]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/utils/TableGen/CodeGenRegisters.cpp
Merge ^/head r314270 through r314419.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / utils / TableGen / CodeGenRegisters.cpp
1 //===- CodeGenRegisters.cpp - Register and RegisterClass Info -------------===//
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 // This file defines structures to encapsulate information gleaned from the
11 // target register and register class definitions.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "CodeGenRegisters.h"
16 #include "CodeGenTarget.h"
17 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
18 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
19 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
20 #include "llvm/ADT/IntEqClasses.h"
21 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
22 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
23 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
24 #include "llvm/ADT/SparseBitVector.h"
25 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
26 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
27 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
28 #include "llvm/ADT/Twine.h"
29 #include "llvm/Support/Debug.h"
30 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
31 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
32 #include "llvm/TableGen/Error.h"
33 #include "llvm/TableGen/Record.h"
34 #include <algorithm>
35 #include <cassert>
36 #include <cstdint>
37 #include <iterator>
38 #include <map>
39 #include <set>
40 #include <string>
41 #include <tuple>
42 #include <utility>
43 #include <vector>
44
45 using namespace llvm;
46
47 #define DEBUG_TYPE "regalloc-emitter"
48
49 //===----------------------------------------------------------------------===//
50 //                             CodeGenSubRegIndex
51 //===----------------------------------------------------------------------===//
52
53 CodeGenSubRegIndex::CodeGenSubRegIndex(Record *R, unsigned Enum)
54   : TheDef(R), EnumValue(Enum), AllSuperRegsCovered(true) {
55   Name = R->getName();
56   if (R->getValue("Namespace"))
57     Namespace = R->getValueAsString("Namespace");
58   Size = R->getValueAsInt("Size");
59   Offset = R->getValueAsInt("Offset");
60 }
61
62 CodeGenSubRegIndex::CodeGenSubRegIndex(StringRef N, StringRef Nspace,
63                                        unsigned Enum)
64   : TheDef(nullptr), Name(N), Namespace(Nspace), Size(-1), Offset(-1),
65     EnumValue(Enum), AllSuperRegsCovered(true) {
66 }
67
68 std::string CodeGenSubRegIndex::getQualifiedName() const {
69   std::string N = getNamespace();
70   if (!N.empty())
71     N += "::";
72   N += getName();
73   return N;
74 }
75
76 void CodeGenSubRegIndex::updateComponents(CodeGenRegBank &RegBank) {
77   if (!TheDef)
78     return;
79
80   std::vector<Record*> Comps = TheDef->getValueAsListOfDefs("ComposedOf");
81   if (!Comps.empty()) {
82     if (Comps.size() != 2)
83       PrintFatalError(TheDef->getLoc(),
84                       "ComposedOf must have exactly two entries");
85     CodeGenSubRegIndex *A = RegBank.getSubRegIdx(Comps[0]);
86     CodeGenSubRegIndex *B = RegBank.getSubRegIdx(Comps[1]);
87     CodeGenSubRegIndex *X = A->addComposite(B, this);
88     if (X)
89       PrintFatalError(TheDef->getLoc(), "Ambiguous ComposedOf entries");
90   }
91
92   std::vector<Record*> Parts =
93     TheDef->getValueAsListOfDefs("CoveringSubRegIndices");
94   if (!Parts.empty()) {
95     if (Parts.size() < 2)
96       PrintFatalError(TheDef->getLoc(),
97                       "CoveredBySubRegs must have two or more entries");
98     SmallVector<CodeGenSubRegIndex*, 8> IdxParts;
99     for (unsigned i = 0, e = Parts.size(); i != e; ++i)
100       IdxParts.push_back(RegBank.getSubRegIdx(Parts[i]));
101     RegBank.addConcatSubRegIndex(IdxParts, this);
102   }
103 }
104
105 LaneBitmask CodeGenSubRegIndex::computeLaneMask() const {
106   // Already computed?
107   if (LaneMask.any())
108     return LaneMask;
109
110   // Recursion guard, shouldn't be required.
111   LaneMask = LaneBitmask::getAll();
112
113   // The lane mask is simply the union of all sub-indices.
114   LaneBitmask M;
115   for (const auto &C : Composed)
116     M |= C.second->computeLaneMask();
117   assert(M.any() && "Missing lane mask, sub-register cycle?");
118   LaneMask = M;
119   return LaneMask;
120 }
121
122 //===----------------------------------------------------------------------===//
123 //                              CodeGenRegister
124 //===----------------------------------------------------------------------===//
125
126 CodeGenRegister::CodeGenRegister(Record *R, unsigned Enum)
127   : TheDef(R),
128     EnumValue(Enum),
129     CostPerUse(R->getValueAsInt("CostPerUse")),
130     CoveredBySubRegs(R->getValueAsBit("CoveredBySubRegs")),
131     HasDisjunctSubRegs(false),
132     SubRegsComplete(false),
133     SuperRegsComplete(false),
134     TopoSig(~0u)
135 {}
136
137 void CodeGenRegister::buildObjectGraph(CodeGenRegBank &RegBank) {
138   std::vector<Record*> SRIs = TheDef->getValueAsListOfDefs("SubRegIndices");
139   std::vector<Record*> SRs = TheDef->getValueAsListOfDefs("SubRegs");
140
141   if (SRIs.size() != SRs.size())
142     PrintFatalError(TheDef->getLoc(),
143                     "SubRegs and SubRegIndices must have the same size");
144
145   for (unsigned i = 0, e = SRIs.size(); i != e; ++i) {
146     ExplicitSubRegIndices.push_back(RegBank.getSubRegIdx(SRIs[i]));
147     ExplicitSubRegs.push_back(RegBank.getReg(SRs[i]));
148   }
149
150   // Also compute leading super-registers. Each register has a list of
151   // covered-by-subregs super-registers where it appears as the first explicit
152   // sub-register.
153   //
154   // This is used by computeSecondarySubRegs() to find candidates.
155   if (CoveredBySubRegs && !ExplicitSubRegs.empty())
156     ExplicitSubRegs.front()->LeadingSuperRegs.push_back(this);
157
158   // Add ad hoc alias links. This is a symmetric relationship between two
159   // registers, so build a symmetric graph by adding links in both ends.
160   std::vector<Record*> Aliases = TheDef->getValueAsListOfDefs("Aliases");
161   for (unsigned i = 0, e = Aliases.size(); i != e; ++i) {
162     CodeGenRegister *Reg = RegBank.getReg(Aliases[i]);
163     ExplicitAliases.push_back(Reg);
164     Reg->ExplicitAliases.push_back(this);
165   }
166 }
167
168 const StringRef CodeGenRegister::getName() const {
169   assert(TheDef && "no def");
170   return TheDef->getName();
171 }
172
173 namespace {
174
175 // Iterate over all register units in a set of registers.
176 class RegUnitIterator {
177   CodeGenRegister::Vec::const_iterator RegI, RegE;
178   CodeGenRegister::RegUnitList::iterator UnitI, UnitE;
179
180 public:
181   RegUnitIterator(const CodeGenRegister::Vec &Regs):
182     RegI(Regs.begin()), RegE(Regs.end()) {
183
184     if (RegI != RegE) {
185       UnitI = (*RegI)->getRegUnits().begin();
186       UnitE = (*RegI)->getRegUnits().end();
187       advance();
188     }
189   }
190
191   bool isValid() const { return UnitI != UnitE; }
192
193   unsigned operator* () const { assert(isValid()); return *UnitI; }
194
195   const CodeGenRegister *getReg() const { assert(isValid()); return *RegI; }
196
197   /// Preincrement.  Move to the next unit.
198   void operator++() {
199     assert(isValid() && "Cannot advance beyond the last operand");
200     ++UnitI;
201     advance();
202   }
203
204 protected:
205   void advance() {
206     while (UnitI == UnitE) {
207       if (++RegI == RegE)
208         break;
209       UnitI = (*RegI)->getRegUnits().begin();
210       UnitE = (*RegI)->getRegUnits().end();
211     }
212   }
213 };
214
215 } // end anonymous namespace
216
217 // Return true of this unit appears in RegUnits.
218 static bool hasRegUnit(CodeGenRegister::RegUnitList &RegUnits, unsigned Unit) {
219   return RegUnits.test(Unit);
220 }
221
222 // Inherit register units from subregisters.
223 // Return true if the RegUnits changed.
224 bool CodeGenRegister::inheritRegUnits(CodeGenRegBank &RegBank) {
225   bool changed = false;
226   for (SubRegMap::const_iterator I = SubRegs.begin(), E = SubRegs.end();
227        I != E; ++I) {
228     CodeGenRegister *SR = I->second;
229     // Merge the subregister's units into this register's RegUnits.
230     changed |= (RegUnits |= SR->RegUnits);
231   }
232
233   return changed;
234 }
235
236 const CodeGenRegister::SubRegMap &
237 CodeGenRegister::computeSubRegs(CodeGenRegBank &RegBank) {
238   // Only compute this map once.
239   if (SubRegsComplete)
240     return SubRegs;
241   SubRegsComplete = true;
242
243   HasDisjunctSubRegs = ExplicitSubRegs.size() > 1;
244
245   // First insert the explicit subregs and make sure they are fully indexed.
246   for (unsigned i = 0, e = ExplicitSubRegs.size(); i != e; ++i) {
247     CodeGenRegister *SR = ExplicitSubRegs[i];
248     CodeGenSubRegIndex *Idx = ExplicitSubRegIndices[i];
249     if (!SubRegs.insert(std::make_pair(Idx, SR)).second)
250       PrintFatalError(TheDef->getLoc(), "SubRegIndex " + Idx->getName() +
251                       " appears twice in Register " + getName());
252     // Map explicit sub-registers first, so the names take precedence.
253     // The inherited sub-registers are mapped below.
254     SubReg2Idx.insert(std::make_pair(SR, Idx));
255   }
256
257   // Keep track of inherited subregs and how they can be reached.
258   SmallPtrSet<CodeGenRegister*, 8> Orphans;
259
260   // Clone inherited subregs and place duplicate entries in Orphans.
261   // Here the order is important - earlier subregs take precedence.
262   for (unsigned i = 0, e = ExplicitSubRegs.size(); i != e; ++i) {
263     CodeGenRegister *SR = ExplicitSubRegs[i];
264     const SubRegMap &Map = SR->computeSubRegs(RegBank);
265     HasDisjunctSubRegs |= SR->HasDisjunctSubRegs;
266
267     for (SubRegMap::const_iterator SI = Map.begin(), SE = Map.end(); SI != SE;
268          ++SI) {
269       if (!SubRegs.insert(*SI).second)
270         Orphans.insert(SI->second);
271     }
272   }
273
274   // Expand any composed subreg indices.
275   // If dsub_2 has ComposedOf = [qsub_1, dsub_0], and this register has a
276   // qsub_1 subreg, add a dsub_2 subreg.  Keep growing Indices and process
277   // expanded subreg indices recursively.
278   SmallVector<CodeGenSubRegIndex*, 8> Indices = ExplicitSubRegIndices;
279   for (unsigned i = 0; i != Indices.size(); ++i) {
280     CodeGenSubRegIndex *Idx = Indices[i];
281     const CodeGenSubRegIndex::CompMap &Comps = Idx->getComposites();
282     CodeGenRegister *SR = SubRegs[Idx];
283     const SubRegMap &Map = SR->computeSubRegs(RegBank);
284
285     // Look at the possible compositions of Idx.
286     // They may not all be supported by SR.
287     for (CodeGenSubRegIndex::CompMap::const_iterator I = Comps.begin(),
288            E = Comps.end(); I != E; ++I) {
289       SubRegMap::const_iterator SRI = Map.find(I->first);
290       if (SRI == Map.end())
291         continue; // Idx + I->first doesn't exist in SR.
292       // Add I->second as a name for the subreg SRI->second, assuming it is
293       // orphaned, and the name isn't already used for something else.
294       if (SubRegs.count(I->second) || !Orphans.erase(SRI->second))
295         continue;
296       // We found a new name for the orphaned sub-register.
297       SubRegs.insert(std::make_pair(I->second, SRI->second));
298       Indices.push_back(I->second);
299     }
300   }
301
302   // Now Orphans contains the inherited subregisters without a direct index.
303   // Create inferred indexes for all missing entries.
304   // Work backwards in the Indices vector in order to compose subregs bottom-up.
305   // Consider this subreg sequence:
306   //
307   //   qsub_1 -> dsub_0 -> ssub_0
308   //
309   // The qsub_1 -> dsub_0 composition becomes dsub_2, so the ssub_0 register
310   // can be reached in two different ways:
311   //
312   //   qsub_1 -> ssub_0
313   //   dsub_2 -> ssub_0
314   //
315   // We pick the latter composition because another register may have [dsub_0,
316   // dsub_1, dsub_2] subregs without necessarily having a qsub_1 subreg.  The
317   // dsub_2 -> ssub_0 composition can be shared.
318   while (!Indices.empty() && !Orphans.empty()) {
319     CodeGenSubRegIndex *Idx = Indices.pop_back_val();
320     CodeGenRegister *SR = SubRegs[Idx];
321     const SubRegMap &Map = SR->computeSubRegs(RegBank);
322     for (SubRegMap::const_iterator SI = Map.begin(), SE = Map.end(); SI != SE;
323          ++SI)
324       if (Orphans.erase(SI->second))
325         SubRegs[RegBank.getCompositeSubRegIndex(Idx, SI->first)] = SI->second;
326   }
327
328   // Compute the inverse SubReg -> Idx map.
329   for (SubRegMap::const_iterator SI = SubRegs.begin(), SE = SubRegs.end();
330        SI != SE; ++SI) {
331     if (SI->second == this) {
332       ArrayRef<SMLoc> Loc;
333       if (TheDef)
334         Loc = TheDef->getLoc();
335       PrintFatalError(Loc, "Register " + getName() +
336                       " has itself as a sub-register");
337     }
338
339     // Compute AllSuperRegsCovered.
340     if (!CoveredBySubRegs)
341       SI->first->AllSuperRegsCovered = false;
342
343     // Ensure that every sub-register has a unique name.
344     DenseMap<const CodeGenRegister*, CodeGenSubRegIndex*>::iterator Ins =
345       SubReg2Idx.insert(std::make_pair(SI->second, SI->first)).first;
346     if (Ins->second == SI->first)
347       continue;
348     // Trouble: Two different names for SI->second.
349     ArrayRef<SMLoc> Loc;
350     if (TheDef)
351       Loc = TheDef->getLoc();
352     PrintFatalError(Loc, "Sub-register can't have two names: " +
353                   SI->second->getName() + " available as " +
354                   SI->first->getName() + " and " + Ins->second->getName());
355   }
356
357   // Derive possible names for sub-register concatenations from any explicit
358   // sub-registers. By doing this before computeSecondarySubRegs(), we ensure
359   // that getConcatSubRegIndex() won't invent any concatenated indices that the
360   // user already specified.
361   for (unsigned i = 0, e = ExplicitSubRegs.size(); i != e; ++i) {
362     CodeGenRegister *SR = ExplicitSubRegs[i];
363     if (!SR->CoveredBySubRegs || SR->ExplicitSubRegs.size() <= 1)
364       continue;
365
366     // SR is composed of multiple sub-regs. Find their names in this register.
367     SmallVector<CodeGenSubRegIndex*, 8> Parts;
368     for (unsigned j = 0, e = SR->ExplicitSubRegs.size(); j != e; ++j)
369       Parts.push_back(getSubRegIndex(SR->ExplicitSubRegs[j]));
370
371     // Offer this as an existing spelling for the concatenation of Parts.
372     RegBank.addConcatSubRegIndex(Parts, ExplicitSubRegIndices[i]);
373   }
374
375   // Initialize RegUnitList. Because getSubRegs is called recursively, this
376   // processes the register hierarchy in postorder.
377   //
378   // Inherit all sub-register units. It is good enough to look at the explicit
379   // sub-registers, the other registers won't contribute any more units.
380   for (unsigned i = 0, e = ExplicitSubRegs.size(); i != e; ++i) {
381     CodeGenRegister *SR = ExplicitSubRegs[i];
382     RegUnits |= SR->RegUnits;
383   }
384
385   // Absent any ad hoc aliasing, we create one register unit per leaf register.
386   // These units correspond to the maximal cliques in the register overlap
387   // graph which is optimal.
388   //
389   // When there is ad hoc aliasing, we simply create one unit per edge in the
390   // undirected ad hoc aliasing graph. Technically, we could do better by
391   // identifying maximal cliques in the ad hoc graph, but cliques larger than 2
392   // are extremely rare anyway (I've never seen one), so we don't bother with
393   // the added complexity.
394   for (unsigned i = 0, e = ExplicitAliases.size(); i != e; ++i) {
395     CodeGenRegister *AR = ExplicitAliases[i];
396     // Only visit each edge once.
397     if (AR->SubRegsComplete)
398       continue;
399     // Create a RegUnit representing this alias edge, and add it to both
400     // registers.
401     unsigned Unit = RegBank.newRegUnit(this, AR);
402     RegUnits.set(Unit);
403     AR->RegUnits.set(Unit);
404   }
405
406   // Finally, create units for leaf registers without ad hoc aliases. Note that
407   // a leaf register with ad hoc aliases doesn't get its own unit - it isn't
408   // necessary. This means the aliasing leaf registers can share a single unit.
409   if (RegUnits.empty())
410     RegUnits.set(RegBank.newRegUnit(this));
411
412   // We have now computed the native register units. More may be adopted later
413   // for balancing purposes.
414   NativeRegUnits = RegUnits;
415
416   return SubRegs;
417 }
418
419 // In a register that is covered by its sub-registers, try to find redundant
420 // sub-registers. For example:
421 //
422 //   QQ0 = {Q0, Q1}
423 //   Q0 = {D0, D1}
424 //   Q1 = {D2, D3}
425 //
426 // We can infer that D1_D2 is also a sub-register, even if it wasn't named in
427 // the register definition.
428 //
429 // The explicitly specified registers form a tree. This function discovers
430 // sub-register relationships that would force a DAG.
431 //
432 void CodeGenRegister::computeSecondarySubRegs(CodeGenRegBank &RegBank) {
433   // Collect new sub-registers first, add them later.
434   SmallVector<SubRegMap::value_type, 8> NewSubRegs;
435
436   // Look at the leading super-registers of each sub-register. Those are the
437   // candidates for new sub-registers, assuming they are fully contained in
438   // this register.
439   for (SubRegMap::iterator I = SubRegs.begin(), E = SubRegs.end(); I != E; ++I){
440     const CodeGenRegister *SubReg = I->second;
441     const CodeGenRegister::SuperRegList &Leads = SubReg->LeadingSuperRegs;
442     for (unsigned i = 0, e = Leads.size(); i != e; ++i) {
443       CodeGenRegister *Cand = const_cast<CodeGenRegister*>(Leads[i]);
444       // Already got this sub-register?
445       if (Cand == this || getSubRegIndex(Cand))
446         continue;
447       // Check if each component of Cand is already a sub-register.
448       // We know that the first component is I->second, and is present with the
449       // name I->first.
450       SmallVector<CodeGenSubRegIndex*, 8> Parts(1, I->first);
451       assert(!Cand->ExplicitSubRegs.empty() &&
452              "Super-register has no sub-registers");
453       for (unsigned j = 1, e = Cand->ExplicitSubRegs.size(); j != e; ++j) {
454         if (CodeGenSubRegIndex *Idx = getSubRegIndex(Cand->ExplicitSubRegs[j]))
455           Parts.push_back(Idx);
456         else {
457           // Sub-register doesn't exist.
458           Parts.clear();
459           break;
460         }
461       }
462       // If some Cand sub-register is not part of this register, or if Cand only
463       // has one sub-register, there is nothing to do.
464       if (Parts.size() <= 1)
465         continue;
466
467       // Each part of Cand is a sub-register of this. Make the full Cand also
468       // a sub-register with a concatenated sub-register index.
469       CodeGenSubRegIndex *Concat= RegBank.getConcatSubRegIndex(Parts);
470       NewSubRegs.push_back(std::make_pair(Concat, Cand));
471     }
472   }
473
474   // Now add all the new sub-registers.
475   for (unsigned i = 0, e = NewSubRegs.size(); i != e; ++i) {
476     // Don't add Cand if another sub-register is already using the index.
477     if (!SubRegs.insert(NewSubRegs[i]).second)
478       continue;
479
480     CodeGenSubRegIndex *NewIdx = NewSubRegs[i].first;
481     CodeGenRegister *NewSubReg = NewSubRegs[i].second;
482     SubReg2Idx.insert(std::make_pair(NewSubReg, NewIdx));
483   }
484
485   // Create sub-register index composition maps for the synthesized indices.
486   for (unsigned i = 0, e = NewSubRegs.size(); i != e; ++i) {
487     CodeGenSubRegIndex *NewIdx = NewSubRegs[i].first;
488     CodeGenRegister *NewSubReg = NewSubRegs[i].second;
489     for (SubRegMap::const_iterator SI = NewSubReg->SubRegs.begin(),
490            SE = NewSubReg->SubRegs.end(); SI != SE; ++SI) {
491       CodeGenSubRegIndex *SubIdx = getSubRegIndex(SI->second);
492       if (!SubIdx)
493         PrintFatalError(TheDef->getLoc(), "No SubRegIndex for " +
494                         SI->second->getName() + " in " + getName());
495       NewIdx->addComposite(SI->first, SubIdx);
496     }
497   }
498 }
499
500 void CodeGenRegister::computeSuperRegs(CodeGenRegBank &RegBank) {
501   // Only visit each register once.
502   if (SuperRegsComplete)
503     return;
504   SuperRegsComplete = true;
505
506   // Make sure all sub-registers have been visited first, so the super-reg
507   // lists will be topologically ordered.
508   for (SubRegMap::const_iterator I = SubRegs.begin(), E = SubRegs.end();
509        I != E; ++I)
510     I->second->computeSuperRegs(RegBank);
511
512   // Now add this as a super-register on all sub-registers.
513   // Also compute the TopoSigId in post-order.
514   TopoSigId Id;
515   for (SubRegMap::const_iterator I = SubRegs.begin(), E = SubRegs.end();
516        I != E; ++I) {
517     // Topological signature computed from SubIdx, TopoId(SubReg).
518     // Loops and idempotent indices have TopoSig = ~0u.
519     Id.push_back(I->first->EnumValue);
520     Id.push_back(I->second->TopoSig);
521
522     // Don't add duplicate entries.
523     if (!I->second->SuperRegs.empty() && I->second->SuperRegs.back() == this)
524       continue;
525     I->second->SuperRegs.push_back(this);
526   }
527   TopoSig = RegBank.getTopoSig(Id);
528 }
529
530 void
531 CodeGenRegister::addSubRegsPreOrder(SetVector<const CodeGenRegister*> &OSet,
532                                     CodeGenRegBank &RegBank) const {
533   assert(SubRegsComplete && "Must precompute sub-registers");
534   for (unsigned i = 0, e = ExplicitSubRegs.size(); i != e; ++i) {
535     CodeGenRegister *SR = ExplicitSubRegs[i];
536     if (OSet.insert(SR))
537       SR->addSubRegsPreOrder(OSet, RegBank);
538   }
539   // Add any secondary sub-registers that weren't part of the explicit tree.
540   for (SubRegMap::const_iterator I = SubRegs.begin(), E = SubRegs.end();
541        I != E; ++I)
542     OSet.insert(I->second);
543 }
544
545 // Get the sum of this register's unit weights.
546 unsigned CodeGenRegister::getWeight(const CodeGenRegBank &RegBank) const {
547   unsigned Weight = 0;
548   for (RegUnitList::iterator I = RegUnits.begin(), E = RegUnits.end();
549        I != E; ++I) {
550     Weight += RegBank.getRegUnit(*I).Weight;
551   }
552   return Weight;
553 }
554
555 //===----------------------------------------------------------------------===//
556 //                               RegisterTuples
557 //===----------------------------------------------------------------------===//
558
559 // A RegisterTuples def is used to generate pseudo-registers from lists of
560 // sub-registers. We provide a SetTheory expander class that returns the new
561 // registers.
562 namespace {
563
564 struct TupleExpander : SetTheory::Expander {
565   void expand(SetTheory &ST, Record *Def, SetTheory::RecSet &Elts) override {
566     std::vector<Record*> Indices = Def->getValueAsListOfDefs("SubRegIndices");
567     unsigned Dim = Indices.size();
568     ListInit *SubRegs = Def->getValueAsListInit("SubRegs");
569     if (Dim != SubRegs->size())
570       PrintFatalError(Def->getLoc(), "SubRegIndices and SubRegs size mismatch");
571     if (Dim < 2)
572       PrintFatalError(Def->getLoc(),
573                       "Tuples must have at least 2 sub-registers");
574
575     // Evaluate the sub-register lists to be zipped.
576     unsigned Length = ~0u;
577     SmallVector<SetTheory::RecSet, 4> Lists(Dim);
578     for (unsigned i = 0; i != Dim; ++i) {
579       ST.evaluate(SubRegs->getElement(i), Lists[i], Def->getLoc());
580       Length = std::min(Length, unsigned(Lists[i].size()));
581     }
582
583     if (Length == 0)
584       return;
585
586     // Precompute some types.
587     Record *RegisterCl = Def->getRecords().getClass("Register");
588     RecTy *RegisterRecTy = RecordRecTy::get(RegisterCl);
589     StringInit *BlankName = StringInit::get("");
590
591     // Zip them up.
592     for (unsigned n = 0; n != Length; ++n) {
593       std::string Name;
594       Record *Proto = Lists[0][n];
595       std::vector<Init*> Tuple;
596       unsigned CostPerUse = 0;
597       for (unsigned i = 0; i != Dim; ++i) {
598         Record *Reg = Lists[i][n];
599         if (i) Name += '_';
600         Name += Reg->getName();
601         Tuple.push_back(DefInit::get(Reg));
602         CostPerUse = std::max(CostPerUse,
603                               unsigned(Reg->getValueAsInt("CostPerUse")));
604       }
605
606       // Create a new Record representing the synthesized register. This record
607       // is only for consumption by CodeGenRegister, it is not added to the
608       // RecordKeeper.
609       Record *NewReg = new Record(Name, Def->getLoc(), Def->getRecords());
610       Elts.insert(NewReg);
611
612       // Copy Proto super-classes.
613       ArrayRef<std::pair<Record *, SMRange>> Supers = Proto->getSuperClasses();
614       for (const auto &SuperPair : Supers)
615         NewReg->addSuperClass(SuperPair.first, SuperPair.second);
616
617       // Copy Proto fields.
618       for (unsigned i = 0, e = Proto->getValues().size(); i != e; ++i) {
619         RecordVal RV = Proto->getValues()[i];
620
621         // Skip existing fields, like NAME.
622         if (NewReg->getValue(RV.getNameInit()))
623           continue;
624
625         StringRef Field = RV.getName();
626
627         // Replace the sub-register list with Tuple.
628         if (Field == "SubRegs")
629           RV.setValue(ListInit::get(Tuple, RegisterRecTy));
630
631         // Provide a blank AsmName. MC hacks are required anyway.
632         if (Field == "AsmName")
633           RV.setValue(BlankName);
634
635         // CostPerUse is aggregated from all Tuple members.
636         if (Field == "CostPerUse")
637           RV.setValue(IntInit::get(CostPerUse));
638
639         // Composite registers are always covered by sub-registers.
640         if (Field == "CoveredBySubRegs")
641           RV.setValue(BitInit::get(true));
642
643         // Copy fields from the RegisterTuples def.
644         if (Field == "SubRegIndices" ||
645             Field == "CompositeIndices") {
646           NewReg->addValue(*Def->getValue(Field));
647           continue;
648         }
649
650         // Some fields get their default uninitialized value.
651         if (Field == "DwarfNumbers" ||
652             Field == "DwarfAlias" ||
653             Field == "Aliases") {
654           if (const RecordVal *DefRV = RegisterCl->getValue(Field))
655             NewReg->addValue(*DefRV);
656           continue;
657         }
658
659         // Everything else is copied from Proto.
660         NewReg->addValue(RV);
661       }
662     }
663   }
664 };
665
666 } // end anonymous namespace
667
668 //===----------------------------------------------------------------------===//
669 //                            CodeGenRegisterClass
670 //===----------------------------------------------------------------------===//
671
672 static void sortAndUniqueRegisters(CodeGenRegister::Vec &M) {
673   std::sort(M.begin(), M.end(), deref<llvm::less>());
674   M.erase(std::unique(M.begin(), M.end(), deref<llvm::equal>()), M.end());
675 }
676
677 CodeGenRegisterClass::CodeGenRegisterClass(CodeGenRegBank &RegBank, Record *R)
678   : TheDef(R),
679     Name(R->getName()),
680     TopoSigs(RegBank.getNumTopoSigs()),
681     EnumValue(-1) {
682   // Rename anonymous register classes.
683   if (R->getName().size() > 9 && R->getName()[9] == '.') {
684     static unsigned AnonCounter = 0;
685     R->setName("AnonRegClass_" + utostr(AnonCounter++));
686   }
687
688   std::vector<Record*> TypeList = R->getValueAsListOfDefs("RegTypes");
689   for (unsigned i = 0, e = TypeList.size(); i != e; ++i) {
690     Record *Type = TypeList[i];
691     if (!Type->isSubClassOf("ValueType"))
692       PrintFatalError("RegTypes list member '" + Type->getName() +
693         "' does not derive from the ValueType class!");
694     VTs.push_back(getValueType(Type));
695   }
696   assert(!VTs.empty() && "RegisterClass must contain at least one ValueType!");
697
698   // Allocation order 0 is the full set. AltOrders provides others.
699   const SetTheory::RecVec *Elements = RegBank.getSets().expand(R);
700   ListInit *AltOrders = R->getValueAsListInit("AltOrders");
701   Orders.resize(1 + AltOrders->size());
702
703   // Default allocation order always contains all registers.
704   for (unsigned i = 0, e = Elements->size(); i != e; ++i) {
705     Orders[0].push_back((*Elements)[i]);
706     const CodeGenRegister *Reg = RegBank.getReg((*Elements)[i]);
707     Members.push_back(Reg);
708     TopoSigs.set(Reg->getTopoSig());
709   }
710   sortAndUniqueRegisters(Members);
711
712   // Alternative allocation orders may be subsets.
713   SetTheory::RecSet Order;
714   for (unsigned i = 0, e = AltOrders->size(); i != e; ++i) {
715     RegBank.getSets().evaluate(AltOrders->getElement(i), Order, R->getLoc());
716     Orders[1 + i].append(Order.begin(), Order.end());
717     // Verify that all altorder members are regclass members.
718     while (!Order.empty()) {
719       CodeGenRegister *Reg = RegBank.getReg(Order.back());
720       Order.pop_back();
721       if (!contains(Reg))
722         PrintFatalError(R->getLoc(), " AltOrder register " + Reg->getName() +
723                       " is not a class member");
724     }
725   }
726
727   // Allow targets to override the size in bits of the RegisterClass.
728   unsigned Size = R->getValueAsInt("Size");
729
730   Namespace = R->getValueAsString("Namespace");
731   SpillSize = Size ? Size : MVT(VTs[0]).getSizeInBits();
732   SpillAlignment = R->getValueAsInt("Alignment");
733   CopyCost = R->getValueAsInt("CopyCost");
734   Allocatable = R->getValueAsBit("isAllocatable");
735   AltOrderSelect = R->getValueAsString("AltOrderSelect");
736   int AllocationPriority = R->getValueAsInt("AllocationPriority");
737   if (AllocationPriority < 0 || AllocationPriority > 63)
738     PrintFatalError(R->getLoc(), "AllocationPriority out of range [0,63]");
739   this->AllocationPriority = AllocationPriority;
740 }
741
742 // Create an inferred register class that was missing from the .td files.
743 // Most properties will be inherited from the closest super-class after the
744 // class structure has been computed.
745 CodeGenRegisterClass::CodeGenRegisterClass(CodeGenRegBank &RegBank,
746                                            StringRef Name, Key Props)
747   : Members(*Props.Members),
748     TheDef(nullptr),
749     Name(Name),
750     TopoSigs(RegBank.getNumTopoSigs()),
751     EnumValue(-1),
752     SpillSize(Props.SpillSize),
753     SpillAlignment(Props.SpillAlignment),
754     CopyCost(0),
755     Allocatable(true),
756     AllocationPriority(0) {
757   for (const auto R : Members)
758     TopoSigs.set(R->getTopoSig());
759 }
760
761 // Compute inherited propertied for a synthesized register class.
762 void CodeGenRegisterClass::inheritProperties(CodeGenRegBank &RegBank) {
763   assert(!getDef() && "Only synthesized classes can inherit properties");
764   assert(!SuperClasses.empty() && "Synthesized class without super class");
765
766   // The last super-class is the smallest one.
767   CodeGenRegisterClass &Super = *SuperClasses.back();
768
769   // Most properties are copied directly.
770   // Exceptions are members, size, and alignment
771   Namespace = Super.Namespace;
772   VTs = Super.VTs;
773   CopyCost = Super.CopyCost;
774   Allocatable = Super.Allocatable;
775   AltOrderSelect = Super.AltOrderSelect;
776   AllocationPriority = Super.AllocationPriority;
777
778   // Copy all allocation orders, filter out foreign registers from the larger
779   // super-class.
780   Orders.resize(Super.Orders.size());
781   for (unsigned i = 0, ie = Super.Orders.size(); i != ie; ++i)
782     for (unsigned j = 0, je = Super.Orders[i].size(); j != je; ++j)
783       if (contains(RegBank.getReg(Super.Orders[i][j])))
784         Orders[i].push_back(Super.Orders[i][j]);
785 }
786
787 bool CodeGenRegisterClass::contains(const CodeGenRegister *Reg) const {
788   return std::binary_search(Members.begin(), Members.end(), Reg,
789                             deref<llvm::less>());
790 }
791
792 namespace llvm {
793
794   raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const CodeGenRegisterClass::Key &K) {
795     OS << "{ S=" << K.SpillSize << ", A=" << K.SpillAlignment;
796     for (const auto R : *K.Members)
797       OS << ", " << R->getName();
798     return OS << " }";
799   }
800
801 } // end namespace llvm
802
803 // This is a simple lexicographical order that can be used to search for sets.
804 // It is not the same as the topological order provided by TopoOrderRC.
805 bool CodeGenRegisterClass::Key::
806 operator<(const CodeGenRegisterClass::Key &B) const {
807   assert(Members && B.Members);
808   return std::tie(*Members, SpillSize, SpillAlignment) <
809          std::tie(*B.Members, B.SpillSize, B.SpillAlignment);
810 }
811
812 // Returns true if RC is a strict subclass.
813 // RC is a sub-class of this class if it is a valid replacement for any
814 // instruction operand where a register of this classis required. It must
815 // satisfy these conditions:
816 //
817 // 1. All RC registers are also in this.
818 // 2. The RC spill size must not be smaller than our spill size.
819 // 3. RC spill alignment must be compatible with ours.
820 //
821 static bool testSubClass(const CodeGenRegisterClass *A,
822                          const CodeGenRegisterClass *B) {
823   return A->SpillAlignment && B->SpillAlignment % A->SpillAlignment == 0 &&
824          A->SpillSize <= B->SpillSize &&
825          std::includes(A->getMembers().begin(), A->getMembers().end(),
826                        B->getMembers().begin(), B->getMembers().end(),
827                        deref<llvm::less>());
828 }
829
830 /// Sorting predicate for register classes.  This provides a topological
831 /// ordering that arranges all register classes before their sub-classes.
832 ///
833 /// Register classes with the same registers, spill size, and alignment form a
834 /// clique.  They will be ordered alphabetically.
835 ///
836 static bool TopoOrderRC(const CodeGenRegisterClass &PA,
837                         const CodeGenRegisterClass &PB) {
838   auto *A = &PA;
839   auto *B = &PB;
840   if (A == B)
841     return false;
842
843   // Order by ascending spill size.
844   if (A->SpillSize < B->SpillSize)
845     return true;
846   if (A->SpillSize > B->SpillSize)
847     return false;
848
849   // Order by ascending spill alignment.
850   if (A->SpillAlignment < B->SpillAlignment)
851     return true;
852   if (A->SpillAlignment > B->SpillAlignment)
853     return false;
854
855   // Order by descending set size.  Note that the classes' allocation order may
856   // not have been computed yet.  The Members set is always vaild.
857   if (A->getMembers().size() > B->getMembers().size())
858     return true;
859   if (A->getMembers().size() < B->getMembers().size())
860     return false;
861
862   // Finally order by name as a tie breaker.
863   return StringRef(A->getName()) < B->getName();
864 }
865
866 std::string CodeGenRegisterClass::getQualifiedName() const {
867   if (Namespace.empty())
868     return getName();
869   else
870     return Namespace + "::" + getName();
871 }
872
873 // Compute sub-classes of all register classes.
874 // Assume the classes are ordered topologically.
875 void CodeGenRegisterClass::computeSubClasses(CodeGenRegBank &RegBank) {
876   auto &RegClasses = RegBank.getRegClasses();
877
878   // Visit backwards so sub-classes are seen first.
879   for (auto I = RegClasses.rbegin(), E = RegClasses.rend(); I != E; ++I) {
880     CodeGenRegisterClass &RC = *I;
881     RC.SubClasses.resize(RegClasses.size());
882     RC.SubClasses.set(RC.EnumValue);
883
884     // Normally, all subclasses have IDs >= rci, unless RC is part of a clique.
885     for (auto I2 = I.base(), E2 = RegClasses.end(); I2 != E2; ++I2) {
886       CodeGenRegisterClass &SubRC = *I2;
887       if (RC.SubClasses.test(SubRC.EnumValue))
888         continue;
889       if (!testSubClass(&RC, &SubRC))
890         continue;
891       // SubRC is a sub-class. Grap all its sub-classes so we won't have to
892       // check them again.
893       RC.SubClasses |= SubRC.SubClasses;
894     }
895
896     // Sweep up missed clique members.  They will be immediately preceding RC.
897     for (auto I2 = std::next(I); I2 != E && testSubClass(&RC, &*I2); ++I2)
898       RC.SubClasses.set(I2->EnumValue);
899   }
900
901   // Compute the SuperClasses lists from the SubClasses vectors.
902   for (auto &RC : RegClasses) {
903     const BitVector &SC = RC.getSubClasses();
904     auto I = RegClasses.begin();
905     for (int s = 0, next_s = SC.find_first(); next_s != -1;
906          next_s = SC.find_next(s)) {
907       std::advance(I, next_s - s);
908       s = next_s;
909       if (&*I == &RC)
910         continue;
911       I->SuperClasses.push_back(&RC);
912     }
913   }
914
915   // With the class hierarchy in place, let synthesized register classes inherit
916   // properties from their closest super-class. The iteration order here can
917   // propagate properties down multiple levels.
918   for (auto &RC : RegClasses)
919     if (!RC.getDef())
920       RC.inheritProperties(RegBank);
921 }
922
923 void CodeGenRegisterClass::getSuperRegClasses(const CodeGenSubRegIndex *SubIdx,
924                                               BitVector &Out) const {
925   auto FindI = SuperRegClasses.find(SubIdx);
926   if (FindI == SuperRegClasses.end())
927     return;
928   for (CodeGenRegisterClass *RC : FindI->second)
929     Out.set(RC->EnumValue);
930 }
931
932 // Populate a unique sorted list of units from a register set.
933 void CodeGenRegisterClass::buildRegUnitSet(
934   std::vector<unsigned> &RegUnits) const {
935   std::vector<unsigned> TmpUnits;
936   for (RegUnitIterator UnitI(Members); UnitI.isValid(); ++UnitI)
937     TmpUnits.push_back(*UnitI);
938   std::sort(TmpUnits.begin(), TmpUnits.end());
939   std::unique_copy(TmpUnits.begin(), TmpUnits.end(),
940                    std::back_inserter(RegUnits));
941 }
942
943 //===----------------------------------------------------------------------===//
944 //                               CodeGenRegBank
945 //===----------------------------------------------------------------------===//
946
947 CodeGenRegBank::CodeGenRegBank(RecordKeeper &Records) {
948   // Configure register Sets to understand register classes and tuples.
949   Sets.addFieldExpander("RegisterClass", "MemberList");
950   Sets.addFieldExpander("CalleeSavedRegs", "SaveList");
951   Sets.addExpander("RegisterTuples", llvm::make_unique<TupleExpander>());
952
953   // Read in the user-defined (named) sub-register indices.
954   // More indices will be synthesized later.
955   std::vector<Record*> SRIs = Records.getAllDerivedDefinitions("SubRegIndex");
956   std::sort(SRIs.begin(), SRIs.end(), LessRecord());
957   for (unsigned i = 0, e = SRIs.size(); i != e; ++i)
958     getSubRegIdx(SRIs[i]);
959   // Build composite maps from ComposedOf fields.
960   for (auto &Idx : SubRegIndices)
961     Idx.updateComponents(*this);
962
963   // Read in the register definitions.
964   std::vector<Record*> Regs = Records.getAllDerivedDefinitions("Register");
965   std::sort(Regs.begin(), Regs.end(), LessRecordRegister());
966   // Assign the enumeration values.
967   for (unsigned i = 0, e = Regs.size(); i != e; ++i)
968     getReg(Regs[i]);
969
970   // Expand tuples and number the new registers.
971   std::vector<Record*> Tups =
972     Records.getAllDerivedDefinitions("RegisterTuples");
973
974   for (Record *R : Tups) {
975     std::vector<Record *> TupRegs = *Sets.expand(R);
976     std::sort(TupRegs.begin(), TupRegs.end(), LessRecordRegister());
977     for (Record *RC : TupRegs)
978       getReg(RC);
979   }
980
981   // Now all the registers are known. Build the object graph of explicit
982   // register-register references.
983   for (auto &Reg : Registers)
984     Reg.buildObjectGraph(*this);
985
986   // Compute register name map.
987   for (auto &Reg : Registers)
988     // FIXME: This could just be RegistersByName[name] = register, except that
989     // causes some failures in MIPS - perhaps they have duplicate register name
990     // entries? (or maybe there's a reason for it - I don't know much about this
991     // code, just drive-by refactoring)
992     RegistersByName.insert(
993         std::make_pair(Reg.TheDef->getValueAsString("AsmName"), &Reg));
994
995   // Precompute all sub-register maps.
996   // This will create Composite entries for all inferred sub-register indices.
997   for (auto &Reg : Registers)
998     Reg.computeSubRegs(*this);
999
1000   // Infer even more sub-registers by combining leading super-registers.
1001   for (auto &Reg : Registers)
1002     if (Reg.CoveredBySubRegs)
1003       Reg.computeSecondarySubRegs(*this);
1004
1005   // After the sub-register graph is complete, compute the topologically
1006   // ordered SuperRegs list.
1007   for (auto &Reg : Registers)
1008     Reg.computeSuperRegs(*this);
1009
1010   // Native register units are associated with a leaf register. They've all been
1011   // discovered now.
1012   NumNativeRegUnits = RegUnits.size();
1013
1014   // Read in register class definitions.
1015   std::vector<Record*> RCs = Records.getAllDerivedDefinitions("RegisterClass");
1016   if (RCs.empty())
1017     PrintFatalError("No 'RegisterClass' subclasses defined!");
1018
1019   // Allocate user-defined register classes.
1020   for (auto *RC : RCs) {
1021     RegClasses.emplace_back(*this, RC);
1022     addToMaps(&RegClasses.back());
1023   }
1024
1025   // Infer missing classes to create a full algebra.
1026   computeInferredRegisterClasses();
1027
1028   // Order register classes topologically and assign enum values.
1029   RegClasses.sort(TopoOrderRC);
1030   unsigned i = 0;
1031   for (auto &RC : RegClasses)
1032     RC.EnumValue = i++;
1033   CodeGenRegisterClass::computeSubClasses(*this);
1034 }
1035
1036 // Create a synthetic CodeGenSubRegIndex without a corresponding Record.
1037 CodeGenSubRegIndex*
1038 CodeGenRegBank::createSubRegIndex(StringRef Name, StringRef Namespace) {
1039   SubRegIndices.emplace_back(Name, Namespace, SubRegIndices.size() + 1);
1040   return &SubRegIndices.back();
1041 }
1042
1043 CodeGenSubRegIndex *CodeGenRegBank::getSubRegIdx(Record *Def) {
1044   CodeGenSubRegIndex *&Idx = Def2SubRegIdx[Def];
1045   if (Idx)
1046     return Idx;
1047   SubRegIndices.emplace_back(Def, SubRegIndices.size() + 1);
1048   Idx = &SubRegIndices.back();
1049   return Idx;
1050 }
1051
1052 CodeGenRegister *CodeGenRegBank::getReg(Record *Def) {
1053   CodeGenRegister *&Reg = Def2Reg[Def];
1054   if (Reg)
1055     return Reg;
1056   Registers.emplace_back(Def, Registers.size() + 1);
1057   Reg = &Registers.back();
1058   return Reg;
1059 }
1060
1061 void CodeGenRegBank::addToMaps(CodeGenRegisterClass *RC) {
1062   if (Record *Def = RC->getDef())
1063     Def2RC.insert(std::make_pair(Def, RC));
1064
1065   // Duplicate classes are rejected by insert().
1066   // That's OK, we only care about the properties handled by CGRC::Key.
1067   CodeGenRegisterClass::Key K(*RC);
1068   Key2RC.insert(std::make_pair(K, RC));
1069 }
1070
1071 // Create a synthetic sub-class if it is missing.
1072 CodeGenRegisterClass*
1073 CodeGenRegBank::getOrCreateSubClass(const CodeGenRegisterClass *RC,
1074                                     const CodeGenRegister::Vec *Members,
1075                                     StringRef Name) {
1076   // Synthetic sub-class has the same size and alignment as RC.
1077   CodeGenRegisterClass::Key K(Members, RC->SpillSize, RC->SpillAlignment);
1078   RCKeyMap::const_iterator FoundI = Key2RC.find(K);
1079   if (FoundI != Key2RC.end())
1080     return FoundI->second;
1081
1082   // Sub-class doesn't exist, create a new one.
1083   RegClasses.emplace_back(*this, Name, K);
1084   addToMaps(&RegClasses.back());
1085   return &RegClasses.back();
1086 }
1087
1088 CodeGenRegisterClass *CodeGenRegBank::getRegClass(Record *Def) {
1089   if (CodeGenRegisterClass *RC = Def2RC[Def])
1090     return RC;
1091
1092   PrintFatalError(Def->getLoc(), "Not a known RegisterClass!");
1093 }
1094
1095 CodeGenSubRegIndex*
1096 CodeGenRegBank::getCompositeSubRegIndex(CodeGenSubRegIndex *A,
1097                                         CodeGenSubRegIndex *B) {
1098   // Look for an existing entry.
1099   CodeGenSubRegIndex *Comp = A->compose(B);
1100   if (Comp)
1101     return Comp;
1102
1103   // None exists, synthesize one.
1104   std::string Name = A->getName() + "_then_" + B->getName();
1105   Comp = createSubRegIndex(Name, A->getNamespace());
1106   A->addComposite(B, Comp);
1107   return Comp;
1108 }
1109
1110 CodeGenSubRegIndex *CodeGenRegBank::
1111 getConcatSubRegIndex(const SmallVector<CodeGenSubRegIndex *, 8> &Parts) {
1112   assert(Parts.size() > 1 && "Need two parts to concatenate");
1113
1114   // Look for an existing entry.
1115   CodeGenSubRegIndex *&Idx = ConcatIdx[Parts];
1116   if (Idx)
1117     return Idx;
1118
1119   // None exists, synthesize one.
1120   std::string Name = Parts.front()->getName();
1121   // Determine whether all parts are contiguous.
1122   bool isContinuous = true;
1123   unsigned Size = Parts.front()->Size;
1124   unsigned LastOffset = Parts.front()->Offset;
1125   unsigned LastSize = Parts.front()->Size;
1126   for (unsigned i = 1, e = Parts.size(); i != e; ++i) {
1127     Name += '_';
1128     Name += Parts[i]->getName();
1129     Size += Parts[i]->Size;
1130     if (Parts[i]->Offset != (LastOffset + LastSize))
1131       isContinuous = false;
1132     LastOffset = Parts[i]->Offset;
1133     LastSize = Parts[i]->Size;
1134   }
1135   Idx = createSubRegIndex(Name, Parts.front()->getNamespace());
1136   Idx->Size = Size;
1137   Idx->Offset = isContinuous ? Parts.front()->Offset : -1;
1138   return Idx;
1139 }
1140
1141 void CodeGenRegBank::computeComposites() {
1142   // Keep track of TopoSigs visited. We only need to visit each TopoSig once,
1143   // and many registers will share TopoSigs on regular architectures.
1144   BitVector TopoSigs(getNumTopoSigs());
1145
1146   for (const auto &Reg1 : Registers) {
1147     // Skip identical subreg structures already processed.
1148     if (TopoSigs.test(Reg1.getTopoSig()))
1149       continue;
1150     TopoSigs.set(Reg1.getTopoSig());
1151
1152     const CodeGenRegister::SubRegMap &SRM1 = Reg1.getSubRegs();
1153     for (CodeGenRegister::SubRegMap::const_iterator i1 = SRM1.begin(),
1154          e1 = SRM1.end(); i1 != e1; ++i1) {
1155       CodeGenSubRegIndex *Idx1 = i1->first;
1156       CodeGenRegister *Reg2 = i1->second;
1157       // Ignore identity compositions.
1158       if (&Reg1 == Reg2)
1159         continue;
1160       const CodeGenRegister::SubRegMap &SRM2 = Reg2->getSubRegs();
1161       // Try composing Idx1 with another SubRegIndex.
1162       for (CodeGenRegister::SubRegMap::const_iterator i2 = SRM2.begin(),
1163            e2 = SRM2.end(); i2 != e2; ++i2) {
1164         CodeGenSubRegIndex *Idx2 = i2->first;
1165         CodeGenRegister *Reg3 = i2->second;
1166         // Ignore identity compositions.
1167         if (Reg2 == Reg3)
1168           continue;
1169         // OK Reg1:IdxPair == Reg3. Find the index with Reg:Idx == Reg3.
1170         CodeGenSubRegIndex *Idx3 = Reg1.getSubRegIndex(Reg3);
1171         assert(Idx3 && "Sub-register doesn't have an index");
1172
1173         // Conflicting composition? Emit a warning but allow it.
1174         if (CodeGenSubRegIndex *Prev = Idx1->addComposite(Idx2, Idx3))
1175           PrintWarning(Twine("SubRegIndex ") + Idx1->getQualifiedName() +
1176                        " and " + Idx2->getQualifiedName() +
1177                        " compose ambiguously as " + Prev->getQualifiedName() +
1178                        " or " + Idx3->getQualifiedName());
1179       }
1180     }
1181   }
1182 }
1183
1184 // Compute lane masks. This is similar to register units, but at the
1185 // sub-register index level. Each bit in the lane mask is like a register unit
1186 // class, and two lane masks will have a bit in common if two sub-register
1187 // indices overlap in some register.
1188 //
1189 // Conservatively share a lane mask bit if two sub-register indices overlap in
1190 // some registers, but not in others. That shouldn't happen a lot.
1191 void CodeGenRegBank::computeSubRegLaneMasks() {
1192   // First assign individual bits to all the leaf indices.
1193   unsigned Bit = 0;
1194   // Determine mask of lanes that cover their registers.
1195   CoveringLanes = LaneBitmask::getAll();
1196   for (auto &Idx : SubRegIndices) {
1197     if (Idx.getComposites().empty()) {
1198       if (Bit > 32) {
1199         PrintFatalError(
1200           Twine("Ran out of lanemask bits to represent subregister ")
1201           + Idx.getName());
1202       }
1203       Idx.LaneMask = LaneBitmask(1 << Bit);
1204       ++Bit;
1205     } else {
1206       Idx.LaneMask = LaneBitmask::getNone();
1207     }
1208   }
1209
1210   // Compute transformation sequences for composeSubRegIndexLaneMask. The idea
1211   // here is that for each possible target subregister we look at the leafs
1212   // in the subregister graph that compose for this target and create
1213   // transformation sequences for the lanemasks. Each step in the sequence
1214   // consists of a bitmask and a bitrotate operation. As the rotation amounts
1215   // are usually the same for many subregisters we can easily combine the steps
1216   // by combining the masks.
1217   for (const auto &Idx : SubRegIndices) {
1218     const auto &Composites = Idx.getComposites();
1219     auto &LaneTransforms = Idx.CompositionLaneMaskTransform;
1220
1221     if (Composites.empty()) {
1222       // Moving from a class with no subregisters we just had a single lane:
1223       // The subregister must be a leaf subregister and only occupies 1 bit.
1224       // Move the bit from the class without subregisters into that position.
1225       static_assert(sizeof(Idx.LaneMask.getAsInteger()) == 4,
1226                     "Change Log2_32 to a proper one");
1227       unsigned DstBit = Log2_32(Idx.LaneMask.getAsInteger());
1228       assert(Idx.LaneMask == LaneBitmask(1 << DstBit) &&
1229              "Must be a leaf subregister");
1230       MaskRolPair MaskRol = { LaneBitmask(1), (uint8_t)DstBit };
1231       LaneTransforms.push_back(MaskRol);
1232     } else {
1233       // Go through all leaf subregisters and find the ones that compose with
1234       // Idx. These make out all possible valid bits in the lane mask we want to
1235       // transform. Looking only at the leafs ensure that only a single bit in
1236       // the mask is set.
1237       unsigned NextBit = 0;
1238       for (auto &Idx2 : SubRegIndices) {
1239         // Skip non-leaf subregisters.
1240         if (!Idx2.getComposites().empty())
1241           continue;
1242         // Replicate the behaviour from the lane mask generation loop above.
1243         unsigned SrcBit = NextBit;
1244         LaneBitmask SrcMask = LaneBitmask(1 << SrcBit);
1245         if (NextBit < LaneBitmask::BitWidth-1)
1246           ++NextBit;
1247         assert(Idx2.LaneMask == SrcMask);
1248
1249         // Get the composed subregister if there is any.
1250         auto C = Composites.find(&Idx2);
1251         if (C == Composites.end())
1252           continue;
1253         const CodeGenSubRegIndex *Composite = C->second;
1254         // The Composed subreg should be a leaf subreg too
1255         assert(Composite->getComposites().empty());
1256
1257         // Create Mask+Rotate operation and merge with existing ops if possible.
1258         static_assert(sizeof(Composite->LaneMask.getAsInteger()) == 4,
1259                       "Change Log2_32 to a proper one");
1260         unsigned DstBit = Log2_32(Composite->LaneMask.getAsInteger());
1261         int Shift = DstBit - SrcBit;
1262         uint8_t RotateLeft = Shift >= 0 ? (uint8_t)Shift
1263                                         : LaneBitmask::BitWidth + Shift;
1264         for (auto &I : LaneTransforms) {
1265           if (I.RotateLeft == RotateLeft) {
1266             I.Mask |= SrcMask;
1267             SrcMask = LaneBitmask::getNone();
1268           }
1269         }
1270         if (SrcMask.any()) {
1271           MaskRolPair MaskRol = { SrcMask, RotateLeft };
1272           LaneTransforms.push_back(MaskRol);
1273         }
1274       }
1275     }
1276
1277     // Optimize if the transformation consists of one step only: Set mask to
1278     // 0xffffffff (including some irrelevant invalid bits) so that it should
1279     // merge with more entries later while compressing the table.
1280     if (LaneTransforms.size() == 1)
1281       LaneTransforms[0].Mask = LaneBitmask::getAll();
1282
1283     // Further compression optimization: For invalid compositions resulting
1284     // in a sequence with 0 entries we can just pick any other. Choose
1285     // Mask 0xffffffff with Rotation 0.
1286     if (LaneTransforms.size() == 0) {
1287       MaskRolPair P = { LaneBitmask::getAll(), 0 };
1288       LaneTransforms.push_back(P);
1289     }
1290   }
1291
1292   // FIXME: What if ad-hoc aliasing introduces overlaps that aren't represented
1293   // by the sub-register graph? This doesn't occur in any known targets.
1294
1295   // Inherit lanes from composites.
1296   for (const auto &Idx : SubRegIndices) {
1297     LaneBitmask Mask = Idx.computeLaneMask();
1298     // If some super-registers without CoveredBySubRegs use this index, we can
1299     // no longer assume that the lanes are covering their registers.
1300     if (!Idx.AllSuperRegsCovered)
1301       CoveringLanes &= ~Mask;
1302   }
1303
1304   // Compute lane mask combinations for register classes.
1305   for (auto &RegClass : RegClasses) {
1306     LaneBitmask LaneMask;
1307     for (const auto &SubRegIndex : SubRegIndices) {
1308       if (RegClass.getSubClassWithSubReg(&SubRegIndex) == nullptr)
1309         continue;
1310       LaneMask |= SubRegIndex.LaneMask;
1311     }
1312
1313     // For classes without any subregisters set LaneMask to 1 instead of 0.
1314     // This makes it easier for client code to handle classes uniformly.
1315     if (LaneMask.none())
1316       LaneMask = LaneBitmask(1);
1317
1318     RegClass.LaneMask = LaneMask;
1319   }
1320 }
1321
1322 namespace {
1323
1324 // UberRegSet is a helper class for computeRegUnitWeights. Each UberRegSet is
1325 // the transitive closure of the union of overlapping register
1326 // classes. Together, the UberRegSets form a partition of the registers. If we
1327 // consider overlapping register classes to be connected, then each UberRegSet
1328 // is a set of connected components.
1329 //
1330 // An UberRegSet will likely be a horizontal slice of register names of
1331 // the same width. Nontrivial subregisters should then be in a separate
1332 // UberRegSet. But this property isn't required for valid computation of
1333 // register unit weights.
1334 //
1335 // A Weight field caches the max per-register unit weight in each UberRegSet.
1336 //
1337 // A set of SingularDeterminants flags single units of some register in this set
1338 // for which the unit weight equals the set weight. These units should not have
1339 // their weight increased.
1340 struct UberRegSet {
1341   CodeGenRegister::Vec Regs;
1342   unsigned Weight = 0;
1343   CodeGenRegister::RegUnitList SingularDeterminants;
1344
1345   UberRegSet() = default;
1346 };
1347
1348 } // end anonymous namespace
1349
1350 // Partition registers into UberRegSets, where each set is the transitive
1351 // closure of the union of overlapping register classes.
1352 //
1353 // UberRegSets[0] is a special non-allocatable set.
1354 static void computeUberSets(std::vector<UberRegSet> &UberSets,
1355                             std::vector<UberRegSet*> &RegSets,
1356                             CodeGenRegBank &RegBank) {
1357   const auto &Registers = RegBank.getRegisters();
1358
1359   // The Register EnumValue is one greater than its index into Registers.
1360   assert(Registers.size() == Registers.back().EnumValue &&
1361          "register enum value mismatch");
1362
1363   // For simplicitly make the SetID the same as EnumValue.
1364   IntEqClasses UberSetIDs(Registers.size()+1);
1365   std::set<unsigned> AllocatableRegs;
1366   for (auto &RegClass : RegBank.getRegClasses()) {
1367     if (!RegClass.Allocatable)
1368       continue;
1369
1370     const CodeGenRegister::Vec &Regs = RegClass.getMembers();
1371     if (Regs.empty())
1372       continue;
1373
1374     unsigned USetID = UberSetIDs.findLeader((*Regs.begin())->EnumValue);
1375     assert(USetID && "register number 0 is invalid");
1376
1377     AllocatableRegs.insert((*Regs.begin())->EnumValue);
1378     for (auto I = std::next(Regs.begin()), E = Regs.end(); I != E; ++I) {
1379       AllocatableRegs.insert((*I)->EnumValue);
1380       UberSetIDs.join(USetID, (*I)->EnumValue);
1381     }
1382   }
1383   // Combine non-allocatable regs.
1384   for (const auto &Reg : Registers) {
1385     unsigned RegNum = Reg.EnumValue;
1386     if (AllocatableRegs.count(RegNum))
1387       continue;
1388
1389     UberSetIDs.join(0, RegNum);
1390   }
1391   UberSetIDs.compress();
1392
1393   // Make the first UberSet a special unallocatable set.
1394   unsigned ZeroID = UberSetIDs[0];
1395
1396   // Insert Registers into the UberSets formed by union-find.
1397   // Do not resize after this.
1398   UberSets.resize(UberSetIDs.getNumClasses());
1399   unsigned i = 0;
1400   for (const CodeGenRegister &Reg : Registers) {
1401     unsigned USetID = UberSetIDs[Reg.EnumValue];
1402     if (!USetID)
1403       USetID = ZeroID;
1404     else if (USetID == ZeroID)
1405       USetID = 0;
1406
1407     UberRegSet *USet = &UberSets[USetID];
1408     USet->Regs.push_back(&Reg);
1409     sortAndUniqueRegisters(USet->Regs);
1410     RegSets[i++] = USet;
1411   }
1412 }
1413
1414 // Recompute each UberSet weight after changing unit weights.
1415 static void computeUberWeights(std::vector<UberRegSet> &UberSets,
1416                                CodeGenRegBank &RegBank) {
1417   // Skip the first unallocatable set.
1418   for (std::vector<UberRegSet>::iterator I = std::next(UberSets.begin()),
1419          E = UberSets.end(); I != E; ++I) {
1420
1421     // Initialize all unit weights in this set, and remember the max units/reg.
1422     const CodeGenRegister *Reg = nullptr;
1423     unsigned MaxWeight = 0, Weight = 0;
1424     for (RegUnitIterator UnitI(I->Regs); UnitI.isValid(); ++UnitI) {
1425       if (Reg != UnitI.getReg()) {
1426         if (Weight > MaxWeight)
1427           MaxWeight = Weight;
1428         Reg = UnitI.getReg();
1429         Weight = 0;
1430       }
1431       unsigned UWeight = RegBank.getRegUnit(*UnitI).Weight;
1432       if (!UWeight) {
1433         UWeight = 1;
1434         RegBank.increaseRegUnitWeight(*UnitI, UWeight);
1435       }
1436       Weight += UWeight;
1437     }
1438     if (Weight > MaxWeight)
1439       MaxWeight = Weight;
1440     if (I->Weight != MaxWeight) {
1441       DEBUG(
1442         dbgs() << "UberSet " << I - UberSets.begin() << " Weight " << MaxWeight;
1443         for (auto &Unit : I->Regs)
1444           dbgs() << " " << Unit->getName();
1445         dbgs() << "\n");
1446       // Update the set weight.
1447       I->Weight = MaxWeight;
1448     }
1449
1450     // Find singular determinants.
1451     for (const auto R : I->Regs) {
1452       if (R->getRegUnits().count() == 1 && R->getWeight(RegBank) == I->Weight) {
1453         I->SingularDeterminants |= R->getRegUnits();
1454       }
1455     }
1456   }
1457 }
1458
1459 // normalizeWeight is a computeRegUnitWeights helper that adjusts the weight of
1460 // a register and its subregisters so that they have the same weight as their
1461 // UberSet. Self-recursion processes the subregister tree in postorder so
1462 // subregisters are normalized first.
1463 //
1464 // Side effects:
1465 // - creates new adopted register units
1466 // - causes superregisters to inherit adopted units
1467 // - increases the weight of "singular" units
1468 // - induces recomputation of UberWeights.
1469 static bool normalizeWeight(CodeGenRegister *Reg,
1470                             std::vector<UberRegSet> &UberSets,
1471                             std::vector<UberRegSet*> &RegSets,
1472                             SparseBitVector<> &NormalRegs,
1473                             CodeGenRegister::RegUnitList &NormalUnits,
1474                             CodeGenRegBank &RegBank) {
1475   if (NormalRegs.test(Reg->EnumValue))
1476     return false;
1477   NormalRegs.set(Reg->EnumValue);
1478
1479   bool Changed = false;
1480   const CodeGenRegister::SubRegMap &SRM = Reg->getSubRegs();
1481   for (CodeGenRegister::SubRegMap::const_iterator SRI = SRM.begin(),
1482          SRE = SRM.end(); SRI != SRE; ++SRI) {
1483     if (SRI->second == Reg)
1484       continue; // self-cycles happen
1485
1486     Changed |= normalizeWeight(SRI->second, UberSets, RegSets,
1487                                NormalRegs, NormalUnits, RegBank);
1488   }
1489   // Postorder register normalization.
1490
1491   // Inherit register units newly adopted by subregisters.
1492   if (Reg->inheritRegUnits(RegBank))
1493     computeUberWeights(UberSets, RegBank);
1494
1495   // Check if this register is too skinny for its UberRegSet.
1496   UberRegSet *UberSet = RegSets[RegBank.getRegIndex(Reg)];
1497
1498   unsigned RegWeight = Reg->getWeight(RegBank);
1499   if (UberSet->Weight > RegWeight) {
1500     // A register unit's weight can be adjusted only if it is the singular unit
1501     // for this register, has not been used to normalize a subregister's set,
1502     // and has not already been used to singularly determine this UberRegSet.
1503     unsigned AdjustUnit = *Reg->getRegUnits().begin();
1504     if (Reg->getRegUnits().count() != 1
1505         || hasRegUnit(NormalUnits, AdjustUnit)
1506         || hasRegUnit(UberSet->SingularDeterminants, AdjustUnit)) {
1507       // We don't have an adjustable unit, so adopt a new one.
1508       AdjustUnit = RegBank.newRegUnit(UberSet->Weight - RegWeight);
1509       Reg->adoptRegUnit(AdjustUnit);
1510       // Adopting a unit does not immediately require recomputing set weights.
1511     }
1512     else {
1513       // Adjust the existing single unit.
1514       RegBank.increaseRegUnitWeight(AdjustUnit, UberSet->Weight - RegWeight);
1515       // The unit may be shared among sets and registers within this set.
1516       computeUberWeights(UberSets, RegBank);
1517     }
1518     Changed = true;
1519   }
1520
1521   // Mark these units normalized so superregisters can't change their weights.
1522   NormalUnits |= Reg->getRegUnits();
1523
1524   return Changed;
1525 }
1526
1527 // Compute a weight for each register unit created during getSubRegs.
1528 //
1529 // The goal is that two registers in the same class will have the same weight,
1530 // where each register's weight is defined as sum of its units' weights.
1531 void CodeGenRegBank::computeRegUnitWeights() {
1532   std::vector<UberRegSet> UberSets;
1533   std::vector<UberRegSet*> RegSets(Registers.size());
1534   computeUberSets(UberSets, RegSets, *this);
1535   // UberSets and RegSets are now immutable.
1536
1537   computeUberWeights(UberSets, *this);
1538
1539   // Iterate over each Register, normalizing the unit weights until reaching
1540   // a fix point.
1541   unsigned NumIters = 0;
1542   for (bool Changed = true; Changed; ++NumIters) {
1543     assert(NumIters <= NumNativeRegUnits && "Runaway register unit weights");
1544     Changed = false;
1545     for (auto &Reg : Registers) {
1546       CodeGenRegister::RegUnitList NormalUnits;
1547       SparseBitVector<> NormalRegs;
1548       Changed |= normalizeWeight(&Reg, UberSets, RegSets, NormalRegs,
1549                                  NormalUnits, *this);
1550     }
1551   }
1552 }
1553
1554 // Find a set in UniqueSets with the same elements as Set.
1555 // Return an iterator into UniqueSets.
1556 static std::vector<RegUnitSet>::const_iterator
1557 findRegUnitSet(const std::vector<RegUnitSet> &UniqueSets,
1558                const RegUnitSet &Set) {
1559   std::vector<RegUnitSet>::const_iterator
1560     I = UniqueSets.begin(), E = UniqueSets.end();
1561   for(;I != E; ++I) {
1562     if (I->Units == Set.Units)
1563       break;
1564   }
1565   return I;
1566 }
1567
1568 // Return true if the RUSubSet is a subset of RUSuperSet.
1569 static bool isRegUnitSubSet(const std::vector<unsigned> &RUSubSet,
1570                             const std::vector<unsigned> &RUSuperSet) {
1571   return std::includes(RUSuperSet.begin(), RUSuperSet.end(),
1572                        RUSubSet.begin(), RUSubSet.end());
1573 }
1574
1575 /// Iteratively prune unit sets. Prune subsets that are close to the superset,
1576 /// but with one or two registers removed. We occasionally have registers like
1577 /// APSR and PC thrown in with the general registers. We also see many
1578 /// special-purpose register subsets, such as tail-call and Thumb
1579 /// encodings. Generating all possible overlapping sets is combinatorial and
1580 /// overkill for modeling pressure. Ideally we could fix this statically in
1581 /// tablegen by (1) having the target define register classes that only include
1582 /// the allocatable registers and marking other classes as non-allocatable and
1583 /// (2) having a way to mark special purpose classes as "don't-care" classes for
1584 /// the purpose of pressure.  However, we make an attempt to handle targets that
1585 /// are not nicely defined by merging nearly identical register unit sets
1586 /// statically. This generates smaller tables. Then, dynamically, we adjust the
1587 /// set limit by filtering the reserved registers.
1588 ///
1589 /// Merge sets only if the units have the same weight. For example, on ARM,
1590 /// Q-tuples with ssub index 0 include all S regs but also include D16+. We
1591 /// should not expand the S set to include D regs.
1592 void CodeGenRegBank::pruneUnitSets() {
1593   assert(RegClassUnitSets.empty() && "this invalidates RegClassUnitSets");
1594
1595   // Form an equivalence class of UnitSets with no significant difference.
1596   std::vector<unsigned> SuperSetIDs;
1597   for (unsigned SubIdx = 0, EndIdx = RegUnitSets.size();
1598        SubIdx != EndIdx; ++SubIdx) {
1599     const RegUnitSet &SubSet = RegUnitSets[SubIdx];
1600     unsigned SuperIdx = 0;
1601     for (; SuperIdx != EndIdx; ++SuperIdx) {
1602       if (SuperIdx == SubIdx)
1603         continue;
1604
1605       unsigned UnitWeight = RegUnits[SubSet.Units[0]].Weight;
1606       const RegUnitSet &SuperSet = RegUnitSets[SuperIdx];
1607       if (isRegUnitSubSet(SubSet.Units, SuperSet.Units)
1608           && (SubSet.Units.size() + 3 > SuperSet.Units.size())
1609           && UnitWeight == RegUnits[SuperSet.Units[0]].Weight
1610           && UnitWeight == RegUnits[SuperSet.Units.back()].Weight) {
1611         DEBUG(dbgs() << "UnitSet " << SubIdx << " subsumed by " << SuperIdx
1612               << "\n");
1613         // We can pick any of the set names for the merged set. Go for the
1614         // shortest one to avoid picking the name of one of the classes that are
1615         // artificially created by tablegen. So "FPR128_lo" instead of
1616         // "QQQQ_with_qsub3_in_FPR128_lo".
1617         if (RegUnitSets[SubIdx].Name.size() < RegUnitSets[SuperIdx].Name.size())
1618           RegUnitSets[SuperIdx].Name = RegUnitSets[SubIdx].Name;
1619         break;
1620       }
1621     }
1622     if (SuperIdx == EndIdx)
1623       SuperSetIDs.push_back(SubIdx);
1624   }
1625   // Populate PrunedUnitSets with each equivalence class's superset.
1626   std::vector<RegUnitSet> PrunedUnitSets(SuperSetIDs.size());
1627   for (unsigned i = 0, e = SuperSetIDs.size(); i != e; ++i) {
1628     unsigned SuperIdx = SuperSetIDs[i];
1629     PrunedUnitSets[i].Name = RegUnitSets[SuperIdx].Name;
1630     PrunedUnitSets[i].Units.swap(RegUnitSets[SuperIdx].Units);
1631   }
1632   RegUnitSets.swap(PrunedUnitSets);
1633 }
1634
1635 // Create a RegUnitSet for each RegClass that contains all units in the class
1636 // including adopted units that are necessary to model register pressure. Then
1637 // iteratively compute RegUnitSets such that the union of any two overlapping
1638 // RegUnitSets is repreresented.
1639 //
1640 // RegisterInfoEmitter will map each RegClass to its RegUnitClass and any
1641 // RegUnitSet that is a superset of that RegUnitClass.
1642 void CodeGenRegBank::computeRegUnitSets() {
1643   assert(RegUnitSets.empty() && "dirty RegUnitSets");
1644
1645   // Compute a unique RegUnitSet for each RegClass.
1646   auto &RegClasses = getRegClasses();
1647   for (auto &RC : RegClasses) {
1648     if (!RC.Allocatable)
1649       continue;
1650
1651     // Speculatively grow the RegUnitSets to hold the new set.
1652     RegUnitSets.resize(RegUnitSets.size() + 1);
1653     RegUnitSets.back().Name = RC.getName();
1654
1655     // Compute a sorted list of units in this class.
1656     RC.buildRegUnitSet(RegUnitSets.back().Units);
1657
1658     // Find an existing RegUnitSet.
1659     std::vector<RegUnitSet>::const_iterator SetI =
1660       findRegUnitSet(RegUnitSets, RegUnitSets.back());
1661     if (SetI != std::prev(RegUnitSets.end()))
1662       RegUnitSets.pop_back();
1663   }
1664
1665   DEBUG(dbgs() << "\nBefore pruning:\n";
1666         for (unsigned USIdx = 0, USEnd = RegUnitSets.size();
1667              USIdx < USEnd; ++USIdx) {
1668           dbgs() << "UnitSet " << USIdx << " " << RegUnitSets[USIdx].Name
1669                  << ":";
1670           for (auto &U : RegUnitSets[USIdx].Units)
1671             dbgs() << " " << RegUnits[U].Roots[0]->getName();
1672           dbgs() << "\n";
1673         });
1674
1675   // Iteratively prune unit sets.
1676   pruneUnitSets();
1677
1678   DEBUG(dbgs() << "\nBefore union:\n";
1679         for (unsigned USIdx = 0, USEnd = RegUnitSets.size();
1680              USIdx < USEnd; ++USIdx) {
1681           dbgs() << "UnitSet " << USIdx << " " << RegUnitSets[USIdx].Name
1682                  << ":";
1683           for (auto &U : RegUnitSets[USIdx].Units)
1684             dbgs() << " " << RegUnits[U].Roots[0]->getName();
1685           dbgs() << "\n";
1686         }
1687         dbgs() << "\nUnion sets:\n");
1688
1689   // Iterate over all unit sets, including new ones added by this loop.
1690   unsigned NumRegUnitSubSets = RegUnitSets.size();
1691   for (unsigned Idx = 0, EndIdx = RegUnitSets.size(); Idx != EndIdx; ++Idx) {
1692     // In theory, this is combinatorial. In practice, it needs to be bounded
1693     // by a small number of sets for regpressure to be efficient.
1694     // If the assert is hit, we need to implement pruning.
1695     assert(Idx < (2*NumRegUnitSubSets) && "runaway unit set inference");
1696
1697     // Compare new sets with all original classes.
1698     for (unsigned SearchIdx = (Idx >= NumRegUnitSubSets) ? 0 : Idx+1;
1699          SearchIdx != EndIdx; ++SearchIdx) {
1700       std::set<unsigned> Intersection;
1701       std::set_intersection(RegUnitSets[Idx].Units.begin(),
1702                             RegUnitSets[Idx].Units.end(),
1703                             RegUnitSets[SearchIdx].Units.begin(),
1704                             RegUnitSets[SearchIdx].Units.end(),
1705                             std::inserter(Intersection, Intersection.begin()));
1706       if (Intersection.empty())
1707         continue;
1708
1709       // Speculatively grow the RegUnitSets to hold the new set.
1710       RegUnitSets.resize(RegUnitSets.size() + 1);
1711       RegUnitSets.back().Name =
1712         RegUnitSets[Idx].Name + "+" + RegUnitSets[SearchIdx].Name;
1713
1714       std::set_union(RegUnitSets[Idx].Units.begin(),
1715                      RegUnitSets[Idx].Units.end(),
1716                      RegUnitSets[SearchIdx].Units.begin(),
1717                      RegUnitSets[SearchIdx].Units.end(),
1718                      std::inserter(RegUnitSets.back().Units,
1719                                    RegUnitSets.back().Units.begin()));
1720
1721       // Find an existing RegUnitSet, or add the union to the unique sets.
1722       std::vector<RegUnitSet>::const_iterator SetI =
1723         findRegUnitSet(RegUnitSets, RegUnitSets.back());
1724       if (SetI != std::prev(RegUnitSets.end()))
1725         RegUnitSets.pop_back();
1726       else {
1727         DEBUG(dbgs() << "UnitSet " << RegUnitSets.size()-1
1728               << " " << RegUnitSets.back().Name << ":";
1729               for (auto &U : RegUnitSets.back().Units)
1730                 dbgs() << " " << RegUnits[U].Roots[0]->getName();
1731               dbgs() << "\n";);
1732       }
1733     }
1734   }
1735
1736   // Iteratively prune unit sets after inferring supersets.
1737   pruneUnitSets();
1738
1739   DEBUG(dbgs() << "\n";
1740         for (unsigned USIdx = 0, USEnd = RegUnitSets.size();
1741              USIdx < USEnd; ++USIdx) {
1742           dbgs() << "UnitSet " << USIdx << " " << RegUnitSets[USIdx].Name
1743                  << ":";
1744           for (auto &U : RegUnitSets[USIdx].Units)
1745             dbgs() << " " << RegUnits[U].Roots[0]->getName();
1746           dbgs() << "\n";
1747         });
1748
1749   // For each register class, list the UnitSets that are supersets.
1750   RegClassUnitSets.resize(RegClasses.size());
1751   int RCIdx = -1;
1752   for (auto &RC : RegClasses) {
1753     ++RCIdx;
1754     if (!RC.Allocatable)
1755       continue;
1756
1757     // Recompute the sorted list of units in this class.
1758     std::vector<unsigned> RCRegUnits;
1759     RC.buildRegUnitSet(RCRegUnits);
1760
1761     // Don't increase pressure for unallocatable regclasses.
1762     if (RCRegUnits.empty())
1763       continue;
1764
1765     DEBUG(dbgs() << "RC " << RC.getName() << " Units: \n";
1766           for (auto &U : RCRegUnits)
1767             dbgs() << RegUnits[U].getRoots()[0]->getName() << " ";
1768           dbgs() << "\n  UnitSetIDs:");
1769
1770     // Find all supersets.
1771     for (unsigned USIdx = 0, USEnd = RegUnitSets.size();
1772          USIdx != USEnd; ++USIdx) {
1773       if (isRegUnitSubSet(RCRegUnits, RegUnitSets[USIdx].Units)) {
1774         DEBUG(dbgs() << " " << USIdx);
1775         RegClassUnitSets[RCIdx].push_back(USIdx);
1776       }
1777     }
1778     DEBUG(dbgs() << "\n");
1779     assert(!RegClassUnitSets[RCIdx].empty() && "missing unit set for regclass");
1780   }
1781
1782   // For each register unit, ensure that we have the list of UnitSets that
1783   // contain the unit. Normally, this matches an existing list of UnitSets for a
1784   // register class. If not, we create a new entry in RegClassUnitSets as a
1785   // "fake" register class.
1786   for (unsigned UnitIdx = 0, UnitEnd = NumNativeRegUnits;
1787        UnitIdx < UnitEnd; ++UnitIdx) {
1788     std::vector<unsigned> RUSets;
1789     for (unsigned i = 0, e = RegUnitSets.size(); i != e; ++i) {
1790       RegUnitSet &RUSet = RegUnitSets[i];
1791       if (!is_contained(RUSet.Units, UnitIdx))
1792         continue;
1793       RUSets.push_back(i);
1794     }
1795     unsigned RCUnitSetsIdx = 0;
1796     for (unsigned e = RegClassUnitSets.size();
1797          RCUnitSetsIdx != e; ++RCUnitSetsIdx) {
1798       if (RegClassUnitSets[RCUnitSetsIdx] == RUSets) {
1799         break;
1800       }
1801     }
1802     RegUnits[UnitIdx].RegClassUnitSetsIdx = RCUnitSetsIdx;
1803     if (RCUnitSetsIdx == RegClassUnitSets.size()) {
1804       // Create a new list of UnitSets as a "fake" register class.
1805       RegClassUnitSets.resize(RCUnitSetsIdx + 1);
1806       RegClassUnitSets[RCUnitSetsIdx].swap(RUSets);
1807     }
1808   }
1809 }
1810
1811 void CodeGenRegBank::computeRegUnitLaneMasks() {
1812   for (auto &Register : Registers) {
1813     // Create an initial lane mask for all register units.
1814     const auto &RegUnits = Register.getRegUnits();
1815     CodeGenRegister::RegUnitLaneMaskList
1816         RegUnitLaneMasks(RegUnits.count(), LaneBitmask::getNone());
1817     // Iterate through SubRegisters.
1818     typedef CodeGenRegister::SubRegMap SubRegMap;
1819     const SubRegMap &SubRegs = Register.getSubRegs();
1820     for (SubRegMap::const_iterator S = SubRegs.begin(),
1821          SE = SubRegs.end(); S != SE; ++S) {
1822       CodeGenRegister *SubReg = S->second;
1823       // Ignore non-leaf subregisters, their lane masks are fully covered by
1824       // the leaf subregisters anyway.
1825       if (!SubReg->getSubRegs().empty())
1826         continue;
1827       CodeGenSubRegIndex *SubRegIndex = S->first;
1828       const CodeGenRegister *SubRegister = S->second;
1829       LaneBitmask LaneMask = SubRegIndex->LaneMask;
1830       // Distribute LaneMask to Register Units touched.
1831       for (unsigned SUI : SubRegister->getRegUnits()) {
1832         bool Found = false;
1833         unsigned u = 0;
1834         for (unsigned RU : RegUnits) {
1835           if (SUI == RU) {
1836             RegUnitLaneMasks[u] |= LaneMask;
1837             assert(!Found);
1838             Found = true;
1839           }
1840           ++u;
1841         }
1842         (void)Found;
1843         assert(Found);
1844       }
1845     }
1846     Register.setRegUnitLaneMasks(RegUnitLaneMasks);
1847   }
1848 }
1849
1850 void CodeGenRegBank::computeDerivedInfo() {
1851   computeComposites();
1852   computeSubRegLaneMasks();
1853
1854   // Compute a weight for each register unit created during getSubRegs.
1855   // This may create adopted register units (with unit # >= NumNativeRegUnits).
1856   computeRegUnitWeights();
1857
1858   // Compute a unique set of RegUnitSets. One for each RegClass and inferred
1859   // supersets for the union of overlapping sets.
1860   computeRegUnitSets();
1861
1862   computeRegUnitLaneMasks();
1863
1864   // Compute register class HasDisjunctSubRegs/CoveredBySubRegs flag.
1865   for (CodeGenRegisterClass &RC : RegClasses) {
1866     RC.HasDisjunctSubRegs = false;
1867     RC.CoveredBySubRegs = true;
1868     for (const CodeGenRegister *Reg : RC.getMembers()) {
1869       RC.HasDisjunctSubRegs |= Reg->HasDisjunctSubRegs;
1870       RC.CoveredBySubRegs &= Reg->CoveredBySubRegs;
1871     }
1872   }
1873
1874   // Get the weight of each set.
1875   for (unsigned Idx = 0, EndIdx = RegUnitSets.size(); Idx != EndIdx; ++Idx)
1876     RegUnitSets[Idx].Weight = getRegUnitSetWeight(RegUnitSets[Idx].Units);
1877
1878   // Find the order of each set.
1879   RegUnitSetOrder.reserve(RegUnitSets.size());
1880   for (unsigned Idx = 0, EndIdx = RegUnitSets.size(); Idx != EndIdx; ++Idx)
1881     RegUnitSetOrder.push_back(Idx);
1882
1883   std::stable_sort(RegUnitSetOrder.begin(), RegUnitSetOrder.end(),
1884                    [this](unsigned ID1, unsigned ID2) {
1885     return getRegPressureSet(ID1).Units.size() <
1886            getRegPressureSet(ID2).Units.size();
1887   });
1888   for (unsigned Idx = 0, EndIdx = RegUnitSets.size(); Idx != EndIdx; ++Idx) {
1889     RegUnitSets[RegUnitSetOrder[Idx]].Order = Idx;
1890   }
1891 }
1892
1893 //
1894 // Synthesize missing register class intersections.
1895 //
1896 // Make sure that sub-classes of RC exists such that getCommonSubClass(RC, X)
1897 // returns a maximal register class for all X.
1898 //
1899 void CodeGenRegBank::inferCommonSubClass(CodeGenRegisterClass *RC) {
1900   assert(!RegClasses.empty());
1901   // Stash the iterator to the last element so that this loop doesn't visit
1902   // elements added by the getOrCreateSubClass call within it.
1903   for (auto I = RegClasses.begin(), E = std::prev(RegClasses.end());
1904        I != std::next(E); ++I) {
1905     CodeGenRegisterClass *RC1 = RC;
1906     CodeGenRegisterClass *RC2 = &*I;
1907     if (RC1 == RC2)
1908       continue;
1909
1910     // Compute the set intersection of RC1 and RC2.
1911     const CodeGenRegister::Vec &Memb1 = RC1->getMembers();
1912     const CodeGenRegister::Vec &Memb2 = RC2->getMembers();
1913     CodeGenRegister::Vec Intersection;
1914     std::set_intersection(
1915         Memb1.begin(), Memb1.end(), Memb2.begin(), Memb2.end(),
1916         std::inserter(Intersection, Intersection.begin()), deref<llvm::less>());
1917
1918     // Skip disjoint class pairs.
1919     if (Intersection.empty())
1920       continue;
1921
1922     // If RC1 and RC2 have different spill sizes or alignments, use the
1923     // larger size for sub-classing.  If they are equal, prefer RC1.
1924     if (RC2->SpillSize > RC1->SpillSize ||
1925         (RC2->SpillSize == RC1->SpillSize &&
1926          RC2->SpillAlignment > RC1->SpillAlignment))
1927       std::swap(RC1, RC2);
1928
1929     getOrCreateSubClass(RC1, &Intersection,
1930                         RC1->getName() + "_and_" + RC2->getName());
1931   }
1932 }
1933
1934 //
1935 // Synthesize missing sub-classes for getSubClassWithSubReg().
1936 //
1937 // Make sure that the set of registers in RC with a given SubIdx sub-register
1938 // form a register class.  Update RC->SubClassWithSubReg.
1939 //
1940 void CodeGenRegBank::inferSubClassWithSubReg(CodeGenRegisterClass *RC) {
1941   // Map SubRegIndex to set of registers in RC supporting that SubRegIndex.
1942   typedef std::map<const CodeGenSubRegIndex *, CodeGenRegister::Vec,
1943                    deref<llvm::less>> SubReg2SetMap;
1944
1945   // Compute the set of registers supporting each SubRegIndex.
1946   SubReg2SetMap SRSets;
1947   for (const auto R : RC->getMembers()) {
1948     const CodeGenRegister::SubRegMap &SRM = R->getSubRegs();
1949     for (CodeGenRegister::SubRegMap::const_iterator I = SRM.begin(),
1950          E = SRM.end(); I != E; ++I)
1951       SRSets[I->first].push_back(R);
1952   }
1953
1954   for (auto I : SRSets)
1955     sortAndUniqueRegisters(I.second);
1956
1957   // Find matching classes for all SRSets entries.  Iterate in SubRegIndex
1958   // numerical order to visit synthetic indices last.
1959   for (const auto &SubIdx : SubRegIndices) {
1960     SubReg2SetMap::const_iterator I = SRSets.find(&SubIdx);
1961     // Unsupported SubRegIndex. Skip it.
1962     if (I == SRSets.end())
1963       continue;
1964     // In most cases, all RC registers support the SubRegIndex.
1965     if (I->second.size() == RC->getMembers().size()) {
1966       RC->setSubClassWithSubReg(&SubIdx, RC);
1967       continue;
1968     }
1969     // This is a real subset.  See if we have a matching class.
1970     CodeGenRegisterClass *SubRC =
1971       getOrCreateSubClass(RC, &I->second,
1972                           RC->getName() + "_with_" + I->first->getName());
1973     RC->setSubClassWithSubReg(&SubIdx, SubRC);
1974   }
1975 }
1976
1977 //
1978 // Synthesize missing sub-classes of RC for getMatchingSuperRegClass().
1979 //
1980 // Create sub-classes of RC such that getMatchingSuperRegClass(RC, SubIdx, X)
1981 // has a maximal result for any SubIdx and any X >= FirstSubRegRC.
1982 //
1983
1984 void CodeGenRegBank::inferMatchingSuperRegClass(CodeGenRegisterClass *RC,
1985                                                 std::list<CodeGenRegisterClass>::iterator FirstSubRegRC) {
1986   SmallVector<std::pair<const CodeGenRegister*,
1987                         const CodeGenRegister*>, 16> SSPairs;
1988   BitVector TopoSigs(getNumTopoSigs());
1989
1990   // Iterate in SubRegIndex numerical order to visit synthetic indices last.
1991   for (auto &SubIdx : SubRegIndices) {
1992     // Skip indexes that aren't fully supported by RC's registers. This was
1993     // computed by inferSubClassWithSubReg() above which should have been
1994     // called first.
1995     if (RC->getSubClassWithSubReg(&SubIdx) != RC)
1996       continue;
1997
1998     // Build list of (Super, Sub) pairs for this SubIdx.
1999     SSPairs.clear();
2000     TopoSigs.reset();
2001     for (const auto Super : RC->getMembers()) {
2002       const CodeGenRegister *Sub = Super->getSubRegs().find(&SubIdx)->second;
2003       assert(Sub && "Missing sub-register");
2004       SSPairs.push_back(std::make_pair(Super, Sub));
2005       TopoSigs.set(Sub->getTopoSig());
2006     }
2007
2008     // Iterate over sub-register class candidates.  Ignore classes created by
2009     // this loop. They will never be useful.
2010     // Store an iterator to the last element (not end) so that this loop doesn't
2011     // visit newly inserted elements.
2012     assert(!RegClasses.empty());
2013     for (auto I = FirstSubRegRC, E = std::prev(RegClasses.end());
2014          I != std::next(E); ++I) {
2015       CodeGenRegisterClass &SubRC = *I;
2016       // Topological shortcut: SubRC members have the wrong shape.
2017       if (!TopoSigs.anyCommon(SubRC.getTopoSigs()))
2018         continue;
2019       // Compute the subset of RC that maps into SubRC.
2020       CodeGenRegister::Vec SubSetVec;
2021       for (unsigned i = 0, e = SSPairs.size(); i != e; ++i)
2022         if (SubRC.contains(SSPairs[i].second))
2023           SubSetVec.push_back(SSPairs[i].first);
2024
2025       if (SubSetVec.empty())
2026         continue;
2027
2028       // RC injects completely into SubRC.
2029       sortAndUniqueRegisters(SubSetVec);
2030       if (SubSetVec.size() == SSPairs.size()) {
2031         SubRC.addSuperRegClass(&SubIdx, RC);
2032         continue;
2033       }
2034
2035       // Only a subset of RC maps into SubRC. Make sure it is represented by a
2036       // class.
2037       getOrCreateSubClass(RC, &SubSetVec, RC->getName() + "_with_" +
2038                                           SubIdx.getName() + "_in_" +
2039                                           SubRC.getName());
2040     }
2041   }
2042 }
2043
2044 //
2045 // Infer missing register classes.
2046 //
2047 void CodeGenRegBank::computeInferredRegisterClasses() {
2048   assert(!RegClasses.empty());
2049   // When this function is called, the register classes have not been sorted
2050   // and assigned EnumValues yet.  That means getSubClasses(),
2051   // getSuperClasses(), and hasSubClass() functions are defunct.
2052
2053   // Use one-before-the-end so it doesn't move forward when new elements are
2054   // added.
2055   auto FirstNewRC = std::prev(RegClasses.end());
2056
2057   // Visit all register classes, including the ones being added by the loop.
2058   // Watch out for iterator invalidation here.
2059   for (auto I = RegClasses.begin(), E = RegClasses.end(); I != E; ++I) {
2060     CodeGenRegisterClass *RC = &*I;
2061
2062     // Synthesize answers for getSubClassWithSubReg().
2063     inferSubClassWithSubReg(RC);
2064
2065     // Synthesize answers for getCommonSubClass().
2066     inferCommonSubClass(RC);
2067
2068     // Synthesize answers for getMatchingSuperRegClass().
2069     inferMatchingSuperRegClass(RC);
2070
2071     // New register classes are created while this loop is running, and we need
2072     // to visit all of them.  I  particular, inferMatchingSuperRegClass needs
2073     // to match old super-register classes with sub-register classes created
2074     // after inferMatchingSuperRegClass was called.  At this point,
2075     // inferMatchingSuperRegClass has checked SuperRC = [0..rci] with SubRC =
2076     // [0..FirstNewRC).  We need to cover SubRC = [FirstNewRC..rci].
2077     if (I == FirstNewRC) {
2078       auto NextNewRC = std::prev(RegClasses.end());
2079       for (auto I2 = RegClasses.begin(), E2 = std::next(FirstNewRC); I2 != E2;
2080            ++I2)
2081         inferMatchingSuperRegClass(&*I2, E2);
2082       FirstNewRC = NextNewRC;
2083     }
2084   }
2085 }
2086
2087 /// getRegisterClassForRegister - Find the register class that contains the
2088 /// specified physical register.  If the register is not in a register class,
2089 /// return null. If the register is in multiple classes, and the classes have a
2090 /// superset-subset relationship and the same set of types, return the
2091 /// superclass.  Otherwise return null.
2092 const CodeGenRegisterClass*
2093 CodeGenRegBank::getRegClassForRegister(Record *R) {
2094   const CodeGenRegister *Reg = getReg(R);
2095   const CodeGenRegisterClass *FoundRC = nullptr;
2096   for (const auto &RC : getRegClasses()) {
2097     if (!RC.contains(Reg))
2098       continue;
2099
2100     // If this is the first class that contains the register,
2101     // make a note of it and go on to the next class.
2102     if (!FoundRC) {
2103       FoundRC = &RC;
2104       continue;
2105     }
2106
2107     // If a register's classes have different types, return null.
2108     if (RC.getValueTypes() != FoundRC->getValueTypes())
2109       return nullptr;
2110
2111     // Check to see if the previously found class that contains
2112     // the register is a subclass of the current class. If so,
2113     // prefer the superclass.
2114     if (RC.hasSubClass(FoundRC)) {
2115       FoundRC = &RC;
2116       continue;
2117     }
2118
2119     // Check to see if the previously found class that contains
2120     // the register is a superclass of the current class. If so,
2121     // prefer the superclass.
2122     if (FoundRC->hasSubClass(&RC))
2123       continue;
2124
2125     // Multiple classes, and neither is a superclass of the other.
2126     // Return null.
2127     return nullptr;
2128   }
2129   return FoundRC;
2130 }
2131
2132 BitVector CodeGenRegBank::computeCoveredRegisters(ArrayRef<Record*> Regs) {
2133   SetVector<const CodeGenRegister*> Set;
2134
2135   // First add Regs with all sub-registers.
2136   for (unsigned i = 0, e = Regs.size(); i != e; ++i) {
2137     CodeGenRegister *Reg = getReg(Regs[i]);
2138     if (Set.insert(Reg))
2139       // Reg is new, add all sub-registers.
2140       // The pre-ordering is not important here.
2141       Reg->addSubRegsPreOrder(Set, *this);
2142   }
2143
2144   // Second, find all super-registers that are completely covered by the set.
2145   for (unsigned i = 0; i != Set.size(); ++i) {
2146     const CodeGenRegister::SuperRegList &SR = Set[i]->getSuperRegs();
2147     for (unsigned j = 0, e = SR.size(); j != e; ++j) {
2148       const CodeGenRegister *Super = SR[j];
2149       if (!Super->CoveredBySubRegs || Set.count(Super))
2150         continue;
2151       // This new super-register is covered by its sub-registers.
2152       bool AllSubsInSet = true;
2153       const CodeGenRegister::SubRegMap &SRM = Super->getSubRegs();
2154       for (CodeGenRegister::SubRegMap::const_iterator I = SRM.begin(),
2155              E = SRM.end(); I != E; ++I)
2156         if (!Set.count(I->second)) {
2157           AllSubsInSet = false;
2158           break;
2159         }
2160       // All sub-registers in Set, add Super as well.
2161       // We will visit Super later to recheck its super-registers.
2162       if (AllSubsInSet)
2163         Set.insert(Super);
2164     }
2165   }
2166
2167   // Convert to BitVector.
2168   BitVector BV(Registers.size() + 1);
2169   for (unsigned i = 0, e = Set.size(); i != e; ++i)
2170     BV.set(Set[i]->EnumValue);
2171   return BV;
2172 }