Implement regslot inlining, document soundness concerns.
[ghc-hetmet.git] / compiler / cmm / CmmSpillReload.hs
index 1cdafa9..a4bedb0 100644 (file)
@@ -1,3 +1,12 @@
+{-# 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
   ( DualLive(..)
@@ -5,46 +14,49 @@ module CmmSpillReload
   --, insertSpillsAndReloads  --- XXX todo check live-in at entry against formals
   , dualLivenessWithInsertion
 
-  , availRegsLattice
-  , cmmAvailableReloads
-  , insertLateReloads
   , removeDeadAssignmentsAndReloads
   )
 where
 
 import BlockId
+import Cmm
 import CmmExpr
-import CmmTx
-import CmmLiveZ
-import DFMonad
-import MkZipCfg
-import PprCmm()
-import ZipCfg
-import ZipCfgCmmRep
-import ZipDataflow
+import CmmLive
+import OptimizationFuel
 
 import Control.Monad
 import Outputable hiding (empty)
 import qualified Outputable as PP
 import UniqSet
 
+import Compiler.Hoopl hiding (Unique)
 import Data.Maybe
-import Prelude hiding (zip)
-
--- 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 wherever needed
--- and will have to be sunk by a later forward transformation.
+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 }
 
@@ -63,227 +75,131 @@ 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
-
-type LiveReloadFix a = FuelMonad (BackwardFixedPoint Middle Last DualLive a)
-
-dualLivenessWithInsertion :: BlockSet -> (LGraph Middle Last) -> FuelMonad (LGraph Middle Last)
-dualLivenessWithInsertion procPoints g@(LGraph entry _) =
-  liftM zdfFpContents $ (res :: LiveReloadFix (LGraph Middle Last))
-    where res = zdfBRewriteFromL RewriteDeep emptyBlockEnv "dual liveness with insertion"
-                                 dualLiveLattice (dualLiveTransfers entry procPoints)
-                                 (insertSpillAndReloadRewrites entry procPoints) empty g
-          empty = fact_bot dualLiveLattice
-
-dualLiveness :: BlockSet -> LGraph Middle Last -> FuelMonad (BlockEnv DualLive)
-dualLiveness procPoints g@(LGraph entry _) =
-  liftM zdfFpFacts $ (res :: LiveReloadFix ())
-    where res = zdfSolveFromL emptyBlockEnv "dual liveness" dualLiveLattice
-                              (dualLiveTransfers entry procPoints) empty g
-          empty = fact_bot dualLiveLattice
-
-dualLiveTransfers :: BlockId -> BlockSet -> BackwardTransfers Middle Last DualLive
-dualLiveTransfers entry procPoints = BackwardTransfers first middle last
-    where last   = lastDualLiveness
-          middle = middleDualLiveness
-          first id live = check live id $  -- live at procPoint => spill
-            if id /= entry && elemBlockSet id procPoints then
-              DualLive { on_stack = on_stack live `plusRegSet` in_regs live
-                       , in_regs  = emptyRegSet }
-            else live
-          check live id x = if id == entry then noLiveOnEntry id (in_regs live) x else x
-  
-middleDualLiveness :: Middle -> DualLive -> DualLive
-middleDualLiveness m live =
-  changeStack updSlots $ changeRegs (middleLiveness m) (changeRegs regs_in live)
-    where regs_in live = case m of MidForeignCall {} -> emptyRegSet
-                                   _ -> live
-          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"
-
-lastDualLiveness :: Last -> (BlockId -> DualLive) -> DualLive
-lastDualLiveness l env = last l
-  where last (LastBranch id)          = env id
-        last l@(LastCall _ Nothing  _ _ _) = changeRegs (gen l . kill l) empty
-        last l@(LastCall _ (Just k) _ _ _) = 
-            -- nothing can be live in registers at this point, unless safe foreign call
-            let live = env k
-                live_in = DualLive (on_stack live) (gen l emptyRegSet)
-            in if isEmptyUniqSet (in_regs live) then live_in
-               else pprTrace "Offending party:" (ppr k <+> ppr live) $
-                    panic "live values in registers at call continuation"
-        last l@(LastCondBranch _ t f)   =
-            changeRegs (gen l . kill l) $ dualUnion (env t) (env f)
-        last l@(LastSwitch _ tbl)       = changeRegs (gen l . kill l) $ dualUnionList $
-                                                             map env (catMaybes tbl)
-        empty = fact_bot dualLiveLattice
-                      
+          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 ::
-  BlockId -> BlockSet -> BackwardRewrites Middle Last DualLive
-insertSpillAndReloadRewrites entry procPoints =
-  BackwardRewrites first middle last exit
-    where middle = middleInsertSpillsAndReloads
-          last _ _ = Nothing
-          exit     = Nothing
-          first id live =
-            if id /= entry && elemBlockSet id procPoints then
-              case map reload (uniqSetToList (in_regs live)) of
+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 (mkMiddles is)
-            else Nothing
-
-middleInsertSpillsAndReloads :: Middle -> DualLive -> Maybe (AGraph Middle Last)
-middleInsertSpillsAndReloads m live = middle m
-  where middle (MidAssign (CmmLocal reg) (CmmLoad (CmmStackSlot (RegSlot reg') _) _))
-          | reg == reg' = Nothing
-        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 $ mkMiddles $ [m, spill reg]
+                is -> Just $ mkFirst e <*> mkMiddles is
             else Nothing
-        middle (MidForeignCall _ _ fs _) =
-          case map spill  (filter (flip elemRegSet (on_stack live)) fs) ++
-               map reload (uniqSetToList (kill fs (in_regs live))) of
-            []      -> Nothing
-            reloads -> Just (mkMiddles (m : reloads))
-        middle _ = Nothing
-                      
--- Generating spill and reload code
-regSlot :: LocalReg -> CmmExpr
-regSlot r = CmmStackSlot (RegSlot r) (widthInBytes $ typeWidth $ localRegType r)
-
-spill, reload :: LocalReg -> Middle
-spill  r = MidStore  (regSlot r) (CmmReg $ CmmLocal r)
-reload r = MidAssign (CmmLocal r) (CmmLoad (regSlot r) $ localRegType r)
-
-----------------------------------------------------------------
---- 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 False
-    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)
-
-delFromAvail :: AvailRegs -> LocalReg -> AvailRegs
-delFromAvail (UniverseMinus s) r = UniverseMinus (extendRegSet s r)
-delFromAvail (AvailRegs     s) r = AvailRegs (deleteFromRegSet s r)
-
-elemAvail :: AvailRegs -> LocalReg -> Bool
-elemAvail (UniverseMinus s) r = not $ elemRegSet r s
-elemAvail (AvailRegs     s) r = elemRegSet r s
-
-type AvailFix = FuelMonad (ForwardFixedPoint Middle Last AvailRegs ())
-
-cmmAvailableReloads :: LGraph Middle Last -> FuelMonad (BlockEnv AvailRegs)
-cmmAvailableReloads g = liftM zdfFpFacts $ (res :: AvailFix)
-    where res = zdfSolveFromL emptyBlockEnv "available reloads" availRegsLattice
-                              avail_reloads_transfer empty g
-          empty = fact_bot availRegsLattice
-
-avail_reloads_transfer :: ForwardTransfers Middle Last AvailRegs
-avail_reloads_transfer = ForwardTransfers (flip const) middleAvail lastAvail id
-
-middleAvail :: Middle -> AvailRegs -> AvailRegs
-middleAvail (MidAssign (CmmLocal r) (CmmLoad l _)) avail
-               | l `isStackSlotOf` r = extendAvail avail r
-middleAvail (MidAssign lhs _)        avail = foldRegsDefd delFromAvail avail lhs
-middleAvail (MidStore l (CmmReg (CmmLocal r))) avail
-               | l `isStackSlotOf` r = avail
-middleAvail (MidStore (CmmStackSlot (RegSlot r) _) _) avail = delFromAvail avail r
-middleAvail (MidStore {})            avail = avail
-middleAvail (MidForeignCall {})      _     = AvailRegs emptyRegSet
-middleAvail (MidComment {})          avail = avail
-
-lastAvail :: Last -> AvailRegs -> LastOutFacts AvailRegs
-lastAvail (LastCall _ (Just k) _ _ _) _ = LastOutFacts [(k, AvailRegs emptyRegSet)]
-lastAvail l avail = LastOutFacts $ map (\id -> (id, avail)) $ succs l
-
-type LateReloadFix = FuelMonad (ForwardFixedPoint Middle Last AvailRegs CmmGraph)
-
-availRewrites :: ForwardRewrites Middle Last AvailRegs
-availRewrites = ForwardRewrites first middle last exit
-  where first _ _ = Nothing
-        middle m avail = maybe_reload_before avail m (mkMiddle m)
-        last   l avail = maybe_reload_before avail l (mkLast l)
-        exit _ = Nothing
-        maybe_reload_before avail node tail =
-            let used = filterRegsUsed (elemAvail avail) node
-            in  if isEmptyUniqSet used then Nothing
-                else Just $ reloadTail used tail
-        reloadTail regset t = foldl rel t $ uniqSetToList regset
-          where rel t r = mkMiddle (reload r) <*> t
-
-
-insertLateReloads :: (LGraph Middle Last) -> FuelMonad (LGraph Middle Last)
-insertLateReloads g = liftM zdfFpContents $ (res :: LateReloadFix)
-    where res = zdfFRewriteFromL RewriteShallow emptyBlockEnv "insert late reloads"
-                                 availRegsLattice avail_reloads_transfer availRewrites bot g
-          bot = fact_bot availRegsLattice
-          
-removeDeadAssignmentsAndReloads :: BlockSet -> (LGraph Middle Last) -> FuelMonad (LGraph Middle Last)
-removeDeadAssignmentsAndReloads procPoints g@(LGraph entry _) =
-   liftM zdfFpContents $ (res :: LiveReloadFix (LGraph Middle Last))
-     where res = zdfBRewriteFromL RewriteDeep emptyBlockEnv "dead-assignment & -reload elim"
-                   dualLiveLattice (dualLiveTransfers entry procPoints)
-                   rewrites (fact_bot dualLiveLattice) g
-           rewrites = BackwardRewrites nothing middleRemoveDeads nothing Nothing
-           nothing _ _ = Nothing
-
-middleRemoveDeads :: Middle -> DualLive -> Maybe (AGraph Middle Last)
-middleRemoveDeads  (MidAssign (CmmLocal reg') _) live
-       | not (reg' `elemRegSet` in_regs live) = Just emptyAGraph
-middleRemoveDeads  _ _ = 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
@@ -302,12 +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) = if isEmptyUniqSet s then text "<everything available>"
-                          else ppr_regs "available = all but" s
-  ppr (AvailRegs     s) = if isEmptyUniqSet s then text "<nothing available>"
-                          else ppr_regs "available = " s
-
 my_trace :: String -> SDoc -> a -> a
 my_trace = if False then pprTrace else \_ _ a -> a