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Merge llvm-project main llvmorg-15-init-17485-ga3e38b4a206b
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm-project / llvm / lib / CodeGen / RegAllocGreedy.cpp
1 //===- RegAllocGreedy.cpp - greedy register allocator ---------------------===//
2 //
3 // Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
4 // See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
5 // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
6 //
7 //===----------------------------------------------------------------------===//
8 //
9 // This file defines the RAGreedy function pass for register allocation in
10 // optimized builds.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #include "RegAllocGreedy.h"
15 #include "AllocationOrder.h"
16 #include "InterferenceCache.h"
17 #include "LiveDebugVariables.h"
18 #include "RegAllocBase.h"
19 #include "RegAllocEvictionAdvisor.h"
20 #include "SpillPlacement.h"
21 #include "SplitKit.h"
22 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
23 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
24 #include "llvm/ADT/IndexedMap.h"
25 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
26 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
27 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
28 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
29 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
30 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
31 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
32 #include "llvm/Analysis/OptimizationRemarkEmitter.h"
33 #include "llvm/CodeGen/CalcSpillWeights.h"
34 #include "llvm/CodeGen/EdgeBundles.h"
35 #include "llvm/CodeGen/LiveInterval.h"
36 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalUnion.h"
37 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervals.h"
38 #include "llvm/CodeGen/LiveRangeEdit.h"
39 #include "llvm/CodeGen/LiveRegMatrix.h"
40 #include "llvm/CodeGen/LiveStacks.h"
41 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
42 #include "llvm/CodeGen/MachineBlockFrequencyInfo.h"
43 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
44 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
45 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
46 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
47 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
48 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
49 #include "llvm/CodeGen/MachineOperand.h"
50 #include "llvm/CodeGen/MachineOptimizationRemarkEmitter.h"
51 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
52 #include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
53 #include "llvm/CodeGen/RegisterClassInfo.h"
54 #include "llvm/CodeGen/SlotIndexes.h"
55 #include "llvm/CodeGen/Spiller.h"
56 #include "llvm/CodeGen/TargetInstrInfo.h"
57 #include "llvm/CodeGen/TargetRegisterInfo.h"
58 #include "llvm/CodeGen/TargetSubtargetInfo.h"
59 #include "llvm/CodeGen/VirtRegMap.h"
60 #include "llvm/IR/DebugInfoMetadata.h"
61 #include "llvm/IR/Function.h"
62 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
63 #include "llvm/InitializePasses.h"
64 #include "llvm/MC/MCRegisterInfo.h"
65 #include "llvm/Pass.h"
66 #include "llvm/Support/BlockFrequency.h"
67 #include "llvm/Support/BranchProbability.h"
68 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
69 #include "llvm/Support/Debug.h"
70 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
71 #include "llvm/Support/Timer.h"
72 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
73 #include <algorithm>
74 #include <cassert>
75 #include <cstdint>
76 #include <utility>
77
78 using namespace llvm;
79
80 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
81
82 STATISTIC(NumGlobalSplits, "Number of split global live ranges");
83 STATISTIC(NumLocalSplits,  "Number of split local live ranges");
84 STATISTIC(NumEvicted,      "Number of interferences evicted");
85
86 static cl::opt<SplitEditor::ComplementSpillMode> SplitSpillMode(
87     "split-spill-mode", cl::Hidden,
88     cl::desc("Spill mode for splitting live ranges"),
89     cl::values(clEnumValN(SplitEditor::SM_Partition, "default", "Default"),
90                clEnumValN(SplitEditor::SM_Size, "size", "Optimize for size"),
91                clEnumValN(SplitEditor::SM_Speed, "speed", "Optimize for speed")),
92     cl::init(SplitEditor::SM_Speed));
93
94 static cl::opt<unsigned>
95 LastChanceRecoloringMaxDepth("lcr-max-depth", cl::Hidden,
96                              cl::desc("Last chance recoloring max depth"),
97                              cl::init(5));
98
99 static cl::opt<unsigned> LastChanceRecoloringMaxInterference(
100     "lcr-max-interf", cl::Hidden,
101     cl::desc("Last chance recoloring maximum number of considered"
102              " interference at a time"),
103     cl::init(8));
104
105 static cl::opt<bool> ExhaustiveSearch(
106     "exhaustive-register-search", cl::NotHidden,
107     cl::desc("Exhaustive Search for registers bypassing the depth "
108              "and interference cutoffs of last chance recoloring"),
109     cl::Hidden);
110
111 static cl::opt<bool> EnableDeferredSpilling(
112     "enable-deferred-spilling", cl::Hidden,
113     cl::desc("Instead of spilling a variable right away, defer the actual "
114              "code insertion to the end of the allocation. That way the "
115              "allocator might still find a suitable coloring for this "
116              "variable because of other evicted variables."),
117     cl::init(false));
118
119 // FIXME: Find a good default for this flag and remove the flag.
120 static cl::opt<unsigned>
121 CSRFirstTimeCost("regalloc-csr-first-time-cost",
122               cl::desc("Cost for first time use of callee-saved register."),
123               cl::init(0), cl::Hidden);
124
125 static cl::opt<unsigned long> GrowRegionComplexityBudget(
126     "grow-region-complexity-budget",
127     cl::desc("growRegion() does not scale with the number of BB edges, so "
128              "limit its budget and bail out once we reach the limit."),
129     cl::init(10000), cl::Hidden);
130
131 static cl::opt<bool> GreedyRegClassPriorityTrumpsGlobalness(
132     "greedy-regclass-priority-trumps-globalness",
133     cl::desc("Change the greedy register allocator's live range priority "
134              "calculation to make the AllocationPriority of the register class "
135              "more important then whether the range is global"),
136     cl::Hidden);
137
138 static RegisterRegAlloc greedyRegAlloc("greedy", "greedy register allocator",
139                                        createGreedyRegisterAllocator);
140
141 char RAGreedy::ID = 0;
142 char &llvm::RAGreedyID = RAGreedy::ID;
143
144 INITIALIZE_PASS_BEGIN(RAGreedy, "greedy",
145                 "Greedy Register Allocator", false, false)
146 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveDebugVariables)
147 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(SlotIndexes)
148 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveIntervals)
149 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(RegisterCoalescer)
150 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineScheduler)
151 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveStacks)
152 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineDominatorTree)
153 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineLoopInfo)
154 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(VirtRegMap)
155 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveRegMatrix)
156 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(EdgeBundles)
157 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(SpillPlacement)
158 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineOptimizationRemarkEmitterPass)
159 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(RegAllocEvictionAdvisorAnalysis)
160 INITIALIZE_PASS_END(RAGreedy, "greedy",
161                 "Greedy Register Allocator", false, false)
162
163 #ifndef NDEBUG
164 const char *const RAGreedy::StageName[] = {
165     "RS_New",
166     "RS_Assign",
167     "RS_Split",
168     "RS_Split2",
169     "RS_Spill",
170     "RS_Memory",
171     "RS_Done"
172 };
173 #endif
174
175 // Hysteresis to use when comparing floats.
176 // This helps stabilize decisions based on float comparisons.
177 const float Hysteresis = (2007 / 2048.0f); // 0.97998046875
178
179 FunctionPass* llvm::createGreedyRegisterAllocator() {
180   return new RAGreedy();
181 }
182
183 FunctionPass *llvm::createGreedyRegisterAllocator(RegClassFilterFunc Ftor) {
184   return new RAGreedy(Ftor);
185 }
186
187 RAGreedy::RAGreedy(RegClassFilterFunc F):
188   MachineFunctionPass(ID),
189   RegAllocBase(F) {
190 }
191
192 void RAGreedy::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
193   AU.setPreservesCFG();
194   AU.addRequired<MachineBlockFrequencyInfo>();
195   AU.addPreserved<MachineBlockFrequencyInfo>();
196   AU.addRequired<LiveIntervals>();
197   AU.addPreserved<LiveIntervals>();
198   AU.addRequired<SlotIndexes>();
199   AU.addPreserved<SlotIndexes>();
200   AU.addRequired<LiveDebugVariables>();
201   AU.addPreserved<LiveDebugVariables>();
202   AU.addRequired<LiveStacks>();
203   AU.addPreserved<LiveStacks>();
204   AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
205   AU.addPreserved<MachineDominatorTree>();
206   AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
207   AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
208   AU.addRequired<VirtRegMap>();
209   AU.addPreserved<VirtRegMap>();
210   AU.addRequired<LiveRegMatrix>();
211   AU.addPreserved<LiveRegMatrix>();
212   AU.addRequired<EdgeBundles>();
213   AU.addRequired<SpillPlacement>();
214   AU.addRequired<MachineOptimizationRemarkEmitterPass>();
215   AU.addRequired<RegAllocEvictionAdvisorAnalysis>();
216   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
217 }
218
219 //===----------------------------------------------------------------------===//
220 //                     LiveRangeEdit delegate methods
221 //===----------------------------------------------------------------------===//
222
223 bool RAGreedy::LRE_CanEraseVirtReg(Register VirtReg) {
224   LiveInterval &LI = LIS->getInterval(VirtReg);
225   if (VRM->hasPhys(VirtReg)) {
226     Matrix->unassign(LI);
227     aboutToRemoveInterval(LI);
228     return true;
229   }
230   // Unassigned virtreg is probably in the priority queue.
231   // RegAllocBase will erase it after dequeueing.
232   // Nonetheless, clear the live-range so that the debug
233   // dump will show the right state for that VirtReg.
234   LI.clear();
235   return false;
236 }
237
238 void RAGreedy::LRE_WillShrinkVirtReg(Register VirtReg) {
239   if (!VRM->hasPhys(VirtReg))
240     return;
241
242   // Register is assigned, put it back on the queue for reassignment.
243   LiveInterval &LI = LIS->getInterval(VirtReg);
244   Matrix->unassign(LI);
245   RegAllocBase::enqueue(&LI);
246 }
247
248 void RAGreedy::LRE_DidCloneVirtReg(Register New, Register Old) {
249   ExtraInfo->LRE_DidCloneVirtReg(New, Old);
250 }
251
252 void RAGreedy::ExtraRegInfo::LRE_DidCloneVirtReg(Register New, Register Old) {
253   // Cloning a register we haven't even heard about yet?  Just ignore it.
254   if (!Info.inBounds(Old))
255     return;
256
257   // LRE may clone a virtual register because dead code elimination causes it to
258   // be split into connected components. The new components are much smaller
259   // than the original, so they should get a new chance at being assigned.
260   // same stage as the parent.
261   Info[Old].Stage = RS_Assign;
262   Info.grow(New.id());
263   Info[New] = Info[Old];
264 }
265
266 void RAGreedy::releaseMemory() {
267   SpillerInstance.reset();
268   GlobalCand.clear();
269 }
270
271 void RAGreedy::enqueueImpl(const LiveInterval *LI) { enqueue(Queue, LI); }
272
273 void RAGreedy::enqueue(PQueue &CurQueue, const LiveInterval *LI) {
274   // Prioritize live ranges by size, assigning larger ranges first.
275   // The queue holds (size, reg) pairs.
276   const unsigned Size = LI->getSize();
277   const Register Reg = LI->reg();
278   assert(Reg.isVirtual() && "Can only enqueue virtual registers");
279   unsigned Prio;
280
281   auto Stage = ExtraInfo->getOrInitStage(Reg);
282   if (Stage == RS_New) {
283     Stage = RS_Assign;
284     ExtraInfo->setStage(Reg, Stage);
285   }
286   if (Stage == RS_Split) {
287     // Unsplit ranges that couldn't be allocated immediately are deferred until
288     // everything else has been allocated.
289     Prio = Size;
290   } else if (Stage == RS_Memory) {
291     // Memory operand should be considered last.
292     // Change the priority such that Memory operand are assigned in
293     // the reverse order that they came in.
294     // TODO: Make this a member variable and probably do something about hints.
295     static unsigned MemOp = 0;
296     Prio = MemOp++;
297   } else {
298     // Giant live ranges fall back to the global assignment heuristic, which
299     // prevents excessive spilling in pathological cases.
300     bool ReverseLocal = TRI->reverseLocalAssignment();
301     const TargetRegisterClass &RC = *MRI->getRegClass(Reg);
302     bool ForceGlobal =
303         !ReverseLocal && (Size / SlotIndex::InstrDist) >
304                              (2 * RegClassInfo.getNumAllocatableRegs(&RC));
305     unsigned GlobalBit = 0;
306
307     if (Stage == RS_Assign && !ForceGlobal && !LI->empty() &&
308         LIS->intervalIsInOneMBB(*LI)) {
309       // Allocate original local ranges in linear instruction order. Since they
310       // are singly defined, this produces optimal coloring in the absence of
311       // global interference and other constraints.
312       if (!ReverseLocal)
313         Prio = LI->beginIndex().getInstrDistance(Indexes->getLastIndex());
314       else {
315         // Allocating bottom up may allow many short LRGs to be assigned first
316         // to one of the cheap registers. This could be much faster for very
317         // large blocks on targets with many physical registers.
318         Prio = Indexes->getZeroIndex().getInstrDistance(LI->endIndex());
319       }
320     } else {
321       // Allocate global and split ranges in long->short order. Long ranges that
322       // don't fit should be spilled (or split) ASAP so they don't create
323       // interference.  Mark a bit to prioritize global above local ranges.
324       Prio = Size;
325       GlobalBit = 1;
326     }
327     if (RegClassPriorityTrumpsGlobalness)
328       Prio |= RC.AllocationPriority << 25 | GlobalBit << 24;
329     else
330       Prio |= GlobalBit << 29 | RC.AllocationPriority << 24;
331
332     // Mark a higher bit to prioritize global and local above RS_Split.
333     Prio |= (1u << 31);
334
335     // Boost ranges that have a physical register hint.
336     if (VRM->hasKnownPreference(Reg))
337       Prio |= (1u << 30);
338   }
339   // The virtual register number is a tie breaker for same-sized ranges.
340   // Give lower vreg numbers higher priority to assign them first.
341   CurQueue.push(std::make_pair(Prio, ~Reg));
342 }
343
344 const LiveInterval *RAGreedy::dequeue() { return dequeue(Queue); }
345
346 const LiveInterval *RAGreedy::dequeue(PQueue &CurQueue) {
347   if (CurQueue.empty())
348     return nullptr;
349   LiveInterval *LI = &LIS->getInterval(~CurQueue.top().second);
350   CurQueue.pop();
351   return LI;
352 }
353
354 //===----------------------------------------------------------------------===//
355 //                            Direct Assignment
356 //===----------------------------------------------------------------------===//
357
358 /// tryAssign - Try to assign VirtReg to an available register.
359 MCRegister RAGreedy::tryAssign(const LiveInterval &VirtReg,
360                                AllocationOrder &Order,
361                                SmallVectorImpl<Register> &NewVRegs,
362                                const SmallVirtRegSet &FixedRegisters) {
363   MCRegister PhysReg;
364   for (auto I = Order.begin(), E = Order.end(); I != E && !PhysReg; ++I) {
365     assert(*I);
366     if (!Matrix->checkInterference(VirtReg, *I)) {
367       if (I.isHint())
368         return *I;
369       else
370         PhysReg = *I;
371     }
372   }
373   if (!PhysReg.isValid())
374     return PhysReg;
375
376   // PhysReg is available, but there may be a better choice.
377
378   // If we missed a simple hint, try to cheaply evict interference from the
379   // preferred register.
380   if (Register Hint = MRI->getSimpleHint(VirtReg.reg()))
381     if (Order.isHint(Hint)) {
382       MCRegister PhysHint = Hint.asMCReg();
383       LLVM_DEBUG(dbgs() << "missed hint " << printReg(PhysHint, TRI) << '\n');
384
385       if (EvictAdvisor->canEvictHintInterference(VirtReg, PhysHint,
386                                                  FixedRegisters)) {
387         evictInterference(VirtReg, PhysHint, NewVRegs);
388         return PhysHint;
389       }
390       // Record the missed hint, we may be able to recover
391       // at the end if the surrounding allocation changed.
392       SetOfBrokenHints.insert(&VirtReg);
393     }
394
395   // Try to evict interference from a cheaper alternative.
396   uint8_t Cost = RegCosts[PhysReg];
397
398   // Most registers have 0 additional cost.
399   if (!Cost)
400     return PhysReg;
401
402   LLVM_DEBUG(dbgs() << printReg(PhysReg, TRI) << " is available at cost "
403                     << (unsigned)Cost << '\n');
404   MCRegister CheapReg = tryEvict(VirtReg, Order, NewVRegs, Cost, FixedRegisters);
405   return CheapReg ? CheapReg : PhysReg;
406 }
407
408 //===----------------------------------------------------------------------===//
409 //                         Interference eviction
410 //===----------------------------------------------------------------------===//
411
412 Register RegAllocEvictionAdvisor::canReassign(const LiveInterval &VirtReg,
413                                               Register PrevReg) const {
414   auto Order =
415       AllocationOrder::create(VirtReg.reg(), *VRM, RegClassInfo, Matrix);
416   MCRegister PhysReg;
417   for (auto I = Order.begin(), E = Order.end(); I != E && !PhysReg; ++I) {
418     if ((*I).id() == PrevReg.id())
419       continue;
420
421     MCRegUnitIterator Units(*I, TRI);
422     for (; Units.isValid(); ++Units) {
423       // Instantiate a "subquery", not to be confused with the Queries array.
424       LiveIntervalUnion::Query subQ(VirtReg, Matrix->getLiveUnions()[*Units]);
425       if (subQ.checkInterference())
426         break;
427     }
428     // If no units have interference, break out with the current PhysReg.
429     if (!Units.isValid())
430       PhysReg = *I;
431   }
432   if (PhysReg)
433     LLVM_DEBUG(dbgs() << "can reassign: " << VirtReg << " from "
434                       << printReg(PrevReg, TRI) << " to "
435                       << printReg(PhysReg, TRI) << '\n');
436   return PhysReg;
437 }
438
439 /// evictInterference - Evict any interferring registers that prevent VirtReg
440 /// from being assigned to Physreg. This assumes that canEvictInterference
441 /// returned true.
442 void RAGreedy::evictInterference(const LiveInterval &VirtReg,
443                                  MCRegister PhysReg,
444                                  SmallVectorImpl<Register> &NewVRegs) {
445   // Make sure that VirtReg has a cascade number, and assign that cascade
446   // number to every evicted register. These live ranges than then only be
447   // evicted by a newer cascade, preventing infinite loops.
448   unsigned Cascade = ExtraInfo->getOrAssignNewCascade(VirtReg.reg());
449
450   LLVM_DEBUG(dbgs() << "evicting " << printReg(PhysReg, TRI)
451                     << " interference: Cascade " << Cascade << '\n');
452
453   // Collect all interfering virtregs first.
454   SmallVector<const LiveInterval *, 8> Intfs;
455   for (MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
456     LiveIntervalUnion::Query &Q = Matrix->query(VirtReg, *Units);
457     // We usually have the interfering VRegs cached so collectInterferingVRegs()
458     // should be fast, we may need to recalculate if when different physregs
459     // overlap the same register unit so we had different SubRanges queried
460     // against it.
461     ArrayRef<const LiveInterval *> IVR = Q.interferingVRegs();
462     Intfs.append(IVR.begin(), IVR.end());
463   }
464
465   // Evict them second. This will invalidate the queries.
466   for (const LiveInterval *Intf : Intfs) {
467     // The same VirtReg may be present in multiple RegUnits. Skip duplicates.
468     if (!VRM->hasPhys(Intf->reg()))
469       continue;
470
471     Matrix->unassign(*Intf);
472     assert((ExtraInfo->getCascade(Intf->reg()) < Cascade ||
473             VirtReg.isSpillable() < Intf->isSpillable()) &&
474            "Cannot decrease cascade number, illegal eviction");
475     ExtraInfo->setCascade(Intf->reg(), Cascade);
476     ++NumEvicted;
477     NewVRegs.push_back(Intf->reg());
478   }
479 }
480
481 /// Returns true if the given \p PhysReg is a callee saved register and has not
482 /// been used for allocation yet.
483 bool RegAllocEvictionAdvisor::isUnusedCalleeSavedReg(MCRegister PhysReg) const {
484   MCRegister CSR = RegClassInfo.getLastCalleeSavedAlias(PhysReg);
485   if (!CSR)
486     return false;
487
488   return !Matrix->isPhysRegUsed(PhysReg);
489 }
490
491 Optional<unsigned>
492 RegAllocEvictionAdvisor::getOrderLimit(const LiveInterval &VirtReg,
493                                        const AllocationOrder &Order,
494                                        unsigned CostPerUseLimit) const {
495   unsigned OrderLimit = Order.getOrder().size();
496
497   if (CostPerUseLimit < uint8_t(~0u)) {
498     // Check of any registers in RC are below CostPerUseLimit.
499     const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(VirtReg.reg());
500     uint8_t MinCost = RegClassInfo.getMinCost(RC);
501     if (MinCost >= CostPerUseLimit) {
502       LLVM_DEBUG(dbgs() << TRI->getRegClassName(RC) << " minimum cost = "
503                         << MinCost << ", no cheaper registers to be found.\n");
504       return None;
505     }
506
507     // It is normal for register classes to have a long tail of registers with
508     // the same cost. We don't need to look at them if they're too expensive.
509     if (RegCosts[Order.getOrder().back()] >= CostPerUseLimit) {
510       OrderLimit = RegClassInfo.getLastCostChange(RC);
511       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Only trying the first " << OrderLimit
512                         << " regs.\n");
513     }
514   }
515   return OrderLimit;
516 }
517
518 bool RegAllocEvictionAdvisor::canAllocatePhysReg(unsigned CostPerUseLimit,
519                                                  MCRegister PhysReg) const {
520   if (RegCosts[PhysReg] >= CostPerUseLimit)
521     return false;
522   // The first use of a callee-saved register in a function has cost 1.
523   // Don't start using a CSR when the CostPerUseLimit is low.
524   if (CostPerUseLimit == 1 && isUnusedCalleeSavedReg(PhysReg)) {
525     LLVM_DEBUG(
526         dbgs() << printReg(PhysReg, TRI) << " would clobber CSR "
527                << printReg(RegClassInfo.getLastCalleeSavedAlias(PhysReg), TRI)
528                << '\n');
529     return false;
530   }
531   return true;
532 }
533
534 /// tryEvict - Try to evict all interferences for a physreg.
535 /// @param  VirtReg Currently unassigned virtual register.
536 /// @param  Order   Physregs to try.
537 /// @return         Physreg to assign VirtReg, or 0.
538 MCRegister RAGreedy::tryEvict(const LiveInterval &VirtReg,
539                               AllocationOrder &Order,
540                               SmallVectorImpl<Register> &NewVRegs,
541                               uint8_t CostPerUseLimit,
542                               const SmallVirtRegSet &FixedRegisters) {
543   NamedRegionTimer T("evict", "Evict", TimerGroupName, TimerGroupDescription,
544                      TimePassesIsEnabled);
545
546   MCRegister BestPhys = EvictAdvisor->tryFindEvictionCandidate(
547       VirtReg, Order, CostPerUseLimit, FixedRegisters);
548   if (BestPhys.isValid())
549     evictInterference(VirtReg, BestPhys, NewVRegs);
550   return BestPhys;
551 }
552
553 //===----------------------------------------------------------------------===//
554 //                              Region Splitting
555 //===----------------------------------------------------------------------===//
556
557 /// addSplitConstraints - Fill out the SplitConstraints vector based on the
558 /// interference pattern in Physreg and its aliases. Add the constraints to
559 /// SpillPlacement and return the static cost of this split in Cost, assuming
560 /// that all preferences in SplitConstraints are met.
561 /// Return false if there are no bundles with positive bias.
562 bool RAGreedy::addSplitConstraints(InterferenceCache::Cursor Intf,
563                                    BlockFrequency &Cost) {
564   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
565
566   // Reset interference dependent info.
567   SplitConstraints.resize(UseBlocks.size());
568   BlockFrequency StaticCost = 0;
569   for (unsigned I = 0; I != UseBlocks.size(); ++I) {
570     const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = UseBlocks[I];
571     SpillPlacement::BlockConstraint &BC = SplitConstraints[I];
572
573     BC.Number = BI.MBB->getNumber();
574     Intf.moveToBlock(BC.Number);
575     BC.Entry = BI.LiveIn ? SpillPlacement::PrefReg : SpillPlacement::DontCare;
576     BC.Exit = (BI.LiveOut &&
577                !LIS->getInstructionFromIndex(BI.LastInstr)->isImplicitDef())
578                   ? SpillPlacement::PrefReg
579                   : SpillPlacement::DontCare;
580     BC.ChangesValue = BI.FirstDef.isValid();
581
582     if (!Intf.hasInterference())
583       continue;
584
585     // Number of spill code instructions to insert.
586     unsigned Ins = 0;
587
588     // Interference for the live-in value.
589     if (BI.LiveIn) {
590       if (Intf.first() <= Indexes->getMBBStartIdx(BC.Number)) {
591         BC.Entry = SpillPlacement::MustSpill;
592         ++Ins;
593       } else if (Intf.first() < BI.FirstInstr) {
594         BC.Entry = SpillPlacement::PrefSpill;
595         ++Ins;
596       } else if (Intf.first() < BI.LastInstr) {
597         ++Ins;
598       }
599
600       // Abort if the spill cannot be inserted at the MBB' start
601       if (((BC.Entry == SpillPlacement::MustSpill) ||
602            (BC.Entry == SpillPlacement::PrefSpill)) &&
603           SlotIndex::isEarlierInstr(BI.FirstInstr,
604                                     SA->getFirstSplitPoint(BC.Number)))
605         return false;
606     }
607
608     // Interference for the live-out value.
609     if (BI.LiveOut) {
610       if (Intf.last() >= SA->getLastSplitPoint(BC.Number)) {
611         BC.Exit = SpillPlacement::MustSpill;
612         ++Ins;
613       } else if (Intf.last() > BI.LastInstr) {
614         BC.Exit = SpillPlacement::PrefSpill;
615         ++Ins;
616       } else if (Intf.last() > BI.FirstInstr) {
617         ++Ins;
618       }
619     }
620
621     // Accumulate the total frequency of inserted spill code.
622     while (Ins--)
623       StaticCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(BC.Number);
624   }
625   Cost = StaticCost;
626
627   // Add constraints for use-blocks. Note that these are the only constraints
628   // that may add a positive bias, it is downhill from here.
629   SpillPlacer->addConstraints(SplitConstraints);
630   return SpillPlacer->scanActiveBundles();
631 }
632
633 /// addThroughConstraints - Add constraints and links to SpillPlacer from the
634 /// live-through blocks in Blocks.
635 bool RAGreedy::addThroughConstraints(InterferenceCache::Cursor Intf,
636                                      ArrayRef<unsigned> Blocks) {
637   const unsigned GroupSize = 8;
638   SpillPlacement::BlockConstraint BCS[GroupSize];
639   unsigned TBS[GroupSize];
640   unsigned B = 0, T = 0;
641
642   for (unsigned Number : Blocks) {
643     Intf.moveToBlock(Number);
644
645     if (!Intf.hasInterference()) {
646       assert(T < GroupSize && "Array overflow");
647       TBS[T] = Number;
648       if (++T == GroupSize) {
649         SpillPlacer->addLinks(makeArrayRef(TBS, T));
650         T = 0;
651       }
652       continue;
653     }
654
655     assert(B < GroupSize && "Array overflow");
656     BCS[B].Number = Number;
657
658     // Abort if the spill cannot be inserted at the MBB' start
659     MachineBasicBlock *MBB = MF->getBlockNumbered(Number);
660     auto FirstNonDebugInstr = MBB->getFirstNonDebugInstr();
661     if (FirstNonDebugInstr != MBB->end() &&
662         SlotIndex::isEarlierInstr(LIS->getInstructionIndex(*FirstNonDebugInstr),
663                                   SA->getFirstSplitPoint(Number)))
664       return false;
665     // Interference for the live-in value.
666     if (Intf.first() <= Indexes->getMBBStartIdx(Number))
667       BCS[B].Entry = SpillPlacement::MustSpill;
668     else
669       BCS[B].Entry = SpillPlacement::PrefSpill;
670
671     // Interference for the live-out value.
672     if (Intf.last() >= SA->getLastSplitPoint(Number))
673       BCS[B].Exit = SpillPlacement::MustSpill;
674     else
675       BCS[B].Exit = SpillPlacement::PrefSpill;
676
677     if (++B == GroupSize) {
678       SpillPlacer->addConstraints(makeArrayRef(BCS, B));
679       B = 0;
680     }
681   }
682
683   SpillPlacer->addConstraints(makeArrayRef(BCS, B));
684   SpillPlacer->addLinks(makeArrayRef(TBS, T));
685   return true;
686 }
687
688 bool RAGreedy::growRegion(GlobalSplitCandidate &Cand) {
689   // Keep track of through blocks that have not been added to SpillPlacer.
690   BitVector Todo = SA->getThroughBlocks();
691   SmallVectorImpl<unsigned> &ActiveBlocks = Cand.ActiveBlocks;
692   unsigned AddedTo = 0;
693 #ifndef NDEBUG
694   unsigned Visited = 0;
695 #endif
696
697   unsigned long Budget = GrowRegionComplexityBudget;
698   while (true) {
699     ArrayRef<unsigned> NewBundles = SpillPlacer->getRecentPositive();
700     // Find new through blocks in the periphery of PrefRegBundles.
701     for (unsigned Bundle : NewBundles) {
702       // Look at all blocks connected to Bundle in the full graph.
703       ArrayRef<unsigned> Blocks = Bundles->getBlocks(Bundle);
704       // Limit compilation time by bailing out after we use all our budget.
705       if (Blocks.size() >= Budget)
706         return false;
707       Budget -= Blocks.size();
708       for (unsigned Block : Blocks) {
709         if (!Todo.test(Block))
710           continue;
711         Todo.reset(Block);
712         // This is a new through block. Add it to SpillPlacer later.
713         ActiveBlocks.push_back(Block);
714 #ifndef NDEBUG
715         ++Visited;
716 #endif
717       }
718     }
719     // Any new blocks to add?
720     if (ActiveBlocks.size() == AddedTo)
721       break;
722
723     // Compute through constraints from the interference, or assume that all
724     // through blocks prefer spilling when forming compact regions.
725     auto NewBlocks = makeArrayRef(ActiveBlocks).slice(AddedTo);
726     if (Cand.PhysReg) {
727       if (!addThroughConstraints(Cand.Intf, NewBlocks))
728         return false;
729     } else
730       // Provide a strong negative bias on through blocks to prevent unwanted
731       // liveness on loop backedges.
732       SpillPlacer->addPrefSpill(NewBlocks, /* Strong= */ true);
733     AddedTo = ActiveBlocks.size();
734
735     // Perhaps iterating can enable more bundles?
736     SpillPlacer->iterate();
737   }
738   LLVM_DEBUG(dbgs() << ", v=" << Visited);
739   return true;
740 }
741
742 /// calcCompactRegion - Compute the set of edge bundles that should be live
743 /// when splitting the current live range into compact regions.  Compact
744 /// regions can be computed without looking at interference.  They are the
745 /// regions formed by removing all the live-through blocks from the live range.
746 ///
747 /// Returns false if the current live range is already compact, or if the
748 /// compact regions would form single block regions anyway.
749 bool RAGreedy::calcCompactRegion(GlobalSplitCandidate &Cand) {
750   // Without any through blocks, the live range is already compact.
751   if (!SA->getNumThroughBlocks())
752     return false;
753
754   // Compact regions don't correspond to any physreg.
755   Cand.reset(IntfCache, MCRegister::NoRegister);
756
757   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Compact region bundles");
758
759   // Use the spill placer to determine the live bundles. GrowRegion pretends
760   // that all the through blocks have interference when PhysReg is unset.
761   SpillPlacer->prepare(Cand.LiveBundles);
762
763   // The static split cost will be zero since Cand.Intf reports no interference.
764   BlockFrequency Cost;
765   if (!addSplitConstraints(Cand.Intf, Cost)) {
766     LLVM_DEBUG(dbgs() << ", none.\n");
767     return false;
768   }
769
770   if (!growRegion(Cand)) {
771     LLVM_DEBUG(dbgs() << ", cannot spill all interferences.\n");
772     return false;
773   }
774
775   SpillPlacer->finish();
776
777   if (!Cand.LiveBundles.any()) {
778     LLVM_DEBUG(dbgs() << ", none.\n");
779     return false;
780   }
781
782   LLVM_DEBUG({
783     for (int I : Cand.LiveBundles.set_bits())
784       dbgs() << " EB#" << I;
785     dbgs() << ".\n";
786   });
787   return true;
788 }
789
790 /// calcSpillCost - Compute how expensive it would be to split the live range in
791 /// SA around all use blocks instead of forming bundle regions.
792 BlockFrequency RAGreedy::calcSpillCost() {
793   BlockFrequency Cost = 0;
794   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
795   for (const SplitAnalysis::BlockInfo &BI : UseBlocks) {
796     unsigned Number = BI.MBB->getNumber();
797     // We normally only need one spill instruction - a load or a store.
798     Cost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
799
800     // Unless the value is redefined in the block.
801     if (BI.LiveIn && BI.LiveOut && BI.FirstDef)
802       Cost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
803   }
804   return Cost;
805 }
806
807 /// calcGlobalSplitCost - Return the global split cost of following the split
808 /// pattern in LiveBundles. This cost should be added to the local cost of the
809 /// interference pattern in SplitConstraints.
810 ///
811 BlockFrequency RAGreedy::calcGlobalSplitCost(GlobalSplitCandidate &Cand,
812                                              const AllocationOrder &Order) {
813   BlockFrequency GlobalCost = 0;
814   const BitVector &LiveBundles = Cand.LiveBundles;
815   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
816   for (unsigned I = 0; I != UseBlocks.size(); ++I) {
817     const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = UseBlocks[I];
818     SpillPlacement::BlockConstraint &BC = SplitConstraints[I];
819     bool RegIn  = LiveBundles[Bundles->getBundle(BC.Number, false)];
820     bool RegOut = LiveBundles[Bundles->getBundle(BC.Number, true)];
821     unsigned Ins = 0;
822
823     Cand.Intf.moveToBlock(BC.Number);
824
825     if (BI.LiveIn)
826       Ins += RegIn != (BC.Entry == SpillPlacement::PrefReg);
827     if (BI.LiveOut)
828       Ins += RegOut != (BC.Exit == SpillPlacement::PrefReg);
829     while (Ins--)
830       GlobalCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(BC.Number);
831   }
832
833   for (unsigned Number : Cand.ActiveBlocks) {
834     bool RegIn  = LiveBundles[Bundles->getBundle(Number, false)];
835     bool RegOut = LiveBundles[Bundles->getBundle(Number, true)];
836     if (!RegIn && !RegOut)
837       continue;
838     if (RegIn && RegOut) {
839       // We need double spill code if this block has interference.
840       Cand.Intf.moveToBlock(Number);
841       if (Cand.Intf.hasInterference()) {
842         GlobalCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
843         GlobalCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
844       }
845       continue;
846     }
847     // live-in / stack-out or stack-in live-out.
848     GlobalCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
849   }
850   return GlobalCost;
851 }
852
853 /// splitAroundRegion - Split the current live range around the regions
854 /// determined by BundleCand and GlobalCand.
855 ///
856 /// Before calling this function, GlobalCand and BundleCand must be initialized
857 /// so each bundle is assigned to a valid candidate, or NoCand for the
858 /// stack-bound bundles.  The shared SA/SE SplitAnalysis and SplitEditor
859 /// objects must be initialized for the current live range, and intervals
860 /// created for the used candidates.
861 ///
862 /// @param LREdit    The LiveRangeEdit object handling the current split.
863 /// @param UsedCands List of used GlobalCand entries. Every BundleCand value
864 ///                  must appear in this list.
865 void RAGreedy::splitAroundRegion(LiveRangeEdit &LREdit,
866                                  ArrayRef<unsigned> UsedCands) {
867   // These are the intervals created for new global ranges. We may create more
868   // intervals for local ranges.
869   const unsigned NumGlobalIntvs = LREdit.size();
870   LLVM_DEBUG(dbgs() << "splitAroundRegion with " << NumGlobalIntvs
871                     << " globals.\n");
872   assert(NumGlobalIntvs && "No global intervals configured");
873
874   // Isolate even single instructions when dealing with a proper sub-class.
875   // That guarantees register class inflation for the stack interval because it
876   // is all copies.
877   Register Reg = SA->getParent().reg();
878   bool SingleInstrs = RegClassInfo.isProperSubClass(MRI->getRegClass(Reg));
879
880   // First handle all the blocks with uses.
881   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
882   for (const SplitAnalysis::BlockInfo &BI : UseBlocks) {
883     unsigned Number = BI.MBB->getNumber();
884     unsigned IntvIn = 0, IntvOut = 0;
885     SlotIndex IntfIn, IntfOut;
886     if (BI.LiveIn) {
887       unsigned CandIn = BundleCand[Bundles->getBundle(Number, false)];
888       if (CandIn != NoCand) {
889         GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[CandIn];
890         IntvIn = Cand.IntvIdx;
891         Cand.Intf.moveToBlock(Number);
892         IntfIn = Cand.Intf.first();
893       }
894     }
895     if (BI.LiveOut) {
896       unsigned CandOut = BundleCand[Bundles->getBundle(Number, true)];
897       if (CandOut != NoCand) {
898         GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[CandOut];
899         IntvOut = Cand.IntvIdx;
900         Cand.Intf.moveToBlock(Number);
901         IntfOut = Cand.Intf.last();
902       }
903     }
904
905     // Create separate intervals for isolated blocks with multiple uses.
906     if (!IntvIn && !IntvOut) {
907       LLVM_DEBUG(dbgs() << printMBBReference(*BI.MBB) << " isolated.\n");
908       if (SA->shouldSplitSingleBlock(BI, SingleInstrs))
909         SE->splitSingleBlock(BI);
910       continue;
911     }
912
913     if (IntvIn && IntvOut)
914       SE->splitLiveThroughBlock(Number, IntvIn, IntfIn, IntvOut, IntfOut);
915     else if (IntvIn)
916       SE->splitRegInBlock(BI, IntvIn, IntfIn);
917     else
918       SE->splitRegOutBlock(BI, IntvOut, IntfOut);
919   }
920
921   // Handle live-through blocks. The relevant live-through blocks are stored in
922   // the ActiveBlocks list with each candidate. We need to filter out
923   // duplicates.
924   BitVector Todo = SA->getThroughBlocks();
925   for (unsigned UsedCand : UsedCands) {
926     ArrayRef<unsigned> Blocks = GlobalCand[UsedCand].ActiveBlocks;
927     for (unsigned Number : Blocks) {
928       if (!Todo.test(Number))
929         continue;
930       Todo.reset(Number);
931
932       unsigned IntvIn = 0, IntvOut = 0;
933       SlotIndex IntfIn, IntfOut;
934
935       unsigned CandIn = BundleCand[Bundles->getBundle(Number, false)];
936       if (CandIn != NoCand) {
937         GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[CandIn];
938         IntvIn = Cand.IntvIdx;
939         Cand.Intf.moveToBlock(Number);
940         IntfIn = Cand.Intf.first();
941       }
942
943       unsigned CandOut = BundleCand[Bundles->getBundle(Number, true)];
944       if (CandOut != NoCand) {
945         GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[CandOut];
946         IntvOut = Cand.IntvIdx;
947         Cand.Intf.moveToBlock(Number);
948         IntfOut = Cand.Intf.last();
949       }
950       if (!IntvIn && !IntvOut)
951         continue;
952       SE->splitLiveThroughBlock(Number, IntvIn, IntfIn, IntvOut, IntfOut);
953     }
954   }
955
956   ++NumGlobalSplits;
957
958   SmallVector<unsigned, 8> IntvMap;
959   SE->finish(&IntvMap);
960   DebugVars->splitRegister(Reg, LREdit.regs(), *LIS);
961
962   unsigned OrigBlocks = SA->getNumLiveBlocks();
963
964   // Sort out the new intervals created by splitting. We get four kinds:
965   // - Remainder intervals should not be split again.
966   // - Candidate intervals can be assigned to Cand.PhysReg.
967   // - Block-local splits are candidates for local splitting.
968   // - DCE leftovers should go back on the queue.
969   for (unsigned I = 0, E = LREdit.size(); I != E; ++I) {
970     const LiveInterval &Reg = LIS->getInterval(LREdit.get(I));
971
972     // Ignore old intervals from DCE.
973     if (ExtraInfo->getOrInitStage(Reg.reg()) != RS_New)
974       continue;
975
976     // Remainder interval. Don't try splitting again, spill if it doesn't
977     // allocate.
978     if (IntvMap[I] == 0) {
979       ExtraInfo->setStage(Reg, RS_Spill);
980       continue;
981     }
982
983     // Global intervals. Allow repeated splitting as long as the number of live
984     // blocks is strictly decreasing.
985     if (IntvMap[I] < NumGlobalIntvs) {
986       if (SA->countLiveBlocks(&Reg) >= OrigBlocks) {
987         LLVM_DEBUG(dbgs() << "Main interval covers the same " << OrigBlocks
988                           << " blocks as original.\n");
989         // Don't allow repeated splitting as a safe guard against looping.
990         ExtraInfo->setStage(Reg, RS_Split2);
991       }
992       continue;
993     }
994
995     // Other intervals are treated as new. This includes local intervals created
996     // for blocks with multiple uses, and anything created by DCE.
997   }
998
999   if (VerifyEnabled)
1000     MF->verify(this, "After splitting live range around region");
1001 }
1002
1003 MCRegister RAGreedy::tryRegionSplit(const LiveInterval &VirtReg,
1004                                     AllocationOrder &Order,
1005                                     SmallVectorImpl<Register> &NewVRegs) {
1006   if (!TRI->shouldRegionSplitForVirtReg(*MF, VirtReg))
1007     return MCRegister::NoRegister;
1008   unsigned NumCands = 0;
1009   BlockFrequency SpillCost = calcSpillCost();
1010   BlockFrequency BestCost;
1011
1012   // Check if we can split this live range around a compact region.
1013   bool HasCompact = calcCompactRegion(GlobalCand.front());
1014   if (HasCompact) {
1015     // Yes, keep GlobalCand[0] as the compact region candidate.
1016     NumCands = 1;
1017     BestCost = BlockFrequency::getMaxFrequency();
1018   } else {
1019     // No benefit from the compact region, our fallback will be per-block
1020     // splitting. Make sure we find a solution that is cheaper than spilling.
1021     BestCost = SpillCost;
1022     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Cost of isolating all blocks = ";
1023                MBFI->printBlockFreq(dbgs(), BestCost) << '\n');
1024   }
1025
1026   unsigned BestCand = calculateRegionSplitCost(VirtReg, Order, BestCost,
1027                                                NumCands, false /*IgnoreCSR*/);
1028
1029   // No solutions found, fall back to single block splitting.
1030   if (!HasCompact && BestCand == NoCand)
1031     return MCRegister::NoRegister;
1032
1033   return doRegionSplit(VirtReg, BestCand, HasCompact, NewVRegs);
1034 }
1035
1036 unsigned RAGreedy::calculateRegionSplitCost(const LiveInterval &VirtReg,
1037                                             AllocationOrder &Order,
1038                                             BlockFrequency &BestCost,
1039                                             unsigned &NumCands,
1040                                             bool IgnoreCSR) {
1041   unsigned BestCand = NoCand;
1042   for (MCPhysReg PhysReg : Order) {
1043     assert(PhysReg);
1044     if (IgnoreCSR && EvictAdvisor->isUnusedCalleeSavedReg(PhysReg))
1045       continue;
1046
1047     // Discard bad candidates before we run out of interference cache cursors.
1048     // This will only affect register classes with a lot of registers (>32).
1049     if (NumCands == IntfCache.getMaxCursors()) {
1050       unsigned WorstCount = ~0u;
1051       unsigned Worst = 0;
1052       for (unsigned CandIndex = 0; CandIndex != NumCands; ++CandIndex) {
1053         if (CandIndex == BestCand || !GlobalCand[CandIndex].PhysReg)
1054           continue;
1055         unsigned Count = GlobalCand[CandIndex].LiveBundles.count();
1056         if (Count < WorstCount) {
1057           Worst = CandIndex;
1058           WorstCount = Count;
1059         }
1060       }
1061       --NumCands;
1062       GlobalCand[Worst] = GlobalCand[NumCands];
1063       if (BestCand == NumCands)
1064         BestCand = Worst;
1065     }
1066
1067     if (GlobalCand.size() <= NumCands)
1068       GlobalCand.resize(NumCands+1);
1069     GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[NumCands];
1070     Cand.reset(IntfCache, PhysReg);
1071
1072     SpillPlacer->prepare(Cand.LiveBundles);
1073     BlockFrequency Cost;
1074     if (!addSplitConstraints(Cand.Intf, Cost)) {
1075       LLVM_DEBUG(dbgs() << printReg(PhysReg, TRI) << "\tno positive bundles\n");
1076       continue;
1077     }
1078     LLVM_DEBUG(dbgs() << printReg(PhysReg, TRI) << "\tstatic = ";
1079                MBFI->printBlockFreq(dbgs(), Cost));
1080     if (Cost >= BestCost) {
1081       LLVM_DEBUG({
1082         if (BestCand == NoCand)
1083           dbgs() << " worse than no bundles\n";
1084         else
1085           dbgs() << " worse than "
1086                  << printReg(GlobalCand[BestCand].PhysReg, TRI) << '\n';
1087       });
1088       continue;
1089     }
1090     if (!growRegion(Cand)) {
1091       LLVM_DEBUG(dbgs() << ", cannot spill all interferences.\n");
1092       continue;
1093     }
1094
1095     SpillPlacer->finish();
1096
1097     // No live bundles, defer to splitSingleBlocks().
1098     if (!Cand.LiveBundles.any()) {
1099       LLVM_DEBUG(dbgs() << " no bundles.\n");
1100       continue;
1101     }
1102
1103     Cost += calcGlobalSplitCost(Cand, Order);
1104     LLVM_DEBUG({
1105       dbgs() << ", total = ";
1106       MBFI->printBlockFreq(dbgs(), Cost) << " with bundles";
1107       for (int I : Cand.LiveBundles.set_bits())
1108         dbgs() << " EB#" << I;
1109       dbgs() << ".\n";
1110     });
1111     if (Cost < BestCost) {
1112       BestCand = NumCands;
1113       BestCost = Cost;
1114     }
1115     ++NumCands;
1116   }
1117
1118   return BestCand;
1119 }
1120
1121 unsigned RAGreedy::doRegionSplit(const LiveInterval &VirtReg, unsigned BestCand,
1122                                  bool HasCompact,
1123                                  SmallVectorImpl<Register> &NewVRegs) {
1124   SmallVector<unsigned, 8> UsedCands;
1125   // Prepare split editor.
1126   LiveRangeEdit LREdit(&VirtReg, NewVRegs, *MF, *LIS, VRM, this, &DeadRemats);
1127   SE->reset(LREdit, SplitSpillMode);
1128
1129   // Assign all edge bundles to the preferred candidate, or NoCand.
1130   BundleCand.assign(Bundles->getNumBundles(), NoCand);
1131
1132   // Assign bundles for the best candidate region.
1133   if (BestCand != NoCand) {
1134     GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[BestCand];
1135     if (unsigned B = Cand.getBundles(BundleCand, BestCand)) {
1136       UsedCands.push_back(BestCand);
1137       Cand.IntvIdx = SE->openIntv();
1138       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Split for " << printReg(Cand.PhysReg, TRI) << " in "
1139                         << B << " bundles, intv " << Cand.IntvIdx << ".\n");
1140       (void)B;
1141     }
1142   }
1143
1144   // Assign bundles for the compact region.
1145   if (HasCompact) {
1146     GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand.front();
1147     assert(!Cand.PhysReg && "Compact region has no physreg");
1148     if (unsigned B = Cand.getBundles(BundleCand, 0)) {
1149       UsedCands.push_back(0);
1150       Cand.IntvIdx = SE->openIntv();
1151       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Split for compact region in " << B
1152                         << " bundles, intv " << Cand.IntvIdx << ".\n");
1153       (void)B;
1154     }
1155   }
1156
1157   splitAroundRegion(LREdit, UsedCands);
1158   return 0;
1159 }
1160
1161 //===----------------------------------------------------------------------===//
1162 //                            Per-Block Splitting
1163 //===----------------------------------------------------------------------===//
1164
1165 /// tryBlockSplit - Split a global live range around every block with uses. This
1166 /// creates a lot of local live ranges, that will be split by tryLocalSplit if
1167 /// they don't allocate.
1168 unsigned RAGreedy::tryBlockSplit(const LiveInterval &VirtReg,
1169                                  AllocationOrder &Order,
1170                                  SmallVectorImpl<Register> &NewVRegs) {
1171   assert(&SA->getParent() == &VirtReg && "Live range wasn't analyzed");
1172   Register Reg = VirtReg.reg();
1173   bool SingleInstrs = RegClassInfo.isProperSubClass(MRI->getRegClass(Reg));
1174   LiveRangeEdit LREdit(&VirtReg, NewVRegs, *MF, *LIS, VRM, this, &DeadRemats);
1175   SE->reset(LREdit, SplitSpillMode);
1176   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
1177   for (const SplitAnalysis::BlockInfo &BI : UseBlocks) {
1178     if (SA->shouldSplitSingleBlock(BI, SingleInstrs))
1179       SE->splitSingleBlock(BI);
1180   }
1181   // No blocks were split.
1182   if (LREdit.empty())
1183     return 0;
1184
1185   // We did split for some blocks.
1186   SmallVector<unsigned, 8> IntvMap;
1187   SE->finish(&IntvMap);
1188
1189   // Tell LiveDebugVariables about the new ranges.
1190   DebugVars->splitRegister(Reg, LREdit.regs(), *LIS);
1191
1192   // Sort out the new intervals created by splitting. The remainder interval
1193   // goes straight to spilling, the new local ranges get to stay RS_New.
1194   for (unsigned I = 0, E = LREdit.size(); I != E; ++I) {
1195     const LiveInterval &LI = LIS->getInterval(LREdit.get(I));
1196     if (ExtraInfo->getOrInitStage(LI.reg()) == RS_New && IntvMap[I] == 0)
1197       ExtraInfo->setStage(LI, RS_Spill);
1198   }
1199
1200   if (VerifyEnabled)
1201     MF->verify(this, "After splitting live range around basic blocks");
1202   return 0;
1203 }
1204
1205 //===----------------------------------------------------------------------===//
1206 //                         Per-Instruction Splitting
1207 //===----------------------------------------------------------------------===//
1208
1209 /// Get the number of allocatable registers that match the constraints of \p Reg
1210 /// on \p MI and that are also in \p SuperRC.
1211 static unsigned getNumAllocatableRegsForConstraints(
1212     const MachineInstr *MI, Register Reg, const TargetRegisterClass *SuperRC,
1213     const TargetInstrInfo *TII, const TargetRegisterInfo *TRI,
1214     const RegisterClassInfo &RCI) {
1215   assert(SuperRC && "Invalid register class");
1216
1217   const TargetRegisterClass *ConstrainedRC =
1218       MI->getRegClassConstraintEffectForVReg(Reg, SuperRC, TII, TRI,
1219                                              /* ExploreBundle */ true);
1220   if (!ConstrainedRC)
1221     return 0;
1222   return RCI.getNumAllocatableRegs(ConstrainedRC);
1223 }
1224
1225 /// tryInstructionSplit - Split a live range around individual instructions.
1226 /// This is normally not worthwhile since the spiller is doing essentially the
1227 /// same thing. However, when the live range is in a constrained register
1228 /// class, it may help to insert copies such that parts of the live range can
1229 /// be moved to a larger register class.
1230 ///
1231 /// This is similar to spilling to a larger register class.
1232 unsigned RAGreedy::tryInstructionSplit(const LiveInterval &VirtReg,
1233                                        AllocationOrder &Order,
1234                                        SmallVectorImpl<Register> &NewVRegs) {
1235   const TargetRegisterClass *CurRC = MRI->getRegClass(VirtReg.reg());
1236   // There is no point to this if there are no larger sub-classes.
1237   if (!RegClassInfo.isProperSubClass(CurRC))
1238     return 0;
1239
1240   // Always enable split spill mode, since we're effectively spilling to a
1241   // register.
1242   LiveRangeEdit LREdit(&VirtReg, NewVRegs, *MF, *LIS, VRM, this, &DeadRemats);
1243   SE->reset(LREdit, SplitEditor::SM_Size);
1244
1245   ArrayRef<SlotIndex> Uses = SA->getUseSlots();
1246   if (Uses.size() <= 1)
1247     return 0;
1248
1249   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Split around " << Uses.size()
1250                     << " individual instrs.\n");
1251
1252   const TargetRegisterClass *SuperRC =
1253       TRI->getLargestLegalSuperClass(CurRC, *MF);
1254   unsigned SuperRCNumAllocatableRegs =
1255       RegClassInfo.getNumAllocatableRegs(SuperRC);
1256   // Split around every non-copy instruction if this split will relax
1257   // the constraints on the virtual register.
1258   // Otherwise, splitting just inserts uncoalescable copies that do not help
1259   // the allocation.
1260   for (const SlotIndex Use : Uses) {
1261     if (const MachineInstr *MI = Indexes->getInstructionFromIndex(Use))
1262       if (MI->isFullCopy() ||
1263           SuperRCNumAllocatableRegs ==
1264               getNumAllocatableRegsForConstraints(MI, VirtReg.reg(), SuperRC,
1265                                                   TII, TRI, RegClassInfo)) {
1266         LLVM_DEBUG(dbgs() << "    skip:\t" << Use << '\t' << *MI);
1267         continue;
1268       }
1269     SE->openIntv();
1270     SlotIndex SegStart = SE->enterIntvBefore(Use);
1271     SlotIndex SegStop = SE->leaveIntvAfter(Use);
1272     SE->useIntv(SegStart, SegStop);
1273   }
1274
1275   if (LREdit.empty()) {
1276     LLVM_DEBUG(dbgs() << "All uses were copies.\n");
1277     return 0;
1278   }
1279
1280   SmallVector<unsigned, 8> IntvMap;
1281   SE->finish(&IntvMap);
1282   DebugVars->splitRegister(VirtReg.reg(), LREdit.regs(), *LIS);
1283   // Assign all new registers to RS_Spill. This was the last chance.
1284   ExtraInfo->setStage(LREdit.begin(), LREdit.end(), RS_Spill);
1285   return 0;
1286 }
1287
1288 //===----------------------------------------------------------------------===//
1289 //                             Local Splitting
1290 //===----------------------------------------------------------------------===//
1291
1292 /// calcGapWeights - Compute the maximum spill weight that needs to be evicted
1293 /// in order to use PhysReg between two entries in SA->UseSlots.
1294 ///
1295 /// GapWeight[I] represents the gap between UseSlots[I] and UseSlots[I + 1].
1296 ///
1297 void RAGreedy::calcGapWeights(MCRegister PhysReg,
1298                               SmallVectorImpl<float> &GapWeight) {
1299   assert(SA->getUseBlocks().size() == 1 && "Not a local interval");
1300   const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = SA->getUseBlocks().front();
1301   ArrayRef<SlotIndex> Uses = SA->getUseSlots();
1302   const unsigned NumGaps = Uses.size()-1;
1303
1304   // Start and end points for the interference check.
1305   SlotIndex StartIdx =
1306     BI.LiveIn ? BI.FirstInstr.getBaseIndex() : BI.FirstInstr;
1307   SlotIndex StopIdx =
1308     BI.LiveOut ? BI.LastInstr.getBoundaryIndex() : BI.LastInstr;
1309
1310   GapWeight.assign(NumGaps, 0.0f);
1311
1312   // Add interference from each overlapping register.
1313   for (MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
1314     if (!Matrix->query(const_cast<LiveInterval&>(SA->getParent()), *Units)
1315           .checkInterference())
1316       continue;
1317
1318     // We know that VirtReg is a continuous interval from FirstInstr to
1319     // LastInstr, so we don't need InterferenceQuery.
1320     //
1321     // Interference that overlaps an instruction is counted in both gaps
1322     // surrounding the instruction. The exception is interference before
1323     // StartIdx and after StopIdx.
1324     //
1325     LiveIntervalUnion::SegmentIter IntI =
1326       Matrix->getLiveUnions()[*Units] .find(StartIdx);
1327     for (unsigned Gap = 0; IntI.valid() && IntI.start() < StopIdx; ++IntI) {
1328       // Skip the gaps before IntI.
1329       while (Uses[Gap+1].getBoundaryIndex() < IntI.start())
1330         if (++Gap == NumGaps)
1331           break;
1332       if (Gap == NumGaps)
1333         break;
1334
1335       // Update the gaps covered by IntI.
1336       const float weight = IntI.value()->weight();
1337       for (; Gap != NumGaps; ++Gap) {
1338         GapWeight[Gap] = std::max(GapWeight[Gap], weight);
1339         if (Uses[Gap+1].getBaseIndex() >= IntI.stop())
1340           break;
1341       }
1342       if (Gap == NumGaps)
1343         break;
1344     }
1345   }
1346
1347   // Add fixed interference.
1348   for (MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
1349     const LiveRange &LR = LIS->getRegUnit(*Units);
1350     LiveRange::const_iterator I = LR.find(StartIdx);
1351     LiveRange::const_iterator E = LR.end();
1352
1353     // Same loop as above. Mark any overlapped gaps as HUGE_VALF.
1354     for (unsigned Gap = 0; I != E && I->start < StopIdx; ++I) {
1355       while (Uses[Gap+1].getBoundaryIndex() < I->start)
1356         if (++Gap == NumGaps)
1357           break;
1358       if (Gap == NumGaps)
1359         break;
1360
1361       for (; Gap != NumGaps; ++Gap) {
1362         GapWeight[Gap] = huge_valf;
1363         if (Uses[Gap+1].getBaseIndex() >= I->end)
1364           break;
1365       }
1366       if (Gap == NumGaps)
1367         break;
1368     }
1369   }
1370 }
1371
1372 /// tryLocalSplit - Try to split VirtReg into smaller intervals inside its only
1373 /// basic block.
1374 ///
1375 unsigned RAGreedy::tryLocalSplit(const LiveInterval &VirtReg,
1376                                  AllocationOrder &Order,
1377                                  SmallVectorImpl<Register> &NewVRegs) {
1378   // TODO: the function currently only handles a single UseBlock; it should be
1379   // possible to generalize.
1380   if (SA->getUseBlocks().size() != 1)
1381     return 0;
1382
1383   const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = SA->getUseBlocks().front();
1384
1385   // Note that it is possible to have an interval that is live-in or live-out
1386   // while only covering a single block - A phi-def can use undef values from
1387   // predecessors, and the block could be a single-block loop.
1388   // We don't bother doing anything clever about such a case, we simply assume
1389   // that the interval is continuous from FirstInstr to LastInstr. We should
1390   // make sure that we don't do anything illegal to such an interval, though.
1391
1392   ArrayRef<SlotIndex> Uses = SA->getUseSlots();
1393   if (Uses.size() <= 2)
1394     return 0;
1395   const unsigned NumGaps = Uses.size()-1;
1396
1397   LLVM_DEBUG({
1398     dbgs() << "tryLocalSplit: ";
1399     for (const auto &Use : Uses)
1400       dbgs() << ' ' << Use;
1401     dbgs() << '\n';
1402   });
1403
1404   // If VirtReg is live across any register mask operands, compute a list of
1405   // gaps with register masks.
1406   SmallVector<unsigned, 8> RegMaskGaps;
1407   if (Matrix->checkRegMaskInterference(VirtReg)) {
1408     // Get regmask slots for the whole block.
1409     ArrayRef<SlotIndex> RMS = LIS->getRegMaskSlotsInBlock(BI.MBB->getNumber());
1410     LLVM_DEBUG(dbgs() << RMS.size() << " regmasks in block:");
1411     // Constrain to VirtReg's live range.
1412     unsigned RI =
1413         llvm::lower_bound(RMS, Uses.front().getRegSlot()) - RMS.begin();
1414     unsigned RE = RMS.size();
1415     for (unsigned I = 0; I != NumGaps && RI != RE; ++I) {
1416       // Look for Uses[I] <= RMS <= Uses[I + 1].
1417       assert(!SlotIndex::isEarlierInstr(RMS[RI], Uses[I]));
1418       if (SlotIndex::isEarlierInstr(Uses[I + 1], RMS[RI]))
1419         continue;
1420       // Skip a regmask on the same instruction as the last use. It doesn't
1421       // overlap the live range.
1422       if (SlotIndex::isSameInstr(Uses[I + 1], RMS[RI]) && I + 1 == NumGaps)
1423         break;
1424       LLVM_DEBUG(dbgs() << ' ' << RMS[RI] << ':' << Uses[I] << '-'
1425                         << Uses[I + 1]);
1426       RegMaskGaps.push_back(I);
1427       // Advance ri to the next gap. A regmask on one of the uses counts in
1428       // both gaps.
1429       while (RI != RE && SlotIndex::isEarlierInstr(RMS[RI], Uses[I + 1]))
1430         ++RI;
1431     }
1432     LLVM_DEBUG(dbgs() << '\n');
1433   }
1434
1435   // Since we allow local split results to be split again, there is a risk of
1436   // creating infinite loops. It is tempting to require that the new live
1437   // ranges have less instructions than the original. That would guarantee
1438   // convergence, but it is too strict. A live range with 3 instructions can be
1439   // split 2+3 (including the COPY), and we want to allow that.
1440   //
1441   // Instead we use these rules:
1442   //
1443   // 1. Allow any split for ranges with getStage() < RS_Split2. (Except for the
1444   //    noop split, of course).
1445   // 2. Require progress be made for ranges with getStage() == RS_Split2. All
1446   //    the new ranges must have fewer instructions than before the split.
1447   // 3. New ranges with the same number of instructions are marked RS_Split2,
1448   //    smaller ranges are marked RS_New.
1449   //
1450   // These rules allow a 3 -> 2+3 split once, which we need. They also prevent
1451   // excessive splitting and infinite loops.
1452   //
1453   bool ProgressRequired = ExtraInfo->getStage(VirtReg) >= RS_Split2;
1454
1455   // Best split candidate.
1456   unsigned BestBefore = NumGaps;
1457   unsigned BestAfter = 0;
1458   float BestDiff = 0;
1459
1460   const float blockFreq =
1461     SpillPlacer->getBlockFrequency(BI.MBB->getNumber()).getFrequency() *
1462     (1.0f / MBFI->getEntryFreq());
1463   SmallVector<float, 8> GapWeight;
1464
1465   for (MCPhysReg PhysReg : Order) {
1466     assert(PhysReg);
1467     // Keep track of the largest spill weight that would need to be evicted in
1468     // order to make use of PhysReg between UseSlots[I] and UseSlots[I + 1].
1469     calcGapWeights(PhysReg, GapWeight);
1470
1471     // Remove any gaps with regmask clobbers.
1472     if (Matrix->checkRegMaskInterference(VirtReg, PhysReg))
1473       for (unsigned I = 0, E = RegMaskGaps.size(); I != E; ++I)
1474         GapWeight[RegMaskGaps[I]] = huge_valf;
1475
1476     // Try to find the best sequence of gaps to close.
1477     // The new spill weight must be larger than any gap interference.
1478
1479     // We will split before Uses[SplitBefore] and after Uses[SplitAfter].
1480     unsigned SplitBefore = 0, SplitAfter = 1;
1481
1482     // MaxGap should always be max(GapWeight[SplitBefore..SplitAfter-1]).
1483     // It is the spill weight that needs to be evicted.
1484     float MaxGap = GapWeight[0];
1485
1486     while (true) {
1487       // Live before/after split?
1488       const bool LiveBefore = SplitBefore != 0 || BI.LiveIn;
1489       const bool LiveAfter = SplitAfter != NumGaps || BI.LiveOut;
1490
1491       LLVM_DEBUG(dbgs() << printReg(PhysReg, TRI) << ' ' << Uses[SplitBefore]
1492                         << '-' << Uses[SplitAfter] << " I=" << MaxGap);
1493
1494       // Stop before the interval gets so big we wouldn't be making progress.
1495       if (!LiveBefore && !LiveAfter) {
1496         LLVM_DEBUG(dbgs() << " all\n");
1497         break;
1498       }
1499       // Should the interval be extended or shrunk?
1500       bool Shrink = true;
1501
1502       // How many gaps would the new range have?
1503       unsigned NewGaps = LiveBefore + SplitAfter - SplitBefore + LiveAfter;
1504
1505       // Legally, without causing looping?
1506       bool Legal = !ProgressRequired || NewGaps < NumGaps;
1507
1508       if (Legal && MaxGap < huge_valf) {
1509         // Estimate the new spill weight. Each instruction reads or writes the
1510         // register. Conservatively assume there are no read-modify-write
1511         // instructions.
1512         //
1513         // Try to guess the size of the new interval.
1514         const float EstWeight = normalizeSpillWeight(
1515             blockFreq * (NewGaps + 1),
1516             Uses[SplitBefore].distance(Uses[SplitAfter]) +
1517                 (LiveBefore + LiveAfter) * SlotIndex::InstrDist,
1518             1);
1519         // Would this split be possible to allocate?
1520         // Never allocate all gaps, we wouldn't be making progress.
1521         LLVM_DEBUG(dbgs() << " w=" << EstWeight);
1522         if (EstWeight * Hysteresis >= MaxGap) {
1523           Shrink = false;
1524           float Diff = EstWeight - MaxGap;
1525           if (Diff > BestDiff) {
1526             LLVM_DEBUG(dbgs() << " (best)");
1527             BestDiff = Hysteresis * Diff;
1528             BestBefore = SplitBefore;
1529             BestAfter = SplitAfter;
1530           }
1531         }
1532       }
1533
1534       // Try to shrink.
1535       if (Shrink) {
1536         if (++SplitBefore < SplitAfter) {
1537           LLVM_DEBUG(dbgs() << " shrink\n");
1538           // Recompute the max when necessary.
1539           if (GapWeight[SplitBefore - 1] >= MaxGap) {
1540             MaxGap = GapWeight[SplitBefore];
1541             for (unsigned I = SplitBefore + 1; I != SplitAfter; ++I)
1542               MaxGap = std::max(MaxGap, GapWeight[I]);
1543           }
1544           continue;
1545         }
1546         MaxGap = 0;
1547       }
1548
1549       // Try to extend the interval.
1550       if (SplitAfter >= NumGaps) {
1551         LLVM_DEBUG(dbgs() << " end\n");
1552         break;
1553       }
1554
1555       LLVM_DEBUG(dbgs() << " extend\n");
1556       MaxGap = std::max(MaxGap, GapWeight[SplitAfter++]);
1557     }
1558   }
1559
1560   // Didn't find any candidates?
1561   if (BestBefore == NumGaps)
1562     return 0;
1563
1564   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Best local split range: " << Uses[BestBefore] << '-'
1565                     << Uses[BestAfter] << ", " << BestDiff << ", "
1566                     << (BestAfter - BestBefore + 1) << " instrs\n");
1567
1568   LiveRangeEdit LREdit(&VirtReg, NewVRegs, *MF, *LIS, VRM, this, &DeadRemats);
1569   SE->reset(LREdit);
1570
1571   SE->openIntv();
1572   SlotIndex SegStart = SE->enterIntvBefore(Uses[BestBefore]);
1573   SlotIndex SegStop  = SE->leaveIntvAfter(Uses[BestAfter]);
1574   SE->useIntv(SegStart, SegStop);
1575   SmallVector<unsigned, 8> IntvMap;
1576   SE->finish(&IntvMap);
1577   DebugVars->splitRegister(VirtReg.reg(), LREdit.regs(), *LIS);
1578   // If the new range has the same number of instructions as before, mark it as
1579   // RS_Split2 so the next split will be forced to make progress. Otherwise,
1580   // leave the new intervals as RS_New so they can compete.
1581   bool LiveBefore = BestBefore != 0 || BI.LiveIn;
1582   bool LiveAfter = BestAfter != NumGaps || BI.LiveOut;
1583   unsigned NewGaps = LiveBefore + BestAfter - BestBefore + LiveAfter;
1584   if (NewGaps >= NumGaps) {
1585     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Tagging non-progress ranges:");
1586     assert(!ProgressRequired && "Didn't make progress when it was required.");
1587     for (unsigned I = 0, E = IntvMap.size(); I != E; ++I)
1588       if (IntvMap[I] == 1) {
1589         ExtraInfo->setStage(LIS->getInterval(LREdit.get(I)), RS_Split2);
1590         LLVM_DEBUG(dbgs() << ' ' << printReg(LREdit.get(I)));
1591       }
1592     LLVM_DEBUG(dbgs() << '\n');
1593   }
1594   ++NumLocalSplits;
1595
1596   return 0;
1597 }
1598
1599 //===----------------------------------------------------------------------===//
1600 //                          Live Range Splitting
1601 //===----------------------------------------------------------------------===//
1602
1603 /// trySplit - Try to split VirtReg or one of its interferences, making it
1604 /// assignable.
1605 /// @return Physreg when VirtReg may be assigned and/or new NewVRegs.
1606 unsigned RAGreedy::trySplit(const LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
1607                             SmallVectorImpl<Register> &NewVRegs,
1608                             const SmallVirtRegSet &FixedRegisters) {
1609   // Ranges must be Split2 or less.
1610   if (ExtraInfo->getStage(VirtReg) >= RS_Spill)
1611     return 0;
1612
1613   // Local intervals are handled separately.
1614   if (LIS->intervalIsInOneMBB(VirtReg)) {
1615     NamedRegionTimer T("local_split", "Local Splitting", TimerGroupName,
1616                        TimerGroupDescription, TimePassesIsEnabled);
1617     SA->analyze(&VirtReg);
1618     Register PhysReg = tryLocalSplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
1619     if (PhysReg || !NewVRegs.empty())
1620       return PhysReg;
1621     return tryInstructionSplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
1622   }
1623
1624   NamedRegionTimer T("global_split", "Global Splitting", TimerGroupName,
1625                      TimerGroupDescription, TimePassesIsEnabled);
1626
1627   SA->analyze(&VirtReg);
1628
1629   // First try to split around a region spanning multiple blocks. RS_Split2
1630   // ranges already made dubious progress with region splitting, so they go
1631   // straight to single block splitting.
1632   if (ExtraInfo->getStage(VirtReg) < RS_Split2) {
1633     MCRegister PhysReg = tryRegionSplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
1634     if (PhysReg || !NewVRegs.empty())
1635       return PhysReg;
1636   }
1637
1638   // Then isolate blocks.
1639   return tryBlockSplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
1640 }
1641
1642 //===----------------------------------------------------------------------===//
1643 //                          Last Chance Recoloring
1644 //===----------------------------------------------------------------------===//
1645
1646 /// Return true if \p reg has any tied def operand.
1647 static bool hasTiedDef(MachineRegisterInfo *MRI, unsigned reg) {
1648   for (const MachineOperand &MO : MRI->def_operands(reg))
1649     if (MO.isTied())
1650       return true;
1651
1652   return false;
1653 }
1654
1655 /// Return true if the existing assignment of \p Intf overlaps, but is not the
1656 /// same, as \p PhysReg.
1657 static bool assignedRegPartiallyOverlaps(const TargetRegisterInfo &TRI,
1658                                          const VirtRegMap &VRM,
1659                                          MCRegister PhysReg,
1660                                          const LiveInterval &Intf) {
1661   MCRegister AssignedReg = VRM.getPhys(Intf.reg());
1662   if (PhysReg == AssignedReg)
1663     return false;
1664   return TRI.regsOverlap(PhysReg, AssignedReg);
1665 }
1666
1667 /// mayRecolorAllInterferences - Check if the virtual registers that
1668 /// interfere with \p VirtReg on \p PhysReg (or one of its aliases) may be
1669 /// recolored to free \p PhysReg.
1670 /// When true is returned, \p RecoloringCandidates has been augmented with all
1671 /// the live intervals that need to be recolored in order to free \p PhysReg
1672 /// for \p VirtReg.
1673 /// \p FixedRegisters contains all the virtual registers that cannot be
1674 /// recolored.
1675 bool RAGreedy::mayRecolorAllInterferences(
1676     MCRegister PhysReg, const LiveInterval &VirtReg,
1677     SmallLISet &RecoloringCandidates, const SmallVirtRegSet &FixedRegisters) {
1678   const TargetRegisterClass *CurRC = MRI->getRegClass(VirtReg.reg());
1679
1680   for (MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
1681     LiveIntervalUnion::Query &Q = Matrix->query(VirtReg, *Units);
1682     // If there is LastChanceRecoloringMaxInterference or more interferences,
1683     // chances are one would not be recolorable.
1684     if (Q.interferingVRegs(LastChanceRecoloringMaxInterference).size() >=
1685             LastChanceRecoloringMaxInterference &&
1686         !ExhaustiveSearch) {
1687       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Early abort: too many interferences.\n");
1688       CutOffInfo |= CO_Interf;
1689       return false;
1690     }
1691     for (const LiveInterval *Intf : reverse(Q.interferingVRegs())) {
1692       // If Intf is done and sits on the same register class as VirtReg, it
1693       // would not be recolorable as it is in the same state as
1694       // VirtReg. However there are at least two exceptions.
1695       //
1696       // If VirtReg has tied defs and Intf doesn't, then
1697       // there is still a point in examining if it can be recolorable.
1698       //
1699       // Additionally, if the register class has overlapping tuple members, it
1700       // may still be recolorable using a different tuple. This is more likely
1701       // if the existing assignment aliases with the candidate.
1702       //
1703       if (((ExtraInfo->getStage(*Intf) == RS_Done &&
1704             MRI->getRegClass(Intf->reg()) == CurRC &&
1705             !assignedRegPartiallyOverlaps(*TRI, *VRM, PhysReg, *Intf)) &&
1706            !(hasTiedDef(MRI, VirtReg.reg()) &&
1707              !hasTiedDef(MRI, Intf->reg()))) ||
1708           FixedRegisters.count(Intf->reg())) {
1709         LLVM_DEBUG(
1710             dbgs() << "Early abort: the interference is not recolorable.\n");
1711         return false;
1712       }
1713       RecoloringCandidates.insert(Intf);
1714     }
1715   }
1716   return true;
1717 }
1718
1719 /// tryLastChanceRecoloring - Try to assign a color to \p VirtReg by recoloring
1720 /// its interferences.
1721 /// Last chance recoloring chooses a color for \p VirtReg and recolors every
1722 /// virtual register that was using it. The recoloring process may recursively
1723 /// use the last chance recoloring. Therefore, when a virtual register has been
1724 /// assigned a color by this mechanism, it is marked as Fixed, i.e., it cannot
1725 /// be last-chance-recolored again during this recoloring "session".
1726 /// E.g.,
1727 /// Let
1728 /// vA can use {R1, R2    }
1729 /// vB can use {    R2, R3}
1730 /// vC can use {R1        }
1731 /// Where vA, vB, and vC cannot be split anymore (they are reloads for
1732 /// instance) and they all interfere.
1733 ///
1734 /// vA is assigned R1
1735 /// vB is assigned R2
1736 /// vC tries to evict vA but vA is already done.
1737 /// Regular register allocation fails.
1738 ///
1739 /// Last chance recoloring kicks in:
1740 /// vC does as if vA was evicted => vC uses R1.
1741 /// vC is marked as fixed.
1742 /// vA needs to find a color.
1743 /// None are available.
1744 /// vA cannot evict vC: vC is a fixed virtual register now.
1745 /// vA does as if vB was evicted => vA uses R2.
1746 /// vB needs to find a color.
1747 /// R3 is available.
1748 /// Recoloring => vC = R1, vA = R2, vB = R3
1749 ///
1750 /// \p Order defines the preferred allocation order for \p VirtReg.
1751 /// \p NewRegs will contain any new virtual register that have been created
1752 /// (split, spill) during the process and that must be assigned.
1753 /// \p FixedRegisters contains all the virtual registers that cannot be
1754 /// recolored.
1755 ///
1756 /// \p RecolorStack tracks the original assignments of successfully recolored
1757 /// registers.
1758 ///
1759 /// \p Depth gives the current depth of the last chance recoloring.
1760 /// \return a physical register that can be used for VirtReg or ~0u if none
1761 /// exists.
1762 unsigned RAGreedy::tryLastChanceRecoloring(const LiveInterval &VirtReg,
1763                                            AllocationOrder &Order,
1764                                            SmallVectorImpl<Register> &NewVRegs,
1765                                            SmallVirtRegSet &FixedRegisters,
1766                                            RecoloringStack &RecolorStack,
1767                                            unsigned Depth) {
1768   if (!TRI->shouldUseLastChanceRecoloringForVirtReg(*MF, VirtReg))
1769     return ~0u;
1770
1771   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Try last chance recoloring for " << VirtReg << '\n');
1772
1773   const ssize_t EntryStackSize = RecolorStack.size();
1774
1775   // Ranges must be Done.
1776   assert((ExtraInfo->getStage(VirtReg) >= RS_Done || !VirtReg.isSpillable()) &&
1777          "Last chance recoloring should really be last chance");
1778   // Set the max depth to LastChanceRecoloringMaxDepth.
1779   // We may want to reconsider that if we end up with a too large search space
1780   // for target with hundreds of registers.
1781   // Indeed, in that case we may want to cut the search space earlier.
1782   if (Depth >= LastChanceRecoloringMaxDepth && !ExhaustiveSearch) {
1783     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Abort because max depth has been reached.\n");
1784     CutOffInfo |= CO_Depth;
1785     return ~0u;
1786   }
1787
1788   // Set of Live intervals that will need to be recolored.
1789   SmallLISet RecoloringCandidates;
1790
1791   // Mark VirtReg as fixed, i.e., it will not be recolored pass this point in
1792   // this recoloring "session".
1793   assert(!FixedRegisters.count(VirtReg.reg()));
1794   FixedRegisters.insert(VirtReg.reg());
1795   SmallVector<Register, 4> CurrentNewVRegs;
1796
1797   for (MCRegister PhysReg : Order) {
1798     assert(PhysReg.isValid());
1799     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Try to assign: " << VirtReg << " to "
1800                       << printReg(PhysReg, TRI) << '\n');
1801     RecoloringCandidates.clear();
1802     CurrentNewVRegs.clear();
1803
1804     // It is only possible to recolor virtual register interference.
1805     if (Matrix->checkInterference(VirtReg, PhysReg) >
1806         LiveRegMatrix::IK_VirtReg) {
1807       LLVM_DEBUG(
1808           dbgs() << "Some interferences are not with virtual registers.\n");
1809
1810       continue;
1811     }
1812
1813     // Early give up on this PhysReg if it is obvious we cannot recolor all
1814     // the interferences.
1815     if (!mayRecolorAllInterferences(PhysReg, VirtReg, RecoloringCandidates,
1816                                     FixedRegisters)) {
1817       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Some interferences cannot be recolored.\n");
1818       continue;
1819     }
1820
1821     // RecoloringCandidates contains all the virtual registers that interfere
1822     // with VirtReg on PhysReg (or one of its aliases). Enqueue them for
1823     // recoloring and perform the actual recoloring.
1824     PQueue RecoloringQueue;
1825     for (const LiveInterval *RC : RecoloringCandidates) {
1826       Register ItVirtReg = RC->reg();
1827       enqueue(RecoloringQueue, RC);
1828       assert(VRM->hasPhys(ItVirtReg) &&
1829              "Interferences are supposed to be with allocated variables");
1830
1831       // Record the current allocation.
1832       RecolorStack.push_back(std::make_pair(RC, VRM->getPhys(ItVirtReg)));
1833
1834       // unset the related struct.
1835       Matrix->unassign(*RC);
1836     }
1837
1838     // Do as if VirtReg was assigned to PhysReg so that the underlying
1839     // recoloring has the right information about the interferes and
1840     // available colors.
1841     Matrix->assign(VirtReg, PhysReg);
1842
1843     // Save the current recoloring state.
1844     // If we cannot recolor all the interferences, we will have to start again
1845     // at this point for the next physical register.
1846     SmallVirtRegSet SaveFixedRegisters(FixedRegisters);
1847     if (tryRecoloringCandidates(RecoloringQueue, CurrentNewVRegs,
1848                                 FixedRegisters, RecolorStack, Depth)) {
1849       // Push the queued vregs into the main queue.
1850       for (Register NewVReg : CurrentNewVRegs)
1851         NewVRegs.push_back(NewVReg);
1852       // Do not mess up with the global assignment process.
1853       // I.e., VirtReg must be unassigned.
1854       Matrix->unassign(VirtReg);
1855       return PhysReg;
1856     }
1857
1858     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Fail to assign: " << VirtReg << " to "
1859                       << printReg(PhysReg, TRI) << '\n');
1860
1861     // The recoloring attempt failed, undo the changes.
1862     FixedRegisters = SaveFixedRegisters;
1863     Matrix->unassign(VirtReg);
1864
1865     // For a newly created vreg which is also in RecoloringCandidates,
1866     // don't add it to NewVRegs because its physical register will be restored
1867     // below. Other vregs in CurrentNewVRegs are created by calling
1868     // selectOrSplit and should be added into NewVRegs.
1869     for (Register &R : CurrentNewVRegs) {
1870       if (RecoloringCandidates.count(&LIS->getInterval(R)))
1871         continue;
1872       NewVRegs.push_back(R);
1873     }
1874
1875     // Roll back our unsuccessful recoloring. Also roll back any successful
1876     // recolorings in any recursive recoloring attempts, since it's possible
1877     // they would have introduced conflicts with assignments we will be
1878     // restoring further up the stack. Perform all unassignments prior to
1879     // reassigning, since sub-recolorings may have conflicted with the registers
1880     // we are going to restore to their original assignments.
1881     for (ssize_t I = RecolorStack.size() - 1; I >= EntryStackSize; --I) {
1882       const LiveInterval *LI;
1883       MCRegister PhysReg;
1884       std::tie(LI, PhysReg) = RecolorStack[I];
1885
1886       if (VRM->hasPhys(LI->reg()))
1887         Matrix->unassign(*LI);
1888     }
1889
1890     for (size_t I = EntryStackSize; I != RecolorStack.size(); ++I) {
1891       const LiveInterval *LI;
1892       MCRegister PhysReg;
1893       std::tie(LI, PhysReg) = RecolorStack[I];
1894       if (!LI->empty() && !MRI->reg_nodbg_empty(LI->reg()))
1895         Matrix->assign(*LI, PhysReg);
1896     }
1897
1898     // Pop the stack of recoloring attempts.
1899     RecolorStack.resize(EntryStackSize);
1900   }
1901
1902   // Last chance recoloring did not worked either, give up.
1903   return ~0u;
1904 }
1905
1906 /// tryRecoloringCandidates - Try to assign a new color to every register
1907 /// in \RecoloringQueue.
1908 /// \p NewRegs will contain any new virtual register created during the
1909 /// recoloring process.
1910 /// \p FixedRegisters[in/out] contains all the registers that have been
1911 /// recolored.
1912 /// \return true if all virtual registers in RecoloringQueue were successfully
1913 /// recolored, false otherwise.
1914 bool RAGreedy::tryRecoloringCandidates(PQueue &RecoloringQueue,
1915                                        SmallVectorImpl<Register> &NewVRegs,
1916                                        SmallVirtRegSet &FixedRegisters,
1917                                        RecoloringStack &RecolorStack,
1918                                        unsigned Depth) {
1919   while (!RecoloringQueue.empty()) {
1920     const LiveInterval *LI = dequeue(RecoloringQueue);
1921     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Try to recolor: " << *LI << '\n');
1922     MCRegister PhysReg = selectOrSplitImpl(*LI, NewVRegs, FixedRegisters,
1923                                            RecolorStack, Depth + 1);
1924     // When splitting happens, the live-range may actually be empty.
1925     // In that case, this is okay to continue the recoloring even
1926     // if we did not find an alternative color for it. Indeed,
1927     // there will not be anything to color for LI in the end.
1928     if (PhysReg == ~0u || (!PhysReg && !LI->empty()))
1929       return false;
1930
1931     if (!PhysReg) {
1932       assert(LI->empty() && "Only empty live-range do not require a register");
1933       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Recoloring of " << *LI
1934                         << " succeeded. Empty LI.\n");
1935       continue;
1936     }
1937     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Recoloring of " << *LI
1938                       << " succeeded with: " << printReg(PhysReg, TRI) << '\n');
1939
1940     Matrix->assign(*LI, PhysReg);
1941     FixedRegisters.insert(LI->reg());
1942   }
1943   return true;
1944 }
1945
1946 //===----------------------------------------------------------------------===//
1947 //                            Main Entry Point
1948 //===----------------------------------------------------------------------===//
1949
1950 MCRegister RAGreedy::selectOrSplit(const LiveInterval &VirtReg,
1951                                    SmallVectorImpl<Register> &NewVRegs) {
1952   CutOffInfo = CO_None;
1953   LLVMContext &Ctx = MF->getFunction().getContext();
1954   SmallVirtRegSet FixedRegisters;
1955   RecoloringStack RecolorStack;
1956   MCRegister Reg =
1957       selectOrSplitImpl(VirtReg, NewVRegs, FixedRegisters, RecolorStack);
1958   if (Reg == ~0U && (CutOffInfo != CO_None)) {
1959     uint8_t CutOffEncountered = CutOffInfo & (CO_Depth | CO_Interf);
1960     if (CutOffEncountered == CO_Depth)
1961       Ctx.emitError("register allocation failed: maximum depth for recoloring "
1962                     "reached. Use -fexhaustive-register-search to skip "
1963                     "cutoffs");
1964     else if (CutOffEncountered == CO_Interf)
1965       Ctx.emitError("register allocation failed: maximum interference for "
1966                     "recoloring reached. Use -fexhaustive-register-search "
1967                     "to skip cutoffs");
1968     else if (CutOffEncountered == (CO_Depth | CO_Interf))
1969       Ctx.emitError("register allocation failed: maximum interference and "
1970                     "depth for recoloring reached. Use "
1971                     "-fexhaustive-register-search to skip cutoffs");
1972   }
1973   return Reg;
1974 }
1975
1976 /// Using a CSR for the first time has a cost because it causes push|pop
1977 /// to be added to prologue|epilogue. Splitting a cold section of the live
1978 /// range can have lower cost than using the CSR for the first time;
1979 /// Spilling a live range in the cold path can have lower cost than using
1980 /// the CSR for the first time. Returns the physical register if we decide
1981 /// to use the CSR; otherwise return 0.
1982 MCRegister RAGreedy::tryAssignCSRFirstTime(
1983     const LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order, MCRegister PhysReg,
1984     uint8_t &CostPerUseLimit, SmallVectorImpl<Register> &NewVRegs) {
1985   if (ExtraInfo->getStage(VirtReg) == RS_Spill && VirtReg.isSpillable()) {
1986     // We choose spill over using the CSR for the first time if the spill cost
1987     // is lower than CSRCost.
1988     SA->analyze(&VirtReg);
1989     if (calcSpillCost() >= CSRCost)
1990       return PhysReg;
1991
1992     // We are going to spill, set CostPerUseLimit to 1 to make sure that
1993     // we will not use a callee-saved register in tryEvict.
1994     CostPerUseLimit = 1;
1995     return 0;
1996   }
1997   if (ExtraInfo->getStage(VirtReg) < RS_Split) {
1998     // We choose pre-splitting over using the CSR for the first time if
1999     // the cost of splitting is lower than CSRCost.
2000     SA->analyze(&VirtReg);
2001     unsigned NumCands = 0;
2002     BlockFrequency BestCost = CSRCost; // Don't modify CSRCost.
2003     unsigned BestCand = calculateRegionSplitCost(VirtReg, Order, BestCost,
2004                                                  NumCands, true /*IgnoreCSR*/);
2005     if (BestCand == NoCand)
2006       // Use the CSR if we can't find a region split below CSRCost.
2007       return PhysReg;
2008
2009     // Perform the actual pre-splitting.
2010     doRegionSplit(VirtReg, BestCand, false/*HasCompact*/, NewVRegs);
2011     return 0;
2012   }
2013   return PhysReg;
2014 }
2015
2016 void RAGreedy::aboutToRemoveInterval(const LiveInterval &LI) {
2017   // Do not keep invalid information around.
2018   SetOfBrokenHints.remove(&LI);
2019 }
2020
2021 void RAGreedy::initializeCSRCost() {
2022   // We use the larger one out of the command-line option and the value report
2023   // by TRI.
2024   CSRCost = BlockFrequency(
2025       std::max((unsigned)CSRFirstTimeCost, TRI->getCSRFirstUseCost()));
2026   if (!CSRCost.getFrequency())
2027     return;
2028
2029   // Raw cost is relative to Entry == 2^14; scale it appropriately.
2030   uint64_t ActualEntry = MBFI->getEntryFreq();
2031   if (!ActualEntry) {
2032     CSRCost = 0;
2033     return;
2034   }
2035   uint64_t FixedEntry = 1 << 14;
2036   if (ActualEntry < FixedEntry)
2037     CSRCost *= BranchProbability(ActualEntry, FixedEntry);
2038   else if (ActualEntry <= UINT32_MAX)
2039     // Invert the fraction and divide.
2040     CSRCost /= BranchProbability(FixedEntry, ActualEntry);
2041   else
2042     // Can't use BranchProbability in general, since it takes 32-bit numbers.
2043     CSRCost = CSRCost.getFrequency() * (ActualEntry / FixedEntry);
2044 }
2045
2046 /// Collect the hint info for \p Reg.
2047 /// The results are stored into \p Out.
2048 /// \p Out is not cleared before being populated.
2049 void RAGreedy::collectHintInfo(Register Reg, HintsInfo &Out) {
2050   for (const MachineInstr &Instr : MRI->reg_nodbg_instructions(Reg)) {
2051     if (!Instr.isFullCopy())
2052       continue;
2053     // Look for the other end of the copy.
2054     Register OtherReg = Instr.getOperand(0).getReg();
2055     if (OtherReg == Reg) {
2056       OtherReg = Instr.getOperand(1).getReg();
2057       if (OtherReg == Reg)
2058         continue;
2059     }
2060     // Get the current assignment.
2061     MCRegister OtherPhysReg =
2062         OtherReg.isPhysical() ? OtherReg.asMCReg() : VRM->getPhys(OtherReg);
2063     // Push the collected information.
2064     Out.push_back(HintInfo(MBFI->getBlockFreq(Instr.getParent()), OtherReg,
2065                            OtherPhysReg));
2066   }
2067 }
2068
2069 /// Using the given \p List, compute the cost of the broken hints if
2070 /// \p PhysReg was used.
2071 /// \return The cost of \p List for \p PhysReg.
2072 BlockFrequency RAGreedy::getBrokenHintFreq(const HintsInfo &List,
2073                                            MCRegister PhysReg) {
2074   BlockFrequency Cost = 0;
2075   for (const HintInfo &Info : List) {
2076     if (Info.PhysReg != PhysReg)
2077       Cost += Info.Freq;
2078   }
2079   return Cost;
2080 }
2081
2082 /// Using the register assigned to \p VirtReg, try to recolor
2083 /// all the live ranges that are copy-related with \p VirtReg.
2084 /// The recoloring is then propagated to all the live-ranges that have
2085 /// been recolored and so on, until no more copies can be coalesced or
2086 /// it is not profitable.
2087 /// For a given live range, profitability is determined by the sum of the
2088 /// frequencies of the non-identity copies it would introduce with the old
2089 /// and new register.
2090 void RAGreedy::tryHintRecoloring(const LiveInterval &VirtReg) {
2091   // We have a broken hint, check if it is possible to fix it by
2092   // reusing PhysReg for the copy-related live-ranges. Indeed, we evicted
2093   // some register and PhysReg may be available for the other live-ranges.
2094   SmallSet<Register, 4> Visited;
2095   SmallVector<unsigned, 2> RecoloringCandidates;
2096   HintsInfo Info;
2097   Register Reg = VirtReg.reg();
2098   MCRegister PhysReg = VRM->getPhys(Reg);
2099   // Start the recoloring algorithm from the input live-interval, then
2100   // it will propagate to the ones that are copy-related with it.
2101   Visited.insert(Reg);
2102   RecoloringCandidates.push_back(Reg);
2103
2104   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Trying to reconcile hints for: " << printReg(Reg, TRI)
2105                     << '(' << printReg(PhysReg, TRI) << ")\n");
2106
2107   do {
2108     Reg = RecoloringCandidates.pop_back_val();
2109
2110     // We cannot recolor physical register.
2111     if (Register::isPhysicalRegister(Reg))
2112       continue;
2113
2114     // This may be a skipped class
2115     if (!VRM->hasPhys(Reg)) {
2116       assert(!ShouldAllocateClass(*TRI, *MRI->getRegClass(Reg)) &&
2117              "We have an unallocated variable which should have been handled");
2118       continue;
2119     }
2120
2121     // Get the live interval mapped with this virtual register to be able
2122     // to check for the interference with the new color.
2123     LiveInterval &LI = LIS->getInterval(Reg);
2124     MCRegister CurrPhys = VRM->getPhys(Reg);
2125     // Check that the new color matches the register class constraints and
2126     // that it is free for this live range.
2127     if (CurrPhys != PhysReg && (!MRI->getRegClass(Reg)->contains(PhysReg) ||
2128                                 Matrix->checkInterference(LI, PhysReg)))
2129       continue;
2130
2131     LLVM_DEBUG(dbgs() << printReg(Reg, TRI) << '(' << printReg(CurrPhys, TRI)
2132                       << ") is recolorable.\n");
2133
2134     // Gather the hint info.
2135     Info.clear();
2136     collectHintInfo(Reg, Info);
2137     // Check if recoloring the live-range will increase the cost of the
2138     // non-identity copies.
2139     if (CurrPhys != PhysReg) {
2140       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Checking profitability:\n");
2141       BlockFrequency OldCopiesCost = getBrokenHintFreq(Info, CurrPhys);
2142       BlockFrequency NewCopiesCost = getBrokenHintFreq(Info, PhysReg);
2143       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Old Cost: " << OldCopiesCost.getFrequency()
2144                         << "\nNew Cost: " << NewCopiesCost.getFrequency()
2145                         << '\n');
2146       if (OldCopiesCost < NewCopiesCost) {
2147         LLVM_DEBUG(dbgs() << "=> Not profitable.\n");
2148         continue;
2149       }
2150       // At this point, the cost is either cheaper or equal. If it is
2151       // equal, we consider this is profitable because it may expose
2152       // more recoloring opportunities.
2153       LLVM_DEBUG(dbgs() << "=> Profitable.\n");
2154       // Recolor the live-range.
2155       Matrix->unassign(LI);
2156       Matrix->assign(LI, PhysReg);
2157     }
2158     // Push all copy-related live-ranges to keep reconciling the broken
2159     // hints.
2160     for (const HintInfo &HI : Info) {
2161       if (Visited.insert(HI.Reg).second)
2162         RecoloringCandidates.push_back(HI.Reg);
2163     }
2164   } while (!RecoloringCandidates.empty());
2165 }
2166
2167 /// Try to recolor broken hints.
2168 /// Broken hints may be repaired by recoloring when an evicted variable
2169 /// freed up a register for a larger live-range.
2170 /// Consider the following example:
2171 /// BB1:
2172 ///   a =
2173 ///   b =
2174 /// BB2:
2175 ///   ...
2176 ///   = b
2177 ///   = a
2178 /// Let us assume b gets split:
2179 /// BB1:
2180 ///   a =
2181 ///   b =
2182 /// BB2:
2183 ///   c = b
2184 ///   ...
2185 ///   d = c
2186 ///   = d
2187 ///   = a
2188 /// Because of how the allocation work, b, c, and d may be assigned different
2189 /// colors. Now, if a gets evicted later:
2190 /// BB1:
2191 ///   a =
2192 ///   st a, SpillSlot
2193 ///   b =
2194 /// BB2:
2195 ///   c = b
2196 ///   ...
2197 ///   d = c
2198 ///   = d
2199 ///   e = ld SpillSlot
2200 ///   = e
2201 /// This is likely that we can assign the same register for b, c, and d,
2202 /// getting rid of 2 copies.
2203 void RAGreedy::tryHintsRecoloring() {
2204   for (const LiveInterval *LI : SetOfBrokenHints) {
2205     assert(Register::isVirtualRegister(LI->reg()) &&
2206            "Recoloring is possible only for virtual registers");
2207     // Some dead defs may be around (e.g., because of debug uses).
2208     // Ignore those.
2209     if (!VRM->hasPhys(LI->reg()))
2210       continue;
2211     tryHintRecoloring(*LI);
2212   }
2213 }
2214
2215 MCRegister RAGreedy::selectOrSplitImpl(const LiveInterval &VirtReg,
2216                                        SmallVectorImpl<Register> &NewVRegs,
2217                                        SmallVirtRegSet &FixedRegisters,
2218                                        RecoloringStack &RecolorStack,
2219                                        unsigned Depth) {
2220   uint8_t CostPerUseLimit = uint8_t(~0u);
2221   // First try assigning a free register.
2222   auto Order =
2223       AllocationOrder::create(VirtReg.reg(), *VRM, RegClassInfo, Matrix);
2224   if (MCRegister PhysReg =
2225           tryAssign(VirtReg, Order, NewVRegs, FixedRegisters)) {
2226     // When NewVRegs is not empty, we may have made decisions such as evicting
2227     // a virtual register, go with the earlier decisions and use the physical
2228     // register.
2229     if (CSRCost.getFrequency() &&
2230         EvictAdvisor->isUnusedCalleeSavedReg(PhysReg) && NewVRegs.empty()) {
2231       MCRegister CSRReg = tryAssignCSRFirstTime(VirtReg, Order, PhysReg,
2232                                                 CostPerUseLimit, NewVRegs);
2233       if (CSRReg || !NewVRegs.empty())
2234         // Return now if we decide to use a CSR or create new vregs due to
2235         // pre-splitting.
2236         return CSRReg;
2237     } else
2238       return PhysReg;
2239   }
2240
2241   LiveRangeStage Stage = ExtraInfo->getStage(VirtReg);
2242   LLVM_DEBUG(dbgs() << StageName[Stage] << " Cascade "
2243                     << ExtraInfo->getCascade(VirtReg.reg()) << '\n');
2244
2245   // Try to evict a less worthy live range, but only for ranges from the primary
2246   // queue. The RS_Split ranges already failed to do this, and they should not
2247   // get a second chance until they have been split.
2248   if (Stage != RS_Split)
2249     if (Register PhysReg =
2250             tryEvict(VirtReg, Order, NewVRegs, CostPerUseLimit,
2251                      FixedRegisters)) {
2252       Register Hint = MRI->getSimpleHint(VirtReg.reg());
2253       // If VirtReg has a hint and that hint is broken record this
2254       // virtual register as a recoloring candidate for broken hint.
2255       // Indeed, since we evicted a variable in its neighborhood it is
2256       // likely we can at least partially recolor some of the
2257       // copy-related live-ranges.
2258       if (Hint && Hint != PhysReg)
2259         SetOfBrokenHints.insert(&VirtReg);
2260       return PhysReg;
2261     }
2262
2263   assert((NewVRegs.empty() || Depth) && "Cannot append to existing NewVRegs");
2264
2265   // The first time we see a live range, don't try to split or spill.
2266   // Wait until the second time, when all smaller ranges have been allocated.
2267   // This gives a better picture of the interference to split around.
2268   if (Stage < RS_Split) {
2269     ExtraInfo->setStage(VirtReg, RS_Split);
2270     LLVM_DEBUG(dbgs() << "wait for second round\n");
2271     NewVRegs.push_back(VirtReg.reg());
2272     return 0;
2273   }
2274
2275   if (Stage < RS_Spill) {
2276     // Try splitting VirtReg or interferences.
2277     unsigned NewVRegSizeBefore = NewVRegs.size();
2278     Register PhysReg = trySplit(VirtReg, Order, NewVRegs, FixedRegisters);
2279     if (PhysReg || (NewVRegs.size() - NewVRegSizeBefore))
2280       return PhysReg;
2281   }
2282
2283   // If we couldn't allocate a register from spilling, there is probably some
2284   // invalid inline assembly. The base class will report it.
2285   if (Stage >= RS_Done || !VirtReg.isSpillable()) {
2286     return tryLastChanceRecoloring(VirtReg, Order, NewVRegs, FixedRegisters,
2287                                    RecolorStack, Depth);
2288   }
2289
2290   // Finally spill VirtReg itself.
2291   if ((EnableDeferredSpilling ||
2292        TRI->shouldUseDeferredSpillingForVirtReg(*MF, VirtReg)) &&
2293       ExtraInfo->getStage(VirtReg) < RS_Memory) {
2294     // TODO: This is experimental and in particular, we do not model
2295     // the live range splitting done by spilling correctly.
2296     // We would need a deep integration with the spiller to do the
2297     // right thing here. Anyway, that is still good for early testing.
2298     ExtraInfo->setStage(VirtReg, RS_Memory);
2299     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Do as if this register is in memory\n");
2300     NewVRegs.push_back(VirtReg.reg());
2301   } else {
2302     NamedRegionTimer T("spill", "Spiller", TimerGroupName,
2303                        TimerGroupDescription, TimePassesIsEnabled);
2304     LiveRangeEdit LRE(&VirtReg, NewVRegs, *MF, *LIS, VRM, this, &DeadRemats);
2305     spiller().spill(LRE);
2306     ExtraInfo->setStage(NewVRegs.begin(), NewVRegs.end(), RS_Done);
2307
2308     // Tell LiveDebugVariables about the new ranges. Ranges not being covered by
2309     // the new regs are kept in LDV (still mapping to the old register), until
2310     // we rewrite spilled locations in LDV at a later stage.
2311     DebugVars->splitRegister(VirtReg.reg(), LRE.regs(), *LIS);
2312
2313     if (VerifyEnabled)
2314       MF->verify(this, "After spilling");
2315   }
2316
2317   // The live virtual register requesting allocation was spilled, so tell
2318   // the caller not to allocate anything during this round.
2319   return 0;
2320 }
2321
2322 void RAGreedy::RAGreedyStats::report(MachineOptimizationRemarkMissed &R) {
2323   using namespace ore;
2324   if (Spills) {
2325     R << NV("NumSpills", Spills) << " spills ";
2326     R << NV("TotalSpillsCost", SpillsCost) << " total spills cost ";
2327   }
2328   if (FoldedSpills) {
2329     R << NV("NumFoldedSpills", FoldedSpills) << " folded spills ";
2330     R << NV("TotalFoldedSpillsCost", FoldedSpillsCost)
2331       << " total folded spills cost ";
2332   }
2333   if (Reloads) {
2334     R << NV("NumReloads", Reloads) << " reloads ";
2335     R << NV("TotalReloadsCost", ReloadsCost) << " total reloads cost ";
2336   }
2337   if (FoldedReloads) {
2338     R << NV("NumFoldedReloads", FoldedReloads) << " folded reloads ";
2339     R << NV("TotalFoldedReloadsCost", FoldedReloadsCost)
2340       << " total folded reloads cost ";
2341   }
2342   if (ZeroCostFoldedReloads)
2343     R << NV("NumZeroCostFoldedReloads", ZeroCostFoldedReloads)
2344       << " zero cost folded reloads ";
2345   if (Copies) {
2346     R << NV("NumVRCopies", Copies) << " virtual registers copies ";
2347     R << NV("TotalCopiesCost", CopiesCost) << " total copies cost ";
2348   }
2349 }
2350
2351 RAGreedy::RAGreedyStats RAGreedy::computeStats(MachineBasicBlock &MBB) {
2352   RAGreedyStats Stats;
2353   const MachineFrameInfo &MFI = MF->getFrameInfo();
2354   int FI;
2355
2356   auto isSpillSlotAccess = [&MFI](const MachineMemOperand *A) {
2357     return MFI.isSpillSlotObjectIndex(cast<FixedStackPseudoSourceValue>(
2358         A->getPseudoValue())->getFrameIndex());
2359   };
2360   auto isPatchpointInstr = [](const MachineInstr &MI) {
2361     return MI.getOpcode() == TargetOpcode::PATCHPOINT ||
2362            MI.getOpcode() == TargetOpcode::STACKMAP ||
2363            MI.getOpcode() == TargetOpcode::STATEPOINT;
2364   };
2365   for (MachineInstr &MI : MBB) {
2366     if (MI.isCopy()) {
2367       MachineOperand &Dest = MI.getOperand(0);
2368       MachineOperand &Src = MI.getOperand(1);
2369       if (Dest.isReg() && Src.isReg() && Dest.getReg().isVirtual() &&
2370           Src.getReg().isVirtual())
2371         ++Stats.Copies;
2372       continue;
2373     }
2374
2375     SmallVector<const MachineMemOperand *, 2> Accesses;
2376     if (TII->isLoadFromStackSlot(MI, FI) && MFI.isSpillSlotObjectIndex(FI)) {
2377       ++Stats.Reloads;
2378       continue;
2379     }
2380     if (TII->isStoreToStackSlot(MI, FI) && MFI.isSpillSlotObjectIndex(FI)) {
2381       ++Stats.Spills;
2382       continue;
2383     }
2384     if (TII->hasLoadFromStackSlot(MI, Accesses) &&
2385         llvm::any_of(Accesses, isSpillSlotAccess)) {
2386       if (!isPatchpointInstr(MI)) {
2387         Stats.FoldedReloads += Accesses.size();
2388         continue;
2389       }
2390       // For statepoint there may be folded and zero cost folded stack reloads.
2391       std::pair<unsigned, unsigned> NonZeroCostRange =
2392           TII->getPatchpointUnfoldableRange(MI);
2393       SmallSet<unsigned, 16> FoldedReloads;
2394       SmallSet<unsigned, 16> ZeroCostFoldedReloads;
2395       for (unsigned Idx = 0, E = MI.getNumOperands(); Idx < E; ++Idx) {
2396         MachineOperand &MO = MI.getOperand(Idx);
2397         if (!MO.isFI() || !MFI.isSpillSlotObjectIndex(MO.getIndex()))
2398           continue;
2399         if (Idx >= NonZeroCostRange.first && Idx < NonZeroCostRange.second)
2400           FoldedReloads.insert(MO.getIndex());
2401         else
2402           ZeroCostFoldedReloads.insert(MO.getIndex());
2403       }
2404       // If stack slot is used in folded reload it is not zero cost then.
2405       for (unsigned Slot : FoldedReloads)
2406         ZeroCostFoldedReloads.erase(Slot);
2407       Stats.FoldedReloads += FoldedReloads.size();
2408       Stats.ZeroCostFoldedReloads += ZeroCostFoldedReloads.size();
2409       continue;
2410     }
2411     Accesses.clear();
2412     if (TII->hasStoreToStackSlot(MI, Accesses) &&
2413         llvm::any_of(Accesses, isSpillSlotAccess)) {
2414       Stats.FoldedSpills += Accesses.size();
2415     }
2416   }
2417   // Set cost of collected statistic by multiplication to relative frequency of
2418   // this basic block.
2419   float RelFreq = MBFI->getBlockFreqRelativeToEntryBlock(&MBB);
2420   Stats.ReloadsCost = RelFreq * Stats.Reloads;
2421   Stats.FoldedReloadsCost = RelFreq * Stats.FoldedReloads;
2422   Stats.SpillsCost = RelFreq * Stats.Spills;
2423   Stats.FoldedSpillsCost = RelFreq * Stats.FoldedSpills;
2424   Stats.CopiesCost = RelFreq * Stats.Copies;
2425   return Stats;
2426 }
2427
2428 RAGreedy::RAGreedyStats RAGreedy::reportStats(MachineLoop *L) {
2429   RAGreedyStats Stats;
2430
2431   // Sum up the spill and reloads in subloops.
2432   for (MachineLoop *SubLoop : *L)
2433     Stats.add(reportStats(SubLoop));
2434
2435   for (MachineBasicBlock *MBB : L->getBlocks())
2436     // Handle blocks that were not included in subloops.
2437     if (Loops->getLoopFor(MBB) == L)
2438       Stats.add(computeStats(*MBB));
2439
2440   if (!Stats.isEmpty()) {
2441     using namespace ore;
2442
2443     ORE->emit([&]() {
2444       MachineOptimizationRemarkMissed R(DEBUG_TYPE, "LoopSpillReloadCopies",
2445                                         L->getStartLoc(), L->getHeader());
2446       Stats.report(R);
2447       R << "generated in loop";
2448       return R;
2449     });
2450   }
2451   return Stats;
2452 }
2453
2454 void RAGreedy::reportStats() {
2455   if (!ORE->allowExtraAnalysis(DEBUG_TYPE))
2456     return;
2457   RAGreedyStats Stats;
2458   for (MachineLoop *L : *Loops)
2459     Stats.add(reportStats(L));
2460   // Process non-loop blocks.
2461   for (MachineBasicBlock &MBB : *MF)
2462     if (!Loops->getLoopFor(&MBB))
2463       Stats.add(computeStats(MBB));
2464   if (!Stats.isEmpty()) {
2465     using namespace ore;
2466
2467     ORE->emit([&]() {
2468       DebugLoc Loc;
2469       if (auto *SP = MF->getFunction().getSubprogram())
2470         Loc = DILocation::get(SP->getContext(), SP->getLine(), 1, SP);
2471       MachineOptimizationRemarkMissed R(DEBUG_TYPE, "SpillReloadCopies", Loc,
2472                                         &MF->front());
2473       Stats.report(R);
2474       R << "generated in function";
2475       return R;
2476     });
2477   }
2478 }
2479
2480 bool RAGreedy::hasVirtRegAlloc() {
2481   for (unsigned I = 0, E = MRI->getNumVirtRegs(); I != E; ++I) {
2482     Register Reg = Register::index2VirtReg(I);
2483     if (MRI->reg_nodbg_empty(Reg))
2484       continue;
2485     const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(Reg);
2486     if (!RC)
2487       continue;
2488     if (ShouldAllocateClass(*TRI, *RC))
2489       return true;
2490   }
2491
2492   return false;
2493 }
2494
2495 bool RAGreedy::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
2496   LLVM_DEBUG(dbgs() << "********** GREEDY REGISTER ALLOCATION **********\n"
2497                     << "********** Function: " << mf.getName() << '\n');
2498
2499   MF = &mf;
2500   TII = MF->getSubtarget().getInstrInfo();
2501
2502   if (VerifyEnabled)
2503     MF->verify(this, "Before greedy register allocator");
2504
2505   RegAllocBase::init(getAnalysis<VirtRegMap>(),
2506                      getAnalysis<LiveIntervals>(),
2507                      getAnalysis<LiveRegMatrix>());
2508
2509   // Early return if there is no virtual register to be allocated to a
2510   // physical register.
2511   if (!hasVirtRegAlloc())
2512     return false;
2513
2514   Indexes = &getAnalysis<SlotIndexes>();
2515   MBFI = &getAnalysis<MachineBlockFrequencyInfo>();
2516   DomTree = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
2517   ORE = &getAnalysis<MachineOptimizationRemarkEmitterPass>().getORE();
2518   Loops = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
2519   Bundles = &getAnalysis<EdgeBundles>();
2520   SpillPlacer = &getAnalysis<SpillPlacement>();
2521   DebugVars = &getAnalysis<LiveDebugVariables>();
2522
2523   initializeCSRCost();
2524
2525   RegCosts = TRI->getRegisterCosts(*MF);
2526   RegClassPriorityTrumpsGlobalness =
2527       GreedyRegClassPriorityTrumpsGlobalness.getNumOccurrences()
2528           ? GreedyRegClassPriorityTrumpsGlobalness
2529           : TRI->regClassPriorityTrumpsGlobalness(*MF);
2530
2531   ExtraInfo.emplace();
2532   EvictAdvisor =
2533       getAnalysis<RegAllocEvictionAdvisorAnalysis>().getAdvisor(*MF, *this);
2534
2535   VRAI = std::make_unique<VirtRegAuxInfo>(*MF, *LIS, *VRM, *Loops, *MBFI);
2536   SpillerInstance.reset(createInlineSpiller(*this, *MF, *VRM, *VRAI));
2537
2538   VRAI->calculateSpillWeightsAndHints();
2539
2540   LLVM_DEBUG(LIS->dump());
2541
2542   SA.reset(new SplitAnalysis(*VRM, *LIS, *Loops));
2543   SE.reset(new SplitEditor(*SA, *LIS, *VRM, *DomTree, *MBFI, *VRAI));
2544
2545   IntfCache.init(MF, Matrix->getLiveUnions(), Indexes, LIS, TRI);
2546   GlobalCand.resize(32);  // This will grow as needed.
2547   SetOfBrokenHints.clear();
2548
2549   allocatePhysRegs();
2550   tryHintsRecoloring();
2551
2552   if (VerifyEnabled)
2553     MF->verify(this, "Before post optimization");
2554   postOptimization();
2555   reportStats();
2556
2557   releaseMemory();
2558   return true;
2559 }