#include "PostRA_Scheduler.h"
#include <set>
#include <map>
#include <vector>
#include <algorithm>
#define MAX_SCHEDULING_BLOCK_SIZE 10000 // 限制调度块大小，避免过大导致性能问题

namespace sysy {

char PostRA_Scheduler::ID = 0;

// 检查指令是否是加载指令 (LW, LD)
bool isLoadInstr(MachineInstr* instr) {
    RVOpcodes opcode = instr->getOpcode();
    return opcode == RVOpcodes::LW || opcode == RVOpcodes::LD || 
           opcode == RVOpcodes::LH || opcode == RVOpcodes::LB || 
           opcode == RVOpcodes::LHU || opcode == RVOpcodes::LBU || 
           opcode == RVOpcodes::LWU;
}

// 检查指令是否是存储指令 (SW, SD)
bool isStoreInstr(MachineInstr* instr) {
    RVOpcodes opcode = instr->getOpcode();
    return opcode == RVOpcodes::SW || opcode == RVOpcodes::SD || 
           opcode == RVOpcodes::SH || opcode == RVOpcodes::SB;
}

// 检查指令是否为控制流指令
bool isControlFlowInstr(MachineInstr* instr) {
    RVOpcodes opcode = instr->getOpcode();
    return opcode == RVOpcodes::RET || opcode == RVOpcodes::J || 
           opcode == RVOpcodes::BEQ || opcode == RVOpcodes::BNE ||
           opcode == RVOpcodes::BLT || opcode == RVOpcodes::BGE ||
           opcode == RVOpcodes::BLTU || opcode == RVOpcodes::BGEU ||
           opcode == RVOpcodes::CALL;
}

// 获取指令定义的寄存器 - 修复版本
std::set<PhysicalReg> getDefinedRegisters(MachineInstr* instr) {
    std::set<PhysicalReg> defined_regs;
    RVOpcodes opcode = instr->getOpcode();
    
    // 特殊处理CALL指令
    if (opcode == RVOpcodes::CALL) {
        // CALL指令可能定义返回值寄存器
        if (!instr->getOperands().empty() && 
            instr->getOperands().front()->getKind() == MachineOperand::KIND_REG) {
            auto reg_op = static_cast<RegOperand*>(instr->getOperands().front().get());
            if (!reg_op->isVirtual()) {
                defined_regs.insert(reg_op->getPReg());
            }
        }
        return defined_regs;
    }
    
    // 存储指令不定义寄存器
    if (isStoreInstr(instr)) {
        return defined_regs;
    }
    
    // 分支指令不定义寄存器
    if (opcode == RVOpcodes::BEQ || opcode == RVOpcodes::BNE ||
        opcode == RVOpcodes::BLT || opcode == RVOpcodes::BGE ||
        opcode == RVOpcodes::BLTU || opcode == RVOpcodes::BGEU ||
        opcode == RVOpcodes::J || opcode == RVOpcodes::RET) {
        return defined_regs;
    }
    
    // 对于其他指令，第一个寄存器操作数通常是定义的
    if (!instr->getOperands().empty() && 
        instr->getOperands().front()->getKind() == MachineOperand::KIND_REG) {
        auto reg_op = static_cast<RegOperand*>(instr->getOperands().front().get());
        if (!reg_op->isVirtual()) {
            defined_regs.insert(reg_op->getPReg());
        }
    }
    
    return defined_regs;
}

// 获取指令使用的寄存器 - 修复版本
std::set<PhysicalReg> getUsedRegisters(MachineInstr* instr) {
    std::set<PhysicalReg> used_regs;
    RVOpcodes opcode = instr->getOpcode();
    
    // 特殊处理CALL指令
    if (opcode == RVOpcodes::CALL) {
        bool first_reg_skipped = false;
        for (const auto& op : instr->getOperands()) {
            if (op->getKind() == MachineOperand::KIND_REG) {
                if (!first_reg_skipped) {
                    first_reg_skipped = true;
                    continue; // 跳过返回值寄存器
                }
                auto reg_op = static_cast<RegOperand*>(op.get());
                if (!reg_op->isVirtual()) {
                    used_regs.insert(reg_op->getPReg());
                }
            }
        }
        return used_regs;
    }
    
    // 对于存储指令，所有寄存器操作数都是使用的
    if (isStoreInstr(instr)) {
        for (const auto& op : instr->getOperands()) {
            if (op->getKind() == MachineOperand::KIND_REG) {
                auto reg_op = static_cast<RegOperand*>(op.get());
                if (!reg_op->isVirtual()) {
                    used_regs.insert(reg_op->getPReg());
                }
            } else if (op->getKind() == MachineOperand::KIND_MEM) {
                auto mem_op = static_cast<MemOperand*>(op.get());
                if (!mem_op->getBase()->isVirtual()) {
                    used_regs.insert(mem_op->getBase()->getPReg());  
                }
            }
        }
        return used_regs;
    }
    
    // 对于分支指令，所有寄存器操作数都是使用的
    if (opcode == RVOpcodes::BEQ || opcode == RVOpcodes::BNE ||
        opcode == RVOpcodes::BLT || opcode == RVOpcodes::BGE ||
        opcode == RVOpcodes::BLTU || opcode == RVOpcodes::BGEU) {
        for (const auto& op : instr->getOperands()) {
            if (op->getKind() == MachineOperand::KIND_REG) {
                auto reg_op = static_cast<RegOperand*>(op.get());
                if (!reg_op->isVirtual()) {
                    used_regs.insert(reg_op->getPReg());
                }
            }
        }
        return used_regs;
    }
    
    // 对于其他指令，除了第一个寄存器操作数（通常是定义），其余都是使用的
    bool first_reg = true;
    for (const auto& op : instr->getOperands()) {
        if (op->getKind() == MachineOperand::KIND_REG) {
            if (first_reg) {
                first_reg = false;
                continue; // 跳过第一个寄存器（定义）
            }
            auto reg_op = static_cast<RegOperand*>(op.get());
            if (!reg_op->isVirtual()) {
                used_regs.insert(reg_op->getPReg());
            }
        } else if (op->getKind() == MachineOperand::KIND_MEM) {
            auto mem_op = static_cast<MemOperand*>(op.get());
            if (!mem_op->getBase()->isVirtual()) {
                used_regs.insert(mem_op->getBase()->getPReg());
            }
        }
    }
    return used_regs;
}

// 获取内存访问的基址和偏移
struct MemoryAccess {
    PhysicalReg base_reg;
    int64_t offset;
    bool valid;
    
    MemoryAccess() : valid(false) {}
    MemoryAccess(PhysicalReg base, int64_t off) : base_reg(base), offset(off), valid(true) {}
};

MemoryAccess getMemoryAccess(MachineInstr* instr) {
    if (!isLoadInstr(instr) && !isStoreInstr(instr)) {
        return MemoryAccess();
    }
    
    // 查找内存操作数
    for (const auto& op : instr->getOperands()) {
        if (op->getKind() == MachineOperand::KIND_MEM) {
            auto mem_op = static_cast<MemOperand*>(op.get());
            if (!mem_op->getBase()->isVirtual()) {
                return MemoryAccess(mem_op->getBase()->getPReg(), mem_op->getOffset()->getValue());
            }
        }
    }
    
    return MemoryAccess();
}

// 检查内存依赖 - 加强版本
bool hasMemoryDependency(MachineInstr* instr1, MachineInstr* instr2) {
    // 如果都不是内存指令，没有内存依赖
    if (!isLoadInstr(instr1) && !isStoreInstr(instr1) && 
        !isLoadInstr(instr2) && !isStoreInstr(instr2)) {
        return false;
    }
    
    MemoryAccess mem1 = getMemoryAccess(instr1);
    MemoryAccess mem2 = getMemoryAccess(instr2);
    
    if (!mem1.valid || !mem2.valid) {
        // 如果无法确定内存访问模式，保守地认为存在依赖
        return true;
    }
    
    // 如果访问相同的内存位置
    if (mem1.base_reg == mem2.base_reg && mem1.offset == mem2.offset) {
        // Store->Load: RAW依赖
        // Load->Store: WAR依赖  
        // Store->Store: WAW依赖
        return isStoreInstr(instr1) || isStoreInstr(instr2);
    }
    
    // 不同内存位置通常没有依赖，但为了安全起见，
    // 如果涉及store指令，我们需要更保守
    if (isStoreInstr(instr1) && isLoadInstr(instr2)) {
        // 保守处理：不同store和load之间可能有别名
        return false; // 这里可以根据需要调整策略
    }
    
    return false;
}

// 检查两个指令之间是否存在依赖关系 - 修复版本
bool hasDependency(MachineInstr* instr1, MachineInstr* instr2) {
    // 检查RAW依赖：instr1定义的寄存器是否被instr2使用
    auto defined_regs1 = getDefinedRegisters(instr1);
    auto used_regs2 = getUsedRegisters(instr2);
    
    for (const auto& reg : defined_regs1) {
        if (used_regs2.find(reg) != used_regs2.end()) {
            return true; // RAW依赖 - instr2读取instr1写入的值
        }
    }
    
    // 检查WAR依赖：instr1使用的寄存器是否被instr2定义
    auto used_regs1 = getUsedRegisters(instr1);
    auto defined_regs2 = getDefinedRegisters(instr2);
    
    for (const auto& reg : used_regs1) {
        if (defined_regs2.find(reg) != defined_regs2.end()) {
            return true; // WAR依赖 - instr2覆盖instr1需要的值
        }
    }
    
    // 检查WAW依赖：两个指令定义相同寄存器
    for (const auto& reg : defined_regs1) {
        if (defined_regs2.find(reg) != defined_regs2.end()) {
            return true; // WAW依赖 - 两条指令写入同一寄存器
        }
    }
    
    // 检查内存依赖
    if (hasMemoryDependency(instr1, instr2)) {
        return true;
    }
    
    return false;
}

// 检查是否可以安全地将instr1和instr2交换位置
bool canSwapInstructions(MachineInstr* instr1, MachineInstr* instr2) {
    // 不能移动控制流指令
    if (isControlFlowInstr(instr1) || isControlFlowInstr(instr2)) {
        return false;
    }
    
    // 检查双向依赖关系
    return !hasDependency(instr1, instr2) && !hasDependency(instr2, instr1);
}

// 新增：验证调度结果的正确性
void validateSchedule(const std::vector<MachineInstr*>& instr_list) {
    for (int i = 0; i < (int)instr_list.size(); i++) {
        for (int j = i + 1; j < (int)instr_list.size(); j++) {
            MachineInstr* earlier = instr_list[i];
            MachineInstr* later = instr_list[j];
            
            // 检查是否存在被违反的依赖关系
            auto defined_regs = getDefinedRegisters(earlier);
            auto used_regs = getUsedRegisters(later);
            
            // 检查RAW依赖
            for (const auto& reg : defined_regs) {
                if (used_regs.find(reg) != used_regs.end()) {
                    // 这是正常的依赖关系，earlier应该在later之前
                    continue;
                }
            }
            
            // 检查内存依赖
            if (hasMemoryDependency(earlier, later)) {
                MemoryAccess mem1 = getMemoryAccess(earlier);
                MemoryAccess mem2 = getMemoryAccess(later);
                
                if (mem1.valid && mem2.valid && 
                    mem1.base_reg == mem2.base_reg && mem1.offset == mem2.offset) {
                    if (isStoreInstr(earlier) && isLoadInstr(later)) {
                        // Store->Load依赖，顺序正确
                        continue;
                    }
                }
            }
        }
    }
}

// 在基本块内对指令进行调度优化 - 完全重写版本
void scheduleBlock(MachineBasicBlock* mbb) {
    auto& instructions = mbb->getInstructions();
    if (instructions.size() <= 1) return;
    if (instructions.size() > MAX_SCHEDULING_BLOCK_SIZE) {
      return; // 跳过超大块，防止卡住
    }
    
    std::vector<MachineInstr*> instr_list;
    for (auto& instr : instructions) {
        instr_list.push_back(instr.get());
    }
    
    // 使用更严格的调度策略，避免破坏依赖关系
    bool changed = true;
    int max_iterations = 10; // 限制迭代次数避免死循环
    int iteration = 0;
    
    while (changed && iteration < max_iterations) {
        changed = false;
        iteration++;
        
        for (int i = 0; i < (int)instr_list.size() - 1; i++) {
            MachineInstr* instr1 = instr_list[i];
            MachineInstr* instr2 = instr_list[i + 1];
            
            // 只进行非常保守的优化
            bool should_swap = false;
            
            // 策略1: 将load指令提前，减少load-use延迟
            if (isLoadInstr(instr2) && !isLoadInstr(instr1) && !isStoreInstr(instr1)) {
                should_swap = canSwapInstructions(instr1, instr2);
            }
            // 策略2: 将非关键store指令延后，为其他指令让路
            else if (isStoreInstr(instr1) && !isLoadInstr(instr2) && !isStoreInstr(instr2)) {
                should_swap = canSwapInstructions(instr1, instr2);
            }
            
            if (should_swap) {
                std::swap(instr_list[i], instr_list[i + 1]);
                changed = true;
                
                // 调试输出
                // std::cout << "Swapped instructions at positions " << i << " and " << (i+1) << std::endl;
            }
        }
    }
    
    // 验证调度结果的正确性
    validateSchedule(instr_list);
    
    // 将调度后的指令顺序写回
    std::map<MachineInstr*, std::unique_ptr<MachineInstr>> instr_map;
    for (auto& instr : instructions) {
        instr_map[instr.get()] = std::move(instr);
    }
    
    instructions.clear();
    for (auto instr : instr_list) {
        instructions.push_back(std::move(instr_map[instr]));
    }
}

bool PostRA_Scheduler::runOnFunction(Function *F, AnalysisManager& AM) {
    // 这个函数在IR级别运行，但我们需要在机器指令级别运行
    // 所以我们返回false，表示没有对IR进行修改
    return false;
}

void PostRA_Scheduler::runOnMachineFunction(MachineFunction *mfunc) {
    // std::cout << "Running Post-RA Local Scheduler... " << std::endl;
    
    // 遍历每个机器基本块
    for (auto& mbb : mfunc->getBlocks()) {
        scheduleBlock(mbb.get());
    }
}

} // namespace sysy