]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/CodeGen/RegAllocGreedy.cpp
Merge llvm trunk r321414 to contrib/llvm.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / CodeGen / RegAllocGreedy.cpp
1 //===- RegAllocGreedy.cpp - greedy register allocator ---------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file defines the RAGreedy function pass for register allocation in
11 // optimized builds.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "AllocationOrder.h"
16 #include "InterferenceCache.h"
17 #include "LiveDebugVariables.h"
18 #include "RegAllocBase.h"
19 #include "SpillPlacement.h"
20 #include "Spiller.h"
21 #include "SplitKit.h"
22 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
23 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
24 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
25 #include "llvm/ADT/IndexedMap.h"
26 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
27 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
28 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
29 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
31 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
32 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
33 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
34 #include "llvm/Analysis/OptimizationRemarkEmitter.h"
35 #include "llvm/CodeGen/CalcSpillWeights.h"
36 #include "llvm/CodeGen/EdgeBundles.h"
37 #include "llvm/CodeGen/LiveInterval.h"
38 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalUnion.h"
39 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervals.h"
40 #include "llvm/CodeGen/LiveRangeEdit.h"
41 #include "llvm/CodeGen/LiveRegMatrix.h"
42 #include "llvm/CodeGen/LiveStacks.h"
43 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
44 #include "llvm/CodeGen/MachineBlockFrequencyInfo.h"
45 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
46 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
47 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
48 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
49 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
50 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
51 #include "llvm/CodeGen/MachineOperand.h"
52 #include "llvm/CodeGen/MachineOptimizationRemarkEmitter.h"
53 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
54 #include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
55 #include "llvm/CodeGen/RegisterClassInfo.h"
56 #include "llvm/CodeGen/SlotIndexes.h"
57 #include "llvm/CodeGen/TargetInstrInfo.h"
58 #include "llvm/CodeGen/TargetRegisterInfo.h"
59 #include "llvm/CodeGen/TargetSubtargetInfo.h"
60 #include "llvm/CodeGen/VirtRegMap.h"
61 #include "llvm/IR/Function.h"
62 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
63 #include "llvm/MC/MCRegisterInfo.h"
64 #include "llvm/Pass.h"
65 #include "llvm/Support/BlockFrequency.h"
66 #include "llvm/Support/BranchProbability.h"
67 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
68 #include "llvm/Support/Debug.h"
69 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
70 #include "llvm/Support/Timer.h"
71 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
72 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
73 #include <algorithm>
74 #include <cassert>
75 #include <cstdint>
76 #include <memory>
77 #include <queue>
78 #include <tuple>
79 #include <utility>
80
81 using namespace llvm;
82
83 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
84
85 STATISTIC(NumGlobalSplits, "Number of split global live ranges");
86 STATISTIC(NumLocalSplits,  "Number of split local live ranges");
87 STATISTIC(NumEvicted,      "Number of interferences evicted");
88
89 static cl::opt<SplitEditor::ComplementSpillMode> SplitSpillMode(
90     "split-spill-mode", cl::Hidden,
91     cl::desc("Spill mode for splitting live ranges"),
92     cl::values(clEnumValN(SplitEditor::SM_Partition, "default", "Default"),
93                clEnumValN(SplitEditor::SM_Size, "size", "Optimize for size"),
94                clEnumValN(SplitEditor::SM_Speed, "speed", "Optimize for speed")),
95     cl::init(SplitEditor::SM_Speed));
96
97 static cl::opt<unsigned>
98 LastChanceRecoloringMaxDepth("lcr-max-depth", cl::Hidden,
99                              cl::desc("Last chance recoloring max depth"),
100                              cl::init(5));
101
102 static cl::opt<unsigned> LastChanceRecoloringMaxInterference(
103     "lcr-max-interf", cl::Hidden,
104     cl::desc("Last chance recoloring maximum number of considered"
105              " interference at a time"),
106     cl::init(8));
107
108 static cl::opt<bool> ExhaustiveSearch(
109     "exhaustive-register-search", cl::NotHidden,
110     cl::desc("Exhaustive Search for registers bypassing the depth "
111              "and interference cutoffs of last chance recoloring"),
112     cl::Hidden);
113
114 static cl::opt<bool> EnableLocalReassignment(
115     "enable-local-reassign", cl::Hidden,
116     cl::desc("Local reassignment can yield better allocation decisions, but "
117              "may be compile time intensive"),
118     cl::init(false));
119
120 static cl::opt<bool> EnableDeferredSpilling(
121     "enable-deferred-spilling", cl::Hidden,
122     cl::desc("Instead of spilling a variable right away, defer the actual "
123              "code insertion to the end of the allocation. That way the "
124              "allocator might still find a suitable coloring for this "
125              "variable because of other evicted variables."),
126     cl::init(false));
127
128 // FIXME: Find a good default for this flag and remove the flag.
129 static cl::opt<unsigned>
130 CSRFirstTimeCost("regalloc-csr-first-time-cost",
131               cl::desc("Cost for first time use of callee-saved register."),
132               cl::init(0), cl::Hidden);
133
134 static cl::opt<bool> ConsiderLocalIntervalCost(
135     "condsider-local-interval-cost", cl::Hidden,
136     cl::desc("Consider the cost of local intervals created by a split "
137              "candidate when choosing the best split candidate."),
138     cl::init(false));
139
140 static RegisterRegAlloc greedyRegAlloc("greedy", "greedy register allocator",
141                                        createGreedyRegisterAllocator);
142
143 namespace {
144
145 class RAGreedy : public MachineFunctionPass,
146                  public RegAllocBase,
147                  private LiveRangeEdit::Delegate {
148   // Convenient shortcuts.
149   using PQueue = std::priority_queue<std::pair<unsigned, unsigned>>;
150   using SmallLISet = SmallPtrSet<LiveInterval *, 4>;
151   using SmallVirtRegSet = SmallSet<unsigned, 16>;
152
153   // context
154   MachineFunction *MF;
155
156   // Shortcuts to some useful interface.
157   const TargetInstrInfo *TII;
158   const TargetRegisterInfo *TRI;
159   RegisterClassInfo RCI;
160
161   // analyses
162   SlotIndexes *Indexes;
163   MachineBlockFrequencyInfo *MBFI;
164   MachineDominatorTree *DomTree;
165   MachineLoopInfo *Loops;
166   MachineOptimizationRemarkEmitter *ORE;
167   EdgeBundles *Bundles;
168   SpillPlacement *SpillPlacer;
169   LiveDebugVariables *DebugVars;
170   AliasAnalysis *AA;
171
172   // state
173   std::unique_ptr<Spiller> SpillerInstance;
174   PQueue Queue;
175   unsigned NextCascade;
176
177   // Live ranges pass through a number of stages as we try to allocate them.
178   // Some of the stages may also create new live ranges:
179   //
180   // - Region splitting.
181   // - Per-block splitting.
182   // - Local splitting.
183   // - Spilling.
184   //
185   // Ranges produced by one of the stages skip the previous stages when they are
186   // dequeued. This improves performance because we can skip interference checks
187   // that are unlikely to give any results. It also guarantees that the live
188   // range splitting algorithm terminates, something that is otherwise hard to
189   // ensure.
190   enum LiveRangeStage {
191     /// Newly created live range that has never been queued.
192     RS_New,
193
194     /// Only attempt assignment and eviction. Then requeue as RS_Split.
195     RS_Assign,
196
197     /// Attempt live range splitting if assignment is impossible.
198     RS_Split,
199
200     /// Attempt more aggressive live range splitting that is guaranteed to make
201     /// progress.  This is used for split products that may not be making
202     /// progress.
203     RS_Split2,
204
205     /// Live range will be spilled.  No more splitting will be attempted.
206     RS_Spill,
207
208
209     /// Live range is in memory. Because of other evictions, it might get moved
210     /// in a register in the end.
211     RS_Memory,
212
213     /// There is nothing more we can do to this live range.  Abort compilation
214     /// if it can't be assigned.
215     RS_Done
216   };
217
218   // Enum CutOffStage to keep a track whether the register allocation failed
219   // because of the cutoffs encountered in last chance recoloring.
220   // Note: This is used as bitmask. New value should be next power of 2.
221   enum CutOffStage {
222     // No cutoffs encountered
223     CO_None = 0,
224
225     // lcr-max-depth cutoff encountered
226     CO_Depth = 1,
227
228     // lcr-max-interf cutoff encountered
229     CO_Interf = 2
230   };
231
232   uint8_t CutOffInfo;
233
234 #ifndef NDEBUG
235   static const char *const StageName[];
236 #endif
237
238   // RegInfo - Keep additional information about each live range.
239   struct RegInfo {
240     LiveRangeStage Stage = RS_New;
241
242     // Cascade - Eviction loop prevention. See canEvictInterference().
243     unsigned Cascade = 0;
244
245     RegInfo() = default;
246   };
247
248   IndexedMap<RegInfo, VirtReg2IndexFunctor> ExtraRegInfo;
249
250   LiveRangeStage getStage(const LiveInterval &VirtReg) const {
251     return ExtraRegInfo[VirtReg.reg].Stage;
252   }
253
254   void setStage(const LiveInterval &VirtReg, LiveRangeStage Stage) {
255     ExtraRegInfo.resize(MRI->getNumVirtRegs());
256     ExtraRegInfo[VirtReg.reg].Stage = Stage;
257   }
258
259   template<typename Iterator>
260   void setStage(Iterator Begin, Iterator End, LiveRangeStage NewStage) {
261     ExtraRegInfo.resize(MRI->getNumVirtRegs());
262     for (;Begin != End; ++Begin) {
263       unsigned Reg = *Begin;
264       if (ExtraRegInfo[Reg].Stage == RS_New)
265         ExtraRegInfo[Reg].Stage = NewStage;
266     }
267   }
268
269   /// Cost of evicting interference.
270   struct EvictionCost {
271     unsigned BrokenHints = 0; ///< Total number of broken hints.
272     float MaxWeight = 0;      ///< Maximum spill weight evicted.
273
274     EvictionCost() = default;
275
276     bool isMax() const { return BrokenHints == ~0u; }
277
278     void setMax() { BrokenHints = ~0u; }
279
280     void setBrokenHints(unsigned NHints) { BrokenHints = NHints; }
281
282     bool operator<(const EvictionCost &O) const {
283       return std::tie(BrokenHints, MaxWeight) <
284              std::tie(O.BrokenHints, O.MaxWeight);
285     }
286   };
287
288   /// EvictionTrack - Keeps track of past evictions in order to optimize region
289   /// split decision.
290   class EvictionTrack {
291
292   public:
293     using EvictorInfo =
294         std::pair<unsigned /* evictor */, unsigned /* physreg */>;
295     using EvicteeInfo = llvm::MapVector<unsigned /* evictee */, EvictorInfo>;
296
297   private:
298     /// Each Vreg that has been evicted in the last stage of selectOrSplit will
299     /// be mapped to the evictor Vreg and the PhysReg it was evicted from.
300     EvicteeInfo Evictees;
301
302   public:
303     /// \brief Clear all eviction information.
304     void clear() { Evictees.clear(); }
305
306     /// \brief  Clear eviction information for the given evictee Vreg.
307     /// E.g. when Vreg get's a new allocation, the old eviction info is no
308     /// longer relevant.
309     /// \param Evictee The evictee Vreg for whom we want to clear collected
310     /// eviction info.
311     void clearEvicteeInfo(unsigned Evictee) { Evictees.erase(Evictee); }
312
313     /// \brief Track new eviction.
314     /// The Evictor vreg has evicted the Evictee vreg from Physreg.
315     /// \praram PhysReg The phisical register Evictee was evicted from.
316     /// \praram Evictor The evictor Vreg that evicted Evictee.
317     /// \praram Evictee The evictee Vreg.
318     void addEviction(unsigned PhysReg, unsigned Evictor, unsigned Evictee) {
319       Evictees[Evictee].first = Evictor;
320       Evictees[Evictee].second = PhysReg;
321     }
322
323     /// Return the Evictor Vreg which evicted Evictee Vreg from PhysReg.
324     /// \praram Evictee The evictee vreg.
325     /// \return The Evictor vreg which evicted Evictee vreg from PhysReg. 0 if
326     /// nobody has evicted Evictee from PhysReg.
327     EvictorInfo getEvictor(unsigned Evictee) {
328       if (Evictees.count(Evictee)) {
329         return Evictees[Evictee];
330       }
331
332       return EvictorInfo(0, 0);
333     }
334   };
335
336   // Keeps track of past evictions in order to optimize region split decision.
337   EvictionTrack LastEvicted;
338
339   // splitting state.
340   std::unique_ptr<SplitAnalysis> SA;
341   std::unique_ptr<SplitEditor> SE;
342
343   /// Cached per-block interference maps
344   InterferenceCache IntfCache;
345
346   /// All basic blocks where the current register has uses.
347   SmallVector<SpillPlacement::BlockConstraint, 8> SplitConstraints;
348
349   /// Global live range splitting candidate info.
350   struct GlobalSplitCandidate {
351     // Register intended for assignment, or 0.
352     unsigned PhysReg;
353
354     // SplitKit interval index for this candidate.
355     unsigned IntvIdx;
356
357     // Interference for PhysReg.
358     InterferenceCache::Cursor Intf;
359
360     // Bundles where this candidate should be live.
361     BitVector LiveBundles;
362     SmallVector<unsigned, 8> ActiveBlocks;
363
364     void reset(InterferenceCache &Cache, unsigned Reg) {
365       PhysReg = Reg;
366       IntvIdx = 0;
367       Intf.setPhysReg(Cache, Reg);
368       LiveBundles.clear();
369       ActiveBlocks.clear();
370     }
371
372     // Set B[i] = C for every live bundle where B[i] was NoCand.
373     unsigned getBundles(SmallVectorImpl<unsigned> &B, unsigned C) {
374       unsigned Count = 0;
375       for (unsigned i : LiveBundles.set_bits())
376         if (B[i] == NoCand) {
377           B[i] = C;
378           Count++;
379         }
380       return Count;
381     }
382   };
383
384   /// Candidate info for each PhysReg in AllocationOrder.
385   /// This vector never shrinks, but grows to the size of the largest register
386   /// class.
387   SmallVector<GlobalSplitCandidate, 32> GlobalCand;
388
389   enum : unsigned { NoCand = ~0u };
390
391   /// Candidate map. Each edge bundle is assigned to a GlobalCand entry, or to
392   /// NoCand which indicates the stack interval.
393   SmallVector<unsigned, 32> BundleCand;
394
395   /// Callee-save register cost, calculated once per machine function.
396   BlockFrequency CSRCost;
397
398   /// Run or not the local reassignment heuristic. This information is
399   /// obtained from the TargetSubtargetInfo.
400   bool EnableLocalReassign;
401
402   /// Enable or not the the consideration of the cost of local intervals created
403   /// by a split candidate when choosing the best split candidate.
404   bool EnableAdvancedRASplitCost;
405
406   /// Set of broken hints that may be reconciled later because of eviction.
407   SmallSetVector<LiveInterval *, 8> SetOfBrokenHints;
408
409 public:
410   RAGreedy();
411
412   /// Return the pass name.
413   StringRef getPassName() const override { return "Greedy Register Allocator"; }
414
415   /// RAGreedy analysis usage.
416   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
417   void releaseMemory() override;
418   Spiller &spiller() override { return *SpillerInstance; }
419   void enqueue(LiveInterval *LI) override;
420   LiveInterval *dequeue() override;
421   unsigned selectOrSplit(LiveInterval&, SmallVectorImpl<unsigned>&) override;
422   void aboutToRemoveInterval(LiveInterval &) override;
423
424   /// Perform register allocation.
425   bool runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) override;
426
427   MachineFunctionProperties getRequiredProperties() const override {
428     return MachineFunctionProperties().set(
429         MachineFunctionProperties::Property::NoPHIs);
430   }
431
432   static char ID;
433
434 private:
435   unsigned selectOrSplitImpl(LiveInterval &, SmallVectorImpl<unsigned> &,
436                              SmallVirtRegSet &, unsigned = 0);
437
438   bool LRE_CanEraseVirtReg(unsigned) override;
439   void LRE_WillShrinkVirtReg(unsigned) override;
440   void LRE_DidCloneVirtReg(unsigned, unsigned) override;
441   void enqueue(PQueue &CurQueue, LiveInterval *LI);
442   LiveInterval *dequeue(PQueue &CurQueue);
443
444   BlockFrequency calcSpillCost();
445   bool addSplitConstraints(InterferenceCache::Cursor, BlockFrequency&);
446   void addThroughConstraints(InterferenceCache::Cursor, ArrayRef<unsigned>);
447   void growRegion(GlobalSplitCandidate &Cand);
448   bool splitCanCauseEvictionChain(unsigned Evictee, GlobalSplitCandidate &Cand,
449                                   unsigned BBNumber,
450                                   const AllocationOrder &Order);
451   BlockFrequency calcGlobalSplitCost(GlobalSplitCandidate &,
452                                      const AllocationOrder &Order,
453                                      bool *CanCauseEvictionChain);
454   bool calcCompactRegion(GlobalSplitCandidate&);
455   void splitAroundRegion(LiveRangeEdit&, ArrayRef<unsigned>);
456   void calcGapWeights(unsigned, SmallVectorImpl<float>&);
457   unsigned canReassign(LiveInterval &VirtReg, unsigned PhysReg);
458   bool shouldEvict(LiveInterval &A, bool, LiveInterval &B, bool);
459   bool canEvictInterference(LiveInterval&, unsigned, bool, EvictionCost&);
460   bool canEvictInterferenceInRange(LiveInterval &VirtReg, unsigned PhysReg,
461                                    SlotIndex Start, SlotIndex End,
462                                    EvictionCost &MaxCost);
463   unsigned getCheapestEvicteeWeight(const AllocationOrder &Order,
464                                     LiveInterval &VirtReg, SlotIndex Start,
465                                     SlotIndex End, float *BestEvictWeight);
466   void evictInterference(LiveInterval&, unsigned,
467                          SmallVectorImpl<unsigned>&);
468   bool mayRecolorAllInterferences(unsigned PhysReg, LiveInterval &VirtReg,
469                                   SmallLISet &RecoloringCandidates,
470                                   const SmallVirtRegSet &FixedRegisters);
471
472   unsigned tryAssign(LiveInterval&, AllocationOrder&,
473                      SmallVectorImpl<unsigned>&);
474   unsigned tryEvict(LiveInterval&, AllocationOrder&,
475                     SmallVectorImpl<unsigned>&, unsigned = ~0u);
476   unsigned tryRegionSplit(LiveInterval&, AllocationOrder&,
477                           SmallVectorImpl<unsigned>&);
478   /// Calculate cost of region splitting.
479   unsigned calculateRegionSplitCost(LiveInterval &VirtReg,
480                                     AllocationOrder &Order,
481                                     BlockFrequency &BestCost,
482                                     unsigned &NumCands, bool IgnoreCSR,
483                                     bool *CanCauseEvictionChain = nullptr);
484   /// Perform region splitting.
485   unsigned doRegionSplit(LiveInterval &VirtReg, unsigned BestCand,
486                          bool HasCompact,
487                          SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs);
488   /// Check other options before using a callee-saved register for the first
489   /// time.
490   unsigned tryAssignCSRFirstTime(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
491                                  unsigned PhysReg, unsigned &CostPerUseLimit,
492                                  SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs);
493   void initializeCSRCost();
494   unsigned tryBlockSplit(LiveInterval&, AllocationOrder&,
495                          SmallVectorImpl<unsigned>&);
496   unsigned tryInstructionSplit(LiveInterval&, AllocationOrder&,
497                                SmallVectorImpl<unsigned>&);
498   unsigned tryLocalSplit(LiveInterval&, AllocationOrder&,
499     SmallVectorImpl<unsigned>&);
500   unsigned trySplit(LiveInterval&, AllocationOrder&,
501                     SmallVectorImpl<unsigned>&);
502   unsigned tryLastChanceRecoloring(LiveInterval &, AllocationOrder &,
503                                    SmallVectorImpl<unsigned> &,
504                                    SmallVirtRegSet &, unsigned);
505   bool tryRecoloringCandidates(PQueue &, SmallVectorImpl<unsigned> &,
506                                SmallVirtRegSet &, unsigned);
507   void tryHintRecoloring(LiveInterval &);
508   void tryHintsRecoloring();
509
510   /// Model the information carried by one end of a copy.
511   struct HintInfo {
512     /// The frequency of the copy.
513     BlockFrequency Freq;
514     /// The virtual register or physical register.
515     unsigned Reg;
516     /// Its currently assigned register.
517     /// In case of a physical register Reg == PhysReg.
518     unsigned PhysReg;
519
520     HintInfo(BlockFrequency Freq, unsigned Reg, unsigned PhysReg)
521         : Freq(Freq), Reg(Reg), PhysReg(PhysReg) {}
522   };
523   using HintsInfo = SmallVector<HintInfo, 4>;
524
525   BlockFrequency getBrokenHintFreq(const HintsInfo &, unsigned);
526   void collectHintInfo(unsigned, HintsInfo &);
527
528   bool isUnusedCalleeSavedReg(unsigned PhysReg) const;
529
530   /// Compute and report the number of spills and reloads for a loop.
531   void reportNumberOfSplillsReloads(MachineLoop *L, unsigned &Reloads,
532                                     unsigned &FoldedReloads, unsigned &Spills,
533                                     unsigned &FoldedSpills);
534
535   /// Report the number of spills and reloads for each loop.
536   void reportNumberOfSplillsReloads() {
537     for (MachineLoop *L : *Loops) {
538       unsigned Reloads, FoldedReloads, Spills, FoldedSpills;
539       reportNumberOfSplillsReloads(L, Reloads, FoldedReloads, Spills,
540                                    FoldedSpills);
541     }
542   }
543 };
544
545 } // end anonymous namespace
546
547 char RAGreedy::ID = 0;
548 char &llvm::RAGreedyID = RAGreedy::ID;
549
550 INITIALIZE_PASS_BEGIN(RAGreedy, "greedy",
551                 "Greedy Register Allocator", false, false)
552 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveDebugVariables)
553 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(SlotIndexes)
554 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveIntervals)
555 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(RegisterCoalescer)
556 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineScheduler)
557 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveStacks)
558 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineDominatorTree)
559 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineLoopInfo)
560 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(VirtRegMap)
561 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveRegMatrix)
562 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(EdgeBundles)
563 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(SpillPlacement)
564 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineOptimizationRemarkEmitterPass)
565 INITIALIZE_PASS_END(RAGreedy, "greedy",
566                 "Greedy Register Allocator", false, false)
567
568 #ifndef NDEBUG
569 const char *const RAGreedy::StageName[] = {
570     "RS_New",
571     "RS_Assign",
572     "RS_Split",
573     "RS_Split2",
574     "RS_Spill",
575     "RS_Memory",
576     "RS_Done"
577 };
578 #endif
579
580 // Hysteresis to use when comparing floats.
581 // This helps stabilize decisions based on float comparisons.
582 const float Hysteresis = (2007 / 2048.0f); // 0.97998046875
583
584 FunctionPass* llvm::createGreedyRegisterAllocator() {
585   return new RAGreedy();
586 }
587
588 RAGreedy::RAGreedy(): MachineFunctionPass(ID) {
589 }
590
591 void RAGreedy::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
592   AU.setPreservesCFG();
593   AU.addRequired<MachineBlockFrequencyInfo>();
594   AU.addPreserved<MachineBlockFrequencyInfo>();
595   AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
596   AU.addPreserved<AAResultsWrapperPass>();
597   AU.addRequired<LiveIntervals>();
598   AU.addPreserved<LiveIntervals>();
599   AU.addRequired<SlotIndexes>();
600   AU.addPreserved<SlotIndexes>();
601   AU.addRequired<LiveDebugVariables>();
602   AU.addPreserved<LiveDebugVariables>();
603   AU.addRequired<LiveStacks>();
604   AU.addPreserved<LiveStacks>();
605   AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
606   AU.addPreserved<MachineDominatorTree>();
607   AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
608   AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
609   AU.addRequired<VirtRegMap>();
610   AU.addPreserved<VirtRegMap>();
611   AU.addRequired<LiveRegMatrix>();
612   AU.addPreserved<LiveRegMatrix>();
613   AU.addRequired<EdgeBundles>();
614   AU.addRequired<SpillPlacement>();
615   AU.addRequired<MachineOptimizationRemarkEmitterPass>();
616   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
617 }
618
619 //===----------------------------------------------------------------------===//
620 //                     LiveRangeEdit delegate methods
621 //===----------------------------------------------------------------------===//
622
623 bool RAGreedy::LRE_CanEraseVirtReg(unsigned VirtReg) {
624   LiveInterval &LI = LIS->getInterval(VirtReg);
625   if (VRM->hasPhys(VirtReg)) {
626     Matrix->unassign(LI);
627     aboutToRemoveInterval(LI);
628     return true;
629   }
630   // Unassigned virtreg is probably in the priority queue.
631   // RegAllocBase will erase it after dequeueing.
632   // Nonetheless, clear the live-range so that the debug
633   // dump will show the right state for that VirtReg.
634   LI.clear();
635   return false;
636 }
637
638 void RAGreedy::LRE_WillShrinkVirtReg(unsigned VirtReg) {
639   if (!VRM->hasPhys(VirtReg))
640     return;
641
642   // Register is assigned, put it back on the queue for reassignment.
643   LiveInterval &LI = LIS->getInterval(VirtReg);
644   Matrix->unassign(LI);
645   enqueue(&LI);
646 }
647
648 void RAGreedy::LRE_DidCloneVirtReg(unsigned New, unsigned Old) {
649   // Cloning a register we haven't even heard about yet?  Just ignore it.
650   if (!ExtraRegInfo.inBounds(Old))
651     return;
652
653   // LRE may clone a virtual register because dead code elimination causes it to
654   // be split into connected components. The new components are much smaller
655   // than the original, so they should get a new chance at being assigned.
656   // same stage as the parent.
657   ExtraRegInfo[Old].Stage = RS_Assign;
658   ExtraRegInfo.grow(New);
659   ExtraRegInfo[New] = ExtraRegInfo[Old];
660 }
661
662 void RAGreedy::releaseMemory() {
663   SpillerInstance.reset();
664   ExtraRegInfo.clear();
665   GlobalCand.clear();
666 }
667
668 void RAGreedy::enqueue(LiveInterval *LI) { enqueue(Queue, LI); }
669
670 void RAGreedy::enqueue(PQueue &CurQueue, LiveInterval *LI) {
671   // Prioritize live ranges by size, assigning larger ranges first.
672   // The queue holds (size, reg) pairs.
673   const unsigned Size = LI->getSize();
674   const unsigned Reg = LI->reg;
675   assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) &&
676          "Can only enqueue virtual registers");
677   unsigned Prio;
678
679   ExtraRegInfo.grow(Reg);
680   if (ExtraRegInfo[Reg].Stage == RS_New)
681     ExtraRegInfo[Reg].Stage = RS_Assign;
682
683   if (ExtraRegInfo[Reg].Stage == RS_Split) {
684     // Unsplit ranges that couldn't be allocated immediately are deferred until
685     // everything else has been allocated.
686     Prio = Size;
687   } else if (ExtraRegInfo[Reg].Stage == RS_Memory) {
688     // Memory operand should be considered last.
689     // Change the priority such that Memory operand are assigned in
690     // the reverse order that they came in.
691     // TODO: Make this a member variable and probably do something about hints.
692     static unsigned MemOp = 0;
693     Prio = MemOp++;
694   } else {
695     // Giant live ranges fall back to the global assignment heuristic, which
696     // prevents excessive spilling in pathological cases.
697     bool ReverseLocal = TRI->reverseLocalAssignment();
698     const TargetRegisterClass &RC = *MRI->getRegClass(Reg);
699     bool ForceGlobal = !ReverseLocal &&
700       (Size / SlotIndex::InstrDist) > (2 * RC.getNumRegs());
701
702     if (ExtraRegInfo[Reg].Stage == RS_Assign && !ForceGlobal && !LI->empty() &&
703         LIS->intervalIsInOneMBB(*LI)) {
704       // Allocate original local ranges in linear instruction order. Since they
705       // are singly defined, this produces optimal coloring in the absence of
706       // global interference and other constraints.
707       if (!ReverseLocal)
708         Prio = LI->beginIndex().getInstrDistance(Indexes->getLastIndex());
709       else {
710         // Allocating bottom up may allow many short LRGs to be assigned first
711         // to one of the cheap registers. This could be much faster for very
712         // large blocks on targets with many physical registers.
713         Prio = Indexes->getZeroIndex().getInstrDistance(LI->endIndex());
714       }
715       Prio |= RC.AllocationPriority << 24;
716     } else {
717       // Allocate global and split ranges in long->short order. Long ranges that
718       // don't fit should be spilled (or split) ASAP so they don't create
719       // interference.  Mark a bit to prioritize global above local ranges.
720       Prio = (1u << 29) + Size;
721     }
722     // Mark a higher bit to prioritize global and local above RS_Split.
723     Prio |= (1u << 31);
724
725     // Boost ranges that have a physical register hint.
726     if (VRM->hasKnownPreference(Reg))
727       Prio |= (1u << 30);
728   }
729   // The virtual register number is a tie breaker for same-sized ranges.
730   // Give lower vreg numbers higher priority to assign them first.
731   CurQueue.push(std::make_pair(Prio, ~Reg));
732 }
733
734 LiveInterval *RAGreedy::dequeue() { return dequeue(Queue); }
735
736 LiveInterval *RAGreedy::dequeue(PQueue &CurQueue) {
737   if (CurQueue.empty())
738     return nullptr;
739   LiveInterval *LI = &LIS->getInterval(~CurQueue.top().second);
740   CurQueue.pop();
741   return LI;
742 }
743
744 //===----------------------------------------------------------------------===//
745 //                            Direct Assignment
746 //===----------------------------------------------------------------------===//
747
748 /// tryAssign - Try to assign VirtReg to an available register.
749 unsigned RAGreedy::tryAssign(LiveInterval &VirtReg,
750                              AllocationOrder &Order,
751                              SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
752   Order.rewind();
753   unsigned PhysReg;
754   while ((PhysReg = Order.next()))
755     if (!Matrix->checkInterference(VirtReg, PhysReg))
756       break;
757   if (!PhysReg || Order.isHint())
758     return PhysReg;
759
760   // PhysReg is available, but there may be a better choice.
761
762   // If we missed a simple hint, try to cheaply evict interference from the
763   // preferred register.
764   if (unsigned Hint = MRI->getSimpleHint(VirtReg.reg))
765     if (Order.isHint(Hint)) {
766       DEBUG(dbgs() << "missed hint " << printReg(Hint, TRI) << '\n');
767       EvictionCost MaxCost;
768       MaxCost.setBrokenHints(1);
769       if (canEvictInterference(VirtReg, Hint, true, MaxCost)) {
770         evictInterference(VirtReg, Hint, NewVRegs);
771         return Hint;
772       }
773       // Record the missed hint, we may be able to recover
774       // at the end if the surrounding allocation changed.
775       SetOfBrokenHints.insert(&VirtReg);
776     }
777
778   // Try to evict interference from a cheaper alternative.
779   unsigned Cost = TRI->getCostPerUse(PhysReg);
780
781   // Most registers have 0 additional cost.
782   if (!Cost)
783     return PhysReg;
784
785   DEBUG(dbgs() << printReg(PhysReg, TRI) << " is available at cost " << Cost
786                << '\n');
787   unsigned CheapReg = tryEvict(VirtReg, Order, NewVRegs, Cost);
788   return CheapReg ? CheapReg : PhysReg;
789 }
790
791 //===----------------------------------------------------------------------===//
792 //                         Interference eviction
793 //===----------------------------------------------------------------------===//
794
795 unsigned RAGreedy::canReassign(LiveInterval &VirtReg, unsigned PrevReg) {
796   AllocationOrder Order(VirtReg.reg, *VRM, RegClassInfo, Matrix);
797   unsigned PhysReg;
798   while ((PhysReg = Order.next())) {
799     if (PhysReg == PrevReg)
800       continue;
801
802     MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI);
803     for (; Units.isValid(); ++Units) {
804       // Instantiate a "subquery", not to be confused with the Queries array.
805       LiveIntervalUnion::Query subQ(VirtReg, Matrix->getLiveUnions()[*Units]);
806       if (subQ.checkInterference())
807         break;
808     }
809     // If no units have interference, break out with the current PhysReg.
810     if (!Units.isValid())
811       break;
812   }
813   if (PhysReg)
814     DEBUG(dbgs() << "can reassign: " << VirtReg << " from "
815           << printReg(PrevReg, TRI) << " to " << printReg(PhysReg, TRI)
816           << '\n');
817   return PhysReg;
818 }
819
820 /// shouldEvict - determine if A should evict the assigned live range B. The
821 /// eviction policy defined by this function together with the allocation order
822 /// defined by enqueue() decides which registers ultimately end up being split
823 /// and spilled.
824 ///
825 /// Cascade numbers are used to prevent infinite loops if this function is a
826 /// cyclic relation.
827 ///
828 /// @param A          The live range to be assigned.
829 /// @param IsHint     True when A is about to be assigned to its preferred
830 ///                   register.
831 /// @param B          The live range to be evicted.
832 /// @param BreaksHint True when B is already assigned to its preferred register.
833 bool RAGreedy::shouldEvict(LiveInterval &A, bool IsHint,
834                            LiveInterval &B, bool BreaksHint) {
835   bool CanSplit = getStage(B) < RS_Spill;
836
837   // Be fairly aggressive about following hints as long as the evictee can be
838   // split.
839   if (CanSplit && IsHint && !BreaksHint)
840     return true;
841
842   if (A.weight > B.weight) {
843     DEBUG(dbgs() << "should evict: " << B << " w= " << B.weight << '\n');
844     return true;
845   }
846   return false;
847 }
848
849 /// canEvictInterference - Return true if all interferences between VirtReg and
850 /// PhysReg can be evicted.
851 ///
852 /// @param VirtReg Live range that is about to be assigned.
853 /// @param PhysReg Desired register for assignment.
854 /// @param IsHint  True when PhysReg is VirtReg's preferred register.
855 /// @param MaxCost Only look for cheaper candidates and update with new cost
856 ///                when returning true.
857 /// @returns True when interference can be evicted cheaper than MaxCost.
858 bool RAGreedy::canEvictInterference(LiveInterval &VirtReg, unsigned PhysReg,
859                                     bool IsHint, EvictionCost &MaxCost) {
860   // It is only possible to evict virtual register interference.
861   if (Matrix->checkInterference(VirtReg, PhysReg) > LiveRegMatrix::IK_VirtReg)
862     return false;
863
864   bool IsLocal = LIS->intervalIsInOneMBB(VirtReg);
865
866   // Find VirtReg's cascade number. This will be unassigned if VirtReg was never
867   // involved in an eviction before. If a cascade number was assigned, deny
868   // evicting anything with the same or a newer cascade number. This prevents
869   // infinite eviction loops.
870   //
871   // This works out so a register without a cascade number is allowed to evict
872   // anything, and it can be evicted by anything.
873   unsigned Cascade = ExtraRegInfo[VirtReg.reg].Cascade;
874   if (!Cascade)
875     Cascade = NextCascade;
876
877   EvictionCost Cost;
878   for (MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
879     LiveIntervalUnion::Query &Q = Matrix->query(VirtReg, *Units);
880     // If there is 10 or more interferences, chances are one is heavier.
881     if (Q.collectInterferingVRegs(10) >= 10)
882       return false;
883
884     // Check if any interfering live range is heavier than MaxWeight.
885     for (unsigned i = Q.interferingVRegs().size(); i; --i) {
886       LiveInterval *Intf = Q.interferingVRegs()[i - 1];
887       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Intf->reg) &&
888              "Only expecting virtual register interference from query");
889       // Never evict spill products. They cannot split or spill.
890       if (getStage(*Intf) == RS_Done)
891         return false;
892       // Once a live range becomes small enough, it is urgent that we find a
893       // register for it. This is indicated by an infinite spill weight. These
894       // urgent live ranges get to evict almost anything.
895       //
896       // Also allow urgent evictions of unspillable ranges from a strictly
897       // larger allocation order.
898       bool Urgent = !VirtReg.isSpillable() &&
899         (Intf->isSpillable() ||
900          RegClassInfo.getNumAllocatableRegs(MRI->getRegClass(VirtReg.reg)) <
901          RegClassInfo.getNumAllocatableRegs(MRI->getRegClass(Intf->reg)));
902       // Only evict older cascades or live ranges without a cascade.
903       unsigned IntfCascade = ExtraRegInfo[Intf->reg].Cascade;
904       if (Cascade <= IntfCascade) {
905         if (!Urgent)
906           return false;
907         // We permit breaking cascades for urgent evictions. It should be the
908         // last resort, though, so make it really expensive.
909         Cost.BrokenHints += 10;
910       }
911       // Would this break a satisfied hint?
912       bool BreaksHint = VRM->hasPreferredPhys(Intf->reg);
913       // Update eviction cost.
914       Cost.BrokenHints += BreaksHint;
915       Cost.MaxWeight = std::max(Cost.MaxWeight, Intf->weight);
916       // Abort if this would be too expensive.
917       if (!(Cost < MaxCost))
918         return false;
919       if (Urgent)
920         continue;
921       // Apply the eviction policy for non-urgent evictions.
922       if (!shouldEvict(VirtReg, IsHint, *Intf, BreaksHint))
923         return false;
924       // If !MaxCost.isMax(), then we're just looking for a cheap register.
925       // Evicting another local live range in this case could lead to suboptimal
926       // coloring.
927       if (!MaxCost.isMax() && IsLocal && LIS->intervalIsInOneMBB(*Intf) &&
928           (!EnableLocalReassign || !canReassign(*Intf, PhysReg))) {
929         return false;
930       }
931     }
932   }
933   MaxCost = Cost;
934   return true;
935 }
936
937 /// \brief Return true if all interferences between VirtReg and PhysReg between
938 /// Start and End can be evicted.
939 ///
940 /// \param VirtReg Live range that is about to be assigned.
941 /// \param PhysReg Desired register for assignment.
942 /// \param Start   Start of range to look for interferences.
943 /// \param End     End of range to look for interferences.
944 /// \param MaxCost Only look for cheaper candidates and update with new cost
945 ///                when returning true.
946 /// \return True when interference can be evicted cheaper than MaxCost.
947 bool RAGreedy::canEvictInterferenceInRange(LiveInterval &VirtReg,
948                                            unsigned PhysReg, SlotIndex Start,
949                                            SlotIndex End,
950                                            EvictionCost &MaxCost) {
951   EvictionCost Cost;
952
953   for (MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
954     LiveIntervalUnion::Query &Q = Matrix->query(VirtReg, *Units);
955
956     // Check if any interfering live range is heavier than MaxWeight.
957     for (unsigned i = Q.interferingVRegs().size(); i; --i) {
958       LiveInterval *Intf = Q.interferingVRegs()[i - 1];
959
960       // Check if interference overlast the segment in interest.
961       if (!Intf->overlaps(Start, End))
962         continue;
963
964       // Cannot evict non virtual reg interference.
965       if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Intf->reg))
966         return false;
967       // Never evict spill products. They cannot split or spill.
968       if (getStage(*Intf) == RS_Done)
969         return false;
970
971       // Would this break a satisfied hint?
972       bool BreaksHint = VRM->hasPreferredPhys(Intf->reg);
973       // Update eviction cost.
974       Cost.BrokenHints += BreaksHint;
975       Cost.MaxWeight = std::max(Cost.MaxWeight, Intf->weight);
976       // Abort if this would be too expensive.
977       if (!(Cost < MaxCost))
978         return false;
979     }
980   }
981
982   if (Cost.MaxWeight == 0)
983     return false;
984
985   MaxCost = Cost;
986   return true;
987 }
988
989 /// \brief Return tthe physical register that will be best
990 /// candidate for eviction by a local split interval that will be created
991 /// between Start and End.
992 ///
993 /// \param Order            The allocation order
994 /// \param VirtReg          Live range that is about to be assigned.
995 /// \param Start            Start of range to look for interferences
996 /// \param End              End of range to look for interferences
997 /// \param BestEvictweight  The eviction cost of that eviction
998 /// \return The PhysReg which is the best candidate for eviction and the
999 /// eviction cost in BestEvictweight
1000 unsigned RAGreedy::getCheapestEvicteeWeight(const AllocationOrder &Order,
1001                                             LiveInterval &VirtReg,
1002                                             SlotIndex Start, SlotIndex End,
1003                                             float *BestEvictweight) {
1004   EvictionCost BestEvictCost;
1005   BestEvictCost.setMax();
1006   BestEvictCost.MaxWeight = VirtReg.weight;
1007   unsigned BestEvicteePhys = 0;
1008
1009   // Go over all physical registers and find the best candidate for eviction
1010   for (auto PhysReg : Order.getOrder()) {
1011
1012     if (!canEvictInterferenceInRange(VirtReg, PhysReg, Start, End,
1013                                      BestEvictCost))
1014       continue;
1015
1016     // Best so far.
1017     BestEvicteePhys = PhysReg;
1018   }
1019   *BestEvictweight = BestEvictCost.MaxWeight;
1020   return BestEvicteePhys;
1021 }
1022
1023 /// evictInterference - Evict any interferring registers that prevent VirtReg
1024 /// from being assigned to Physreg. This assumes that canEvictInterference
1025 /// returned true.
1026 void RAGreedy::evictInterference(LiveInterval &VirtReg, unsigned PhysReg,
1027                                  SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
1028   // Make sure that VirtReg has a cascade number, and assign that cascade
1029   // number to every evicted register. These live ranges than then only be
1030   // evicted by a newer cascade, preventing infinite loops.
1031   unsigned Cascade = ExtraRegInfo[VirtReg.reg].Cascade;
1032   if (!Cascade)
1033     Cascade = ExtraRegInfo[VirtReg.reg].Cascade = NextCascade++;
1034
1035   DEBUG(dbgs() << "evicting " << printReg(PhysReg, TRI)
1036                << " interference: Cascade " << Cascade << '\n');
1037
1038   // Collect all interfering virtregs first.
1039   SmallVector<LiveInterval*, 8> Intfs;
1040   for (MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
1041     LiveIntervalUnion::Query &Q = Matrix->query(VirtReg, *Units);
1042     // We usually have the interfering VRegs cached so collectInterferingVRegs()
1043     // should be fast, we may need to recalculate if when different physregs
1044     // overlap the same register unit so we had different SubRanges queried
1045     // against it.
1046     Q.collectInterferingVRegs();
1047     ArrayRef<LiveInterval*> IVR = Q.interferingVRegs();
1048     Intfs.append(IVR.begin(), IVR.end());
1049   }
1050
1051   // Evict them second. This will invalidate the queries.
1052   for (unsigned i = 0, e = Intfs.size(); i != e; ++i) {
1053     LiveInterval *Intf = Intfs[i];
1054     // The same VirtReg may be present in multiple RegUnits. Skip duplicates.
1055     if (!VRM->hasPhys(Intf->reg))
1056       continue;
1057
1058     LastEvicted.addEviction(PhysReg, VirtReg.reg, Intf->reg);
1059
1060     Matrix->unassign(*Intf);
1061     assert((ExtraRegInfo[Intf->reg].Cascade < Cascade ||
1062             VirtReg.isSpillable() < Intf->isSpillable()) &&
1063            "Cannot decrease cascade number, illegal eviction");
1064     ExtraRegInfo[Intf->reg].Cascade = Cascade;
1065     ++NumEvicted;
1066     NewVRegs.push_back(Intf->reg);
1067   }
1068 }
1069
1070 /// Returns true if the given \p PhysReg is a callee saved register and has not
1071 /// been used for allocation yet.
1072 bool RAGreedy::isUnusedCalleeSavedReg(unsigned PhysReg) const {
1073   unsigned CSR = RegClassInfo.getLastCalleeSavedAlias(PhysReg);
1074   if (CSR == 0)
1075     return false;
1076
1077   return !Matrix->isPhysRegUsed(PhysReg);
1078 }
1079
1080 /// tryEvict - Try to evict all interferences for a physreg.
1081 /// @param  VirtReg Currently unassigned virtual register.
1082 /// @param  Order   Physregs to try.
1083 /// @return         Physreg to assign VirtReg, or 0.
1084 unsigned RAGreedy::tryEvict(LiveInterval &VirtReg,
1085                             AllocationOrder &Order,
1086                             SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs,
1087                             unsigned CostPerUseLimit) {
1088   NamedRegionTimer T("evict", "Evict", TimerGroupName, TimerGroupDescription,
1089                      TimePassesIsEnabled);
1090
1091   // Keep track of the cheapest interference seen so far.
1092   EvictionCost BestCost;
1093   BestCost.setMax();
1094   unsigned BestPhys = 0;
1095   unsigned OrderLimit = Order.getOrder().size();
1096
1097   // When we are just looking for a reduced cost per use, don't break any
1098   // hints, and only evict smaller spill weights.
1099   if (CostPerUseLimit < ~0u) {
1100     BestCost.BrokenHints = 0;
1101     BestCost.MaxWeight = VirtReg.weight;
1102
1103     // Check of any registers in RC are below CostPerUseLimit.
1104     const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(VirtReg.reg);
1105     unsigned MinCost = RegClassInfo.getMinCost(RC);
1106     if (MinCost >= CostPerUseLimit) {
1107       DEBUG(dbgs() << TRI->getRegClassName(RC) << " minimum cost = " << MinCost
1108                    << ", no cheaper registers to be found.\n");
1109       return 0;
1110     }
1111
1112     // It is normal for register classes to have a long tail of registers with
1113     // the same cost. We don't need to look at them if they're too expensive.
1114     if (TRI->getCostPerUse(Order.getOrder().back()) >= CostPerUseLimit) {
1115       OrderLimit = RegClassInfo.getLastCostChange(RC);
1116       DEBUG(dbgs() << "Only trying the first " << OrderLimit << " regs.\n");
1117     }
1118   }
1119
1120   Order.rewind();
1121   while (unsigned PhysReg = Order.next(OrderLimit)) {
1122     if (TRI->getCostPerUse(PhysReg) >= CostPerUseLimit)
1123       continue;
1124     // The first use of a callee-saved register in a function has cost 1.
1125     // Don't start using a CSR when the CostPerUseLimit is low.
1126     if (CostPerUseLimit == 1 && isUnusedCalleeSavedReg(PhysReg)) {
1127       DEBUG(dbgs() << printReg(PhysReg, TRI) << " would clobber CSR "
1128             << printReg(RegClassInfo.getLastCalleeSavedAlias(PhysReg), TRI)
1129             << '\n');
1130       continue;
1131     }
1132
1133     if (!canEvictInterference(VirtReg, PhysReg, false, BestCost))
1134       continue;
1135
1136     // Best so far.
1137     BestPhys = PhysReg;
1138
1139     // Stop if the hint can be used.
1140     if (Order.isHint())
1141       break;
1142   }
1143
1144   if (!BestPhys)
1145     return 0;
1146
1147   evictInterference(VirtReg, BestPhys, NewVRegs);
1148   return BestPhys;
1149 }
1150
1151 //===----------------------------------------------------------------------===//
1152 //                              Region Splitting
1153 //===----------------------------------------------------------------------===//
1154
1155 /// addSplitConstraints - Fill out the SplitConstraints vector based on the
1156 /// interference pattern in Physreg and its aliases. Add the constraints to
1157 /// SpillPlacement and return the static cost of this split in Cost, assuming
1158 /// that all preferences in SplitConstraints are met.
1159 /// Return false if there are no bundles with positive bias.
1160 bool RAGreedy::addSplitConstraints(InterferenceCache::Cursor Intf,
1161                                    BlockFrequency &Cost) {
1162   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
1163
1164   // Reset interference dependent info.
1165   SplitConstraints.resize(UseBlocks.size());
1166   BlockFrequency StaticCost = 0;
1167   for (unsigned i = 0; i != UseBlocks.size(); ++i) {
1168     const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = UseBlocks[i];
1169     SpillPlacement::BlockConstraint &BC = SplitConstraints[i];
1170
1171     BC.Number = BI.MBB->getNumber();
1172     Intf.moveToBlock(BC.Number);
1173     BC.Entry = BI.LiveIn ? SpillPlacement::PrefReg : SpillPlacement::DontCare;
1174     BC.Exit = BI.LiveOut ? SpillPlacement::PrefReg : SpillPlacement::DontCare;
1175     BC.ChangesValue = BI.FirstDef.isValid();
1176
1177     if (!Intf.hasInterference())
1178       continue;
1179
1180     // Number of spill code instructions to insert.
1181     unsigned Ins = 0;
1182
1183     // Interference for the live-in value.
1184     if (BI.LiveIn) {
1185       if (Intf.first() <= Indexes->getMBBStartIdx(BC.Number)) {
1186         BC.Entry = SpillPlacement::MustSpill;
1187         ++Ins;
1188       } else if (Intf.first() < BI.FirstInstr) {
1189         BC.Entry = SpillPlacement::PrefSpill;
1190         ++Ins;
1191       } else if (Intf.first() < BI.LastInstr) {
1192         ++Ins;
1193       }
1194     }
1195
1196     // Interference for the live-out value.
1197     if (BI.LiveOut) {
1198       if (Intf.last() >= SA->getLastSplitPoint(BC.Number)) {
1199         BC.Exit = SpillPlacement::MustSpill;
1200         ++Ins;
1201       } else if (Intf.last() > BI.LastInstr) {
1202         BC.Exit = SpillPlacement::PrefSpill;
1203         ++Ins;
1204       } else if (Intf.last() > BI.FirstInstr) {
1205         ++Ins;
1206       }
1207     }
1208
1209     // Accumulate the total frequency of inserted spill code.
1210     while (Ins--)
1211       StaticCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(BC.Number);
1212   }
1213   Cost = StaticCost;
1214
1215   // Add constraints for use-blocks. Note that these are the only constraints
1216   // that may add a positive bias, it is downhill from here.
1217   SpillPlacer->addConstraints(SplitConstraints);
1218   return SpillPlacer->scanActiveBundles();
1219 }
1220
1221 /// addThroughConstraints - Add constraints and links to SpillPlacer from the
1222 /// live-through blocks in Blocks.
1223 void RAGreedy::addThroughConstraints(InterferenceCache::Cursor Intf,
1224                                      ArrayRef<unsigned> Blocks) {
1225   const unsigned GroupSize = 8;
1226   SpillPlacement::BlockConstraint BCS[GroupSize];
1227   unsigned TBS[GroupSize];
1228   unsigned B = 0, T = 0;
1229
1230   for (unsigned i = 0; i != Blocks.size(); ++i) {
1231     unsigned Number = Blocks[i];
1232     Intf.moveToBlock(Number);
1233
1234     if (!Intf.hasInterference()) {
1235       assert(T < GroupSize && "Array overflow");
1236       TBS[T] = Number;
1237       if (++T == GroupSize) {
1238         SpillPlacer->addLinks(makeArrayRef(TBS, T));
1239         T = 0;
1240       }
1241       continue;
1242     }
1243
1244     assert(B < GroupSize && "Array overflow");
1245     BCS[B].Number = Number;
1246
1247     // Interference for the live-in value.
1248     if (Intf.first() <= Indexes->getMBBStartIdx(Number))
1249       BCS[B].Entry = SpillPlacement::MustSpill;
1250     else
1251       BCS[B].Entry = SpillPlacement::PrefSpill;
1252
1253     // Interference for the live-out value.
1254     if (Intf.last() >= SA->getLastSplitPoint(Number))
1255       BCS[B].Exit = SpillPlacement::MustSpill;
1256     else
1257       BCS[B].Exit = SpillPlacement::PrefSpill;
1258
1259     if (++B == GroupSize) {
1260       SpillPlacer->addConstraints(makeArrayRef(BCS, B));
1261       B = 0;
1262     }
1263   }
1264
1265   SpillPlacer->addConstraints(makeArrayRef(BCS, B));
1266   SpillPlacer->addLinks(makeArrayRef(TBS, T));
1267 }
1268
1269 void RAGreedy::growRegion(GlobalSplitCandidate &Cand) {
1270   // Keep track of through blocks that have not been added to SpillPlacer.
1271   BitVector Todo = SA->getThroughBlocks();
1272   SmallVectorImpl<unsigned> &ActiveBlocks = Cand.ActiveBlocks;
1273   unsigned AddedTo = 0;
1274 #ifndef NDEBUG
1275   unsigned Visited = 0;
1276 #endif
1277
1278   while (true) {
1279     ArrayRef<unsigned> NewBundles = SpillPlacer->getRecentPositive();
1280     // Find new through blocks in the periphery of PrefRegBundles.
1281     for (int i = 0, e = NewBundles.size(); i != e; ++i) {
1282       unsigned Bundle = NewBundles[i];
1283       // Look at all blocks connected to Bundle in the full graph.
1284       ArrayRef<unsigned> Blocks = Bundles->getBlocks(Bundle);
1285       for (ArrayRef<unsigned>::iterator I = Blocks.begin(), E = Blocks.end();
1286            I != E; ++I) {
1287         unsigned Block = *I;
1288         if (!Todo.test(Block))
1289           continue;
1290         Todo.reset(Block);
1291         // This is a new through block. Add it to SpillPlacer later.
1292         ActiveBlocks.push_back(Block);
1293 #ifndef NDEBUG
1294         ++Visited;
1295 #endif
1296       }
1297     }
1298     // Any new blocks to add?
1299     if (ActiveBlocks.size() == AddedTo)
1300       break;
1301
1302     // Compute through constraints from the interference, or assume that all
1303     // through blocks prefer spilling when forming compact regions.
1304     auto NewBlocks = makeArrayRef(ActiveBlocks).slice(AddedTo);
1305     if (Cand.PhysReg)
1306       addThroughConstraints(Cand.Intf, NewBlocks);
1307     else
1308       // Provide a strong negative bias on through blocks to prevent unwanted
1309       // liveness on loop backedges.
1310       SpillPlacer->addPrefSpill(NewBlocks, /* Strong= */ true);
1311     AddedTo = ActiveBlocks.size();
1312
1313     // Perhaps iterating can enable more bundles?
1314     SpillPlacer->iterate();
1315   }
1316   DEBUG(dbgs() << ", v=" << Visited);
1317 }
1318
1319 /// calcCompactRegion - Compute the set of edge bundles that should be live
1320 /// when splitting the current live range into compact regions.  Compact
1321 /// regions can be computed without looking at interference.  They are the
1322 /// regions formed by removing all the live-through blocks from the live range.
1323 ///
1324 /// Returns false if the current live range is already compact, or if the
1325 /// compact regions would form single block regions anyway.
1326 bool RAGreedy::calcCompactRegion(GlobalSplitCandidate &Cand) {
1327   // Without any through blocks, the live range is already compact.
1328   if (!SA->getNumThroughBlocks())
1329     return false;
1330
1331   // Compact regions don't correspond to any physreg.
1332   Cand.reset(IntfCache, 0);
1333
1334   DEBUG(dbgs() << "Compact region bundles");
1335
1336   // Use the spill placer to determine the live bundles. GrowRegion pretends
1337   // that all the through blocks have interference when PhysReg is unset.
1338   SpillPlacer->prepare(Cand.LiveBundles);
1339
1340   // The static split cost will be zero since Cand.Intf reports no interference.
1341   BlockFrequency Cost;
1342   if (!addSplitConstraints(Cand.Intf, Cost)) {
1343     DEBUG(dbgs() << ", none.\n");
1344     return false;
1345   }
1346
1347   growRegion(Cand);
1348   SpillPlacer->finish();
1349
1350   if (!Cand.LiveBundles.any()) {
1351     DEBUG(dbgs() << ", none.\n");
1352     return false;
1353   }
1354
1355   DEBUG({
1356     for (int i : Cand.LiveBundles.set_bits())
1357       dbgs() << " EB#" << i;
1358     dbgs() << ".\n";
1359   });
1360   return true;
1361 }
1362
1363 /// calcSpillCost - Compute how expensive it would be to split the live range in
1364 /// SA around all use blocks instead of forming bundle regions.
1365 BlockFrequency RAGreedy::calcSpillCost() {
1366   BlockFrequency Cost = 0;
1367   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
1368   for (unsigned i = 0; i != UseBlocks.size(); ++i) {
1369     const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = UseBlocks[i];
1370     unsigned Number = BI.MBB->getNumber();
1371     // We normally only need one spill instruction - a load or a store.
1372     Cost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
1373
1374     // Unless the value is redefined in the block.
1375     if (BI.LiveIn && BI.LiveOut && BI.FirstDef)
1376       Cost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
1377   }
1378   return Cost;
1379 }
1380
1381 /// \brief Check if splitting Evictee will create a local split interval in
1382 /// basic block number BBNumber that may cause a bad eviction chain. This is
1383 /// intended to prevent bad eviction sequences like:
1384 /// movl        %ebp, 8(%esp)           # 4-byte Spill
1385 /// movl        %ecx, %ebp
1386 /// movl        %ebx, %ecx
1387 /// movl        %edi, %ebx
1388 /// movl        %edx, %edi
1389 /// cltd
1390 /// idivl       %esi
1391 /// movl        %edi, %edx
1392 /// movl        %ebx, %edi
1393 /// movl        %ecx, %ebx
1394 /// movl        %ebp, %ecx
1395 /// movl        16(%esp), %ebp          # 4 - byte Reload
1396 ///
1397 /// Such sequences are created in 2 scenarios:
1398 ///
1399 /// Scenario #1:
1400 /// %0 is evicted from physreg0 by %1.
1401 /// Evictee %0 is intended for region splitting with split candidate
1402 /// physreg0 (the reg %0 was evicted from).
1403 /// Region splitting creates a local interval because of interference with the
1404 /// evictor %1 (normally region spliitting creates 2 interval, the "by reg"
1405 /// and "by stack" intervals and local interval created when interference
1406 /// occurs).
1407 /// One of the split intervals ends up evicting %2 from physreg1.
1408 /// Evictee %2 is intended for region splitting with split candidate
1409 /// physreg1.
1410 /// One of the split intervals ends up evicting %3 from physreg2, etc.
1411 ///
1412 /// Scenario #2
1413 /// %0 is evicted from physreg0 by %1.
1414 /// %2 is evicted from physreg2 by %3 etc.
1415 /// Evictee %0 is intended for region splitting with split candidate
1416 /// physreg1.
1417 /// Region splitting creates a local interval because of interference with the
1418 /// evictor %1.
1419 /// One of the split intervals ends up evicting back original evictor %1
1420 /// from physreg0 (the reg %0 was evicted from).
1421 /// Another evictee %2 is intended for region splitting with split candidate
1422 /// physreg1.
1423 /// One of the split intervals ends up evicting %3 from physreg2, etc.
1424 ///
1425 /// \param Evictee  The register considered to be split.
1426 /// \param Cand     The split candidate that determines the physical register
1427 ///                 we are splitting for and the interferences.
1428 /// \param BBNumber The number of a BB for which the region split process will
1429 ///                 create a local split interval.
1430 /// \param Order    The phisical registers that may get evicted by a split
1431 ///                 artifact of Evictee.
1432 /// \return True if splitting Evictee may cause a bad eviction chain, false
1433 /// otherwise.
1434 bool RAGreedy::splitCanCauseEvictionChain(unsigned Evictee,
1435                                           GlobalSplitCandidate &Cand,
1436                                           unsigned BBNumber,
1437                                           const AllocationOrder &Order) {
1438   EvictionTrack::EvictorInfo VregEvictorInfo = LastEvicted.getEvictor(Evictee);
1439   unsigned Evictor = VregEvictorInfo.first;
1440   unsigned PhysReg = VregEvictorInfo.second;
1441
1442   // No actual evictor.
1443   if (!Evictor || !PhysReg)
1444     return false;
1445
1446   float MaxWeight = 0;
1447   unsigned FutureEvictedPhysReg =
1448       getCheapestEvicteeWeight(Order, LIS->getInterval(Evictee),
1449                                Cand.Intf.first(), Cand.Intf.last(), &MaxWeight);
1450
1451   // The bad eviction chain occurs when either the split candidate the the
1452   // evited reg or one of the split artifact will evict the evicting reg.
1453   if ((PhysReg != Cand.PhysReg) && (PhysReg != FutureEvictedPhysReg))
1454     return false;
1455
1456   Cand.Intf.moveToBlock(BBNumber);
1457
1458   // Check to see if the Evictor contains interference (with Evictee) in the
1459   // given BB. If so, this interference caused the eviction of Evictee from
1460   // PhysReg. This suggest that we will create a local interval during the
1461   // region split to avoid this interference This local interval may cause a bad
1462   // eviction chain.
1463   if (!LIS->hasInterval(Evictor))
1464     return false;
1465   LiveInterval &EvictorLI = LIS->getInterval(Evictor);
1466   if (EvictorLI.FindSegmentContaining(Cand.Intf.first()) == EvictorLI.end())
1467     return false;
1468
1469   // Now, check to see if the local interval we will create is going to be
1470   // expensive enough to evict somebody If so, this may cause a bad eviction
1471   // chain.
1472   VirtRegAuxInfo VRAI(*MF, *LIS, VRM, getAnalysis<MachineLoopInfo>(), *MBFI);
1473   float splitArtifactWeight =
1474       VRAI.futureWeight(LIS->getInterval(Evictee),
1475                         Cand.Intf.first().getPrevIndex(), Cand.Intf.last());
1476   if (splitArtifactWeight >= 0 && splitArtifactWeight < MaxWeight)
1477     return false;
1478
1479   return true;
1480 }
1481
1482 /// calcGlobalSplitCost - Return the global split cost of following the split
1483 /// pattern in LiveBundles. This cost should be added to the local cost of the
1484 /// interference pattern in SplitConstraints.
1485 ///
1486 BlockFrequency RAGreedy::calcGlobalSplitCost(GlobalSplitCandidate &Cand,
1487                                              const AllocationOrder &Order,
1488                                              bool *CanCauseEvictionChain) {
1489   BlockFrequency GlobalCost = 0;
1490   const BitVector &LiveBundles = Cand.LiveBundles;
1491   unsigned VirtRegToSplit = SA->getParent().reg;
1492   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
1493   for (unsigned i = 0; i != UseBlocks.size(); ++i) {
1494     const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = UseBlocks[i];
1495     SpillPlacement::BlockConstraint &BC = SplitConstraints[i];
1496     bool RegIn  = LiveBundles[Bundles->getBundle(BC.Number, false)];
1497     bool RegOut = LiveBundles[Bundles->getBundle(BC.Number, true)];
1498     unsigned Ins = 0;
1499
1500     Cand.Intf.moveToBlock(BC.Number);
1501     // Check wheather a local interval is going to be created during the region
1502     // split.
1503     if (EnableAdvancedRASplitCost && CanCauseEvictionChain &&
1504         Cand.Intf.hasInterference() && BI.LiveIn && BI.LiveOut && RegIn &&
1505         RegOut) {
1506
1507       if (splitCanCauseEvictionChain(VirtRegToSplit, Cand, BC.Number, Order)) {
1508         // This interfernce cause our eviction from this assignment, we might
1509         // evict somebody else, add that cost.
1510         // See splitCanCauseEvictionChain for detailed description of scenarios.
1511         GlobalCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(BC.Number);
1512         GlobalCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(BC.Number);
1513
1514         *CanCauseEvictionChain = true;
1515       }
1516     }
1517
1518     if (BI.LiveIn)
1519       Ins += RegIn != (BC.Entry == SpillPlacement::PrefReg);
1520     if (BI.LiveOut)
1521       Ins += RegOut != (BC.Exit == SpillPlacement::PrefReg);
1522     while (Ins--)
1523       GlobalCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(BC.Number);
1524   }
1525
1526   for (unsigned i = 0, e = Cand.ActiveBlocks.size(); i != e; ++i) {
1527     unsigned Number = Cand.ActiveBlocks[i];
1528     bool RegIn  = LiveBundles[Bundles->getBundle(Number, false)];
1529     bool RegOut = LiveBundles[Bundles->getBundle(Number, true)];
1530     if (!RegIn && !RegOut)
1531       continue;
1532     if (RegIn && RegOut) {
1533       // We need double spill code if this block has interference.
1534       Cand.Intf.moveToBlock(Number);
1535       if (Cand.Intf.hasInterference()) {
1536         GlobalCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
1537         GlobalCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
1538
1539         // Check wheather a local interval is going to be created during the
1540         // region split.
1541         if (EnableAdvancedRASplitCost && CanCauseEvictionChain &&
1542             splitCanCauseEvictionChain(VirtRegToSplit, Cand, Number, Order)) {
1543           // This interfernce cause our eviction from this assignment, we might
1544           // evict somebody else, add that cost.
1545           // See splitCanCauseEvictionChain for detailed description of
1546           // scenarios.
1547           GlobalCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
1548           GlobalCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
1549
1550           *CanCauseEvictionChain = true;
1551         }
1552       }
1553       continue;
1554     }
1555     // live-in / stack-out or stack-in live-out.
1556     GlobalCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
1557   }
1558   return GlobalCost;
1559 }
1560
1561 /// splitAroundRegion - Split the current live range around the regions
1562 /// determined by BundleCand and GlobalCand.
1563 ///
1564 /// Before calling this function, GlobalCand and BundleCand must be initialized
1565 /// so each bundle is assigned to a valid candidate, or NoCand for the
1566 /// stack-bound bundles.  The shared SA/SE SplitAnalysis and SplitEditor
1567 /// objects must be initialized for the current live range, and intervals
1568 /// created for the used candidates.
1569 ///
1570 /// @param LREdit    The LiveRangeEdit object handling the current split.
1571 /// @param UsedCands List of used GlobalCand entries. Every BundleCand value
1572 ///                  must appear in this list.
1573 void RAGreedy::splitAroundRegion(LiveRangeEdit &LREdit,
1574                                  ArrayRef<unsigned> UsedCands) {
1575   // These are the intervals created for new global ranges. We may create more
1576   // intervals for local ranges.
1577   const unsigned NumGlobalIntvs = LREdit.size();
1578   DEBUG(dbgs() << "splitAroundRegion with " << NumGlobalIntvs << " globals.\n");
1579   assert(NumGlobalIntvs && "No global intervals configured");
1580
1581   // Isolate even single instructions when dealing with a proper sub-class.
1582   // That guarantees register class inflation for the stack interval because it
1583   // is all copies.
1584   unsigned Reg = SA->getParent().reg;
1585   bool SingleInstrs = RegClassInfo.isProperSubClass(MRI->getRegClass(Reg));
1586
1587   // First handle all the blocks with uses.
1588   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
1589   for (unsigned i = 0; i != UseBlocks.size(); ++i) {
1590     const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = UseBlocks[i];
1591     unsigned Number = BI.MBB->getNumber();
1592     unsigned IntvIn = 0, IntvOut = 0;
1593     SlotIndex IntfIn, IntfOut;
1594     if (BI.LiveIn) {
1595       unsigned CandIn = BundleCand[Bundles->getBundle(Number, false)];
1596       if (CandIn != NoCand) {
1597         GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[CandIn];
1598         IntvIn = Cand.IntvIdx;
1599         Cand.Intf.moveToBlock(Number);
1600         IntfIn = Cand.Intf.first();
1601       }
1602     }
1603     if (BI.LiveOut) {
1604       unsigned CandOut = BundleCand[Bundles->getBundle(Number, true)];
1605       if (CandOut != NoCand) {
1606         GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[CandOut];
1607         IntvOut = Cand.IntvIdx;
1608         Cand.Intf.moveToBlock(Number);
1609         IntfOut = Cand.Intf.last();
1610       }
1611     }
1612
1613     // Create separate intervals for isolated blocks with multiple uses.
1614     if (!IntvIn && !IntvOut) {
1615       DEBUG(dbgs() << printMBBReference(*BI.MBB) << " isolated.\n");
1616       if (SA->shouldSplitSingleBlock(BI, SingleInstrs))
1617         SE->splitSingleBlock(BI);
1618       continue;
1619     }
1620
1621     if (IntvIn && IntvOut)
1622       SE->splitLiveThroughBlock(Number, IntvIn, IntfIn, IntvOut, IntfOut);
1623     else if (IntvIn)
1624       SE->splitRegInBlock(BI, IntvIn, IntfIn);
1625     else
1626       SE->splitRegOutBlock(BI, IntvOut, IntfOut);
1627   }
1628
1629   // Handle live-through blocks. The relevant live-through blocks are stored in
1630   // the ActiveBlocks list with each candidate. We need to filter out
1631   // duplicates.
1632   BitVector Todo = SA->getThroughBlocks();
1633   for (unsigned c = 0; c != UsedCands.size(); ++c) {
1634     ArrayRef<unsigned> Blocks = GlobalCand[UsedCands[c]].ActiveBlocks;
1635     for (unsigned i = 0, e = Blocks.size(); i != e; ++i) {
1636       unsigned Number = Blocks[i];
1637       if (!Todo.test(Number))
1638         continue;
1639       Todo.reset(Number);
1640
1641       unsigned IntvIn = 0, IntvOut = 0;
1642       SlotIndex IntfIn, IntfOut;
1643
1644       unsigned CandIn = BundleCand[Bundles->getBundle(Number, false)];
1645       if (CandIn != NoCand) {
1646         GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[CandIn];
1647         IntvIn = Cand.IntvIdx;
1648         Cand.Intf.moveToBlock(Number);
1649         IntfIn = Cand.Intf.first();
1650       }
1651
1652       unsigned CandOut = BundleCand[Bundles->getBundle(Number, true)];
1653       if (CandOut != NoCand) {
1654         GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[CandOut];
1655         IntvOut = Cand.IntvIdx;
1656         Cand.Intf.moveToBlock(Number);
1657         IntfOut = Cand.Intf.last();
1658       }
1659       if (!IntvIn && !IntvOut)
1660         continue;
1661       SE->splitLiveThroughBlock(Number, IntvIn, IntfIn, IntvOut, IntfOut);
1662     }
1663   }
1664
1665   ++NumGlobalSplits;
1666
1667   SmallVector<unsigned, 8> IntvMap;
1668   SE->finish(&IntvMap);
1669   DebugVars->splitRegister(Reg, LREdit.regs(), *LIS);
1670
1671   ExtraRegInfo.resize(MRI->getNumVirtRegs());
1672   unsigned OrigBlocks = SA->getNumLiveBlocks();
1673
1674   // Sort out the new intervals created by splitting. We get four kinds:
1675   // - Remainder intervals should not be split again.
1676   // - Candidate intervals can be assigned to Cand.PhysReg.
1677   // - Block-local splits are candidates for local splitting.
1678   // - DCE leftovers should go back on the queue.
1679   for (unsigned i = 0, e = LREdit.size(); i != e; ++i) {
1680     LiveInterval &Reg = LIS->getInterval(LREdit.get(i));
1681
1682     // Ignore old intervals from DCE.
1683     if (getStage(Reg) != RS_New)
1684       continue;
1685
1686     // Remainder interval. Don't try splitting again, spill if it doesn't
1687     // allocate.
1688     if (IntvMap[i] == 0) {
1689       setStage(Reg, RS_Spill);
1690       continue;
1691     }
1692
1693     // Global intervals. Allow repeated splitting as long as the number of live
1694     // blocks is strictly decreasing.
1695     if (IntvMap[i] < NumGlobalIntvs) {
1696       if (SA->countLiveBlocks(&Reg) >= OrigBlocks) {
1697         DEBUG(dbgs() << "Main interval covers the same " << OrigBlocks
1698                      << " blocks as original.\n");
1699         // Don't allow repeated splitting as a safe guard against looping.
1700         setStage(Reg, RS_Split2);
1701       }
1702       continue;
1703     }
1704
1705     // Other intervals are treated as new. This includes local intervals created
1706     // for blocks with multiple uses, and anything created by DCE.
1707   }
1708
1709   if (VerifyEnabled)
1710     MF->verify(this, "After splitting live range around region");
1711 }
1712
1713 unsigned RAGreedy::tryRegionSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
1714                                   SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
1715   unsigned NumCands = 0;
1716   BlockFrequency SpillCost = calcSpillCost();
1717   BlockFrequency BestCost;
1718
1719   // Check if we can split this live range around a compact region.
1720   bool HasCompact = calcCompactRegion(GlobalCand.front());
1721   if (HasCompact) {
1722     // Yes, keep GlobalCand[0] as the compact region candidate.
1723     NumCands = 1;
1724     BestCost = BlockFrequency::getMaxFrequency();
1725   } else {
1726     // No benefit from the compact region, our fallback will be per-block
1727     // splitting. Make sure we find a solution that is cheaper than spilling.
1728     BestCost = SpillCost;
1729     DEBUG(dbgs() << "Cost of isolating all blocks = ";
1730                  MBFI->printBlockFreq(dbgs(), BestCost) << '\n');
1731   }
1732
1733   bool CanCauseEvictionChain = false;
1734   unsigned BestCand =
1735       calculateRegionSplitCost(VirtReg, Order, BestCost, NumCands,
1736                                false /*IgnoreCSR*/, &CanCauseEvictionChain);
1737
1738   // Split candidates with compact regions can cause a bad eviction sequence.
1739   // See splitCanCauseEvictionChain for detailed description of scenarios.
1740   // To avoid it, we need to comapre the cost with the spill cost and not the
1741   // current max frequency.
1742   if (HasCompact && (BestCost > SpillCost) && (BestCand != NoCand) &&
1743     CanCauseEvictionChain) {
1744     return 0;
1745   }
1746
1747   // No solutions found, fall back to single block splitting.
1748   if (!HasCompact && BestCand == NoCand)
1749     return 0;
1750
1751   return doRegionSplit(VirtReg, BestCand, HasCompact, NewVRegs);
1752 }
1753
1754 unsigned RAGreedy::calculateRegionSplitCost(LiveInterval &VirtReg,
1755                                             AllocationOrder &Order,
1756                                             BlockFrequency &BestCost,
1757                                             unsigned &NumCands, bool IgnoreCSR,
1758                                             bool *CanCauseEvictionChain) {
1759   unsigned BestCand = NoCand;
1760   Order.rewind();
1761   while (unsigned PhysReg = Order.next()) {
1762     if (IgnoreCSR && isUnusedCalleeSavedReg(PhysReg))
1763       continue;
1764
1765     // Discard bad candidates before we run out of interference cache cursors.
1766     // This will only affect register classes with a lot of registers (>32).
1767     if (NumCands == IntfCache.getMaxCursors()) {
1768       unsigned WorstCount = ~0u;
1769       unsigned Worst = 0;
1770       for (unsigned i = 0; i != NumCands; ++i) {
1771         if (i == BestCand || !GlobalCand[i].PhysReg)
1772           continue;
1773         unsigned Count = GlobalCand[i].LiveBundles.count();
1774         if (Count < WorstCount) {
1775           Worst = i;
1776           WorstCount = Count;
1777         }
1778       }
1779       --NumCands;
1780       GlobalCand[Worst] = GlobalCand[NumCands];
1781       if (BestCand == NumCands)
1782         BestCand = Worst;
1783     }
1784
1785     if (GlobalCand.size() <= NumCands)
1786       GlobalCand.resize(NumCands+1);
1787     GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[NumCands];
1788     Cand.reset(IntfCache, PhysReg);
1789
1790     SpillPlacer->prepare(Cand.LiveBundles);
1791     BlockFrequency Cost;
1792     if (!addSplitConstraints(Cand.Intf, Cost)) {
1793       DEBUG(dbgs() << printReg(PhysReg, TRI) << "\tno positive bundles\n");
1794       continue;
1795     }
1796     DEBUG(dbgs() << printReg(PhysReg, TRI) << "\tstatic = ";
1797                  MBFI->printBlockFreq(dbgs(), Cost));
1798     if (Cost >= BestCost) {
1799       DEBUG({
1800         if (BestCand == NoCand)
1801           dbgs() << " worse than no bundles\n";
1802         else
1803           dbgs() << " worse than "
1804                  << printReg(GlobalCand[BestCand].PhysReg, TRI) << '\n';
1805       });
1806       continue;
1807     }
1808     growRegion(Cand);
1809
1810     SpillPlacer->finish();
1811
1812     // No live bundles, defer to splitSingleBlocks().
1813     if (!Cand.LiveBundles.any()) {
1814       DEBUG(dbgs() << " no bundles.\n");
1815       continue;
1816     }
1817
1818     bool HasEvictionChain = false;
1819     Cost += calcGlobalSplitCost(Cand, Order, &HasEvictionChain);
1820     DEBUG({
1821       dbgs() << ", total = "; MBFI->printBlockFreq(dbgs(), Cost)
1822                                 << " with bundles";
1823       for (int i : Cand.LiveBundles.set_bits())
1824         dbgs() << " EB#" << i;
1825       dbgs() << ".\n";
1826     });
1827     if (Cost < BestCost) {
1828       BestCand = NumCands;
1829       BestCost = Cost;
1830       // See splitCanCauseEvictionChain for detailed description of bad
1831       // eviction chain scenarios.
1832       if (CanCauseEvictionChain)
1833         *CanCauseEvictionChain = HasEvictionChain;
1834     }
1835     ++NumCands;
1836   }
1837
1838   if (CanCauseEvictionChain && BestCand != NoCand) {
1839     // See splitCanCauseEvictionChain for detailed description of bad
1840     // eviction chain scenarios.
1841     DEBUG(dbgs() << "Best split candidate of vreg "
1842                  << printReg(VirtReg.reg, TRI) << "  may ");
1843     if (!(*CanCauseEvictionChain))
1844       DEBUG(dbgs() << "not ");
1845     DEBUG(dbgs() << "cause bad eviction chain\n");
1846   }
1847
1848   return BestCand;
1849 }
1850
1851 unsigned RAGreedy::doRegionSplit(LiveInterval &VirtReg, unsigned BestCand,
1852                                  bool HasCompact,
1853                                  SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
1854   SmallVector<unsigned, 8> UsedCands;
1855   // Prepare split editor.
1856   LiveRangeEdit LREdit(&VirtReg, NewVRegs, *MF, *LIS, VRM, this, &DeadRemats);
1857   SE->reset(LREdit, SplitSpillMode);
1858
1859   // Assign all edge bundles to the preferred candidate, or NoCand.
1860   BundleCand.assign(Bundles->getNumBundles(), NoCand);
1861
1862   // Assign bundles for the best candidate region.
1863   if (BestCand != NoCand) {
1864     GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[BestCand];
1865     if (unsigned B = Cand.getBundles(BundleCand, BestCand)) {
1866       UsedCands.push_back(BestCand);
1867       Cand.IntvIdx = SE->openIntv();
1868       DEBUG(dbgs() << "Split for " << printReg(Cand.PhysReg, TRI) << " in "
1869                    << B << " bundles, intv " << Cand.IntvIdx << ".\n");
1870       (void)B;
1871     }
1872   }
1873
1874   // Assign bundles for the compact region.
1875   if (HasCompact) {
1876     GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand.front();
1877     assert(!Cand.PhysReg && "Compact region has no physreg");
1878     if (unsigned B = Cand.getBundles(BundleCand, 0)) {
1879       UsedCands.push_back(0);
1880       Cand.IntvIdx = SE->openIntv();
1881       DEBUG(dbgs() << "Split for compact region in " << B << " bundles, intv "
1882                    << Cand.IntvIdx << ".\n");
1883       (void)B;
1884     }
1885   }
1886
1887   splitAroundRegion(LREdit, UsedCands);
1888   return 0;
1889 }
1890
1891 //===----------------------------------------------------------------------===//
1892 //                            Per-Block Splitting
1893 //===----------------------------------------------------------------------===//
1894
1895 /// tryBlockSplit - Split a global live range around every block with uses. This
1896 /// creates a lot of local live ranges, that will be split by tryLocalSplit if
1897 /// they don't allocate.
1898 unsigned RAGreedy::tryBlockSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
1899                                  SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
1900   assert(&SA->getParent() == &VirtReg && "Live range wasn't analyzed");
1901   unsigned Reg = VirtReg.reg;
1902   bool SingleInstrs = RegClassInfo.isProperSubClass(MRI->getRegClass(Reg));
1903   LiveRangeEdit LREdit(&VirtReg, NewVRegs, *MF, *LIS, VRM, this, &DeadRemats);
1904   SE->reset(LREdit, SplitSpillMode);
1905   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
1906   for (unsigned i = 0; i != UseBlocks.size(); ++i) {
1907     const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = UseBlocks[i];
1908     if (SA->shouldSplitSingleBlock(BI, SingleInstrs))
1909       SE->splitSingleBlock(BI);
1910   }
1911   // No blocks were split.
1912   if (LREdit.empty())
1913     return 0;
1914
1915   // We did split for some blocks.
1916   SmallVector<unsigned, 8> IntvMap;
1917   SE->finish(&IntvMap);
1918
1919   // Tell LiveDebugVariables about the new ranges.
1920   DebugVars->splitRegister(Reg, LREdit.regs(), *LIS);
1921
1922   ExtraRegInfo.resize(MRI->getNumVirtRegs());
1923
1924   // Sort out the new intervals created by splitting. The remainder interval
1925   // goes straight to spilling, the new local ranges get to stay RS_New.
1926   for (unsigned i = 0, e = LREdit.size(); i != e; ++i) {
1927     LiveInterval &LI = LIS->getInterval(LREdit.get(i));
1928     if (getStage(LI) == RS_New && IntvMap[i] == 0)
1929       setStage(LI, RS_Spill);
1930   }
1931
1932   if (VerifyEnabled)
1933     MF->verify(this, "After splitting live range around basic blocks");
1934   return 0;
1935 }
1936
1937 //===----------------------------------------------------------------------===//
1938 //                         Per-Instruction Splitting
1939 //===----------------------------------------------------------------------===//
1940
1941 /// Get the number of allocatable registers that match the constraints of \p Reg
1942 /// on \p MI and that are also in \p SuperRC.
1943 static unsigned getNumAllocatableRegsForConstraints(
1944     const MachineInstr *MI, unsigned Reg, const TargetRegisterClass *SuperRC,
1945     const TargetInstrInfo *TII, const TargetRegisterInfo *TRI,
1946     const RegisterClassInfo &RCI) {
1947   assert(SuperRC && "Invalid register class");
1948
1949   const TargetRegisterClass *ConstrainedRC =
1950       MI->getRegClassConstraintEffectForVReg(Reg, SuperRC, TII, TRI,
1951                                              /* ExploreBundle */ true);
1952   if (!ConstrainedRC)
1953     return 0;
1954   return RCI.getNumAllocatableRegs(ConstrainedRC);
1955 }
1956
1957 /// tryInstructionSplit - Split a live range around individual instructions.
1958 /// This is normally not worthwhile since the spiller is doing essentially the
1959 /// same thing. However, when the live range is in a constrained register
1960 /// class, it may help to insert copies such that parts of the live range can
1961 /// be moved to a larger register class.
1962 ///
1963 /// This is similar to spilling to a larger register class.
1964 unsigned
1965 RAGreedy::tryInstructionSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
1966                               SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
1967   const TargetRegisterClass *CurRC = MRI->getRegClass(VirtReg.reg);
1968   // There is no point to this if there are no larger sub-classes.
1969   if (!RegClassInfo.isProperSubClass(CurRC))
1970     return 0;
1971
1972   // Always enable split spill mode, since we're effectively spilling to a
1973   // register.
1974   LiveRangeEdit LREdit(&VirtReg, NewVRegs, *MF, *LIS, VRM, this, &DeadRemats);
1975   SE->reset(LREdit, SplitEditor::SM_Size);
1976
1977   ArrayRef<SlotIndex> Uses = SA->getUseSlots();
1978   if (Uses.size() <= 1)
1979     return 0;
1980
1981   DEBUG(dbgs() << "Split around " << Uses.size() << " individual instrs.\n");
1982
1983   const TargetRegisterClass *SuperRC =
1984       TRI->getLargestLegalSuperClass(CurRC, *MF);
1985   unsigned SuperRCNumAllocatableRegs = RCI.getNumAllocatableRegs(SuperRC);
1986   // Split around every non-copy instruction if this split will relax
1987   // the constraints on the virtual register.
1988   // Otherwise, splitting just inserts uncoalescable copies that do not help
1989   // the allocation.
1990   for (unsigned i = 0; i != Uses.size(); ++i) {
1991     if (const MachineInstr *MI = Indexes->getInstructionFromIndex(Uses[i]))
1992       if (MI->isFullCopy() ||
1993           SuperRCNumAllocatableRegs ==
1994               getNumAllocatableRegsForConstraints(MI, VirtReg.reg, SuperRC, TII,
1995                                                   TRI, RCI)) {
1996         DEBUG(dbgs() << "    skip:\t" << Uses[i] << '\t' << *MI);
1997         continue;
1998       }
1999     SE->openIntv();
2000     SlotIndex SegStart = SE->enterIntvBefore(Uses[i]);
2001     SlotIndex SegStop  = SE->leaveIntvAfter(Uses[i]);
2002     SE->useIntv(SegStart, SegStop);
2003   }
2004
2005   if (LREdit.empty()) {
2006     DEBUG(dbgs() << "All uses were copies.\n");
2007     return 0;
2008   }
2009
2010   SmallVector<unsigned, 8> IntvMap;
2011   SE->finish(&IntvMap);
2012   DebugVars->splitRegister(VirtReg.reg, LREdit.regs(), *LIS);
2013   ExtraRegInfo.resize(MRI->getNumVirtRegs());
2014
2015   // Assign all new registers to RS_Spill. This was the last chance.
2016   setStage(LREdit.begin(), LREdit.end(), RS_Spill);
2017   return 0;
2018 }
2019
2020 //===----------------------------------------------------------------------===//
2021 //                             Local Splitting
2022 //===----------------------------------------------------------------------===//
2023
2024 /// calcGapWeights - Compute the maximum spill weight that needs to be evicted
2025 /// in order to use PhysReg between two entries in SA->UseSlots.
2026 ///
2027 /// GapWeight[i] represents the gap between UseSlots[i] and UseSlots[i+1].
2028 ///
2029 void RAGreedy::calcGapWeights(unsigned PhysReg,
2030                               SmallVectorImpl<float> &GapWeight) {
2031   assert(SA->getUseBlocks().size() == 1 && "Not a local interval");
2032   const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = SA->getUseBlocks().front();
2033   ArrayRef<SlotIndex> Uses = SA->getUseSlots();
2034   const unsigned NumGaps = Uses.size()-1;
2035
2036   // Start and end points for the interference check.
2037   SlotIndex StartIdx =
2038     BI.LiveIn ? BI.FirstInstr.getBaseIndex() : BI.FirstInstr;
2039   SlotIndex StopIdx =
2040     BI.LiveOut ? BI.LastInstr.getBoundaryIndex() : BI.LastInstr;
2041
2042   GapWeight.assign(NumGaps, 0.0f);
2043
2044   // Add interference from each overlapping register.
2045   for (MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
2046     if (!Matrix->query(const_cast<LiveInterval&>(SA->getParent()), *Units)
2047           .checkInterference())
2048       continue;
2049
2050     // We know that VirtReg is a continuous interval from FirstInstr to
2051     // LastInstr, so we don't need InterferenceQuery.
2052     //
2053     // Interference that overlaps an instruction is counted in both gaps
2054     // surrounding the instruction. The exception is interference before
2055     // StartIdx and after StopIdx.
2056     //
2057     LiveIntervalUnion::SegmentIter IntI =
2058       Matrix->getLiveUnions()[*Units] .find(StartIdx);
2059     for (unsigned Gap = 0; IntI.valid() && IntI.start() < StopIdx; ++IntI) {
2060       // Skip the gaps before IntI.
2061       while (Uses[Gap+1].getBoundaryIndex() < IntI.start())
2062         if (++Gap == NumGaps)
2063           break;
2064       if (Gap == NumGaps)
2065         break;
2066
2067       // Update the gaps covered by IntI.
2068       const float weight = IntI.value()->weight;
2069       for (; Gap != NumGaps; ++Gap) {
2070         GapWeight[Gap] = std::max(GapWeight[Gap], weight);
2071         if (Uses[Gap+1].getBaseIndex() >= IntI.stop())
2072           break;
2073       }
2074       if (Gap == NumGaps)
2075         break;
2076     }
2077   }
2078
2079   // Add fixed interference.
2080   for (MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
2081     const LiveRange &LR = LIS->getRegUnit(*Units);
2082     LiveRange::const_iterator I = LR.find(StartIdx);
2083     LiveRange::const_iterator E = LR.end();
2084
2085     // Same loop as above. Mark any overlapped gaps as HUGE_VALF.
2086     for (unsigned Gap = 0; I != E && I->start < StopIdx; ++I) {
2087       while (Uses[Gap+1].getBoundaryIndex() < I->start)
2088         if (++Gap == NumGaps)
2089           break;
2090       if (Gap == NumGaps)
2091         break;
2092
2093       for (; Gap != NumGaps; ++Gap) {
2094         GapWeight[Gap] = huge_valf;
2095         if (Uses[Gap+1].getBaseIndex() >= I->end)
2096           break;
2097       }
2098       if (Gap == NumGaps)
2099         break;
2100     }
2101   }
2102 }
2103
2104 /// tryLocalSplit - Try to split VirtReg into smaller intervals inside its only
2105 /// basic block.
2106 ///
2107 unsigned RAGreedy::tryLocalSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
2108                                  SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
2109   assert(SA->getUseBlocks().size() == 1 && "Not a local interval");
2110   const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = SA->getUseBlocks().front();
2111
2112   // Note that it is possible to have an interval that is live-in or live-out
2113   // while only covering a single block - A phi-def can use undef values from
2114   // predecessors, and the block could be a single-block loop.
2115   // We don't bother doing anything clever about such a case, we simply assume
2116   // that the interval is continuous from FirstInstr to LastInstr. We should
2117   // make sure that we don't do anything illegal to such an interval, though.
2118
2119   ArrayRef<SlotIndex> Uses = SA->getUseSlots();
2120   if (Uses.size() <= 2)
2121     return 0;
2122   const unsigned NumGaps = Uses.size()-1;
2123
2124   DEBUG({
2125     dbgs() << "tryLocalSplit: ";
2126     for (unsigned i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i)
2127       dbgs() << ' ' << Uses[i];
2128     dbgs() << '\n';
2129   });
2130
2131   // If VirtReg is live across any register mask operands, compute a list of
2132   // gaps with register masks.
2133   SmallVector<unsigned, 8> RegMaskGaps;
2134   if (Matrix->checkRegMaskInterference(VirtReg)) {
2135     // Get regmask slots for the whole block.
2136     ArrayRef<SlotIndex> RMS = LIS->getRegMaskSlotsInBlock(BI.MBB->getNumber());
2137     DEBUG(dbgs() << RMS.size() << " regmasks in block:");
2138     // Constrain to VirtReg's live range.
2139     unsigned ri = std::lower_bound(RMS.begin(), RMS.end(),
2140                                    Uses.front().getRegSlot()) - RMS.begin();
2141     unsigned re = RMS.size();
2142     for (unsigned i = 0; i != NumGaps && ri != re; ++i) {
2143       // Look for Uses[i] <= RMS <= Uses[i+1].
2144       assert(!SlotIndex::isEarlierInstr(RMS[ri], Uses[i]));
2145       if (SlotIndex::isEarlierInstr(Uses[i+1], RMS[ri]))
2146         continue;
2147       // Skip a regmask on the same instruction as the last use. It doesn't
2148       // overlap the live range.
2149       if (SlotIndex::isSameInstr(Uses[i+1], RMS[ri]) && i+1 == NumGaps)
2150         break;
2151       DEBUG(dbgs() << ' ' << RMS[ri] << ':' << Uses[i] << '-' << Uses[i+1]);
2152       RegMaskGaps.push_back(i);
2153       // Advance ri to the next gap. A regmask on one of the uses counts in
2154       // both gaps.
2155       while (ri != re && SlotIndex::isEarlierInstr(RMS[ri], Uses[i+1]))
2156         ++ri;
2157     }
2158     DEBUG(dbgs() << '\n');
2159   }
2160
2161   // Since we allow local split results to be split again, there is a risk of
2162   // creating infinite loops. It is tempting to require that the new live
2163   // ranges have less instructions than the original. That would guarantee
2164   // convergence, but it is too strict. A live range with 3 instructions can be
2165   // split 2+3 (including the COPY), and we want to allow that.
2166   //
2167   // Instead we use these rules:
2168   //
2169   // 1. Allow any split for ranges with getStage() < RS_Split2. (Except for the
2170   //    noop split, of course).
2171   // 2. Require progress be made for ranges with getStage() == RS_Split2. All
2172   //    the new ranges must have fewer instructions than before the split.
2173   // 3. New ranges with the same number of instructions are marked RS_Split2,
2174   //    smaller ranges are marked RS_New.
2175   //
2176   // These rules allow a 3 -> 2+3 split once, which we need. They also prevent
2177   // excessive splitting and infinite loops.
2178   //
2179   bool ProgressRequired = getStage(VirtReg) >= RS_Split2;
2180
2181   // Best split candidate.
2182   unsigned BestBefore = NumGaps;
2183   unsigned BestAfter = 0;
2184   float BestDiff = 0;
2185
2186   const float blockFreq =
2187     SpillPlacer->getBlockFrequency(BI.MBB->getNumber()).getFrequency() *
2188     (1.0f / MBFI->getEntryFreq());
2189   SmallVector<float, 8> GapWeight;
2190
2191   Order.rewind();
2192   while (unsigned PhysReg = Order.next()) {
2193     // Keep track of the largest spill weight that would need to be evicted in
2194     // order to make use of PhysReg between UseSlots[i] and UseSlots[i+1].
2195     calcGapWeights(PhysReg, GapWeight);
2196
2197     // Remove any gaps with regmask clobbers.
2198     if (Matrix->checkRegMaskInterference(VirtReg, PhysReg))
2199       for (unsigned i = 0, e = RegMaskGaps.size(); i != e; ++i)
2200         GapWeight[RegMaskGaps[i]] = huge_valf;
2201
2202     // Try to find the best sequence of gaps to close.
2203     // The new spill weight must be larger than any gap interference.
2204
2205     // We will split before Uses[SplitBefore] and after Uses[SplitAfter].
2206     unsigned SplitBefore = 0, SplitAfter = 1;
2207
2208     // MaxGap should always be max(GapWeight[SplitBefore..SplitAfter-1]).
2209     // It is the spill weight that needs to be evicted.
2210     float MaxGap = GapWeight[0];
2211
2212     while (true) {
2213       // Live before/after split?
2214       const bool LiveBefore = SplitBefore != 0 || BI.LiveIn;
2215       const bool LiveAfter = SplitAfter != NumGaps || BI.LiveOut;
2216
2217       DEBUG(dbgs() << printReg(PhysReg, TRI) << ' '
2218                    << Uses[SplitBefore] << '-' << Uses[SplitAfter]
2219                    << " i=" << MaxGap);
2220
2221       // Stop before the interval gets so big we wouldn't be making progress.
2222       if (!LiveBefore && !LiveAfter) {
2223         DEBUG(dbgs() << " all\n");
2224         break;
2225       }
2226       // Should the interval be extended or shrunk?
2227       bool Shrink = true;
2228
2229       // How many gaps would the new range have?
2230       unsigned NewGaps = LiveBefore + SplitAfter - SplitBefore + LiveAfter;
2231
2232       // Legally, without causing looping?
2233       bool Legal = !ProgressRequired || NewGaps < NumGaps;
2234
2235       if (Legal && MaxGap < huge_valf) {
2236         // Estimate the new spill weight. Each instruction reads or writes the
2237         // register. Conservatively assume there are no read-modify-write
2238         // instructions.
2239         //
2240         // Try to guess the size of the new interval.
2241         const float EstWeight = normalizeSpillWeight(
2242             blockFreq * (NewGaps + 1),
2243             Uses[SplitBefore].distance(Uses[SplitAfter]) +
2244                 (LiveBefore + LiveAfter) * SlotIndex::InstrDist,
2245             1);
2246         // Would this split be possible to allocate?
2247         // Never allocate all gaps, we wouldn't be making progress.
2248         DEBUG(dbgs() << " w=" << EstWeight);
2249         if (EstWeight * Hysteresis >= MaxGap) {
2250           Shrink = false;
2251           float Diff = EstWeight - MaxGap;
2252           if (Diff > BestDiff) {
2253             DEBUG(dbgs() << " (best)");
2254             BestDiff = Hysteresis * Diff;
2255             BestBefore = SplitBefore;
2256             BestAfter = SplitAfter;
2257           }
2258         }
2259       }
2260
2261       // Try to shrink.
2262       if (Shrink) {
2263         if (++SplitBefore < SplitAfter) {
2264           DEBUG(dbgs() << " shrink\n");
2265           // Recompute the max when necessary.
2266           if (GapWeight[SplitBefore - 1] >= MaxGap) {
2267             MaxGap = GapWeight[SplitBefore];
2268             for (unsigned i = SplitBefore + 1; i != SplitAfter; ++i)
2269               MaxGap = std::max(MaxGap, GapWeight[i]);
2270           }
2271           continue;
2272         }
2273         MaxGap = 0;
2274       }
2275
2276       // Try to extend the interval.
2277       if (SplitAfter >= NumGaps) {
2278         DEBUG(dbgs() << " end\n");
2279         break;
2280       }
2281
2282       DEBUG(dbgs() << " extend\n");
2283       MaxGap = std::max(MaxGap, GapWeight[SplitAfter++]);
2284     }
2285   }
2286
2287   // Didn't find any candidates?
2288   if (BestBefore == NumGaps)
2289     return 0;
2290
2291   DEBUG(dbgs() << "Best local split range: " << Uses[BestBefore]
2292                << '-' << Uses[BestAfter] << ", " << BestDiff
2293                << ", " << (BestAfter - BestBefore + 1) << " instrs\n");
2294
2295   LiveRangeEdit LREdit(&VirtReg, NewVRegs, *MF, *LIS, VRM, this, &DeadRemats);
2296   SE->reset(LREdit);
2297
2298   SE->openIntv();
2299   SlotIndex SegStart = SE->enterIntvBefore(Uses[BestBefore]);
2300   SlotIndex SegStop  = SE->leaveIntvAfter(Uses[BestAfter]);
2301   SE->useIntv(SegStart, SegStop);
2302   SmallVector<unsigned, 8> IntvMap;
2303   SE->finish(&IntvMap);
2304   DebugVars->splitRegister(VirtReg.reg, LREdit.regs(), *LIS);
2305
2306   // If the new range has the same number of instructions as before, mark it as
2307   // RS_Split2 so the next split will be forced to make progress. Otherwise,
2308   // leave the new intervals as RS_New so they can compete.
2309   bool LiveBefore = BestBefore != 0 || BI.LiveIn;
2310   bool LiveAfter = BestAfter != NumGaps || BI.LiveOut;
2311   unsigned NewGaps = LiveBefore + BestAfter - BestBefore + LiveAfter;
2312   if (NewGaps >= NumGaps) {
2313     DEBUG(dbgs() << "Tagging non-progress ranges: ");
2314     assert(!ProgressRequired && "Didn't make progress when it was required.");
2315     for (unsigned i = 0, e = IntvMap.size(); i != e; ++i)
2316       if (IntvMap[i] == 1) {
2317         setStage(LIS->getInterval(LREdit.get(i)), RS_Split2);
2318         DEBUG(dbgs() << printReg(LREdit.get(i)));
2319       }
2320     DEBUG(dbgs() << '\n');
2321   }
2322   ++NumLocalSplits;
2323
2324   return 0;
2325 }
2326
2327 //===----------------------------------------------------------------------===//
2328 //                          Live Range Splitting
2329 //===----------------------------------------------------------------------===//
2330
2331 /// trySplit - Try to split VirtReg or one of its interferences, making it
2332 /// assignable.
2333 /// @return Physreg when VirtReg may be assigned and/or new NewVRegs.
2334 unsigned RAGreedy::trySplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
2335                             SmallVectorImpl<unsigned>&NewVRegs) {
2336   // Ranges must be Split2 or less.
2337   if (getStage(VirtReg) >= RS_Spill)
2338     return 0;
2339
2340   // Local intervals are handled separately.
2341   if (LIS->intervalIsInOneMBB(VirtReg)) {
2342     NamedRegionTimer T("local_split", "Local Splitting", TimerGroupName,
2343                        TimerGroupDescription, TimePassesIsEnabled);
2344     SA->analyze(&VirtReg);
2345     unsigned PhysReg = tryLocalSplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
2346     if (PhysReg || !NewVRegs.empty())
2347       return PhysReg;
2348     return tryInstructionSplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
2349   }
2350
2351   NamedRegionTimer T("global_split", "Global Splitting", TimerGroupName,
2352                      TimerGroupDescription, TimePassesIsEnabled);
2353
2354   SA->analyze(&VirtReg);
2355
2356   // FIXME: SplitAnalysis may repair broken live ranges coming from the
2357   // coalescer. That may cause the range to become allocatable which means that
2358   // tryRegionSplit won't be making progress. This check should be replaced with
2359   // an assertion when the coalescer is fixed.
2360   if (SA->didRepairRange()) {
2361     // VirtReg has changed, so all cached queries are invalid.
2362     Matrix->invalidateVirtRegs();
2363     if (unsigned PhysReg = tryAssign(VirtReg, Order, NewVRegs))
2364       return PhysReg;
2365   }
2366
2367   // First try to split around a region spanning multiple blocks. RS_Split2
2368   // ranges already made dubious progress with region splitting, so they go
2369   // straight to single block splitting.
2370   if (getStage(VirtReg) < RS_Split2) {
2371     unsigned PhysReg = tryRegionSplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
2372     if (PhysReg || !NewVRegs.empty())
2373       return PhysReg;
2374   }
2375
2376   // Then isolate blocks.
2377   return tryBlockSplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
2378 }
2379
2380 //===----------------------------------------------------------------------===//
2381 //                          Last Chance Recoloring
2382 //===----------------------------------------------------------------------===//
2383
2384 /// Return true if \p reg has any tied def operand.
2385 static bool hasTiedDef(MachineRegisterInfo *MRI, unsigned reg) {
2386   for (const MachineOperand &MO : MRI->def_operands(reg))
2387     if (MO.isTied())
2388       return true;
2389
2390   return false;
2391 }
2392
2393 /// mayRecolorAllInterferences - Check if the virtual registers that
2394 /// interfere with \p VirtReg on \p PhysReg (or one of its aliases) may be
2395 /// recolored to free \p PhysReg.
2396 /// When true is returned, \p RecoloringCandidates has been augmented with all
2397 /// the live intervals that need to be recolored in order to free \p PhysReg
2398 /// for \p VirtReg.
2399 /// \p FixedRegisters contains all the virtual registers that cannot be
2400 /// recolored.
2401 bool
2402 RAGreedy::mayRecolorAllInterferences(unsigned PhysReg, LiveInterval &VirtReg,
2403                                      SmallLISet &RecoloringCandidates,
2404                                      const SmallVirtRegSet &FixedRegisters) {
2405   const TargetRegisterClass *CurRC = MRI->getRegClass(VirtReg.reg);
2406
2407   for (MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
2408     LiveIntervalUnion::Query &Q = Matrix->query(VirtReg, *Units);
2409     // If there is LastChanceRecoloringMaxInterference or more interferences,
2410     // chances are one would not be recolorable.
2411     if (Q.collectInterferingVRegs(LastChanceRecoloringMaxInterference) >=
2412         LastChanceRecoloringMaxInterference && !ExhaustiveSearch) {
2413       DEBUG(dbgs() << "Early abort: too many interferences.\n");
2414       CutOffInfo |= CO_Interf;
2415       return false;
2416     }
2417     for (unsigned i = Q.interferingVRegs().size(); i; --i) {
2418       LiveInterval *Intf = Q.interferingVRegs()[i - 1];
2419       // If Intf is done and sit on the same register class as VirtReg,
2420       // it would not be recolorable as it is in the same state as VirtReg.
2421       // However, if VirtReg has tied defs and Intf doesn't, then
2422       // there is still a point in examining if it can be recolorable.
2423       if (((getStage(*Intf) == RS_Done &&
2424             MRI->getRegClass(Intf->reg) == CurRC) &&
2425            !(hasTiedDef(MRI, VirtReg.reg) && !hasTiedDef(MRI, Intf->reg))) ||
2426           FixedRegisters.count(Intf->reg)) {
2427         DEBUG(dbgs() << "Early abort: the interference is not recolorable.\n");
2428         return false;
2429       }
2430       RecoloringCandidates.insert(Intf);
2431     }
2432   }
2433   return true;
2434 }
2435
2436 /// tryLastChanceRecoloring - Try to assign a color to \p VirtReg by recoloring
2437 /// its interferences.
2438 /// Last chance recoloring chooses a color for \p VirtReg and recolors every
2439 /// virtual register that was using it. The recoloring process may recursively
2440 /// use the last chance recoloring. Therefore, when a virtual register has been
2441 /// assigned a color by this mechanism, it is marked as Fixed, i.e., it cannot
2442 /// be last-chance-recolored again during this recoloring "session".
2443 /// E.g.,
2444 /// Let
2445 /// vA can use {R1, R2    }
2446 /// vB can use {    R2, R3}
2447 /// vC can use {R1        }
2448 /// Where vA, vB, and vC cannot be split anymore (they are reloads for
2449 /// instance) and they all interfere.
2450 ///
2451 /// vA is assigned R1
2452 /// vB is assigned R2
2453 /// vC tries to evict vA but vA is already done.
2454 /// Regular register allocation fails.
2455 ///
2456 /// Last chance recoloring kicks in:
2457 /// vC does as if vA was evicted => vC uses R1.
2458 /// vC is marked as fixed.
2459 /// vA needs to find a color.
2460 /// None are available.
2461 /// vA cannot evict vC: vC is a fixed virtual register now.
2462 /// vA does as if vB was evicted => vA uses R2.
2463 /// vB needs to find a color.
2464 /// R3 is available.
2465 /// Recoloring => vC = R1, vA = R2, vB = R3
2466 ///
2467 /// \p Order defines the preferred allocation order for \p VirtReg.
2468 /// \p NewRegs will contain any new virtual register that have been created
2469 /// (split, spill) during the process and that must be assigned.
2470 /// \p FixedRegisters contains all the virtual registers that cannot be
2471 /// recolored.
2472 /// \p Depth gives the current depth of the last chance recoloring.
2473 /// \return a physical register that can be used for VirtReg or ~0u if none
2474 /// exists.
2475 unsigned RAGreedy::tryLastChanceRecoloring(LiveInterval &VirtReg,
2476                                            AllocationOrder &Order,
2477                                            SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs,
2478                                            SmallVirtRegSet &FixedRegisters,
2479                                            unsigned Depth) {
2480   DEBUG(dbgs() << "Try last chance recoloring for " << VirtReg << '\n');
2481   // Ranges must be Done.
2482   assert((getStage(VirtReg) >= RS_Done || !VirtReg.isSpillable()) &&
2483          "Last chance recoloring should really be last chance");
2484   // Set the max depth to LastChanceRecoloringMaxDepth.
2485   // We may want to reconsider that if we end up with a too large search space
2486   // for target with hundreds of registers.
2487   // Indeed, in that case we may want to cut the search space earlier.
2488   if (Depth >= LastChanceRecoloringMaxDepth && !ExhaustiveSearch) {
2489     DEBUG(dbgs() << "Abort because max depth has been reached.\n");
2490     CutOffInfo |= CO_Depth;
2491     return ~0u;
2492   }
2493
2494   // Set of Live intervals that will need to be recolored.
2495   SmallLISet RecoloringCandidates;
2496   // Record the original mapping virtual register to physical register in case
2497   // the recoloring fails.
2498   DenseMap<unsigned, unsigned> VirtRegToPhysReg;
2499   // Mark VirtReg as fixed, i.e., it will not be recolored pass this point in
2500   // this recoloring "session".
2501   FixedRegisters.insert(VirtReg.reg);
2502   SmallVector<unsigned, 4> CurrentNewVRegs;
2503
2504   Order.rewind();
2505   while (unsigned PhysReg = Order.next()) {
2506     DEBUG(dbgs() << "Try to assign: " << VirtReg << " to "
2507                  << printReg(PhysReg, TRI) << '\n');
2508     RecoloringCandidates.clear();
2509     VirtRegToPhysReg.clear();
2510     CurrentNewVRegs.clear();
2511
2512     // It is only possible to recolor virtual register interference.
2513     if (Matrix->checkInterference(VirtReg, PhysReg) >
2514         LiveRegMatrix::IK_VirtReg) {
2515       DEBUG(dbgs() << "Some interferences are not with virtual registers.\n");
2516
2517       continue;
2518     }
2519
2520     // Early give up on this PhysReg if it is obvious we cannot recolor all
2521     // the interferences.
2522     if (!mayRecolorAllInterferences(PhysReg, VirtReg, RecoloringCandidates,
2523                                     FixedRegisters)) {
2524       DEBUG(dbgs() << "Some interferences cannot be recolored.\n");
2525       continue;
2526     }
2527
2528     // RecoloringCandidates contains all the virtual registers that interfer
2529     // with VirtReg on PhysReg (or one of its aliases).
2530     // Enqueue them for recoloring and perform the actual recoloring.
2531     PQueue RecoloringQueue;
2532     for (SmallLISet::iterator It = RecoloringCandidates.begin(),
2533                               EndIt = RecoloringCandidates.end();
2534          It != EndIt; ++It) {
2535       unsigned ItVirtReg = (*It)->reg;
2536       enqueue(RecoloringQueue, *It);
2537       assert(VRM->hasPhys(ItVirtReg) &&
2538              "Interferences are supposed to be with allocated vairables");
2539
2540       // Record the current allocation.
2541       VirtRegToPhysReg[ItVirtReg] = VRM->getPhys(ItVirtReg);
2542       // unset the related struct.
2543       Matrix->unassign(**It);
2544     }
2545
2546     // Do as if VirtReg was assigned to PhysReg so that the underlying
2547     // recoloring has the right information about the interferes and
2548     // available colors.
2549     Matrix->assign(VirtReg, PhysReg);
2550
2551     // Save the current recoloring state.
2552     // If we cannot recolor all the interferences, we will have to start again
2553     // at this point for the next physical register.
2554     SmallVirtRegSet SaveFixedRegisters(FixedRegisters);
2555     if (tryRecoloringCandidates(RecoloringQueue, CurrentNewVRegs,
2556                                 FixedRegisters, Depth)) {
2557       // Push the queued vregs into the main queue.
2558       for (unsigned NewVReg : CurrentNewVRegs)
2559         NewVRegs.push_back(NewVReg);
2560       // Do not mess up with the global assignment process.
2561       // I.e., VirtReg must be unassigned.
2562       Matrix->unassign(VirtReg);
2563       return PhysReg;
2564     }
2565
2566     DEBUG(dbgs() << "Fail to assign: " << VirtReg << " to "
2567                  << printReg(PhysReg, TRI) << '\n');
2568
2569     // The recoloring attempt failed, undo the changes.
2570     FixedRegisters = SaveFixedRegisters;
2571     Matrix->unassign(VirtReg);
2572
2573     // For a newly created vreg which is also in RecoloringCandidates,
2574     // don't add it to NewVRegs because its physical register will be restored
2575     // below. Other vregs in CurrentNewVRegs are created by calling
2576     // selectOrSplit and should be added into NewVRegs.
2577     for (SmallVectorImpl<unsigned>::iterator Next = CurrentNewVRegs.begin(),
2578                                              End = CurrentNewVRegs.end();
2579          Next != End; ++Next) {
2580       if (RecoloringCandidates.count(&LIS->getInterval(*Next)))
2581         continue;
2582       NewVRegs.push_back(*Next);
2583     }
2584
2585     for (SmallLISet::iterator It = RecoloringCandidates.begin(),
2586                               EndIt = RecoloringCandidates.end();
2587          It != EndIt; ++It) {
2588       unsigned ItVirtReg = (*It)->reg;
2589       if (VRM->hasPhys(ItVirtReg))
2590         Matrix->unassign(**It);
2591       unsigned ItPhysReg = VirtRegToPhysReg[ItVirtReg];
2592       Matrix->assign(**It, ItPhysReg);
2593     }
2594   }
2595
2596   // Last chance recoloring did not worked either, give up.
2597   return ~0u;
2598 }
2599
2600 /// tryRecoloringCandidates - Try to assign a new color to every register
2601 /// in \RecoloringQueue.
2602 /// \p NewRegs will contain any new virtual register created during the
2603 /// recoloring process.
2604 /// \p FixedRegisters[in/out] contains all the registers that have been
2605 /// recolored.
2606 /// \return true if all virtual registers in RecoloringQueue were successfully
2607 /// recolored, false otherwise.
2608 bool RAGreedy::tryRecoloringCandidates(PQueue &RecoloringQueue,
2609                                        SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs,
2610                                        SmallVirtRegSet &FixedRegisters,
2611                                        unsigned Depth) {
2612   while (!RecoloringQueue.empty()) {
2613     LiveInterval *LI = dequeue(RecoloringQueue);
2614     DEBUG(dbgs() << "Try to recolor: " << *LI << '\n');
2615     unsigned PhysReg;
2616     PhysReg = selectOrSplitImpl(*LI, NewVRegs, FixedRegisters, Depth + 1);
2617     // When splitting happens, the live-range may actually be empty.
2618     // In that case, this is okay to continue the recoloring even
2619     // if we did not find an alternative color for it. Indeed,
2620     // there will not be anything to color for LI in the end.
2621     if (PhysReg == ~0u || (!PhysReg && !LI->empty()))
2622       return false;
2623
2624     if (!PhysReg) {
2625       assert(LI->empty() && "Only empty live-range do not require a register");
2626       DEBUG(dbgs() << "Recoloring of " << *LI << " succeeded. Empty LI.\n");
2627       continue;
2628     }
2629     DEBUG(dbgs() << "Recoloring of " << *LI
2630                  << " succeeded with: " << printReg(PhysReg, TRI) << '\n');
2631
2632     Matrix->assign(*LI, PhysReg);
2633     FixedRegisters.insert(LI->reg);
2634   }
2635   return true;
2636 }
2637
2638 //===----------------------------------------------------------------------===//
2639 //                            Main Entry Point
2640 //===----------------------------------------------------------------------===//
2641
2642 unsigned RAGreedy::selectOrSplit(LiveInterval &VirtReg,
2643                                  SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
2644   CutOffInfo = CO_None;
2645   LLVMContext &Ctx = MF->getFunction().getContext();
2646   SmallVirtRegSet FixedRegisters;
2647   unsigned Reg = selectOrSplitImpl(VirtReg, NewVRegs, FixedRegisters);
2648   if (Reg == ~0U && (CutOffInfo != CO_None)) {
2649     uint8_t CutOffEncountered = CutOffInfo & (CO_Depth | CO_Interf);
2650     if (CutOffEncountered == CO_Depth)
2651       Ctx.emitError("register allocation failed: maximum depth for recoloring "
2652                     "reached. Use -fexhaustive-register-search to skip "
2653                     "cutoffs");
2654     else if (CutOffEncountered == CO_Interf)
2655       Ctx.emitError("register allocation failed: maximum interference for "
2656                     "recoloring reached. Use -fexhaustive-register-search "
2657                     "to skip cutoffs");
2658     else if (CutOffEncountered == (CO_Depth | CO_Interf))
2659       Ctx.emitError("register allocation failed: maximum interference and "
2660                     "depth for recoloring reached. Use "
2661                     "-fexhaustive-register-search to skip cutoffs");
2662   }
2663   return Reg;
2664 }
2665
2666 /// Using a CSR for the first time has a cost because it causes push|pop
2667 /// to be added to prologue|epilogue. Splitting a cold section of the live
2668 /// range can have lower cost than using the CSR for the first time;
2669 /// Spilling a live range in the cold path can have lower cost than using
2670 /// the CSR for the first time. Returns the physical register if we decide
2671 /// to use the CSR; otherwise return 0.
2672 unsigned RAGreedy::tryAssignCSRFirstTime(LiveInterval &VirtReg,
2673                                          AllocationOrder &Order,
2674                                          unsigned PhysReg,
2675                                          unsigned &CostPerUseLimit,
2676                                          SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
2677   if (getStage(VirtReg) == RS_Spill && VirtReg.isSpillable()) {
2678     // We choose spill over using the CSR for the first time if the spill cost
2679     // is lower than CSRCost.
2680     SA->analyze(&VirtReg);
2681     if (calcSpillCost() >= CSRCost)
2682       return PhysReg;
2683
2684     // We are going to spill, set CostPerUseLimit to 1 to make sure that
2685     // we will not use a callee-saved register in tryEvict.
2686     CostPerUseLimit = 1;
2687     return 0;
2688   }
2689   if (getStage(VirtReg) < RS_Split) {
2690     // We choose pre-splitting over using the CSR for the first time if
2691     // the cost of splitting is lower than CSRCost.
2692     SA->analyze(&VirtReg);
2693     unsigned NumCands = 0;
2694     BlockFrequency BestCost = CSRCost; // Don't modify CSRCost.
2695     unsigned BestCand = calculateRegionSplitCost(VirtReg, Order, BestCost,
2696                                                  NumCands, true /*IgnoreCSR*/);
2697     if (BestCand == NoCand)
2698       // Use the CSR if we can't find a region split below CSRCost.
2699       return PhysReg;
2700
2701     // Perform the actual pre-splitting.
2702     doRegionSplit(VirtReg, BestCand, false/*HasCompact*/, NewVRegs);
2703     return 0;
2704   }
2705   return PhysReg;
2706 }
2707
2708 void RAGreedy::aboutToRemoveInterval(LiveInterval &LI) {
2709   // Do not keep invalid information around.
2710   SetOfBrokenHints.remove(&LI);
2711 }
2712
2713 void RAGreedy::initializeCSRCost() {
2714   // We use the larger one out of the command-line option and the value report
2715   // by TRI.
2716   CSRCost = BlockFrequency(
2717       std::max((unsigned)CSRFirstTimeCost, TRI->getCSRFirstUseCost()));
2718   if (!CSRCost.getFrequency())
2719     return;
2720
2721   // Raw cost is relative to Entry == 2^14; scale it appropriately.
2722   uint64_t ActualEntry = MBFI->getEntryFreq();
2723   if (!ActualEntry) {
2724     CSRCost = 0;
2725     return;
2726   }
2727   uint64_t FixedEntry = 1 << 14;
2728   if (ActualEntry < FixedEntry)
2729     CSRCost *= BranchProbability(ActualEntry, FixedEntry);
2730   else if (ActualEntry <= UINT32_MAX)
2731     // Invert the fraction and divide.
2732     CSRCost /= BranchProbability(FixedEntry, ActualEntry);
2733   else
2734     // Can't use BranchProbability in general, since it takes 32-bit numbers.
2735     CSRCost = CSRCost.getFrequency() * (ActualEntry / FixedEntry);
2736 }
2737
2738 /// \brief Collect the hint info for \p Reg.
2739 /// The results are stored into \p Out.
2740 /// \p Out is not cleared before being populated.
2741 void RAGreedy::collectHintInfo(unsigned Reg, HintsInfo &Out) {
2742   for (const MachineInstr &Instr : MRI->reg_nodbg_instructions(Reg)) {
2743     if (!Instr.isFullCopy())
2744       continue;
2745     // Look for the other end of the copy.
2746     unsigned OtherReg = Instr.getOperand(0).getReg();
2747     if (OtherReg == Reg) {
2748       OtherReg = Instr.getOperand(1).getReg();
2749       if (OtherReg == Reg)
2750         continue;
2751     }
2752     // Get the current assignment.
2753     unsigned OtherPhysReg = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(OtherReg)
2754                                 ? OtherReg
2755                                 : VRM->getPhys(OtherReg);
2756     // Push the collected information.
2757     Out.push_back(HintInfo(MBFI->getBlockFreq(Instr.getParent()), OtherReg,
2758                            OtherPhysReg));
2759   }
2760 }
2761
2762 /// \brief Using the given \p List, compute the cost of the broken hints if
2763 /// \p PhysReg was used.
2764 /// \return The cost of \p List for \p PhysReg.
2765 BlockFrequency RAGreedy::getBrokenHintFreq(const HintsInfo &List,
2766                                            unsigned PhysReg) {
2767   BlockFrequency Cost = 0;
2768   for (const HintInfo &Info : List) {
2769     if (Info.PhysReg != PhysReg)
2770       Cost += Info.Freq;
2771   }
2772   return Cost;
2773 }
2774
2775 /// \brief Using the register assigned to \p VirtReg, try to recolor
2776 /// all the live ranges that are copy-related with \p VirtReg.
2777 /// The recoloring is then propagated to all the live-ranges that have
2778 /// been recolored and so on, until no more copies can be coalesced or
2779 /// it is not profitable.
2780 /// For a given live range, profitability is determined by the sum of the
2781 /// frequencies of the non-identity copies it would introduce with the old
2782 /// and new register.
2783 void RAGreedy::tryHintRecoloring(LiveInterval &VirtReg) {
2784   // We have a broken hint, check if it is possible to fix it by
2785   // reusing PhysReg for the copy-related live-ranges. Indeed, we evicted
2786   // some register and PhysReg may be available for the other live-ranges.
2787   SmallSet<unsigned, 4> Visited;
2788   SmallVector<unsigned, 2> RecoloringCandidates;
2789   HintsInfo Info;
2790   unsigned Reg = VirtReg.reg;
2791   unsigned PhysReg = VRM->getPhys(Reg);
2792   // Start the recoloring algorithm from the input live-interval, then
2793   // it will propagate to the ones that are copy-related with it.
2794   Visited.insert(Reg);
2795   RecoloringCandidates.push_back(Reg);
2796
2797   DEBUG(dbgs() << "Trying to reconcile hints for: " << printReg(Reg, TRI) << '('
2798                << printReg(PhysReg, TRI) << ")\n");
2799
2800   do {
2801     Reg = RecoloringCandidates.pop_back_val();
2802
2803     // We cannot recolor physical register.
2804     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
2805       continue;
2806
2807     assert(VRM->hasPhys(Reg) && "We have unallocated variable!!");
2808
2809     // Get the live interval mapped with this virtual register to be able
2810     // to check for the interference with the new color.
2811     LiveInterval &LI = LIS->getInterval(Reg);
2812     unsigned CurrPhys = VRM->getPhys(Reg);
2813     // Check that the new color matches the register class constraints and
2814     // that it is free for this live range.
2815     if (CurrPhys != PhysReg && (!MRI->getRegClass(Reg)->contains(PhysReg) ||
2816                                 Matrix->checkInterference(LI, PhysReg)))
2817       continue;
2818
2819     DEBUG(dbgs() << printReg(Reg, TRI) << '(' << printReg(CurrPhys, TRI)
2820                  << ") is recolorable.\n");
2821
2822     // Gather the hint info.
2823     Info.clear();
2824     collectHintInfo(Reg, Info);
2825     // Check if recoloring the live-range will increase the cost of the
2826     // non-identity copies.
2827     if (CurrPhys != PhysReg) {
2828       DEBUG(dbgs() << "Checking profitability:\n");
2829       BlockFrequency OldCopiesCost = getBrokenHintFreq(Info, CurrPhys);
2830       BlockFrequency NewCopiesCost = getBrokenHintFreq(Info, PhysReg);
2831       DEBUG(dbgs() << "Old Cost: " << OldCopiesCost.getFrequency()
2832                    << "\nNew Cost: " << NewCopiesCost.getFrequency() << '\n');
2833       if (OldCopiesCost < NewCopiesCost) {
2834         DEBUG(dbgs() << "=> Not profitable.\n");
2835         continue;
2836       }
2837       // At this point, the cost is either cheaper or equal. If it is
2838       // equal, we consider this is profitable because it may expose
2839       // more recoloring opportunities.
2840       DEBUG(dbgs() << "=> Profitable.\n");
2841       // Recolor the live-range.
2842       Matrix->unassign(LI);
2843       Matrix->assign(LI, PhysReg);
2844     }
2845     // Push all copy-related live-ranges to keep reconciling the broken
2846     // hints.
2847     for (const HintInfo &HI : Info) {
2848       if (Visited.insert(HI.Reg).second)
2849         RecoloringCandidates.push_back(HI.Reg);
2850     }
2851   } while (!RecoloringCandidates.empty());
2852 }
2853
2854 /// \brief Try to recolor broken hints.
2855 /// Broken hints may be repaired by recoloring when an evicted variable
2856 /// freed up a register for a larger live-range.
2857 /// Consider the following example:
2858 /// BB1:
2859 ///   a =
2860 ///   b =
2861 /// BB2:
2862 ///   ...
2863 ///   = b
2864 ///   = a
2865 /// Let us assume b gets split:
2866 /// BB1:
2867 ///   a =
2868 ///   b =
2869 /// BB2:
2870 ///   c = b
2871 ///   ...
2872 ///   d = c
2873 ///   = d
2874 ///   = a
2875 /// Because of how the allocation work, b, c, and d may be assigned different
2876 /// colors. Now, if a gets evicted later:
2877 /// BB1:
2878 ///   a =
2879 ///   st a, SpillSlot
2880 ///   b =
2881 /// BB2:
2882 ///   c = b
2883 ///   ...
2884 ///   d = c
2885 ///   = d
2886 ///   e = ld SpillSlot
2887 ///   = e
2888 /// This is likely that we can assign the same register for b, c, and d,
2889 /// getting rid of 2 copies.
2890 void RAGreedy::tryHintsRecoloring() {
2891   for (LiveInterval *LI : SetOfBrokenHints) {
2892     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(LI->reg) &&
2893            "Recoloring is possible only for virtual registers");
2894     // Some dead defs may be around (e.g., because of debug uses).
2895     // Ignore those.
2896     if (!VRM->hasPhys(LI->reg))
2897       continue;
2898     tryHintRecoloring(*LI);
2899   }
2900 }
2901
2902 unsigned RAGreedy::selectOrSplitImpl(LiveInterval &VirtReg,
2903                                      SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs,
2904                                      SmallVirtRegSet &FixedRegisters,
2905                                      unsigned Depth) {
2906   unsigned CostPerUseLimit = ~0u;
2907   // First try assigning a free register.
2908   AllocationOrder Order(VirtReg.reg, *VRM, RegClassInfo, Matrix);
2909   if (unsigned PhysReg = tryAssign(VirtReg, Order, NewVRegs)) {
2910     // If VirtReg got an assignment, the eviction info is no longre relevant.
2911     LastEvicted.clearEvicteeInfo(VirtReg.reg);
2912     // When NewVRegs is not empty, we may have made decisions such as evicting
2913     // a virtual register, go with the earlier decisions and use the physical
2914     // register.
2915     if (CSRCost.getFrequency() && isUnusedCalleeSavedReg(PhysReg) &&
2916         NewVRegs.empty()) {
2917       unsigned CSRReg = tryAssignCSRFirstTime(VirtReg, Order, PhysReg,
2918                                               CostPerUseLimit, NewVRegs);
2919       if (CSRReg || !NewVRegs.empty())
2920         // Return now if we decide to use a CSR or create new vregs due to
2921         // pre-splitting.
2922         return CSRReg;
2923     } else
2924       return PhysReg;
2925   }
2926
2927   LiveRangeStage Stage = getStage(VirtReg);
2928   DEBUG(dbgs() << StageName[Stage]
2929                << " Cascade " << ExtraRegInfo[VirtReg.reg].Cascade << '\n');
2930
2931   // Try to evict a less worthy live range, but only for ranges from the primary
2932   // queue. The RS_Split ranges already failed to do this, and they should not
2933   // get a second chance until they have been split.
2934   if (Stage != RS_Split)
2935     if (unsigned PhysReg =
2936             tryEvict(VirtReg, Order, NewVRegs, CostPerUseLimit)) {
2937       unsigned Hint = MRI->getSimpleHint(VirtReg.reg);
2938       // If VirtReg has a hint and that hint is broken record this
2939       // virtual register as a recoloring candidate for broken hint.
2940       // Indeed, since we evicted a variable in its neighborhood it is
2941       // likely we can at least partially recolor some of the
2942       // copy-related live-ranges.
2943       if (Hint && Hint != PhysReg)
2944         SetOfBrokenHints.insert(&VirtReg);
2945       // If VirtReg eviction someone, the eviction info for it as an evictee is
2946       // no longre relevant.
2947       LastEvicted.clearEvicteeInfo(VirtReg.reg);
2948       return PhysReg;
2949     }
2950
2951   assert((NewVRegs.empty() || Depth) && "Cannot append to existing NewVRegs");
2952
2953   // The first time we see a live range, don't try to split or spill.
2954   // Wait until the second time, when all smaller ranges have been allocated.
2955   // This gives a better picture of the interference to split around.
2956   if (Stage < RS_Split) {
2957     setStage(VirtReg, RS_Split);
2958     DEBUG(dbgs() << "wait for second round\n");
2959     NewVRegs.push_back(VirtReg.reg);
2960     return 0;
2961   }
2962
2963   if (Stage < RS_Spill) {
2964     // Try splitting VirtReg or interferences.
2965     unsigned NewVRegSizeBefore = NewVRegs.size();
2966     unsigned PhysReg = trySplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
2967     if (PhysReg || (NewVRegs.size() - NewVRegSizeBefore)) {
2968       // If VirtReg got split, the eviction info is no longre relevant.
2969       LastEvicted.clearEvicteeInfo(VirtReg.reg);
2970       return PhysReg;
2971     }
2972   }
2973
2974   // If we couldn't allocate a register from spilling, there is probably some
2975   // invalid inline assembly. The base class will report it.
2976   if (Stage >= RS_Done || !VirtReg.isSpillable())
2977     return tryLastChanceRecoloring(VirtReg, Order, NewVRegs, FixedRegisters,
2978                                    Depth);
2979
2980   // Finally spill VirtReg itself.
2981   if (EnableDeferredSpilling && getStage(VirtReg) < RS_Memory) {
2982     // TODO: This is experimental and in particular, we do not model
2983     // the live range splitting done by spilling correctly.
2984     // We would need a deep integration with the spiller to do the
2985     // right thing here. Anyway, that is still good for early testing.
2986     setStage(VirtReg, RS_Memory);
2987     DEBUG(dbgs() << "Do as if this register is in memory\n");
2988     NewVRegs.push_back(VirtReg.reg);
2989   } else {
2990     NamedRegionTimer T("spill", "Spiller", TimerGroupName,
2991                        TimerGroupDescription, TimePassesIsEnabled);
2992     LiveRangeEdit LRE(&VirtReg, NewVRegs, *MF, *LIS, VRM, this, &DeadRemats);
2993     spiller().spill(LRE);
2994     setStage(NewVRegs.begin(), NewVRegs.end(), RS_Done);
2995
2996     if (VerifyEnabled)
2997       MF->verify(this, "After spilling");
2998   }
2999
3000   // The live virtual register requesting allocation was spilled, so tell
3001   // the caller not to allocate anything during this round.
3002   return 0;
3003 }
3004
3005 void RAGreedy::reportNumberOfSplillsReloads(MachineLoop *L, unsigned &Reloads,
3006                                             unsigned &FoldedReloads,
3007                                             unsigned &Spills,
3008                                             unsigned &FoldedSpills) {
3009   Reloads = 0;
3010   FoldedReloads = 0;
3011   Spills = 0;
3012   FoldedSpills = 0;
3013
3014   // Sum up the spill and reloads in subloops.
3015   for (MachineLoop *SubLoop : *L) {
3016     unsigned SubReloads;
3017     unsigned SubFoldedReloads;
3018     unsigned SubSpills;
3019     unsigned SubFoldedSpills;
3020
3021     reportNumberOfSplillsReloads(SubLoop, SubReloads, SubFoldedReloads,
3022                                  SubSpills, SubFoldedSpills);
3023     Reloads += SubReloads;
3024     FoldedReloads += SubFoldedReloads;
3025     Spills += SubSpills;
3026     FoldedSpills += SubFoldedSpills;
3027   }
3028
3029   const MachineFrameInfo &MFI = MF->getFrameInfo();
3030   const TargetInstrInfo *TII = MF->getSubtarget().getInstrInfo();
3031   int FI;
3032
3033   for (MachineBasicBlock *MBB : L->getBlocks())
3034     // Handle blocks that were not included in subloops.
3035     if (Loops->getLoopFor(MBB) == L)
3036       for (MachineInstr &MI : *MBB) {
3037         const MachineMemOperand *MMO;
3038
3039         if (TII->isLoadFromStackSlot(MI, FI) && MFI.isSpillSlotObjectIndex(FI))
3040           ++Reloads;
3041         else if (TII->hasLoadFromStackSlot(MI, MMO, FI) &&
3042                  MFI.isSpillSlotObjectIndex(FI))
3043           ++FoldedReloads;
3044         else if (TII->isStoreToStackSlot(MI, FI) &&
3045                  MFI.isSpillSlotObjectIndex(FI))
3046           ++Spills;
3047         else if (TII->hasStoreToStackSlot(MI, MMO, FI) &&
3048                  MFI.isSpillSlotObjectIndex(FI))
3049           ++FoldedSpills;
3050       }
3051
3052   if (Reloads || FoldedReloads || Spills || FoldedSpills) {
3053     using namespace ore;
3054
3055     ORE->emit([&]() {
3056       MachineOptimizationRemarkMissed R(DEBUG_TYPE, "LoopSpillReload",
3057                                         L->getStartLoc(), L->getHeader());
3058       if (Spills)
3059         R << NV("NumSpills", Spills) << " spills ";
3060       if (FoldedSpills)
3061         R << NV("NumFoldedSpills", FoldedSpills) << " folded spills ";
3062       if (Reloads)
3063         R << NV("NumReloads", Reloads) << " reloads ";
3064       if (FoldedReloads)
3065         R << NV("NumFoldedReloads", FoldedReloads) << " folded reloads ";
3066       R << "generated in loop";
3067       return R;
3068     });
3069   }
3070 }
3071
3072 bool RAGreedy::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
3073   DEBUG(dbgs() << "********** GREEDY REGISTER ALLOCATION **********\n"
3074                << "********** Function: " << mf.getName() << '\n');
3075
3076   MF = &mf;
3077   TRI = MF->getSubtarget().getRegisterInfo();
3078   TII = MF->getSubtarget().getInstrInfo();
3079   RCI.runOnMachineFunction(mf);
3080
3081   EnableLocalReassign = EnableLocalReassignment ||
3082                         MF->getSubtarget().enableRALocalReassignment(
3083                             MF->getTarget().getOptLevel());
3084
3085   EnableAdvancedRASplitCost = ConsiderLocalIntervalCost ||
3086                               MF->getSubtarget().enableAdvancedRASplitCost();
3087
3088   if (VerifyEnabled)
3089     MF->verify(this, "Before greedy register allocator");
3090
3091   RegAllocBase::init(getAnalysis<VirtRegMap>(),
3092                      getAnalysis<LiveIntervals>(),
3093                      getAnalysis<LiveRegMatrix>());
3094   Indexes = &getAnalysis<SlotIndexes>();
3095   MBFI = &getAnalysis<MachineBlockFrequencyInfo>();
3096   DomTree = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
3097   ORE = &getAnalysis<MachineOptimizationRemarkEmitterPass>().getORE();
3098   SpillerInstance.reset(createInlineSpiller(*this, *MF, *VRM));
3099   Loops = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
3100   Bundles = &getAnalysis<EdgeBundles>();
3101   SpillPlacer = &getAnalysis<SpillPlacement>();
3102   DebugVars = &getAnalysis<LiveDebugVariables>();
3103   AA = &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults();
3104
3105   initializeCSRCost();
3106
3107   calculateSpillWeightsAndHints(*LIS, mf, VRM, *Loops, *MBFI);
3108
3109   DEBUG(LIS->dump());
3110
3111   SA.reset(new SplitAnalysis(*VRM, *LIS, *Loops));
3112   SE.reset(new SplitEditor(*SA, *AA, *LIS, *VRM, *DomTree, *MBFI));
3113   ExtraRegInfo.clear();
3114   ExtraRegInfo.resize(MRI->getNumVirtRegs());
3115   NextCascade = 1;
3116   IntfCache.init(MF, Matrix->getLiveUnions(), Indexes, LIS, TRI);
3117   GlobalCand.resize(32);  // This will grow as needed.
3118   SetOfBrokenHints.clear();
3119   LastEvicted.clear();
3120
3121   allocatePhysRegs();
3122   tryHintsRecoloring();
3123   postOptimization();
3124   reportNumberOfSplillsReloads();
3125
3126   releaseMemory();
3127   return true;
3128 }