   /// Every live-in block must be jointly dominated by the added live-out
148   /// blocks.  No values are read from the live ranges.
149   void updateSSA();
150
151   /// Transfer information from the LiveIn vector to the live ranges and update
152   /// the given @p LiveOuts.
153   void updateFromLiveIns();
154
155   /// Extend the live range of @p LR to reach all uses of Reg.
156   ///
157   /// If @p LR is a main range, or if @p LI is null, then all uses must be
158   /// jointly dominated by the definitions from @p LR. If @p LR is a subrange
159   /// of the live interval @p LI, corresponding to lane mask @p LaneMask,
160   /// all uses must be jointly dominated by the definitions from @p LR
161   /// together with definitions of other lanes where @p LR becomes undefined
162   /// (via <def,read-undef> operands).
163   /// If @p LR is a main range, the @p LaneMask should be set to ~0, i.e.
164   /// LaneBitmask::getAll().
165   void extendToUses(LiveRange &LR, unsigned Reg, LaneBitmask LaneMask,
166                     LiveInterval *LI = nullptr);
167
168   /// Reset Map and Seen fields.
169   void resetLiveOutMap();
170
171 public:
172   LiveRangeCalc() : MF(nullptr), MRI(nullptr), Indexes(nullptr),
173                     DomTree(nullptr), Alloc(nullptr) {}
174
175   //===--------------------------------------------------------------------===//
176   // High-level interface.
177   //===--------------------------------------------------------------------===//
178   //
179   // Calculate live ranges from scratch.
180   //
181
182   /// reset - Prepare caches for a new set of non-overlapping live ranges.  The
183   /// caches must be reset before attempting calculations with a live range
184   /// that may overlap a previously computed live range, and before the first
185   /// live range in a function.  If live ranges are not known to be
186   /// non-overlapping, call reset before each.
187   void reset(const MachineFunction *MF,
188              SlotIndexes*,
189              MachineDominatorTree*,
190              VNInfo::Allocator*);
191
192   //===--------------------------------------------------------------------===//
193   // Mid-level interface.
194   //===--------------------------------------------------------------------===//
195   //
196   // Modify existing live ranges.
197   //
198
199   /// Extend the live range of @p LR to reach @p Use.
200   ///
201   /// The existing values in @p LR must be live so they jointly dominate @p Use.
202   /// If @p Use is not dominated by a single existing value, PHI-defs are
203   /// inserted as required to preserve SSA form.
204   ///
205   /// PhysReg, when set, is used to verify live-in lists on basic blocks.
206   void extend(LiveRange &LR, SlotIndex Use, unsigned PhysReg,
207               ArrayRef<SlotIndex> Undefs);
208
209   /// createDeadDefs - Create a dead def in LI for every def operand of Reg.
210   /// Each instruction defining Reg gets a new VNInfo with a corresponding
211   /// minimal live range.
212   void createDeadDefs(LiveRange &LR, unsigned Reg);
213
214   /// Extend the live range of @p LR to reach all uses of Reg.
215   ///
216   /// All uses must be jointly dominated by existing liveness.  PHI-defs are
217   /// inserted as needed to preserve SSA form.
218   void extendToUses(LiveRange &LR, unsigned PhysReg) {
219     extendToUses(LR, PhysReg, LaneBitmask::getAll());
220   }
221
222   /// Calculates liveness for the register specified in live interval @p LI.
223   /// Creates subregister live ranges as needed if subreg liveness tracking is
224   /// enabled.
225   void calculate(LiveInterval &LI, bool TrackSubRegs);
226
227   /// For live interval \p LI with correct SubRanges construct matching
228   /// information for the main live range. Expects the main live range to not
229   /// have any segments or value numbers.
230   void constructMainRangeFromSubranges(LiveInterval &LI);
231
232   //===--------------------------------------------------------------------===//
233   // Low-level interface.
234   //===--------------------------------------------------------------------===//
235   //
236   // These functions can be used to compute live ranges where the live-in and
237   // live-out blocks are already known, but the SSA value in each block is
238   // unknown.
239   //
240   // After calling reset(), add known live-out values and known live-in blocks.
241   // Then call calculateValues() to compute the actual value that is
242   // live-in to each block, and add liveness to the live ranges.
243   //
244
245   /// setLiveOutValue - Indicate that VNI is live out from MBB.  The
246   /// calculateValues() function will not add liveness for MBB, the caller
247   /// should take care of that.
248   ///
249   /// VNI may be null only if MBB is a live-through block also passed to
250   /// addLiveInBlock().
251   void setLiveOutValue(MachineBasicBlock *MBB, VNInfo *VNI) {
252     Seen.set(MBB->getNumber());
253     Map[MBB] = LiveOutPair(VNI, nullptr);
254   }
255
256   /// addLiveInBlock - Add a block with an unknown live-in value.  This
257   /// function can only be called once per basic block.  Once the live-in value
258   /// has been determined, calculateValues() will add liveness to LI.
259   ///
260   /// @param LR      The live range that is live-in to the block.
261   /// @param DomNode The domtree node for the block.
262   /// @param Kill    Index in block where LI is killed.  If the value is
263   ///                live-through, set Kill = SLotIndex() and also call
264   ///                setLiveOutValue(MBB, 0).
265   void addLiveInBlock(LiveRange &LR,
266                       MachineDomTreeNode *DomNode,
267                       SlotIndex Kill = SlotIndex()) {
268     LiveIn.push_back(LiveInBlock(LR, DomNode, Kill));
269   }
270
271   /// calculateValues - Calculate the value that will be live-in to each block
272   /// added with addLiveInBlock.  Add PHI-def values as needed to preserve SSA
273   /// form.  Add liveness to all live-in blocks up to the Kill point, or the
274   /// whole block for live-through blocks.
275   ///
276   /// Every predecessor of a live-in block must have been given a value with
277   /// setLiveOutValue, the value may be null for live-trough blocks.
278   void calculateValues();
279 };
280
281 } // end namespace llvm
282
283 #endif