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GCCを調べる - その15-2 - ベクトルレジスタが選ばれてしまう原因追跡

目次: GCC

前回（2020年7月6日の日記参照）はエラー出力のコードを追いましたが、エラーの原因とは無関係でした。

問題解決のヒントはRTLのダンプファイルにあります。エラーを起こす282r.reloadの1つ前のパス281r.iraのダンプ（オプション --dump-rtl-allで出力できます）を見ると下記のような記述が見つかります。

...

      Popping a57(r107,l0)  -- assign reg 26
      Popping a58(r106,l0)  -- assign reg 27
      Popping a59(r105,l0)  -- assign reg 64    ★64はv0レジスタの番号
      Popping a60(r104,l0)  -- assign reg 65    ★65はv1レジスタの番号
      Popping a61(r165,l0)  -- assign reg 5

...

レジスタ番号にベクトルレジスタが出てきます。とても怪しいですね。このメッセージを出しているコードを追います。

// gcc/ira-color.c

/* Pop the coloring stack and assign hard registers to the popped
   allocnos.  */
static void
pop_allocnos_from_stack (void)
{
  ira_allocno_t allocno;
  enum reg_class aclass;

  for (;allocno_stack_vec.length () != 0;)
    {
      allocno = allocno_stack_vec.pop ();
      aclass = ALLOCNO_CLASS (allocno);
      if (internal_flag_ira_verbose > 3 && ira_dump_file != NULL)
	{
	  fprintf (ira_dump_file, "      Popping");  //★★Poppingはここで出力
	  ira_print_expanded_allocno (allocno);
	  fprintf (ira_dump_file, "  -- ");
	}
      if (aclass == NO_REGS)
	{
	  ALLOCNO_HARD_REGNO (allocno) = -1;
	  ALLOCNO_ASSIGNED_P (allocno) = true;
	  ira_assert (ALLOCNO_UPDATED_HARD_REG_COSTS (allocno) == NULL);
	  ira_assert
	    (ALLOCNO_UPDATED_CONFLICT_HARD_REG_COSTS (allocno) == NULL);
	  if (internal_flag_ira_verbose > 3 && ira_dump_file != NULL)
	    fprintf (ira_dump_file, "assign memory\n");
	}
      else if (assign_hard_reg (allocno, false))    //★★レジスタの割当をする
	{
	  if (internal_flag_ira_verbose > 3 && ira_dump_file != NULL)
	    fprintf (ira_dump_file, "assign reg %d\n",
		     ALLOCNO_HARD_REGNO (allocno));    //★★assign reg 64はここで出力
	}


// gcc/ira-build.c

/* This recursive function outputs allocno A and if it is a cap the
   function outputs its members.  */
void
ira_print_expanded_allocno (ira_allocno_t a)
{
  basic_block bb;

  //★★Poppingの後ろのaxx(rxx, lxx) を出力している

  fprintf (ira_dump_file, " a%d(r%d", ALLOCNO_NUM (a), ALLOCNO_REGNO (a));
  if ((bb = ALLOCNO_LOOP_TREE_NODE (a)->bb) != NULL)
    fprintf (ira_dump_file, ",b%d", bb->index);
  else
    fprintf (ira_dump_file, ",l%d", ALLOCNO_LOOP_TREE_NODE (a)->loop_num);
  if (ALLOCNO_CAP_MEMBER (a) != NULL)
    {
      fprintf (ira_dump_file, ":");
      ira_print_expanded_allocno (ALLOCNO_CAP_MEMBER (a));
    }
  fprintf (ira_dump_file, ")");
}


// gcc/ira-int.h

#define ALLOCNO_NUM(A) ((A)->num)
#define ALLOCNO_REGNO(A) ((A)->regno)
...
#define ALLOCNO_HARD_REGNO(A) ((A)->hard_regno)
...

いずれもira_allocno_tのメンバを参照する。

（例）
Popping a59(r105,l0)  -- assign reg 64

  - a59   : num
  - r105  : regno
  - l0    : loop_num
  - reg 64: hard_regno

割り当てたレジスタ番号はallocno->hard_regnoに格納されているようです。割り当てる関数はメッセージ出力のすぐ上にあるassign_hard_reg() 関数が行います。

// gcc/ira-color.c

static bool
assign_hard_reg (ira_allocno_t a, bool retry_p)
{
  HARD_REG_SET conflicting_regs[2], profitable_hard_regs;
  int i, j, hard_regno, best_hard_regno, class_size;

...

  best_hard_regno = -1;

...

  /* We don't care about giving callee saved registers to allocnos no
     living through calls because call clobbered registers are
     allocated first (it is usual practice to put them first in
     REG_ALLOC_ORDER).  */
  mode = ALLOCNO_MODE (a);
  for (i = 0; i < class_size; i++)
    {
      hard_regno = ira_class_hard_regs[aclass][i];
#ifdef STACK_REGS
      if (no_stack_reg_p
	  && FIRST_STACK_REG <= hard_regno && hard_regno <= LAST_STACK_REG)
	continue;
#endif
      if (! check_hard_reg_p (a, hard_regno,
			      conflicting_regs, profitable_hard_regs))    //★★このチェックを通過すると、割り当てる候補になる
	continue;
      cost = costs[i];
      full_cost = full_costs[i];
      if (!HONOR_REG_ALLOC_ORDER)
	{

...

	}
      if (min_cost > cost)
	min_cost = cost;
      if (min_full_cost > full_cost
	  || (!HONOR_REG_ALLOC_ORDER && min_full_cost == full_cost
	      && best_hard_regno > hard_regno))
	{
	  min_full_cost = full_cost;
	  best_hard_regno = hard_regno;    //★★どのハードウェアレジスタに割り当てるか決まる
	  ira_assert (hard_regno >= 0);
	}
      if (internal_flag_ira_verbose > 5 && ira_dump_file != NULL)
	fprintf (ira_dump_file, "(%d=%d,%d) ", hard_regno, cost, full_cost);
    }

...

  if (! retry_p)
    restore_costs_from_copies (a);
  ALLOCNO_HARD_REGNO (a) = best_hard_regno;    //★★allocno->hard_regnoに格納
  ALLOCNO_ASSIGNED_P (a) = true;
  if (best_hard_regno >= 0)
    update_costs_from_copies (a, true, ! retry_p);
  ira_assert (ALLOCNO_CLASS (a) == aclass);
  /* We don't need updated costs anymore.  */
  ira_free_allocno_updated_costs (a);
  return best_hard_regno >= 0;    //★★best_hard_regnoに何か値が入っていれば成功
}

関数assign_hard_reg() は色んな複雑なことをやっていますが、レジスタ割当の決め手は最後のループです。ループ内では基本的に先頭のレジスタから使います（※）。ループの先頭にcheck_hard_reg_p() というチェックがあって、このチェックをパスしたレジスタが割当の候補になります。

（※）厳密にはどのレジスタから割当を試みるかは、ira_class_hard_regsで決まります。この配列を初期化するのはsetup_class_hard_regs() で、コードを見た感じだと順序を変更することもできるようです。今回、詳細は調べていません。

// gcc/ira-color.c

/* Return true if HARD_REGNO is ok for assigning to allocno A with
   PROFITABLE_REGS and whose objects have CONFLICT_REGS.  */
static inline bool
check_hard_reg_p (ira_allocno_t a, int hard_regno,
		  HARD_REG_SET *conflict_regs, HARD_REG_SET profitable_regs)
{
  int j, nwords, nregs;
  enum reg_class aclass;
  machine_mode mode;

  aclass = ALLOCNO_CLASS (a);
  mode = ALLOCNO_MODE (a);
  if (TEST_HARD_REG_BIT (ira_prohibited_class_mode_regs[aclass][mode],
			 hard_regno))    //★★このチェックを通過したら割当候補
    return false;
  /* Checking only profitable hard regs.  */
  if (! TEST_HARD_REG_BIT (profitable_regs, hard_regno))    //★★このチェックは基本的に通過するはず
    return false;

...


// gcc/ira-int.h

#define ALLOCNO_MODE(A) ((A)->mode)
...
#define ALLOCNO_CLASS(A) ((A)->aclass)
...

ベクトルレジスタ（番号64以降）がcheck_hard_reg_p() に渡されるときのaclass, modeの値を見ておきます。今はどうでも良いんですが、次の章で使います。

ブレークに設定する条件はif hard_regno == 64

(gdb) p aclass
$4 = ALL_REGS

(gdb) p mode
$5 = E_SFmode

チェックのキモはira_prohibited_class_mode_regsで、レジスタ番号が示す位置のビットがセットされていると、チェックに引っかかって、割り当て候補から外れます。この配列を初期化している箇所はsetup_prohibited_class_mode_regs() です。

// gcc/ira.c

static void
setup_prohibited_class_mode_regs (void)
ira_prohibited_class_mode_regs
{
  int j, k, hard_regno, cl, last_hard_regno, count;

  for (cl = (int) N_REG_CLASSES - 1; cl >= 0; cl--)
    {
      temp_hard_regset = reg_class_contents[cl] & ~no_unit_alloc_regs;
      for (j = 0; j < NUM_MACHINE_MODES; j++)
	{
	  count = 0;
	  last_hard_regno = -1;
	  CLEAR_HARD_REG_SET (ira_prohibited_class_mode_regs[cl][j]);
	  for (k = ira_class_hard_regs_num[cl] - 1; k >= 0; k--)
	    {
	      hard_regno = ira_class_hard_regs[cl][k];
	      if (!targetm.hard_regno_mode_ok (hard_regno, (machine_mode) j))    //★★hard_regno_mode_ok() がtrueであれば割当候補になる
		SET_HARD_REG_BIT (ira_prohibited_class_mode_regs[cl][j],
				  hard_regno);
	      else if (in_hard_reg_set_p (temp_hard_regset,
					  (machine_mode) j, hard_regno))
		{
		  last_hard_regno = hard_regno;
		  count++;
		}
	    }
	  ira_class_singleton[cl][j] = (count == 1 ? last_hard_regno : -1);
	}
    }
}


// gcc/config/riscv/riscv.h

enum reg_class
{
  NO_REGS,			/* no registers in set */
  SIBCALL_REGS,			/* registers used by indirect sibcalls */
  JALR_REGS,			/* registers used by indirect calls */
  GR_REGS,			/* integer registers */
  FP_REGS,			/* floating-point registers */
  VP_REGS,			/* vector registers */
  FRAME_REGS,			/* arg pointer and frame pointer */
  ALL_REGS,			/* all registers */
  LIM_REG_CLASSES		/* max value + 1 */
};

#define N_REG_CLASSES (int) LIM_REG_CLASSES

配列の名前prohibitedの通り、この配列のビットがセットされているレジスタは割り当て「禁止」です。最初に配列のビットをクリアし（許可状態）、条件targetm.hard_regno_mode_ok() がtrueだったら変更せず（許可状態のまま）、falseだったらビットをセット（禁止状態）します。

次回は原因を修正します。