]> Joshua Wise's Git repositories - snipe.git/blobdiff - codegen/liveness.sml
Initial import of l2c
[snipe.git] / codegen / liveness.sml
index 34f5d478aa90bfa50252b63820505f9e6dbdba12..95f1f90ce3b35f13ebcd217154ffc1825bf915f3 100644 (file)
-(* L1 Compiler
- * Gathers tiberium, fires rockets
+(* L2 Compiler
  * Turns pseudoasm into liveness-annotated pseudoasm
+ * Author: Chris Lu <czl@andrew.cmu.edu>
  * Author: Joshua Wise <jwise@andrew.cmu.edu>
  *)
 
 signature LIVENESS =
 sig
-  type tiberium = x86.insn list
-  type rockets = x86.oper list list
 
-  val liveness : tiberium -> rockets
+  type live = int * x86.oper list
+  type pseudoasm = x86.insn list
+  type livenesses = x86.oper list list
+
+  type ident = int
+  datatype pred = DEF of x86.oper | USE of x86.oper | SUCC of ident
+
+  val liveness : pseudoasm -> livenesses
+  val prettyprint : x86.oper list -> string
 end
 
 structure Liveness :> LIVENESS =
 struct
   structure T = Temp
   structure X = x86
-  
-  type tiberium = x86.insn list
-  type rockets = x86.oper list list
 
-  (* This does not 'follow the rules'.
+
+  type live = int * x86.oper list
+  type pseudoasm = X.insn list
+  type numasm = (int * X.insn) list
+  type livenesses = X.oper list list
+
+  type ident = int
+  datatype pred = DEF of X.oper | USE of X.oper | SUCC of ident
+
+  (* val number : pseudoasm -> numasm
+   * numbers the instructions!
+   *)
+
+  fun number instrs =
+    let
+      val nums = List.tabulate (List.length instrs, (fn i => i))
+    in
+      ListPair.zip (nums,instrs)
+    end
+
+  (* val defusesucc : numasm -> (ident * pred list) list
+   * generates def/use/succ predicates according to rules
+   *)
+
+  fun defusesucc l =
+    let
+      fun findlabel (lb) =
+            Option.valOf
+              (foldr (fn ((n, X.LABEL lb'), NONE) => if (Label.compare (lb, lb') = EQUAL) then SOME n else NONE
+                       | (_, old) => old) NONE l)
+      
+      (* val defhit/usehit : X.oper -> pred list
+       * helper functions to discard constant operands *)
+      fun defhit (a as X.CONST(_)) = nil
+        | defhit (a) = [DEF(a)]
+
+      fun usehit (a as X.CONST(_)) = nil
+        | usehit (a) = [USE(a)]
+
+      (* val gendef : ident * X.insn -> ident * pred list
+       * generates the def/use/succ predicates for a single insn
+       *)
+      fun gendef (n, X.DIRECTIVE(_))           = (n, nil)
+        | gendef (n, X.COMMENT(_))             = (n, nil)
+        | gendef (n, X.MOVL(dest, src))        = (n, defhit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.SUBL(dest, src))        = (n, defhit dest @ usehit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.IMUL(dest, src))        = (n, defhit dest @ usehit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.IMUL3(dest, src, _))    = (n, defhit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.ADDL(dest, src))        = (n, defhit dest @ usehit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.IDIVL(src))             = (n, usehit src @ [DEF(X.REG(X.EAX)), DEF(X.REG(X.EDX)),
+                                                                   USE(X.REG(X.EAX)), USE(X.REG(X.EDX)),
+                                                                   SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.CLTD)                   = (n, [USE(X.REG(X.EAX)), DEF(X.REG(X.EDX)), SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.SALL(dest, shft))       = (n, defhit dest @ usehit shft @ usehit dest @ [SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.SARL(dest, shft))       = (n, defhit dest @ usehit shft @ usehit dest @ [SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.NEG(src))               = (n, defhit src @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.NOTL(src))              = (n, defhit src @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.ANDL(dest, src))        = (n, defhit dest @ usehit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.ORL(dest, src))         = (n, defhit dest @ usehit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.XORL(dest, src))        = (n, defhit dest @ usehit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.CMPL(dest, src))        = (n, usehit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.TEST(dest, src))        = (n, usehit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.SETNE(dest))            = (n, defhit dest @ [SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.SETE(dest))             = (n, defhit dest @ [SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.SETLE(dest))            = (n, defhit dest @ [SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.SETL(dest))             = (n, defhit dest @ [SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.SETGE(dest))            = (n, defhit dest @ [SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.SETG(dest))             = (n, defhit dest @ [SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.MOVZBL(dest, src))      = (n, defhit dest @ usehit src @ [SUCC(n+1)])
+        | gendef (n, X.RET)                    = (n, nil)
+        | gendef (n, X.LABEL l)                = (n, [SUCC (n+1)])
+        | gendef (n, X.JMP l)                  = (n, [SUCC (findlabel l)])
+        | gendef (n, X.JE l)                   = (n, [SUCC (n+1), SUCC (findlabel l)])
+        | gendef (n, X.JNE l)                  = (n, [SUCC (n+1), SUCC (findlabel l)])
+    in
+        List.map gendef l
+    end
+
+  (* val uselive : (ident * pred list) list -> live list
+   * generates liveness for 'use' rules to get the iterative analyzer started
+   *)
+  fun uselive preds =
+    List.map
+      (fn (n, l) => (n, List.foldr 
+        (fn (a,b) => case a of USE(x) => x::b | _ => b)
+        nil
+        l
+      )
+    )
+    preds
+
+  (* val subsetlive : (ident * pred list) * (ident * pred list) -> bool
+   * true if first is subset of second
+   *)
+
+  fun subsetlive (l1,l2) =
+    ListPair.all
+      (fn ((n1,a),(n2,b)) => (n1 = n2) andalso List.all
+        (fn x => List.exists (fn y => X.opereq (x,y)) b)
+        a
+      )
+      (l1,l2)
+
+  (* val liveiter : live list -> (ident * pred list) list -> live list
+   * iteratively generates livenesses from def/use/succ rules
+   * it must be fed a liveness list generated from the use rule as it only
+   * processes the second rule :
    *
-   * Since this is a straight line, we can just fold starting at the right,
-   * and accumulate variables.  Thus, the accumulator has two parts: one to
-   * represent all of the line / liveness pairs that we've accumulated so far;
-   * and one to represent what was live at the previous line.
+   *    use(l',x)
+   *   !def(l,x)
+   *   succ(l,l')
+   * --------------
+   *   live(l,x)
    *)
-  fun mashinstr ((instr : x86.insn), (curtemps, output) : x86.oper list * rockets) : x86.oper list * rockets =
+
+  fun liveiter l p =
     let
+      (* val succs : pred list -> l
+       * generates a list of lines that succeed a line given the predicates
+       * for that line
+       *)
+      fun succs (SUCC(a)::l) = a::(succs l)
+        | succs (_::l) = succs l
+        | succs nil = nil
+
+      (* val lives : ident list -> live list -> X.oper list
+       * scans l for live variables in succeeding lines *)
+      fun lives l' idents =
+        List.foldr
+          (fn ((_,a),b) => a @ b)
+          nil
+          (List.filter (fn (n,_) => List.exists (fn a => a = n) idents) l')
 
-      (* Removes an element from a list. *)
-      fun blast (X.TEMP(elt)) l =
-            List.filter (fn a => case a of X.TEMP(b) => (T.compare (b, elt)) <> EQUAL | _ => true) l
-        | blast (X.REG(reg)) l =
-            List.filter (fn a => case a of X.REG(b) => b <> reg | _ => true) l
-        | blast _ l = raise ErrorMsg.InternalError "Why have we declared a CONST as live?"
-
-      (* Adds an element to a list iff the element doesn't exist already. *)
-      fun addonce (X.CONST(_)) l = l
-        | addonce oper l = oper :: blast oper l
-
-      val newtemps =
-        case instr
-        of X.DIRECTIVE(_)           => curtemps
-         | X.COMMENT(_)             => curtemps
-         | X.MOVL(dest, src)        => addonce src (blast dest curtemps)
-         | X.SUBL(dest, src)        => addonce src (addonce dest curtemps)
-         | X.IMUL(dest, src)        => addonce src (addonce dest curtemps)
-         | X.IMUL3(dest, src, _)    => addonce src (blast dest curtemps)
-         | X.ADDL(dest, src)        => addonce src (addonce dest curtemps)
-         | X.LEAL(dest, src1, src2) => addonce src1 (addonce src2 (blast dest curtemps))
-         | X.IDIVL(src)             => addonce src (addonce (X.REG X.EAX) (addonce (X.REG X.EDX) curtemps))
-         | X.CLTD                   => blast (X.REG X.EDX) (addonce (X.REG X.EAX) curtemps)
-         | X.NEG(src)               => (* meh *) curtemps
-         | X.RET                    => addonce (X.REG X.EAX) curtemps
-(*         | _                        => raise ErrorMsg.InternalError "Unable to compute liveness for unused instruction form";*)
+      (* val isndef : X.oper -> pred list -> bool
+       * checks to see if x is defined in a predicate list *)
+      fun isndef x (DEF(y)::l) = not (X.opereq (x,y)) andalso isndef x l
+        | isndef x (a::l) = isndef x l
+        | isndef x nil = true
+
+      (* val addonce : X.oper list -> X.oper -> X.oper list
+       * eliminates duplicates, which speeds up compilation
+       *)
+      fun addonce l oper =
+        if (List.exists (fn x => X.opereq (x,oper)) l)
+        then l
+        else oper::l
+
+      (* val liveadd : live -> live list -> live list *)
+      fun liveadd (n,oper) lives = List.map
+        (fn (x,a) => if (x = n) then (x,addonce a oper) else (x,a))
+        lives
+
+      (* this does the dirty work!
+       * for each line, checks if the live variables in succeeding lines are
+       * not defined here; if so, it accumulates them onto the inital list
+       *
+       * changing the first foldr to a foldl slows down liveness by a factor
+       * of at least 100 on cedar-anastulate.l2
+       *)
+      val newl = List.foldr
+        (fn ((n, a), b) => List.foldr
+          (fn (a',b') => if (isndef a' a) then liveadd (n, a') b' else b')
+          b
+          (lives b (succs a))
+        )
+        l
+        p
     in
-      (newtemps, newtemps :: output)
+      if subsetlive (newl, l) then l else liveiter newl p
     end
-  
-  fun liveness (instrs : tiberium) : rockets =
+
+  (* val liveness : pseudoasm -> livenesses
+   * analyzes liveness of variables in the given pseudo-asm
+   *)
+
+  fun liveness instrs =
     let
-      val (_, livelist) = foldr mashinstr (nil, nil) instrs
+      val preds = defusesucc (number instrs)
+      val init = uselive preds
+      val (_,lives) = ListPair.unzip (liveiter init preds)
     in
-      livelist
+      lives
     end
+
+  fun prettyprint (a::l) = (X.prettyprint_oper a) ^ ", " ^ prettyprint l
+    | prettyprint nil = "-\n"
+
 end
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