nir: Add a phi node placement helper
[mesa.git] / src / compiler / nir / nir_phi_builder.c
diff --git a/src/compiler/nir/nir_phi_builder.c b/src/compiler/nir/nir_phi_builder.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..a39e360
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,295 @@
+/*
+ * Copyright © 2016 Intel Corporation
+ *
+ * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a
+ * copy of this software and associated documentation files (the "Software"),
+ * to deal in the Software without restriction, including without limitation
+ * the rights to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense,
+ * and/or sell copies of the Software, and to permit persons to whom the
+ * Software is furnished to do so, subject to the following conditions:
+ *
+ * The above copyright notice and this permission notice (including the next
+ * paragraph) shall be included in all copies or substantial portions of the
+ * Software.
+ *
+ * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
+ * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
+ * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT.  IN NO EVENT SHALL
+ * THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
+ * LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING
+ * FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS
+ * IN THE SOFTWARE.
+ */
+
+#include "nir_phi_builder.h"
+#include "nir/nir_vla.h"
+
+struct nir_phi_builder {
+   nir_shader *shader;
+   nir_function_impl *impl;
+
+   /* Copied from the impl for easy access */
+   unsigned num_blocks;
+
+   /* Array of all blocks indexed by block->index. */
+   nir_block **blocks;
+
+   /* Hold on to the values so we can easily iterate over them. */
+   struct exec_list values;
+
+   /* Worklist for phi adding */
+   unsigned iter_count;
+   unsigned *work;
+   nir_block **W;
+};
+
+#define NEEDS_PHI ((nir_ssa_def *)(intptr_t)-1)
+
+struct nir_phi_builder_value {
+   struct exec_node node;
+
+   struct nir_phi_builder *builder;
+
+   /* Needed so we can create phis and undefs */
+   unsigned num_components;
+   unsigned bit_size;
+
+   /* The list of phi nodes associated with this value.  Phi nodes are not
+    * added directly.  Instead, they are created, the instr->block pointer
+    * set, and then added to this list.  Later, in phi_builder_finish, we
+    * set up their sources and add them to the top of their respective
+    * blocks.
+    */
+   struct exec_list phis;
+
+   /* Array of SSA defs, indexed by block.  For each block, this array has has
+    * one of three types of values:
+    *
+    *  - NULL. Indicates that there is no known definition in this block.  If
+    *    you need to find one, look at the block's immediate dominator.
+    *
+    *  - NEEDS_PHI. Indicates that the block may need a phi node but none has
+    *    been created yet.  If a def is requested for a block, a phi will need
+    *    to be created.
+    *
+    *  - A regular SSA def.  This will be either the result of a phi node or
+    *    one of the defs provided by nir_phi_builder_value_set_blocK_def().
+    */
+   nir_ssa_def *defs[0];
+};
+
+static bool
+fill_block_array(nir_block *block, void *void_data)
+{
+   nir_block **blocks = void_data;
+   blocks[block->index] = block;
+   return true;
+}
+
+struct nir_phi_builder *
+nir_phi_builder_create(nir_function_impl *impl)
+{
+   struct nir_phi_builder *pb = ralloc(NULL, struct nir_phi_builder);
+
+   pb->shader = impl->function->shader;
+   pb->impl = impl;
+
+   assert(impl->valid_metadata & (nir_metadata_block_index |
+                                  nir_metadata_dominance));
+
+   pb->num_blocks = impl->num_blocks;
+   pb->blocks = ralloc_array(pb, nir_block *, pb->num_blocks);
+   nir_foreach_block(impl, fill_block_array, pb->blocks);
+
+   exec_list_make_empty(&pb->values);
+
+   pb->iter_count = 0;
+   pb->work = rzalloc_array(pb, unsigned, pb->num_blocks);
+   pb->W = ralloc_array(pb, nir_block *, pb->num_blocks);
+
+   return pb;
+}
+
+struct nir_phi_builder_value *
+nir_phi_builder_add_value(struct nir_phi_builder *pb, unsigned num_components,
+                          unsigned bit_size, const BITSET_WORD *defs)
+{
+   struct nir_phi_builder_value *val;
+   unsigned i, w_start = 0, w_end = 0;
+
+   val = rzalloc_size(pb, sizeof(*val) + sizeof(val->defs[0]) * pb->num_blocks);
+   val->builder = pb;
+   val->num_components = num_components;
+   val->bit_size = bit_size;
+   exec_list_make_empty(&val->phis);
+   exec_list_push_tail(&pb->values, &val->node);
+
+   pb->iter_count++;
+
+   BITSET_WORD tmp;
+   BITSET_FOREACH_SET(i, tmp, defs, pb->num_blocks) {
+      if (pb->work[i] < pb->iter_count)
+         pb->W[w_end++] = pb->blocks[i];
+      pb->work[i] = pb->iter_count;
+   }
+
+   while (w_start != w_end) {
+      nir_block *cur = pb->W[w_start++];
+      struct set_entry *dom_entry;
+      set_foreach(cur->dom_frontier, dom_entry) {
+         nir_block *next = (nir_block *) dom_entry->key;
+
+         /* If there's more than one return statement, then the end block
+          * can be a join point for some definitions. However, there are
+          * no instructions in the end block, so nothing would use those
+          * phi nodes. Of course, we couldn't place those phi nodes
+          * anyways due to the restriction of having no instructions in the
+          * end block...
+          */
+         if (next == pb->impl->end_block)
+            continue;
+
+         if (val->defs[next->index] == NULL) {
+            /* Instead of creating a phi node immediately, we simply set the
+             * value to the magic value NEEDS_PHI.  Later, we create phi nodes
+             * on demand in nir_phi_builder_value_get_block_def().
+             */
+            val->defs[next->index] = NEEDS_PHI;
+
+            if (pb->work[next->index] < pb->iter_count) {
+               pb->work[next->index] = pb->iter_count;
+               pb->W[w_end++] = next;
+            }
+         }
+      }
+   }
+
+   return val;
+}
+
+void
+nir_phi_builder_value_set_block_def(struct nir_phi_builder_value *val,
+                                    nir_block *block, nir_ssa_def *def)
+{
+   val->defs[block->index] = def;
+}
+
+nir_ssa_def *
+nir_phi_builder_value_get_block_def(struct nir_phi_builder_value *val,
+                                    nir_block *block)
+{
+   /* For each block, we have one of three types of values */
+   if (val->defs[block->index] == NULL) {
+      /* NULL indicates that we have no SSA def for this block. */
+      if (block->imm_dom) {
+         /* Grab it from our immediate dominator.  We'll stash it here for
+          * easy access later.
+          */
+         val->defs[block->index] =
+            nir_phi_builder_value_get_block_def(val, block->imm_dom);
+         return val->defs[block->index];
+      } else {
+         /* No immediate dominator means that this block is either the
+          * start block or unreachable.  In either case, the value is
+          * undefined so we need an SSA undef.
+          */
+         nir_ssa_undef_instr *undef =
+            nir_ssa_undef_instr_create(val->builder->shader,
+                                       val->num_components);
+         nir_instr_insert(nir_before_cf_list(&val->builder->impl->body),
+                          &undef->instr);
+         val->defs[block->index] = &undef->def;
+         return &undef->def;
+      }
+   } else if (val->defs[block->index] == NEEDS_PHI) {
+      /* The magic value NEEDS_PHI indicates that the block needs a phi node
+       * but none has been created.  We need to create one now so we can
+       * return it to the caller.
+       *
+       * Because a phi node may use SSA defs that it does not dominate (this
+       * happens in loops), we do not yet have enough information to fully
+       * fill out the phi node.  Instead, the phi nodes we create here will be
+       * empty (have no sources) and won't actually be placed in the block's
+       * instruction list yet.  Later, in nir_phi_builder_finish(), we walk
+       * over all of the phi instructions, fill out the sources lists, and
+       * place them at the top of their respective block's instruction list.
+       *
+       * Creating phi nodes on-demand allows us to avoid creating dead phi
+       * nodes that will just get deleted later. While this probably isn't a
+       * big win for a full into-SSA pass, other users may use the phi builder
+       * to make small SSA form repairs where most of the phi nodes will never
+       * be used.
+       */
+      nir_phi_instr *phi = nir_phi_instr_create(val->builder->shader);
+      nir_ssa_dest_init(&phi->instr, &phi->dest, val->num_components,
+                        val->bit_size, NULL);
+      phi->instr.block = block;
+      exec_list_push_tail(&val->phis, &phi->instr.node);
+      val->defs[block->index] = &phi->dest.ssa;
+      return &phi->dest.ssa;
+   } else {
+      /* In this case, we have an actual SSA def.  It's either the result of a
+       * phi node created by the case above or one passed to us through
+       * nir_phi_builder_value_set_block_def().
+       */
+      return val->defs[block->index];
+   }
+}
+
+static int
+compare_blocks(const void *_a, const void *_b)
+{
+   nir_block * const * a = _a;
+   nir_block * const * b = _b;
+
+   return (*a)->index - (*b)->index;
+}
+
+void
+nir_phi_builder_finish(struct nir_phi_builder *pb)
+{
+   const unsigned num_blocks = pb->num_blocks;
+   NIR_VLA(nir_block *, preds, num_blocks);
+
+   foreach_list_typed(struct nir_phi_builder_value, val, node, &pb->values) {
+      /* We treat the linked list of phi nodes like a worklist.  The list is
+       * pre-populated by calls to nir_phi_builder_value_get_block_def() that
+       * create phi nodes.  As we fill in the sources of phi nodes, more may
+       * be created and are added to the end of the list.
+       *
+       * Because we are adding and removing phi nodes from the list as we go,
+       * we can't iterate over it normally.  Instead, we just iterate until
+       * the list is empty.
+       */
+      while (!exec_list_is_empty(&val->phis)) {
+         struct exec_node *head = exec_list_get_head(&val->phis);
+         nir_phi_instr *phi = exec_node_data(nir_phi_instr, head, instr.node);
+         assert(phi->instr.type == nir_instr_type_phi);
+
+         exec_node_remove(&phi->instr.node);
+
+         /* Construct an array of predecessors.  We sort it to ensure
+          * determinism in the phi insertion algorithm.
+          *
+          * XXX: Calling qsort this many times seems expensive.
+          */
+         int num_preds = 0;
+         struct set_entry *entry;
+         set_foreach(phi->instr.block->predecessors, entry)
+            preds[num_preds++] = (nir_block *)entry->key;
+         qsort(preds, num_preds, sizeof(*preds), compare_blocks);
+
+         for (unsigned i = 0; i < num_preds; i++) {
+            nir_phi_src *src = ralloc(phi, nir_phi_src);
+            src->pred = preds[i];
+            src->src = nir_src_for_ssa(
+               nir_phi_builder_value_get_block_def(val, preds[i]));
+            exec_list_push_tail(&phi->srcs, &src->node);
+         }
+
+         nir_instr_insert(nir_before_block(phi->instr.block), &phi->instr);
+      }
+   }
+
+   ralloc_free(pb);
+}