Split out assignment rewriting to own module.
[ghc-hetmet.git] / compiler / cmm / CmmSpillReload.hs
index 4f24238..bc7fbc3 100644 (file)
@@ -1,9 +1,8 @@
-{-# LANGUAGE GADTs, NoMonoLocalBinds, FlexibleContexts, ViewPatterns #-}
+{-# LANGUAGE GADTs, NoMonoLocalBinds, FlexibleContexts #-}
 -- Norman likes local bindings
 -- If this module lives on I'd like to get rid of this flag in due course
 
 {-# OPTIONS_GHC -fno-warn-warnings-deprecations #-}
-{-# OPTIONS_GHC -fno-warn-incomplete-patterns #-}
 #if __GLASGOW_HASKELL__ >= 701
 -- GHC 7.0.1 improved incomplete pattern warnings with GADTs
 {-# OPTIONS_GHC -fwarn-incomplete-patterns #-}
@@ -15,7 +14,6 @@ module CmmSpillReload
   --, insertSpillsAndReloads  --- XXX todo check live-in at entry against formals
   , dualLivenessWithInsertion
 
-  , rewriteAssignments
   , removeDeadAssignmentsAndReloads
   )
 where
@@ -25,14 +23,11 @@ import Cmm
 import CmmExpr
 import CmmLive
 import OptimizationFuel
-import StgCmmUtils
 
 import Control.Monad
 import Outputable hiding (empty)
 import qualified Outputable as PP
 import UniqSet
-import UniqFM
-import Unique
 
 import Compiler.Hoopl hiding (Unique)
 import Data.Maybe
@@ -202,462 +197,6 @@ removeDeadAssignmentsAndReloads procPoints g =
 
          nothing _ _ = return Nothing
 
-----------------------------------------------------------------
---- Usage information
-
--- We decorate all register assignments with usage information,
--- that is, the maximum number of times the register is referenced
--- while it is live along all outgoing control paths.  There are a few
--- subtleties here:
---
---  - If a register goes dead, and then becomes live again, the usages
---    of the disjoint live range don't count towards the original range.
---
---          a = 1; // used once
---          b = a;
---          a = 2; // used once
---          c = a;
---
---  - A register may be used multiple times, but these all reside in
---    different control paths, such that any given execution only uses
---    it once. In that case, the usage count may still be 1.
---
---          a = 1; // used once
---          if (b) {
---              c = a + 3;
---          } else {
---              c = a + 1;
---          }
---
---    This policy corresponds to an inlining strategy that does not
---    duplicate computation but may increase binary size.
---
---  - If we naively implement a usage count, we have a counting to
---    infinity problem across joins.  Furthermore, knowing that
---    something is used 2 or more times in one runtime execution isn't
---    particularly useful for optimizations (inlining may be beneficial,
---    but there's no way of knowing that without register pressure
---    information.)
---
---          while (...) {
---              // first iteration, b used once
---              // second iteration, b used twice
---              // third iteration ...
---              a = b;
---          }
---          // b used zero times
---
---    There is an orthogonal question, which is that for every runtime
---    execution, the register may be used only once, but if we inline it
---    in every conditional path, the binary size might increase a lot.
---    But tracking this information would be tricky, because it violates
---    the finite lattice restriction Hoopl requires for termination;
---    we'd thus need to supply an alternate proof, which is probably
---    something we should defer until we actually have an optimization
---    that would take advantage of this.  (This might also interact
---    strangely with liveness information.)
---
---          a = ...;
---          // a is used one time, but in X different paths
---          case (b) of
---              1 -> ... a ...
---              2 -> ... a ...
---              3 -> ... a ...
---              ...
---
---  This analysis is very similar to liveness analysis; we just keep a
---  little extra info. (Maybe we should move it to CmmLive, and subsume
---  the old liveness analysis.)
-
-data RegUsage = SingleUse | ManyUse
-    deriving (Ord, Eq, Show)
--- Absence in map = ZeroUse
-
-{-
--- minBound is bottom, maxBound is top, least-upper-bound is max
--- ToDo: Put this in Hoopl.  Note that this isn't as useful as I
--- originally hoped, because you usually want to leave out the bottom
--- element when you have things like this put in maps.  Maybe f is
--- useful on its own as a combining function.
-boundedOrdLattice :: (Bounded a, Ord a) => String -> DataflowLattice a
-boundedOrdLattice n = DataflowLattice n minBound f
-    where f _ (OldFact x) (NewFact y)
-            | x >= y    = (NoChange,   x)
-            | otherwise = (SomeChange, y)
--}
-
--- Custom node type we'll rewrite to.  CmmAssign nodes to local
--- registers are replaced with AssignLocal nodes.
-data WithRegUsage n e x where
-    -- Plain will not contain CmmAssign nodes immediately after
-    -- transformation, but as we rewrite assignments, we may have
-    -- assignments here: these are assignments that should not be
-    -- rewritten!
-    Plain       :: n e x -> WithRegUsage n e x
-    AssignLocal :: LocalReg -> CmmExpr -> RegUsage -> WithRegUsage n O O
-
-instance UserOfLocalRegs (n e x) => UserOfLocalRegs (WithRegUsage n e x) where
-    foldRegsUsed f z (Plain n) = foldRegsUsed f z n
-    foldRegsUsed f z (AssignLocal _ e _) = foldRegsUsed f z e
-
-instance DefinerOfLocalRegs (n e x) => DefinerOfLocalRegs (WithRegUsage n e x) where
-    foldRegsDefd f z (Plain n) = foldRegsDefd f z n
-    foldRegsDefd f z (AssignLocal r _ _) = foldRegsDefd f z r
-
-instance NonLocal n => NonLocal (WithRegUsage n) where
-    entryLabel (Plain n) = entryLabel n
-    successors (Plain n) = successors n
-
-liftRegUsage :: Graph n e x -> Graph (WithRegUsage n) e x
-liftRegUsage = mapGraph Plain
-
-eraseRegUsage :: Graph (WithRegUsage CmmNode) e x -> Graph CmmNode e x
-eraseRegUsage = mapGraph f
-    where f :: WithRegUsage CmmNode e x -> CmmNode e x
-          f (AssignLocal l e _) = CmmAssign (CmmLocal l) e
-          f (Plain n) = n
-
-type UsageMap = UniqFM RegUsage
-
-usageLattice :: DataflowLattice UsageMap
-usageLattice = DataflowLattice "usage counts for registers" emptyUFM (joinUFM f)
-    where f _ (OldFact x) (NewFact y)
-            | x >= y    = (NoChange,   x)
-            | otherwise = (SomeChange, y)
-
--- We reuse the names 'gen' and 'kill', although we're doing something
--- slightly different from the Dragon Book
-usageTransfer :: BwdTransfer (WithRegUsage CmmNode) UsageMap
-usageTransfer = mkBTransfer3 first middle last
-    where first _ f = f
-          middle :: WithRegUsage CmmNode O O -> UsageMap -> UsageMap
-          middle n f = gen_kill n f
-          last :: WithRegUsage CmmNode O C -> FactBase UsageMap -> UsageMap
-          -- Checking for CmmCall/CmmForeignCall is unnecessary, because
-          -- spills/reloads have already occurred by the time we do this
-          -- analysis.
-          -- XXX Deprecated warning is puzzling: what label are we
-          -- supposed to use?
-          -- ToDo: With a bit more cleverness here, we can avoid
-          -- disappointment and heartbreak associated with the inability
-          -- to inline into CmmCall and CmmForeignCall by
-          -- over-estimating the usage to be ManyUse.
-          last n f = gen_kill n (joinOutFacts usageLattice n f)
-          gen_kill a = gen a . kill a
-          gen  a f = foldRegsUsed increaseUsage f a
-          kill a f = foldRegsDefd delFromUFM f a
-          increaseUsage f r = addToUFM_C combine f r SingleUse
-            where combine _ _ = ManyUse
-
-usageRewrite :: BwdRewrite FuelUniqSM (WithRegUsage CmmNode) UsageMap
-usageRewrite = mkBRewrite3 first middle last
-    where first  _ _ = return Nothing
-          middle :: Monad m => WithRegUsage CmmNode O O -> UsageMap -> m (Maybe (Graph (WithRegUsage CmmNode) O O))
-          middle (Plain (CmmAssign (CmmLocal l) e)) f
-                     = return . Just
-                     $ case lookupUFM f l of
-                            Nothing    -> emptyGraph
-                            Just usage -> mkMiddle (AssignLocal l e usage)
-          middle _ _ = return Nothing
-          last   _ _ = return Nothing
-
-type CmmGraphWithRegUsage = GenCmmGraph (WithRegUsage CmmNode)
-annotateUsage :: CmmGraph -> FuelUniqSM (CmmGraphWithRegUsage)
-annotateUsage vanilla_g =
-    let g = modifyGraph liftRegUsage vanilla_g
-    in liftM fst $ dataflowPassBwd g [(g_entry g, fact_bot usageLattice)] $
-                                   analRewBwd usageLattice usageTransfer usageRewrite
-
-----------------------------------------------------------------
---- Assignment tracking
-
--- The idea is to maintain a map of local registers do expressions,
--- such that the value of that register is the same as the value of that
--- expression at any given time.  We can then do several things,
--- as described by Assignment.
-
--- Assignment describes the various optimizations that are valid
--- at a given point in the program.
-data Assignment =
--- This assignment can always be inlined.  It is cheap or single-use.
-                  AlwaysInline CmmExpr
--- This assignment should be sunk down to its first use.  (This will
--- increase code size if the register is used in multiple control flow
--- paths, but won't increase execution time, and the reduction of
--- register pressure is worth it.)
-                | AlwaysSink CmmExpr
--- We cannot safely optimize occurrences of this local register. (This
--- corresponds to top in the lattice structure.)
-                | NeverOptimize
-
--- Extract the expression that is being assigned to
-xassign :: Assignment -> Maybe CmmExpr
-xassign (AlwaysInline e) = Just e
-xassign (AlwaysSink e)   = Just e
-xassign NeverOptimize    = Nothing
-
--- Extracts the expression, but only if they're the same constructor
-xassign2 :: (Assignment, Assignment) -> Maybe (CmmExpr, CmmExpr)
-xassign2 (AlwaysInline e, AlwaysInline e') = Just (e, e')
-xassign2 (AlwaysSink e, AlwaysSink e')     = Just (e, e')
-xassign2 _ = Nothing
-
--- Note: We'd like to make decisions about "not optimizing" as soon as
--- possible, because this will make running the transfer function more
--- efficient.
-type AssignmentMap = UniqFM Assignment
-
-assignmentLattice :: DataflowLattice AssignmentMap
-assignmentLattice = DataflowLattice "assignments for registers" emptyUFM (joinUFM add)
-    where add _ (OldFact old) (NewFact new)
-            = case (old, new) of
-                (NeverOptimize, _) -> (NoChange,   NeverOptimize)
-                (_, NeverOptimize) -> (SomeChange, NeverOptimize)
-                (xassign2 -> Just (e, e'))
-                    | e == e'   -> (NoChange, old)
-                    | otherwise -> (SomeChange, NeverOptimize)
-                _ -> (SomeChange, NeverOptimize)
-
--- Deletes sinks from assignment map, because /this/ is the place
--- where it will be sunk to.
-deleteSinks :: UserOfLocalRegs n => n -> AssignmentMap -> AssignmentMap
-deleteSinks n m = foldRegsUsed (adjustUFM f) m n
-  where f (AlwaysSink _) = NeverOptimize
-        f old = old
-
--- Invalidates any expressions that use a register.
-invalidateUsersOf :: CmmReg -> AssignmentMap -> AssignmentMap
--- foldUFM_Directly :: (Unique -> elt -> a -> a) -> a -> UniqFM elt -> a
-invalidateUsersOf reg m = foldUFM_Directly f m m -- [foldUFM performance]
-    where f u (xassign -> Just e) m | reg `regUsedIn` e = addToUFM_Directly m u NeverOptimize
-          f _ _ m = m
-{- This requires the entire spine of the map to be continually rebuilt,
- - which causes crazy memory usage!
-invalidateUsersOf reg = mapUFM (invalidateUsers' reg)
-  where invalidateUsers' reg (xassign -> Just e) | reg `regUsedIn` e = NeverOptimize
-        invalidateUsers' _ old = old
--}
-
--- Note [foldUFM performance]
--- These calls to fold UFM no longer leak memory, but they do cause
--- pretty killer amounts of allocation.  So they'll be something to
--- optimize; we need an algorithmic change to prevent us from having to
--- traverse the /entire/ map continually.
-
-middleAssignment :: WithRegUsage CmmNode O O -> AssignmentMap -> AssignmentMap
-
--- Algorithm for annotated assignments:
---  1. Delete any sinking assignments that were used by this instruction
---  2. Add the assignment to our list of valid local assignments with
---     the correct optimization policy.
---  3. Look for all assignments that reference that register and
---     invalidate them.
-middleAssignment n@(AssignLocal r e usage) assign
-    = invalidateUsersOf (CmmLocal r) . add . deleteSinks n $ assign
-      where add m = addToUFM m r
-                  $ case usage of
-                        SingleUse -> AlwaysInline e
-                        ManyUse   -> decide e
-            decide CmmLit{}       = AlwaysInline e
-            decide CmmReg{}       = AlwaysInline e
-            decide CmmLoad{}      = AlwaysSink e
-            decide CmmStackSlot{} = AlwaysSink e
-            decide CmmMachOp{}    = AlwaysSink e
-            -- We'll always inline simple operations on the global
-            -- registers, to reduce register pressure: Sp - 4 or Hp - 8
-            -- EZY: Justify this optimization more carefully.
-            decide CmmRegOff{}    = AlwaysInline e
-
--- Algorithm for unannotated assignments of global registers:
--- 1. Delete any sinking assignments that were used by this instruction
--- 2. Look for all assignments that reference this register and
---    invalidate them.
-middleAssignment (Plain n@(CmmAssign reg@(CmmGlobal _) _)) assign
-    = invalidateUsersOf reg . deleteSinks n $ assign
-
--- Algorithm for unannotated assignments of *local* registers: do
--- nothing (it's a reload, so no state should have changed)
-middleAssignment (Plain (CmmAssign (CmmLocal _) _)) assign = assign
-
--- Algorithm for stores:
---  1. Delete any sinking assignments that were used by this instruction
---  2. Look for all assignments that load from memory locations that
---     were clobbered by this store and invalidate them.
-middleAssignment (Plain n@(CmmStore lhs rhs)) assign
-    = let m = deleteSinks n assign
-      in foldUFM_Directly f m m -- [foldUFM performance]
-      where f u (xassign -> Just x) m | (lhs, rhs) `clobbers` (u, x) = addToUFM_Directly m u NeverOptimize
-            f _ _ m = m
-{- Also leaky
-    = mapUFM_Directly p . deleteSinks n $ assign
-      -- ToDo: There's a missed opportunity here: even if a memory
-      -- access we're attempting to sink gets clobbered at some
-      -- location, it's still /better/ to sink it to right before the
-      -- point where it gets clobbered.  How might we do this?
-      -- Unfortunately, it's too late to change the assignment...
-      where p r (xassign -> Just x) | (lhs, rhs) `clobbers` (r, x) = NeverOptimize
-            p _ old = old
--}
-
--- Assumption: Unsafe foreign calls don't clobber memory
--- Since foreign calls clobber caller saved registers, we need
--- invalidate any assignments that reference those global registers.
--- This is kind of expensive. (One way to optimize this might be to
--- store extra information about expressions that allow this and other
--- checks to be done cheaply.)
-middleAssignment (Plain n@(CmmUnsafeForeignCall{})) assign
-    = deleteCallerSaves (foldRegsDefd (\m r -> addToUFM m r NeverOptimize) (deleteSinks n assign) n)
-    where deleteCallerSaves m = foldUFM_Directly f m m
-          f u (xassign -> Just x) m | wrapRecExpf g x False = addToUFM_Directly m u NeverOptimize
-          f _ _ m = m
-          g (CmmReg (CmmGlobal r)) _      | callerSaves r = True
-          g (CmmRegOff (CmmGlobal r) _) _ | callerSaves r = True
-          g _ b = b
-
-middleAssignment (Plain (CmmComment {})) assign
-    = assign
-
--- Assumptions:
---  * Writes using Hp do not overlap with any other memory locations
---    (An important invariant being relied on here is that we only ever
---    use Hp to allocate values on the heap, which appears to be the
---    case given hpReg usage, and that our heap writing code doesn't
---    do anything stupid like overlapping writes.)
---  * Stack slots do not overlap with any other memory locations
---  * Stack slots for different areas do not overlap
---  * Stack slots within the same area and different offsets may
---    overlap; we need to do a size check (see 'overlaps').
---  * Register slots only overlap with themselves.  (But this shouldn't
---    happen in practice, because we'll fail to inline a reload across
---    the next spill.)
---  * Non stack-slot stores always conflict with each other.  (This is
---    not always the case; we could probably do something special for Hp)
-clobbers :: (CmmExpr, CmmExpr) -- (lhs, rhs) of clobbering CmmStore
-         -> (Unique,  CmmExpr) -- (register, expression) that may be clobbered
-         -> Bool
-clobbers (CmmRegOff (CmmGlobal Hp) _, _) (_, _) = False
-clobbers (CmmReg (CmmGlobal Hp), _) (_, _) = False
--- ToDo: Also catch MachOp case
-clobbers (ss@CmmStackSlot{}, CmmReg (CmmLocal r)) (u, CmmLoad (ss'@CmmStackSlot{}) _)
-    | getUnique r == u, ss == ss' = False -- No-op on the stack slot (XXX: Do we need this special case?)
-clobbers (CmmStackSlot (CallArea a) o, rhs) (_, expr) = f expr
-    where f (CmmLoad (CmmStackSlot (CallArea a') o') t)
-            = (a, o, widthInBytes (cmmExprWidth rhs)) `overlaps` (a', o', widthInBytes (typeWidth t))
-          f (CmmLoad e _)    = containsStackSlot e
-          f (CmmMachOp _ es) = or (map f es)
-          f _                = False
-          -- Maybe there's an invariant broken if this actually ever
-          -- returns True
-          containsStackSlot (CmmLoad{})      = True -- load of a load, all bets off
-          containsStackSlot (CmmMachOp _ es) = or (map containsStackSlot es)
-          containsStackSlot (CmmStackSlot{}) = True
-          containsStackSlot _ = False
-clobbers (CmmStackSlot (RegSlot l) _, _) (_, expr) = f expr
-    where f (CmmLoad (CmmStackSlot (RegSlot l') _) _) = l == l'
-          f _ = False
-clobbers _ (_, e) = f e
-    where f (CmmLoad (CmmStackSlot _ _) _) = False
-          f (CmmLoad{}) = True -- conservative
-          f (CmmMachOp _ es) = or (map f es)
-          f _ = False
-
--- Check for memory overlapping.
--- Diagram:
---      4      8     12
---      s -w-  o
---      [ I32  ]
---      [    F64     ]
---      s'   -w'-    o'
-type CallSubArea = (AreaId, Int, Int) -- area, offset, width
-overlaps :: CallSubArea -> CallSubArea -> Bool
-overlaps (a, _, _) (a', _, _) | a /= a' = False
-overlaps (_, o, w) (_, o', w') =
-    let s  = o  - w
-        s' = o' - w'
-    in (s' < o) && (s < o) -- Not LTE, because [ I32  ][ I32  ] is OK
-
-lastAssignment :: WithRegUsage CmmNode O C -> AssignmentMap -> [(Label, AssignmentMap)]
--- Variables are dead across calls, so invalidating all mappings is justified
-lastAssignment (Plain (CmmCall _ (Just k) _ _ _)) assign = [(k, mapUFM (const NeverOptimize) assign)]
-lastAssignment (Plain (CmmForeignCall {succ=k}))  assign = [(k, mapUFM (const NeverOptimize) assign)]
-lastAssignment l assign = map (\id -> (id, deleteSinks l assign)) $ successors l
-
-assignmentTransfer :: FwdTransfer (WithRegUsage CmmNode) AssignmentMap
-assignmentTransfer = mkFTransfer3 (flip const) middleAssignment ((mkFactBase assignmentLattice .) . lastAssignment)
-
-assignmentRewrite :: FwdRewrite FuelUniqSM (WithRegUsage CmmNode) AssignmentMap
-assignmentRewrite = mkFRewrite3 first middle last
-    where
-        first _ _ = return Nothing
-        middle :: WithRegUsage CmmNode O O -> AssignmentMap -> GenCmmReplGraph (WithRegUsage CmmNode) O O
-        middle (Plain m) assign = return $ rewrite assign (precompute assign m) mkMiddle m
-        middle (AssignLocal l e u) assign = return $ rewriteLocal assign (precompute assign (CmmAssign (CmmLocal l) e)) mkMiddle l e u
-        last (Plain l) assign = return $ rewrite assign (precompute assign l) mkLast l
-        -- Tuple is (inline?, reloads)
-        precompute assign n = foldRegsUsed f (False, []) n -- duplicates are harmless
-            where f (i, l) r = case lookupUFM assign r of
-                                Just (AlwaysSink e)   -> (i, (Plain (CmmAssign (CmmLocal r) e)):l)
-                                Just (AlwaysInline _) -> (True, l)
-                                Just NeverOptimize    -> (i, l)
-                                -- This case can show up when we have
-                                -- limited optimization fuel.
-                                Nothing -> (i, l)
-        rewrite _ (False, []) _ _ = Nothing
-        -- Note [CmmCall Inline Hack]
-        -- Conservative hack: don't do any inlining on what will
-        -- be translated into an OldCmm CmmCalls, since the code
-        -- produced here tends to be unproblematic and I need to write
-        -- lint passes to ensure that we don't put anything in the
-        -- arguments that could be construed as a global register by
-        -- some later translation pass.  (For example, slots will turn
-        -- into dereferences of Sp).  See [Register parameter passing].
-        -- ToDo: Fix this up to only bug out if all inlines were for
-        -- CmmExprs with global registers (we can't use the
-        -- straightforward mapExpDeep call, in this case.) ToDo: We miss
-        -- an opportunity here, where all possible inlinings should
-        -- instead be sunk.
-        rewrite _ (True, []) _ n | not (inlinable n) = Nothing -- see [CmmCall Inline Hack]
-        rewrite assign (i, xs) mk n = Just $ mkMiddles xs <*> mk (Plain (inline i assign n))
-
-        rewriteLocal _ (False, []) _ _ _ _ = Nothing
-        rewriteLocal assign (i, xs) mk l e u = Just $ mkMiddles xs <*> mk n'
-            where n' = AssignLocal l e' u
-                  e' = if i then wrapRecExp (inlineExp assign) e else e
-            -- inlinable check omitted, since we can always inline into
-            -- assignments.
-
-        inline :: Bool -> AssignmentMap -> CmmNode e x -> CmmNode e x
-        inline False _ n = n
-        inline True  _ n | not (inlinable n) = n -- see [CmmCall Inline Hack]
-        inline True assign n = mapExpDeep (inlineExp assign) n
-
-        inlineExp assign old@(CmmReg (CmmLocal r))
-          = case lookupUFM assign r of
-              Just (AlwaysInline x) -> x
-              _ -> old
-        inlineExp assign old@(CmmRegOff (CmmLocal r) i)
-          = case lookupUFM assign r of
-              Just (AlwaysInline x) ->
-                case x of
-                    (CmmRegOff r' i') -> CmmRegOff r' (i + i')
-                    _ -> CmmMachOp (MO_Add rep) [x, CmmLit (CmmInt (fromIntegral i) rep)]
-                          where rep = typeWidth (localRegType r)
-              _ -> old
-        inlineExp _ old = old
-
-        inlinable :: CmmNode e x -> Bool
-        inlinable (CmmCall{}) = False
-        inlinable (CmmForeignCall{}) = False
-        inlinable (CmmUnsafeForeignCall{}) = False
-        inlinable _ = True
-
-rewriteAssignments :: CmmGraph -> FuelUniqSM CmmGraph
-rewriteAssignments g = do
-  g'  <- annotateUsage g
-  g'' <- liftM fst $ dataflowPassFwd g' [(g_entry g, fact_bot assignmentLattice)] $
-                                     analRewFwd assignmentLattice assignmentTransfer assignmentRewrite
-  return (modifyGraph eraseRegUsage g'')
-
 ---------------------
 -- prettyprinting
 
@@ -675,8 +214,6 @@ instance Outputable DualLive where
                          if isEmptyUniqSet stack then PP.empty
                          else (ppr_regs "live on stack =" stack)]
 
--- ToDo: Outputable instance for UsageMap and AssignmentMap
-
 my_trace :: String -> SDoc -> a -> a
 my_trace = if False then pprTrace else \_ _ a -> a