src/compiler/stack.lisp

   1 ;;;; This file implements the stack analysis phase in the compiler. We
   2 ;;;; analyse lifetime of dynamically allocated object packets on stack
   3 ;;;; and insert cleanups where necessary.
   4 ;;;;
   5 ;;;; Currently there are two kinds of interesting stack packets: UVLs,
   6 ;;;; whose use and destination lie in different blocks, and LVARs of
   7 ;;;; constructors of dynamic-extent objects.
   8
   9 ;;;; This software is part of the SBCL system. See the README file for
  10 ;;;; more information.
  11 ;;;;
  12 ;;;; This software is derived from the CMU CL system, which was
  13 ;;;; written at Carnegie Mellon University and released into the
  14 ;;;; public domain. The software is in the public domain and is
  15 ;;;; provided with absolutely no warranty. See the COPYING and CREDITS
  16 ;;;; files for more information.
  17
  18 (in-package "SB!C")
  19 \f
  20 ;;; Scan through BLOCK looking for uses of :UNKNOWN lvars that have
  21 ;;; their DEST outside of the block. We do some checking to verify the
  22 ;;; invariant that all pushes come after the last pop.
  23 (defun find-pushed-lvars (block)
  24   (let* ((2block (block-info block))
  25          (popped (ir2-block-popped 2block))
  26          (last-pop (if popped
  27                        (lvar-dest (car (last popped)))
  28                        nil)))
  29     (collect ((pushed))
  30       (let ((saw-last nil))
  31         (do-nodes (node lvar block)
  32           (when (eq node last-pop)
  33             (setq saw-last t))
  34
  35           (when (and lvar
  36                      (or (lvar-dynamic-extent lvar)
  37                          (let ((dest (lvar-dest lvar))
  38                                (2lvar (lvar-info lvar)))
  39                            (and (not (eq (node-block dest) block))
  40                                 2lvar
  41                                 (eq (ir2-lvar-kind 2lvar) :unknown)))))
  42             (aver (or saw-last (not last-pop)))
  43             (pushed lvar))))
  44
  45       (setf (ir2-block-pushed 2block) (pushed))))
  46   (values))
  47 \f
  48 ;;;; Computation of live UVL sets
  49 (defun nle-block-nlx-info (block)
  50   (let* ((start-node (block-start-node block))
  51          (nlx-ref (ctran-next (node-next start-node)))
  52          (nlx-info (constant-value (ref-leaf nlx-ref))))
  53     nlx-info))
  54 (defun nle-block-entry-block (block)
  55   (let* ((nlx-info (nle-block-nlx-info block))
  56          (mess-up (cleanup-mess-up (nlx-info-cleanup nlx-info)))
  57          (entry-block (node-block mess-up)))
  58     entry-block))
  59
  60 ;;; Add LVARs from LATE to EARLY; use EQ to check whether EARLY has
  61 ;;; been changed.
  62 (defun merge-uvl-live-sets (early late)
  63   (declare (type list early late))
  64   ;; FIXME: O(N^2)
  65   (dolist (e late early)
  66     (pushnew e early)))
  67
  68 ;;; Update information on stacks of unknown-values LVARs on the
  69 ;;; boundaries of BLOCK. Return true if the start stack has been
  70 ;;; changed.
  71 ;;;
  72 ;;; An LVAR is live at the end iff it is live at some of blocks, which
  73 ;;; BLOCK can transfer control to. There are two kind of control
  74 ;;; transfers: normal, expressed with BLOCK-SUCC, and NLX.
  75 (defun update-uvl-live-sets (block)
  76   (declare (type cblock block))
  77   (let* ((2block (block-info block))
  78          (original-start (ir2-block-start-stack 2block))
  79          (end (ir2-block-end-stack 2block))
  80          (new-end end))
  81     (dolist (succ (block-succ block))
  82       (setq new-end (merge-uvl-live-sets new-end
  83                                          (ir2-block-start-stack (block-info succ)))))
  84     (map-block-nlxes (lambda (nlx-info)
  85                        (let* ((nle (nlx-info-target nlx-info))
  86                               (nle-start-stack (ir2-block-start-stack
  87                                                 (block-info nle)))
  88                               (exit-lvar (nlx-info-lvar nlx-info))
  89                               (next-stack (if exit-lvar
  90                                               (remove exit-lvar nle-start-stack)
  91                                               nle-start-stack)))
  92                          (setq new-end (merge-uvl-live-sets
  93                                         new-end next-stack))))
  94                      block
  95                      (lambda (dx-cleanup)
  96                        (dolist (lvar (cleanup-info dx-cleanup))
  97                          (do-uses (generator lvar)
  98                            (let* ((block (node-block generator))
  99                                   (2block (block-info block)))
 100                              ;; DX objects, living in the LVAR, are alive in
 101                              ;; the environment, protected by the CLEANUP. We
 102                              ;; also cannot move them (because, in general, we
 103                              ;; cannot track all references to them).
 104                              ;; Therefore, everything, allocated deeper than a
 105                              ;; DX object -- that is, before the DX object --
 106                              ;; should be kept alive until the object is
 107                              ;; deallocated.
 108                              ;;
 109                              ;; Since DX generators end their blocks, we can
 110                              ;; find out UVLs allocated before them by looking
 111                              ;; at the stack at the end of the block.
 112                              ;;
 113                              ;; FIXME: This is not quite true: REFs to DX
 114                              ;; closures don't end their blocks!
 115                              (setq new-end (merge-uvl-live-sets
 116                                             new-end (ir2-block-end-stack 2block)))
 117                              (setq new-end (merge-uvl-live-sets
 118                                             new-end (ir2-block-pushed 2block))))))))
 119
 120     (setf (ir2-block-end-stack 2block) new-end)
 121
 122     (let ((start new-end))
 123       (setq start (set-difference start (ir2-block-pushed 2block)))
 124       (setq start (merge-uvl-live-sets start (ir2-block-popped 2block)))
 125
 126       ;; We cannot delete unused UVLs during NLX, so all UVLs live at
 127       ;; ENTRY will be actually live at NLE.
 128       ;;
 129       ;; BUT, UNWIND-PROTECTor is called in the environment, which has
 130       ;; nothing in common with the environment of its entry. So we
 131       ;; fictively compute its stack from the containing cleanups, but
 132       ;; do not propagate additional LVARs from the entry, thus
 133       ;; preveting bogus stack cleanings.
 134       ;;
 135       ;; TODO: Insert a check that no values are discarded in UWP. Or,
 136       ;; maybe, we just don't need to create NLX-ENTRY for UWP?
 137       (when (and (eq (component-head (block-component block))
 138                      (first (block-pred block)))
 139                  (not (bind-p (block-start-node block))))
 140         (let* ((nlx-info (nle-block-nlx-info block))
 141                (cleanup (nlx-info-cleanup nlx-info)))
 142           (unless (eq (cleanup-kind cleanup) :unwind-protect)
 143             (let* ((entry-block (node-block (cleanup-mess-up cleanup)))
 144                    (entry-stack (ir2-block-start-stack (block-info entry-block))))
 145               (setq start (merge-uvl-live-sets start entry-stack))))))
 146
 147       (when *check-consistency*
 148         (aver (subsetp original-start start)))
 149       (cond ((subsetp start original-start)
 150              nil)
 151             (t
 152              (setf (ir2-block-start-stack 2block) start)
 153              t)))))
 154
 155 \f
 156 ;;;; Ordering of live UVL stacks
 157
 158 ;;; Put UVLs on the start/end stacks of BLOCK in the right order. PRED
 159 ;;; is a predecessor of BLOCK with already sorted stacks; because all
 160 ;;; UVLs being live at the BLOCK start are live in PRED, we just need
 161 ;;; to delete dead UVLs.
 162 (defun order-block-uvl-sets (block pred)
 163   (let* ((2block (block-info block))
 164          (pred-end-stack (ir2-block-end-stack (block-info pred)))
 165          (start (ir2-block-start-stack 2block))
 166          (start-stack (loop for lvar in pred-end-stack
 167                             when (memq lvar start)
 168                             collect lvar))
 169          (end (ir2-block-end-stack 2block)))
 170     (when *check-consistency*
 171       (aver (subsetp start start-stack)))
 172     (setf (ir2-block-start-stack 2block) start-stack)
 173
 174     (let* ((last (block-last block))
 175            (tailp-lvar (if (node-tail-p last) (node-lvar last)))
 176            (end-stack start-stack))
 177       (dolist (pop (ir2-block-popped 2block))
 178         (aver (eq pop (car end-stack)))
 179         (pop end-stack))
 180       (dolist (push (ir2-block-pushed 2block))
 181         (aver (not (memq push end-stack)))
 182         (push push end-stack))
 183       (aver (subsetp end end-stack))
 184       (when (and tailp-lvar
 185                  (eq (ir2-lvar-kind (lvar-info tailp-lvar)) :unknown))
 186         (aver (eq tailp-lvar (first end-stack)))
 187         (pop end-stack))
 188       (setf (ir2-block-end-stack 2block) end-stack))))
 189
 190 (defun order-uvl-sets (component)
 191   (clear-flags component)
 192   (loop with head = (component-head component)
 193         with repeat-p do
 194         (setq repeat-p nil)
 195         (do-blocks (block component)
 196           (unless (block-flag block)
 197             (let ((pred (find-if #'block-flag (block-pred block))))
 198               (when (and (eq pred head)
 199                          (not (bind-p (block-start-node block))))
 200                 (let ((entry (nle-block-entry-block block)))
 201                   (setq pred (if (block-flag entry) entry nil))))
 202               (cond (pred
 203                      (setf (block-flag block) t)
 204                      (order-block-uvl-sets block pred))
 205                     (t
 206                      (setq repeat-p t))))))
 207         while repeat-p))
 208 \f
 209 ;;; This is called when we discover that the stack-top unknown-values
 210 ;;; lvar at the end of BLOCK1 is different from that at the start of
 211 ;;; BLOCK2 (its successor).
 212 ;;;
 213 ;;; We insert a call to a funny function in a new cleanup block
 214 ;;; introduced between BLOCK1 and BLOCK2. Since control analysis and
 215 ;;; LTN have already run, we must do make an IR2 block, then do
 216 ;;; ADD-TO-EMIT-ORDER and LTN-ANALYZE-BELATED-BLOCK on the new
 217 ;;; block. The new block is inserted after BLOCK1 in the emit order.
 218 ;;;
 219 ;;; If the control transfer between BLOCK1 and BLOCK2 represents a
 220 ;;; tail-recursive return or a non-local exit, then the cleanup code
 221 ;;; will never actually be executed. It doesn't seem to be worth the
 222 ;;; risk of trying to optimize this, since this rarely happens and
 223 ;;; wastes only space.
 224 (defun discard-unused-values (block1 block2)
 225   (declare (type cblock block1 block2))
 226   (collect ((cleanup-code))
 227     (labels ((find-popped (before after)
 228                ;; Returns (VALUES popped last-popped rest), where
 229                ;; BEFORE = (APPEND popped rest) and
 230                ;; (EQ (FIRST rest) (FIRST after))
 231                (if (null after)
 232                    (values before (first (last before)) nil)
 233                    (loop with first-preserved = (car after)
 234                          for last-popped = nil then maybe-popped
 235                          for rest on before
 236                          for maybe-popped = (car rest)
 237                          while (neq maybe-popped first-preserved)
 238                          collect maybe-popped into popped
 239                          finally (return (values popped last-popped rest)))))
 240              (discard (before-stack after-stack)
 241                (cond
 242                  ((eq (car before-stack) (car after-stack))
 243                   (binding* ((moved-count (mismatch before-stack after-stack)
 244                                           :exit-if-null)
 245                              ((moved qmoved)
 246                               (loop for moved-lvar in before-stack
 247                                     repeat moved-count
 248                                     collect moved-lvar into moved
 249                                     collect `',moved-lvar into qmoved
 250                                     finally (return (values moved qmoved))))
 251                              (q-last-moved (car (last qmoved)))
 252                              ((nil last-nipped rest)
 253                               (find-popped (nthcdr moved-count before-stack)
 254                                            (nthcdr moved-count after-stack))))
 255                     (cleanup-code
 256                      `(%nip-values ',last-nipped ,q-last-moved
 257                        ,@qmoved))
 258                     (discard (nconc moved rest) after-stack)))
 259                  (t
 260                   (multiple-value-bind (popped last-popped rest)
 261                       (find-popped before-stack after-stack)
 262                     (declare (ignore popped))
 263                     (cleanup-code `(%pop-values ',last-popped))
 264                     (discard rest after-stack))))))
 265       (discard (ir2-block-end-stack (block-info block1))
 266                (ir2-block-start-stack (block-info block2))))
 267     (when (cleanup-code)
 268       (let* ((block (insert-cleanup-code block1 block2
 269                                          (block-start-node block2)
 270                                          `(progn ,@(cleanup-code))))
 271              (2block (make-ir2-block block)))
 272         (setf (block-info block) 2block)
 273         (add-to-emit-order 2block (block-info block1))
 274         (ltn-analyze-belated-block block))))
 275
 276   (values))
 277 \f
 278 ;;;; stack analysis
 279
 280 ;;; Return a list of all the blocks containing genuine uses of one of
 281 ;;; the RECEIVERS (blocks) and DX-LVARS. Exits are excluded, since
 282 ;;; they don't drop through to the receiver.
 283 (defun find-pushing-blocks (receivers dx-lvars)
 284   (declare (list receivers dx-lvars))
 285   (collect ((res nil adjoin))
 286     (dolist (rec receivers)
 287       (dolist (pop (ir2-block-popped (block-info rec)))
 288         (do-uses (use pop)
 289           (unless (exit-p use)
 290             (res (node-block use))))))
 291     (dolist (dx-lvar dx-lvars)
 292       (do-uses (use dx-lvar)
 293         (res (node-block use))))
 294     (res)))
 295
 296 ;;; Analyze the use of unknown-values and DX lvars in COMPONENT,
 297 ;;; inserting cleanup code to discard values that are generated but
 298 ;;; never received. This phase doesn't need to be run when
 299 ;;; Values-Receivers and Dx-Lvars are null, i.e. there are no
 300 ;;; unknown-values lvars used across block boundaries and no DX LVARs.
 301 (defun stack-analyze (component)
 302   (declare (type component component))
 303   (let* ((2comp (component-info component))
 304          (receivers (ir2-component-values-receivers 2comp))
 305          (generators (find-pushing-blocks receivers
 306                                           (component-dx-lvars component))))
 307
 308     (dolist (block generators)
 309       (find-pushed-lvars block))
 310
 311     ;;; Compute sets of live UVLs and DX LVARs
 312     (loop for did-something = nil
 313           do (do-blocks-backwards (block component)
 314                (when (update-uvl-live-sets block)
 315                  (setq did-something t)))
 316           while did-something)
 317
 318     (order-uvl-sets component)
 319
 320     (do-blocks (block component)
 321       (let ((top (ir2-block-end-stack (block-info block))))
 322         (dolist (succ (block-succ block))
 323           (when (and (block-start succ)
 324                      (not (eq (ir2-block-start-stack (block-info succ))
 325                               top)))
 326             (discard-unused-values block succ))))))
 327
 328   (values))