]> Joshua Wise's Git repositories - snipe.git/blob - codegen/liveness.sml
b030f9426e98a8c2ad6353a6a908fb458c0418c9
[snipe.git] / codegen / liveness.sml
1 (* L3 Compiler
2  * Turns pseudoasm into liveness-annotated pseudoasm
3  * Author: Chris Lu <czl@andrew.cmu.edu>
4  * Author: Joshua Wise <jwise@andrew.cmu.edu>
5  *)
6
7 signature LIVENESS =
8 sig
9   structure OperSet : ORD_SET
10     where type Key.ord_key = x86.basicop;
11   structure LiveMap : ORD_MAP
12     where type Key.ord_key = int;
13
14   type live = int * OperSet.set
15   type pseudoasm = x86.insn list
16   type livenesses = OperSet.set LiveMap.map
17   
18   type ident = int
19   datatype pred = DEF of x86.basicop | USE of x86.basicop | SUCC of ident | ISMOVE
20   
21   type predicates = pred list LiveMap.map
22
23   val uses : pred list -> x86.basicop list
24   val succs : pred list -> ident list
25   val defs : pred list -> x86.basicop list
26   val ismove : pred list -> bool
27
28   val liveness : pseudoasm -> predicates * livenesses
29   val listify : livenesses -> OperSet.set list
30   val prettyprint : OperSet.set -> string
31 end
32
33 structure Liveness :> LIVENESS =
34 struct
35   structure T = Temp
36   structure X = x86
37   
38   structure OperSet = x86.OperSet
39   structure LiveMap = x86.LiveMap
40   structure LabelMap = SplayMapFn(struct
41                                     type ord_key = Label.label
42                                     val compare = Label.compare
43                                   end)
44
45   type live = int * OperSet.set
46   type pseudoasm = X.insn list
47   type numasm = X.insn LiveMap.map
48   type livenesses = OperSet.set LiveMap.map
49
50   type ident = int
51   datatype pred = DEF of X.basicop | USE of X.basicop | SUCC of ident | ISMOVE
52
53   type predicates = pred list LiveMap.map
54
55   (* val number : pseudoasm -> numasm
56    * numbers the instructions!
57    *)
58
59   fun number instrs =
60     let
61       val nums = List.tabulate (List.length instrs, (fn i => i))
62     in
63       foldr
64         LiveMap.insert'
65         LiveMap.empty
66         (ListPair.zip (nums,instrs))
67     end
68
69   (* val defusesucc : numasm -> (ident * pred list) list
70    * generates def/use/succ predicates according to rules
71    *)
72   fun defusesucc l =
73     let
74       val labelmap = LiveMap.foldri
75         (fn (n, a, b) => LabelMap.insert(b, a, n))
76         (LabelMap.empty)
77         (LiveMap.mapPartial (fn (X.LABEL lb) => SOME(lb) | _ => NONE) l)
78
79       fun findlabel (lb) = valOf (LabelMap.find (labelmap, lb))
80
81       (* val defhit/usehit : X.oper -> pred list
82        * helper functions to discard constant operands *)
83       fun defhit (X.REG a,_) = [DEF(X.REG a)]
84         | defhit (X.TEMP a,_) = [DEF(X.TEMP a)]
85         | defhit (X.REL(o1, o2, _),_) = usehit o1 @ usehit o2
86         | defhit (_) = nil
87     
88       and usehit (X.REG a,_) = [USE(X.REG a)]
89         | usehit (X.TEMP a,_) = [USE(X.TEMP a)]
90         | usehit (X.REL(o1, o2, _),_) = usehit o1 @ usehit o2
91         | usehit (_) = nil
92
93       fun callhit 0 = nil
94         | callhit 1 = USE(X.REG(X.EDI))::(callhit 0)
95         | callhit 2 = USE(X.REG(X.ESI))::(callhit 1)
96         | callhit 3 = USE(X.REG(X.EDX))::(callhit 2)
97         | callhit 4 = USE(X.REG(X.ECX))::(callhit 3)
98         | callhit 5 = USE(X.REG(X.R8D))::(callhit 4)
99         | callhit 6 = USE(X.REG(X.R9D))::(callhit 5)
100         | callhit _ = callhit 6
101
102       (* val gendef : ident * X.insn -> ident * pred list
103        * generates the def/use/succ predicates for a single insn
104        *)
105       fun gendef (n, X.DIRECTIVE(_))           = (nil)
106         | gendef (n, X.COMMENT(_))             = (nil)
107         | gendef (n, X.LIVEIGN (_))            = ([SUCC (n+1)])
108         | gendef (n, X.MOV(dest, src))         = (defhit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1), ISMOVE])
109         | gendef (n, X.MOVSC(dest, src))       = (defhit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
110         | gendef (n, X.LEA(dest, src))         = (defhit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
111         | gendef (n, X.SUB(dest, src))         = (defhit dest @ usehit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
112         | gendef (n, X.IMUL(dest, src))        = (defhit dest @ usehit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
113         | gendef (n, X.IMUL3(dest, src, _))    = (defhit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
114         | gendef (n, X.ADD(dest, src))         = (defhit dest @ usehit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
115         | gendef (n, X.IDIV(src))              = (usehit src @ [DEF(X.REG(X.EAX)), DEF(X.REG(X.EDX)),
116                                                                    USE(X.REG(X.EAX)), USE(X.REG(X.EDX)),
117                                                                    SUCC(n+1)])
118         | gendef (n, X.CLTD)                   = ([USE(X.REG(X.EAX)), DEF(X.REG(X.EDX)), SUCC(n+1)])
119         | gendef (n, X.SAL(dest, shft))        = (defhit dest @ usehit shft @ usehit dest @ [SUCC(n+1)])
120         | gendef (n, X.SAR(dest, shft))        = (defhit dest @ usehit shft @ usehit dest @ [SUCC(n+1)])
121         | gendef (n, X.NEG(src))               = (defhit src @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
122         | gendef (n, X.NOT(src))               = (defhit src @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
123         | gendef (n, X.AND(dest, src))         = (defhit dest @ usehit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
124         | gendef (n, X.OR(dest, src))          = (defhit dest @ usehit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
125         | gendef (n, X.XOR(dest, src))         = (defhit dest @ usehit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
126         | gendef (n, X.CMP(dest, src))         = (usehit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
127         | gendef (n, X.TEST(dest, src))        = (usehit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
128         | gendef (n, X.SETcc(_,dest))          = (defhit dest @ [SUCC(n+1)])
129         | gendef (n, X.CMOVcc(_,src, dest))    = (defhit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
130         | gendef (n, X.CALL(_, a))             = (callhit a @ [DEF(X.REG(X.EAX)), DEF(X.REG(X.ECX)), DEF(X.REG(X.EDX)),
131                                                                DEF(X.REG(X.EDI)), DEF(X.REG(X.ESI)), DEF(X.REG(X.R8D)),
132                                                                DEF(X.REG(X.R9D)), DEF(X.REG(X.R10D)), DEF(X.REG(X.R11D)), SUCC(n+1)])
133         | gendef (n, X.MOVZB(dest, src))       = (defhit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
134         | gendef (n, X.RET)                    = ([USE (X.REG X.EAX)])
135         | gendef (n, X.LABEL l)                = ([SUCC (n+1)])
136         | gendef (n, X.JMP l)                  = ([SUCC (findlabel l)])
137         | gendef (n, X.Jcc (_,l))              = ([SUCC (n+1), SUCC (findlabel l)])
138     in
139         LiveMap.mapi gendef l
140     end
141
142   (* val uselive : (int * pred list) list -> OperSet.set LiveMap.map
143    * generates liveness for 'use' rules to get the iterative analyzer started
144    *)
145   fun uselive preds =
146     LiveMap.mapi
147       (fn (n, pl) =>
148          foldr
149            (fn (USE (l), set) => OperSet.add (set, l)
150              | (_, set) => set)
151            OperSet.empty
152            pl
153       )
154       preds
155
156   (* val subsetlive : OperSet.set LiveMap.map * OperSet.set LiveMap.map -> bool
157    * true if first is subset of second
158    *)
159
160   fun subsetlive (l1,l2) =
161     LiveMap.foldri
162       (fn (_, _, false) => false
163         | (n, set1, _) => case LiveMap.find (l2, n)
164             of NONE => false
165              | SOME set2 => OperSet.isSubset (set1, set2))
166       true
167       l1
168   
169   (* val succs : pred list -> int list
170    * generates a list of lines that succeed a line given the predicates
171    * for that line
172    *)
173   fun succs (SUCC(a)::l') = a::(succs l')
174     | succs (_::l') = succs l'
175     | succs nil = nil
176
177   fun defs (DEF(a)::l) = a::(defs l)
178     | defs (_::l) = defs l
179     | defs nil = nil
180   
181   fun uses (USE(a)::l) = a::(defs l)
182     | uses (_::l) = defs l
183     | uses nil = nil
184   
185   fun ismove l = List.exists (fn ISMOVE => true | _ => false) l
186
187   (* val liveiter : OperSet.set LiveMap.map -> (int * pred list) list -> OperSet.set LiveMap.map
188    * iteratively generates livenesses from def/use/succ rules
189    * it must be fed a liveness list generated from the use rule as it only
190    * processes the second rule :
191    *
192    *    use(l',x)
193    *   !def(l,x)
194    *   succ(l,l')
195    * --------------
196    *   live(l,x)
197    *)
198
199   fun liveiter livemap preds =
200     let
201
202
203
204       (* val lives : int list -> OperSet.set LiveMap.map -> OperSet.set
205        * scans l for live variables in succeeding lines *)
206       fun lives l' idents =
207         let
208           val lines = List.mapPartial (fn a => LiveMap.find (l', a)) idents
209         in
210           foldr
211             (fn (set', set) => OperSet.union (set', set))
212             OperSet.empty
213             lines
214         end
215
216       (* val isndef : X.oper -> pred list -> bool
217        * checks to see if x is defined in a predicate list *)
218       fun isndef (X.STACKARG(_)) _ = false
219         | isndef x (DEF(y)::l') = not (X.basiceq (x,y)) andalso isndef x l'
220         | isndef x (a::l') = isndef x l'
221         | isndef x nil = true
222
223       (* val liveadd : live -> OperSet.set LiveMap.map -> OperSet.set LiveMap.map *)
224       fun liveadd (n,oper) map = case LiveMap.find (map, n)
225         of SOME(x) => LiveMap.insert (map, n, OperSet.add (x, oper))
226          | NONE => LiveMap.insert (map, n, OperSet.singleton oper)
227
228       (* this does the dirty work!
229        * for each line, checks if the live variables in succeeding lines are
230        * not defined here; if so, it accumulates them onto the inital list
231        *
232        * changing the first foldr to a foldl slows down liveness by a factor
233        * of at least 100 on cedar-anastulate.l2
234        *)
235       val newl = LiveMap.foldri
236         (fn (n, a, b) => OperSet.foldr
237           (fn (a',b') => if (isndef a' a) then liveadd (n, a') b' else b')
238           b
239           (lives b (succs a))
240         )
241         livemap
242         preds
243     in
244       if subsetlive (newl, livemap)
245       then livemap
246       else liveiter newl preds
247     end
248
249   fun dustostring (DEF(a)) = "DEF(" ^ X.pp_oper (a,Temp.Quad) ^ ")"
250     | dustostring (USE(a)) = "USE(" ^ X.pp_oper (a,Temp.Quad) ^ ")"
251     | dustostring (SUCC(a)) = "SUCC(" ^ Int.toString a ^ ")"
252     | dustostring ISMOVE = "ISMOVE"
253
254   (* val liveness : pseudoasm -> livenesses
255    * analyzes liveness of variables in the given pseudo-asm
256    *)
257
258   fun liveness instrs =
259     let
260       val preds = defusesucc (number instrs)
261 (*      val (_,l) = ListPair.unzip preds
262       val () = print (
263         String.concatWith "\n" (
264           List.map
265             (fn a => String.concatWith ", " (List.map dustostring a))
266             l
267         )
268       )*)
269       val init = uselive preds
270       val initmap = LiveMap.foldri (fn (n,a,b) => LiveMap.insert (b, n, a)) LiveMap.empty init
271     in
272       (preds, liveiter initmap preds)
273     end
274   
275   fun prettyprint (set) =
276     OperSet.foldr
277       (fn (oper, s) => (X.pp_oper (oper,Temp.Quad)) ^ ", " ^ s)
278       "-\n"
279       set
280       
281   fun listify map =
282     let
283       val maxln = LiveMap.foldri (fn (a, _, b) => Int.max (a, b)) 0 map
284       val nums = List.tabulate (maxln+1, fn x => x)
285     in
286       List.map (fn num => valOf (LiveMap.find (map, num)) handle Option => OperSet.empty) nums
287     end
288 end
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