Implement regslot inlining, document soundness concerns.
[ghc-hetmet.git] / compiler / cmm / CmmSpillReload.hs
index 00372e5..a4bedb0 100644 (file)
@@ -1,54 +1,62 @@
-{-# OPTIONS -Wall -fno-warn-name-shadowing #-}
+{-# 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 #-}
+#if __GLASGOW_HASKELL__ >= 701
+-- GHC 7.0.1 improved incomplete pattern warnings with GADTs
+{-# OPTIONS_GHC -fwarn-incomplete-patterns #-}
+#endif
 
 module CmmSpillReload
-  ( ExtendWithSpills(..)
-  , DualLive(..)
-  , dualLiveLattice, dualLiveness
-  , insertSpillsAndReloads  --- XXX todo check live-in at entry against formals
+  ( DualLive(..)
+  , dualLiveLattice, dualLiveTransfers, dualLiveness
+  --, insertSpillsAndReloads  --- XXX todo check live-in at entry against formals
   , dualLivenessWithInsertion
-  , spillAndReloadComments
 
-  , availRegsLattice
-  , cmmAvailableReloads
+  , removeDeadAssignmentsAndReloads
   )
 where
+
+import BlockId
+import Cmm
 import CmmExpr
-import CmmTx
-import CmmLiveZ
-import DFMonad
-import FastString
-import Maybe
-import MkZipCfg
+import CmmLive
+import OptimizationFuel
+
+import Control.Monad
 import Outputable hiding (empty)
 import qualified Outputable as PP
-import Panic
-import PprCmm()
 import UniqSet
-import ZipCfg
-import ZipCfgCmm
-import ZipDataflow
-
--- The point of this module is to insert spills and reloads to
--- establish the invariant that at a call (or at any proc point with
--- an established protocol) all live variables not expected in
--- registers are sitting on the stack.  We use a backward analysis to
--- insert spills and reloads.  It should some day be followed by a
--- forward transformation to sink reloads as deeply as possible, so as
--- to reduce register pressure.
-
-data ExtendWithSpills m
-    = NotSpillOrReload m
-    | Spill  RegSet
-    | Reload RegSet
-
-type M = ExtendWithSpills Middle
-
--- A variable can be expected to be live in a register, live on the
--- stack, or both.  This analysis ensures that spills and reloads are
--- inserted as needed to make sure that every live variable needed
--- after a call is available on the stack.  Spills are pushed back to
--- their reaching definitions, but reloads are dropped wherever needed
--- and will have to be sunk by a later forward transformation.
+
+import Compiler.Hoopl hiding (Unique)
+import Data.Maybe
+import Prelude hiding (succ, zip)
+
+{- Note [Overview of spill/reload]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+The point of this module is to insert spills and reloads to
+establish the invariant that at a call (or at any proc point with
+an established protocol) all live variables not expected in
+registers are sitting on the stack.  We use a backward analysis to
+insert spills and reloads.  It should be followed by a
+forward transformation to sink reloads as deeply as possible, so as
+to reduce register pressure.
+
+A variable can be expected to be live in a register, live on the
+stack, or both.  This analysis ensures that spills and reloads are
+inserted as needed to make sure that every live variable needed
+after a call is available on the stack.  Spills are pushed back to
+their reaching definitions, but reloads are dropped immediately after
+we return from a call and will have to be sunk by a later forward
+transformation.
+
+Note that we offer no guarantees about the consistency of the value
+in memory and the value in the register, except that they are
+equal across calls/procpoints.  If the variable is changed, this
+mapping breaks: but as the original value of the register may still
+be useful in a different context, the memory location is not updated.
+-}
 
 data DualLive = DualLive { on_stack :: RegSet, in_regs :: RegSet }
 
@@ -61,227 +69,141 @@ dualUnionList ls = DualLive ss rs
     where ss = unionManyUniqSets $ map on_stack ls
           rs = unionManyUniqSets $ map in_regs  ls
 
-_changeStack, changeRegs :: (RegSet -> RegSet) -> DualLive -> DualLive
-_changeStack f live = live { on_stack = f (on_stack live) }
-changeRegs   f live = live { in_regs  = f (in_regs  live) }
+changeStack, changeRegs :: (RegSet -> RegSet) -> DualLive -> DualLive
+changeStack f live = live { on_stack = f (on_stack live) }
+changeRegs  f live = live { in_regs  = f (in_regs  live) }
 
 
 dualLiveLattice :: DataflowLattice DualLive
-dualLiveLattice =
-      DataflowLattice "variables live in registers and on stack" empty add False
+dualLiveLattice = DataflowLattice "variables live in registers and on stack" empty add
     where empty = DualLive emptyRegSet emptyRegSet
-          -- | compute in the Tx monad to track whether anything has changed
-          add new old = do stack <- add1 (on_stack new) (on_stack old)
-                           regs  <- add1 (in_regs new)  (in_regs old)
-                           return $ DualLive stack regs
-          add1 = fact_add_to liveLattice
-
-dualLivenessWithInsertion :: BPass M Last DualLive
-dualLivenessWithInsertion = a_ft_b_unlimited dualLiveness insertSpillsAndReloads
-
-
-dualLiveness :: BAnalysis M Last DualLive
-dualLiveness = BComp "dual liveness" exit last middle first
-    where exit   = empty
-          last   = lastDualLiveness
-          middle = middleDualLiveness
-          first live _id = live
-          empty = fact_bot dualLiveLattice
-
-            -- ^ could take a proc-point set and choose to spill here,
-            -- but it's probably better to run this pass, choose
-            -- proc-point protocols, insert more CopyIn nodes, and run
-            -- this pass again
-
-middleDualLiveness :: DualLive -> M -> DualLive
-middleDualLiveness live m@(Spill regs) =
-    -- live-in on-stack requirements are satisfied;
-    -- live-out in-regs obligations are created
-      my_trace "before" (f4sep [ppr m, text "liveness is", ppr live']) $
-      live'
-    where live' = DualLive { on_stack = on_stack live `minusRegSet` regs
-                           , in_regs = in_regs live `plusRegSet` regs }
-
-middleDualLiveness live m@(Reload regs) =
-    -- live-in in-regs requirements are satisfied;
-    -- live-out on-stack obligations are created
-      my_trace "before" (f4sep [ppr m, text "liveness is", ppr live']) $
-      live'
-    where live' = DualLive { on_stack = on_stack live `plusRegSet` regs
-                           , in_regs = in_regs live `minusRegSet` regs }
-
-middleDualLiveness live (NotSpillOrReload m) = changeRegs (middleLiveness m) live
-
-lastDualLiveness :: (BlockId -> DualLive) -> Last -> DualLive
-lastDualLiveness env l = last l
-  where last (LastReturn ress)            = changeRegs (gen ress) empty
-        last (LastJump e args)            = changeRegs (gen e . gen args) empty
-        last (LastBranch id args)         = changeRegs (gen args) $ env id
-        last (LastCall tgt args Nothing)  = changeRegs (gen tgt. gen args) empty
-        last (LastCall tgt args (Just k)) = 
-            -- nothing can be live in registers at this point
-            -- only 'formals' can be in regs at this point
-            let live = env k in
-            if  isEmptyUniqSet (in_regs live) then
-                DualLive (on_stack live) (gen tgt $ gen args emptyRegSet)
-            else
-                panic "live values in registers at call continuation"
-        last (LastCondBranch e t f) = changeRegs (gen e) $ dualUnion (env t) (env f)
-        last (LastSwitch e tbl)     = changeRegs (gen e) $ dualUnionList $
-                                                             map env (catMaybes tbl)
-        empty = fact_bot dualLiveLattice
-                      
-gen, kill :: UserOfLocalRegs a => a -> RegSet -> RegSet
-gen  a live = foldRegsUsed extendRegSet      live a
-kill a live = foldRegsUsed delOneFromUniqSet live a
-
-insertSpillsAndReloads :: BFunctionalTransformation M Last DualLive
-insertSpillsAndReloads = BComp "CPS spiller" exit last middle first
-    where exit   = Nothing
-          last   = \_ _ -> Nothing
-          middle = middleInsertSpillsAndReloads
-          first _ _ = Nothing
-            -- ^ could take a proc-point set and choose to spill here,
-            -- but it's probably better to run this pass, choose
-            -- proc-point protocols, insert more CopyIn nodes, and run
-            -- this pass again
-
-
-middleInsertSpillsAndReloads :: DualLive -> M -> Maybe (Graph M Last)
-middleInsertSpillsAndReloads _ (Spill _)  = Nothing
-middleInsertSpillsAndReloads _ (Reload _) = Nothing
-middleInsertSpillsAndReloads live (NotSpillOrReload m) = middle m 
-  where middle (MidAssign (CmmLocal reg') _) = 
-            if reg' `elemRegSet` on_stack live then -- must spill
-                my_trace "Spilling" (f4sep [text "spill" <+> ppr reg',
-                                            text "after", ppr m]) $
-                Just $ graphOfMiddles [NotSpillOrReload m, Spill $ mkRegSet [reg']]
-            else
-                Nothing
-        middle (CopyIn _ formals _) = 
-            -- only 'formals' can be in regs at this point
-            let regs' = kill formals (in_regs live) -- live in regs; must reload
-                is_stack_var r = elemRegSet r (on_stack live)
-                needs_spilling = -- a formal that is expected on the stack; must spill
-                   foldRegsUsed (\rs r -> if is_stack_var r then extendRegSet rs r
-                                          else rs) emptyRegSet formals
-            in  if isEmptyUniqSet regs' && isEmptyUniqSet needs_spilling then
-                    Nothing
-                else
-                    let reload = if isEmptyUniqSet regs' then []
-                                 else [Reload regs']
-                        spill_reload = if isEmptyUniqSet needs_spilling then reload
-                                       else Spill needs_spilling : reload
-                        middles = NotSpillOrReload m : spill_reload
-                    in
-                    my_trace "At CopyIn" (f4sep [text "Triggered by ", ppr live,
-                                                 ppr (Reload regs' :: M),
-                                                 ppr (Spill needs_spilling :: M),
-                                                 text "after", ppr m]) $
-                    Just $ graphOfMiddles middles
-        middle _ = Nothing
-                      
--- | For conversion back to vanilla C--
-spillAndReloadComments :: M -> Middle
-spillAndReloadComments (NotSpillOrReload m) = m
-spillAndReloadComments (Spill  regs) = show_regs "Spill" regs
-spillAndReloadComments (Reload regs) = show_regs "Reload" regs
-
-show_regs :: String -> RegSet -> Middle
-show_regs s regs = MidComment $ mkFastString $ showSDoc $ ppr_regs s regs
-
-
-----------------------------------------------------------------
---- sinking reloads
-
--- The idea is to compute at each point the set of registers such that
--- on every path to the point, the register is defined by a Reload
--- instruction.  Then, if a use appears at such a point, we can safely
--- insert a Reload right before the use.  Finally, we can eliminate
--- the early reloads along with other dead assignments.
-
-data AvailRegs = UniverseMinus RegSet
-               | AvailRegs     RegSet
-
-
-availRegsLattice :: DataflowLattice AvailRegs
-availRegsLattice = DataflowLattice "register gotten from reloads" empty add True
-    where empty = UniverseMinus emptyRegSet
-          -- | compute in the Tx monad to track whether anything has changed
-          add new old =
-            let join = interAvail new old in
-            if join `smallerAvail` old then aTx join else noTx join
-
-
-interAvail :: AvailRegs -> AvailRegs -> AvailRegs
-interAvail (UniverseMinus s) (UniverseMinus s') = UniverseMinus (s `plusRegSet`  s')
-interAvail (AvailRegs     s) (AvailRegs     s') = AvailRegs (s `timesRegSet` s')
-interAvail (AvailRegs     s) (UniverseMinus s') = AvailRegs (s  `minusRegSet` s')
-interAvail (UniverseMinus s) (AvailRegs     s') = AvailRegs (s' `minusRegSet` s )
-
-smallerAvail :: AvailRegs -> AvailRegs -> Bool
-smallerAvail (AvailRegs     _) (UniverseMinus _)  = True
-smallerAvail (UniverseMinus _) (AvailRegs     _)  = False
-smallerAvail (AvailRegs     s) (AvailRegs    s')  = sizeUniqSet s < sizeUniqSet s'
-smallerAvail (UniverseMinus s) (UniverseMinus s') = sizeUniqSet s > sizeUniqSet s'
-
-extendAvail :: AvailRegs -> LocalReg -> AvailRegs
-extendAvail (UniverseMinus s) r = UniverseMinus (deleteFromRegSet s r)
-extendAvail (AvailRegs     s) r = AvailRegs (extendRegSet s r)
-
-deleteFromAvail :: AvailRegs -> LocalReg -> AvailRegs
-deleteFromAvail (UniverseMinus s) r = UniverseMinus (extendRegSet s r)
-deleteFromAvail (AvailRegs     s) r = AvailRegs (deleteFromRegSet s r)
-
-cmmAvailableReloads :: LGraph M Last -> BlockEnv AvailRegs
-cmmAvailableReloads g = env
-    where env = runDFA availRegsLattice $
-                do run_f_anal transfer (fact_bot availRegsLattice) g
-                   allFacts
-          transfer :: FAnalysis M Last AvailRegs
-          transfer = FComp "available-reloads analysis" first middle last exit
-          exit _ = LastOutFacts []
-          first avail _ = avail
-          middle       = flip middleAvail
-          last         = lastAvail
-
-
--- | The transfer equations use the traditional 'gen' and 'kill'
--- notations, which should be familiar from the dragon book.
-agen, akill :: UserOfLocalRegs a => a -> AvailRegs -> AvailRegs
-agen  a live = foldRegsUsed extendAvail     live a
-akill a live = foldRegsUsed deleteFromAvail live a
-
-middleAvail :: M -> AvailRegs -> AvailRegs
-middleAvail (Spill _) = id
-middleAvail (Reload regs) = agen regs
-middleAvail (NotSpillOrReload m) = middle m
-  where middle (MidNop)                        = id
-        middle (MidComment {})                 = id
-        middle (MidAssign lhs _expr)           = akill lhs
-        middle (MidStore {})                   = id
-        middle (MidUnsafeCall _tgt ress _args) = akill ress
-        middle (CopyIn _ formals _)            = akill formals
-        middle (CopyOut {})                    = id
-
-lastAvail :: AvailRegs -> Last -> LastOutFacts AvailRegs
-lastAvail _ (LastCall _ _ (Just k)) = LastOutFacts [(k, AvailRegs emptyRegSet)]
-lastAvail avail l = LastOutFacts $ map (\id -> (id, avail)) $ succs l
-
+          add _ (OldFact old) (NewFact new) = (changeIf $ change1 || change2, DualLive stack regs)
+            where (change1, stack) = add1 (on_stack old) (on_stack new)
+                  (change2, regs)  = add1 (in_regs old)  (in_regs new)
+          add1 old new = if sizeUniqSet join > sizeUniqSet old then (True, join) else (False, old)
+            where join = unionUniqSets old new
+
+dualLivenessWithInsertion :: BlockSet -> CmmGraph -> FuelUniqSM CmmGraph
+dualLivenessWithInsertion procPoints g =
+  liftM fst $ dataflowPassBwd g [] $ analRewBwd dualLiveLattice
+                                                (dualLiveTransfers (g_entry g) procPoints)
+                                                (insertSpillAndReloadRewrites g procPoints)
+
+dualLiveness :: BlockSet -> CmmGraph -> FuelUniqSM (BlockEnv DualLive)
+dualLiveness procPoints g =
+  liftM snd $ dataflowPassBwd g [] $ analBwd dualLiveLattice $ dualLiveTransfers (g_entry g) procPoints
+
+dualLiveTransfers :: BlockId -> BlockSet -> (BwdTransfer CmmNode DualLive)
+dualLiveTransfers entry procPoints = mkBTransfer3 first middle last
+    where first :: CmmNode C O -> DualLive -> DualLive
+          first (CmmEntry id) live = check live id $  -- live at procPoint => spill
+            if id /= entry && setMember id procPoints
+               then DualLive { on_stack = on_stack live `plusRegSet` in_regs live
+                             , in_regs  = emptyRegSet }
+               else live
+            where check live id x = if id == entry then noLiveOnEntry id (in_regs live) x else x
+
+          middle :: CmmNode O O -> DualLive -> DualLive
+          middle m = changeStack updSlots
+                   . changeRegs  updRegs
+            where -- Reuse middle of liveness analysis from CmmLive
+                  updRegs = case getBTransfer3 xferLive of (_, middle, _) -> middle m
+
+                  updSlots live = foldSlotsUsed reload (foldSlotsDefd spill live m) m
+                  spill  live s@(RegSlot r, _, _) = check s $ deleteFromRegSet live r
+                  spill  live _ = live
+                  reload live s@(RegSlot r, _, _) = check s $ extendRegSet live r
+                  reload live _ = live
+                  check (RegSlot (LocalReg _ ty), o, w) x
+                     | o == w && w == widthInBytes (typeWidth ty) = x
+                  check _ _ = panic "middleDualLiveness unsupported: slices"
+          last :: CmmNode O C -> FactBase DualLive -> DualLive
+          last l fb = case l of
+            CmmBranch id                   -> lkp id
+            l@(CmmCall {cml_cont=Nothing}) -> changeRegs (gen l . kill l) empty
+            l@(CmmCall {cml_cont=Just k})  -> call l k
+            l@(CmmForeignCall {succ=k})    -> call l k
+            l@(CmmCondBranch _ t f)        -> changeRegs (gen l . kill l) $ dualUnion (lkp t) (lkp f)
+            l@(CmmSwitch _ tbl)            -> changeRegs (gen l . kill l) $ dualUnionList $ map lkp (catMaybes tbl)
+            where empty = fact_bot dualLiveLattice
+                  lkp id = empty `fromMaybe` lookupFact id fb
+                  call l k = DualLive (on_stack (lkp k)) (gen l emptyRegSet)
+
+gen  :: UserOfLocalRegs    a => a -> RegSet -> RegSet
+gen  a live = foldRegsUsed extendRegSet     live a
+kill :: DefinerOfLocalRegs a => a -> RegSet -> RegSet
+kill a live = foldRegsDefd deleteFromRegSet live a
+
+insertSpillAndReloadRewrites :: CmmGraph -> BlockSet -> CmmBwdRewrite DualLive
+insertSpillAndReloadRewrites graph procPoints = deepBwdRw3 first middle nothing
+  -- Beware: deepBwdRw with one polymorphic function seems more reasonable here,
+  -- but GHC miscompiles it, see bug #4044.
+    where first :: CmmNode C O -> Fact O DualLive -> CmmReplGraph C O
+          first e@(CmmEntry id) live = return $
+            if id /= (g_entry graph) && setMember id procPoints then
+              case map reload (uniqSetToList spill_regs) of
+                [] -> Nothing
+                is -> Just $ mkFirst e <*> mkMiddles is
+            else Nothing
+              where
+                -- If we are splitting procedures, we need the LastForeignCall
+                -- to spill its results to the stack because they will only
+                -- be used by a separate procedure (so they can't stay in LocalRegs).
+                splitting = True
+                spill_regs = if splitting then in_regs live
+                             else in_regs live `minusRegSet` defs
+                defs = case mapLookup id firstDefs of
+                           Just defs -> defs
+                           Nothing   -> emptyRegSet
+                -- A LastForeignCall may contain some definitions, which take place
+                -- on return from the function call. Therefore, we build a map (firstDefs)
+                -- from BlockId to the set of variables defined on return to the BlockId.
+                firstDefs = mapFold addLive emptyBlockMap (toBlockMap graph)
+                addLive :: CmmBlock -> BlockEnv RegSet -> BlockEnv RegSet
+                addLive b env = case lastNode b of
+                                  CmmForeignCall {succ=k, res=defs} -> add k (mkRegSet defs) env
+                                  _                                 -> env
+                add bid defs env = mapInsert bid defs'' env
+                  where defs'' = case mapLookup bid env of
+                                   Just defs' -> timesRegSet defs defs'
+                                   Nothing    -> defs
+
+          middle :: CmmNode O O -> Fact O DualLive -> CmmReplGraph O O
+          middle (CmmAssign (CmmLocal reg) (CmmLoad (CmmStackSlot (RegSlot reg') _) _)) _ | reg == reg' = return Nothing
+          middle m@(CmmAssign (CmmLocal reg) _) live = return $
+              if reg `elemRegSet` on_stack live then -- must spill
+                   my_trace "Spilling" (f4sep [text "spill" <+> ppr reg,
+                                               text "after"{-, ppr m-}]) $
+                   Just $ mkMiddles $ [m, spill reg]
+              else Nothing
+          middle _ _ = return Nothing
+
+          nothing _ _ = return Nothing
+
+spill, reload :: LocalReg -> CmmNode O O
+spill  r = CmmStore  (regSlot r) (CmmReg $ CmmLocal r)
+reload r = CmmAssign (CmmLocal r) (CmmLoad (regSlot r) $ localRegType r)
+
+removeDeadAssignmentsAndReloads :: BlockSet -> CmmGraph -> FuelUniqSM CmmGraph
+removeDeadAssignmentsAndReloads procPoints g =
+   liftM fst $ dataflowPassBwd g [] $ analRewBwd dualLiveLattice
+                                                 (dualLiveTransfers (g_entry g) procPoints)
+                                                 rewrites
+   where rewrites = deepBwdRw3 nothing middle nothing
+         -- Beware: deepBwdRw with one polymorphic function seems more reasonable here,
+         -- but GHC panics while compiling, see bug #4045.
+         middle :: CmmNode O O -> Fact O DualLive -> CmmReplGraph O O
+         middle (CmmAssign (CmmLocal reg') _) live | not (reg' `elemRegSet` in_regs live) = return $ Just emptyGraph
+         -- XXX maybe this should be somewhere else...
+         middle (CmmAssign lhs (CmmReg rhs))   _ | lhs == rhs = return $ Just emptyGraph
+         middle (CmmStore lhs (CmmLoad rhs _)) _ | lhs == rhs = return $ Just emptyGraph
+         middle _ _ = return Nothing
+
+         nothing _ _ = return Nothing
 
 ---------------------
 -- prettyprinting
 
-instance Outputable m => Outputable (ExtendWithSpills m) where
-    ppr (Spill  regs) = ppr_regs "Spill"  regs
-    ppr (Reload regs) = ppr_regs "Reload" regs
-    ppr (NotSpillOrReload m) = ppr m
-
-instance Outputable (LGraph M Last) where
-    ppr = pprLgraph
-
-instance DebugNodes M Last
-                               
 ppr_regs :: String -> RegSet -> SDoc
 ppr_regs s regs = text s <+> commafy (map ppr $ uniqSetToList regs)
   where commafy xs = hsep $ punctuate comma xs
@@ -296,10 +218,6 @@ instance Outputable DualLive where
                          if isEmptyUniqSet stack then PP.empty
                          else (ppr_regs "live on stack =" stack)]
 
-instance Outputable AvailRegs where
-  ppr (UniverseMinus s) = ppr_regs "available = all but" s
-  ppr (AvailRegs     s) = ppr_regs "available = " s
-
 my_trace :: String -> SDoc -> a -> a
 my_trace = if False then pprTrace else \_ _ a -> a