]> Gitweb @ Texas Instruments - Open Source Git Repositories - git.TI.com/gitweb - opencl/llvm.git/blob - lib/CodeGen/MachineLICM.cpp
Debug info: Implement (rvalue) reference qualifiers for C++11 non-static
[opencl/llvm.git] / lib / CodeGen / MachineLICM.cpp
1 //===-- MachineLICM.cpp - Machine Loop Invariant Code Motion Pass ---------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs loop invariant code motion on machine instructions. We
11 // attempt to remove as much code from the body of a loop as possible.
12 //
13 // This pass does not attempt to throttle itself to limit register pressure.
14 // The register allocation phases are expected to perform rematerialization
15 // to recover when register pressure is high.
16 //
17 // This pass is not intended to be a replacement or a complete alternative
18 // for the LLVM-IR-level LICM pass. It is only designed to hoist simple
19 // constructs that are not exposed before lowering and instruction selection.
20 //
21 //===----------------------------------------------------------------------===//
23 #define DEBUG_TYPE "machine-licm"
24 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
25 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
26 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
27 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
28 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
29 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
30 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
31 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
32 #include "llvm/CodeGen/MachineMemOperand.h"
33 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
34 #include "llvm/CodeGen/PseudoSourceValue.h"
35 #include "llvm/MC/MCInstrItineraries.h"
36 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
37 #include "llvm/Support/Debug.h"
38 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
39 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
40 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
41 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
42 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
43 using namespace llvm;
45 static cl::opt<bool>
46 AvoidSpeculation("avoid-speculation",
47                  cl::desc("MachineLICM should avoid speculation"),
48                  cl::init(true), cl::Hidden);
50 STATISTIC(NumHoisted,
51           "Number of machine instructions hoisted out of loops");
52 STATISTIC(NumLowRP,
53           "Number of instructions hoisted in low reg pressure situation");
54 STATISTIC(NumHighLatency,
55           "Number of high latency instructions hoisted");
56 STATISTIC(NumCSEed,
57           "Number of hoisted machine instructions CSEed");
58 STATISTIC(NumPostRAHoisted,
59           "Number of machine instructions hoisted out of loops post regalloc");
61 namespace {
62   class MachineLICM : public MachineFunctionPass {
63     const TargetMachine   *TM;
64     const TargetInstrInfo *TII;
65     const TargetLoweringBase *TLI;
66     const TargetRegisterInfo *TRI;
67     const MachineFrameInfo *MFI;
68     MachineRegisterInfo *MRI;
69     const InstrItineraryData *InstrItins;
70     bool PreRegAlloc;
72     // Various analyses that we use...
73     AliasAnalysis        *AA;      // Alias analysis info.
74     MachineLoopInfo      *MLI;     // Current MachineLoopInfo
75     MachineDominatorTree *DT;      // Machine dominator tree for the cur loop
77     // State that is updated as we process loops
78     bool         Changed;          // True if a loop is changed.
79     bool         FirstInLoop;      // True if it's the first LICM in the loop.
80     MachineLoop *CurLoop;          // The current loop we are working on.
81     MachineBasicBlock *CurPreheader; // The preheader for CurLoop.
83     // Exit blocks for CurLoop.
84     SmallVector<MachineBasicBlock*, 8> ExitBlocks;
86     bool isExitBlock(const MachineBasicBlock *MBB) const {
87       return std::find(ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end(), MBB) !=
88         ExitBlocks.end();
89     }
91     // Track 'estimated' register pressure.
92     SmallSet<unsigned, 32> RegSeen;
93     SmallVector<unsigned, 8> RegPressure;
95     // Register pressure "limit" per register class. If the pressure
96     // is higher than the limit, then it's considered high.
97     SmallVector<unsigned, 8> RegLimit;
99     // Register pressure on path leading from loop preheader to current BB.
100     SmallVector<SmallVector<unsigned, 8>, 16> BackTrace;
102     // For each opcode, keep a list of potential CSE instructions.
103     DenseMap<unsigned, std::vector<const MachineInstr*> > CSEMap;
105     enum {
106       SpeculateFalse   = 0,
107       SpeculateTrue    = 1,
108       SpeculateUnknown = 2
109     };
111     // If a MBB does not dominate loop exiting blocks then it may not safe
112     // to hoist loads from this block.
113     // Tri-state: 0 - false, 1 - true, 2 - unknown
114     unsigned SpeculationState;
116   public:
117     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
118     MachineLICM() :
119       MachineFunctionPass(ID), PreRegAlloc(true) {
120         initializeMachineLICMPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
121       }
123     explicit MachineLICM(bool PreRA) :
124       MachineFunctionPass(ID), PreRegAlloc(PreRA) {
125         initializeMachineLICMPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
126       }
128     virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
130     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
131       AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
132       AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
133       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
134       AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
135       AU.addPreserved<MachineDominatorTree>();
136       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
137     }
139     virtual void releaseMemory() {
140       RegSeen.clear();
141       RegPressure.clear();
142       RegLimit.clear();
143       BackTrace.clear();
144       for (DenseMap<unsigned,std::vector<const MachineInstr*> >::iterator
145              CI = CSEMap.begin(), CE = CSEMap.end(); CI != CE; ++CI)
146         CI->second.clear();
147       CSEMap.clear();
148     }
150   private:
151     /// CandidateInfo - Keep track of information about hoisting candidates.
152     struct CandidateInfo {
153       MachineInstr *MI;
154       unsigned      Def;
155       int           FI;
156       CandidateInfo(MachineInstr *mi, unsigned def, int fi)
157         : MI(mi), Def(def), FI(fi) {}
158     };
160     /// HoistRegionPostRA - Walk the specified region of the CFG and hoist loop
161     /// invariants out to the preheader.
162     void HoistRegionPostRA();
164     /// HoistPostRA - When an instruction is found to only use loop invariant
165     /// operands that is safe to hoist, this instruction is called to do the
166     /// dirty work.
167     void HoistPostRA(MachineInstr *MI, unsigned Def);
169     /// ProcessMI - Examine the instruction for potentai LICM candidate. Also
170     /// gather register def and frame object update information.
171     void ProcessMI(MachineInstr *MI,
172                    BitVector &PhysRegDefs,
173                    BitVector &PhysRegClobbers,
174                    SmallSet<int, 32> &StoredFIs,
175                    SmallVectorImpl<CandidateInfo> &Candidates);
177     /// AddToLiveIns - Add register 'Reg' to the livein sets of BBs in the
178     /// current loop.
179     void AddToLiveIns(unsigned Reg);
181     /// IsLICMCandidate - Returns true if the instruction may be a suitable
182     /// candidate for LICM. e.g. If the instruction is a call, then it's
183     /// obviously not safe to hoist it.
184     bool IsLICMCandidate(MachineInstr &I);
186     /// IsLoopInvariantInst - Returns true if the instruction is loop
187     /// invariant. I.e., all virtual register operands are defined outside of
188     /// the loop, physical registers aren't accessed (explicitly or implicitly),
189     /// and the instruction is hoistable.
190     ///
191     bool IsLoopInvariantInst(MachineInstr &I);
193     /// HasLoopPHIUse - Return true if the specified instruction is used by any
194     /// phi node in the current loop.
195     bool HasLoopPHIUse(const MachineInstr *MI) const;
197     /// HasHighOperandLatency - Compute operand latency between a def of 'Reg'
198     /// and an use in the current loop, return true if the target considered
199     /// it 'high'.
200     bool HasHighOperandLatency(MachineInstr &MI, unsigned DefIdx,
201                                unsigned Reg) const;
203     bool IsCheapInstruction(MachineInstr &MI) const;
205     /// CanCauseHighRegPressure - Visit BBs from header to current BB,
206     /// check if hoisting an instruction of the given cost matrix can cause high
207     /// register pressure.
208     bool CanCauseHighRegPressure(DenseMap<unsigned, int> &Cost, bool Cheap);
210     /// UpdateBackTraceRegPressure - Traverse the back trace from header to
211     /// the current block and update their register pressures to reflect the
212     /// effect of hoisting MI from the current block to the preheader.
213     void UpdateBackTraceRegPressure(const MachineInstr *MI);
215     /// IsProfitableToHoist - Return true if it is potentially profitable to
216     /// hoist the given loop invariant.
217     bool IsProfitableToHoist(MachineInstr &MI);
219     /// IsGuaranteedToExecute - Check if this mbb is guaranteed to execute.
220     /// If not then a load from this mbb may not be safe to hoist.
221     bool IsGuaranteedToExecute(MachineBasicBlock *BB);
223     void EnterScope(MachineBasicBlock *MBB);
225     void ExitScope(MachineBasicBlock *MBB);
227     /// ExitScopeIfDone - Destroy scope for the MBB that corresponds to given
228     /// dominator tree node if its a leaf or all of its children are done. Walk
229     /// up the dominator tree to destroy ancestors which are now done.
230     void ExitScopeIfDone(MachineDomTreeNode *Node,
231                 DenseMap<MachineDomTreeNode*, unsigned> &OpenChildren,
232                 DenseMap<MachineDomTreeNode*, MachineDomTreeNode*> &ParentMap);
234     /// HoistOutOfLoop - Walk the specified loop in the CFG (defined by all
235     /// blocks dominated by the specified header block, and that are in the
236     /// current loop) in depth first order w.r.t the DominatorTree. This allows
237     /// us to visit definitions before uses, allowing us to hoist a loop body in
238     /// one pass without iteration.
239     ///
240     void HoistOutOfLoop(MachineDomTreeNode *LoopHeaderNode);
241     void HoistRegion(MachineDomTreeNode *N, bool IsHeader);
243     /// getRegisterClassIDAndCost - For a given MI, register, and the operand
244     /// index, return the ID and cost of its representative register class by
245     /// reference.
246     void getRegisterClassIDAndCost(const MachineInstr *MI,
247                                    unsigned Reg, unsigned OpIdx,
248                                    unsigned &RCId, unsigned &RCCost) const;
250     /// InitRegPressure - Find all virtual register references that are liveout
251     /// of the preheader to initialize the starting "register pressure". Note
252     /// this does not count live through (livein but not used) registers.
253     void InitRegPressure(MachineBasicBlock *BB);
255     /// UpdateRegPressure - Update estimate of register pressure after the
256     /// specified instruction.
257     void UpdateRegPressure(const MachineInstr *MI);
259     /// ExtractHoistableLoad - Unfold a load from the given machineinstr if
260     /// the load itself could be hoisted. Return the unfolded and hoistable
261     /// load, or null if the load couldn't be unfolded or if it wouldn't
262     /// be hoistable.
263     MachineInstr *ExtractHoistableLoad(MachineInstr *MI);
265     /// LookForDuplicate - Find an instruction amount PrevMIs that is a
266     /// duplicate of MI. Return this instruction if it's found.
267     const MachineInstr *LookForDuplicate(const MachineInstr *MI,
268                                      std::vector<const MachineInstr*> &PrevMIs);
270     /// EliminateCSE - Given a LICM'ed instruction, look for an instruction on
271     /// the preheader that compute the same value. If it's found, do a RAU on
272     /// with the definition of the existing instruction rather than hoisting
273     /// the instruction to the preheader.
274     bool EliminateCSE(MachineInstr *MI,
275            DenseMap<unsigned, std::vector<const MachineInstr*> >::iterator &CI);
277     /// MayCSE - Return true if the given instruction will be CSE'd if it's
278     /// hoisted out of the loop.
279     bool MayCSE(MachineInstr *MI);
281     /// Hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
282     /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
283     /// It returns true if the instruction is hoisted.
284     bool Hoist(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *Preheader);
286     /// InitCSEMap - Initialize the CSE map with instructions that are in the
287     /// current loop preheader that may become duplicates of instructions that
288     /// are hoisted out of the loop.
289     void InitCSEMap(MachineBasicBlock *BB);
291     /// getCurPreheader - Get the preheader for the current loop, splitting
292     /// a critical edge if needed.
293     MachineBasicBlock *getCurPreheader();
294   };
295 } // end anonymous namespace
297 char MachineLICM::ID = 0;
298 char &llvm::MachineLICMID = MachineLICM::ID;
299 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineLICM, "machinelicm",
300                 "Machine Loop Invariant Code Motion", false, false)
301 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineLoopInfo)
302 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineDominatorTree)
303 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
304 INITIALIZE_PASS_END(MachineLICM, "machinelicm",
305                 "Machine Loop Invariant Code Motion", false, false)
307 /// LoopIsOuterMostWithPredecessor - Test if the given loop is the outer-most
308 /// loop that has a unique predecessor.
309 static bool LoopIsOuterMostWithPredecessor(MachineLoop *CurLoop) {
310   // Check whether this loop even has a unique predecessor.
311   if (!CurLoop->getLoopPredecessor())
312     return false;
313   // Ok, now check to see if any of its outer loops do.
314   for (MachineLoop *L = CurLoop->getParentLoop(); L; L = L->getParentLoop())
315     if (L->getLoopPredecessor())
316       return false;
317   // None of them did, so this is the outermost with a unique predecessor.
318   return true;
321 bool MachineLICM::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
322   Changed = FirstInLoop = false;
323   TM = &MF.getTarget();
324   TII = TM->getInstrInfo();
325   TLI = TM->getTargetLowering();
326   TRI = TM->getRegisterInfo();
327   MFI = MF.getFrameInfo();
328   MRI = &MF.getRegInfo();
329   InstrItins = TM->getInstrItineraryData();
331   PreRegAlloc = MRI->isSSA();
333   if (PreRegAlloc)
334     DEBUG(dbgs() << "******** Pre-regalloc Machine LICM: ");
335   else
336     DEBUG(dbgs() << "******** Post-regalloc Machine LICM: ");
337   DEBUG(dbgs() << MF.getName() << " ********\n");
339   if (PreRegAlloc) {
340     // Estimate register pressure during pre-regalloc pass.
341     unsigned NumRC = TRI->getNumRegClasses();
342     RegPressure.resize(NumRC);
343     std::fill(RegPressure.begin(), RegPressure.end(), 0);
344     RegLimit.resize(NumRC);
345     for (TargetRegisterInfo::regclass_iterator I = TRI->regclass_begin(),
346            E = TRI->regclass_end(); I != E; ++I)
347       RegLimit[(*I)->getID()] = TRI->getRegPressureLimit(*I, MF);
348   }
350   // Get our Loop information...
351   MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
352   DT  = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
353   AA  = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
355   SmallVector<MachineLoop *, 8> Worklist(MLI->begin(), MLI->end());
356   while (!Worklist.empty()) {
357     CurLoop = Worklist.pop_back_val();
358     CurPreheader = 0;
359     ExitBlocks.clear();
361     // If this is done before regalloc, only visit outer-most preheader-sporting
362     // loops.
363     if (PreRegAlloc && !LoopIsOuterMostWithPredecessor(CurLoop)) {
364       Worklist.append(CurLoop->begin(), CurLoop->end());
365       continue;
366     }
368     CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
370     if (!PreRegAlloc)
371       HoistRegionPostRA();
372     else {
373       // CSEMap is initialized for loop header when the first instruction is
374       // being hoisted.
375       MachineDomTreeNode *N = DT->getNode(CurLoop->getHeader());
376       FirstInLoop = true;
377       HoistOutOfLoop(N);
378       CSEMap.clear();
379     }
380   }
382   return Changed;
385 /// InstructionStoresToFI - Return true if instruction stores to the
386 /// specified frame.
387 static bool InstructionStoresToFI(const MachineInstr *MI, int FI) {
388   for (MachineInstr::mmo_iterator o = MI->memoperands_begin(),
389          oe = MI->memoperands_end(); o != oe; ++o) {
390     if (!(*o)->isStore() || !(*o)->getValue())
391       continue;
392     if (const FixedStackPseudoSourceValue *Value =
393         dyn_cast<const FixedStackPseudoSourceValue>((*o)->getValue())) {
394       if (Value->getFrameIndex() == FI)
395         return true;
396     }
397   }
398   return false;
401 /// ProcessMI - Examine the instruction for potentai LICM candidate. Also
402 /// gather register def and frame object update information.
403 void MachineLICM::ProcessMI(MachineInstr *MI,
404                             BitVector &PhysRegDefs,
405                             BitVector &PhysRegClobbers,
406                             SmallSet<int, 32> &StoredFIs,
407                             SmallVectorImpl<CandidateInfo> &Candidates) {
408   bool RuledOut = false;
409   bool HasNonInvariantUse = false;
410   unsigned Def = 0;
411   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
412     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
413     if (MO.isFI()) {
414       // Remember if the instruction stores to the frame index.
415       int FI = MO.getIndex();
416       if (!StoredFIs.count(FI) &&
417           MFI->isSpillSlotObjectIndex(FI) &&
418           InstructionStoresToFI(MI, FI))
419         StoredFIs.insert(FI);
420       HasNonInvariantUse = true;
421       continue;
422     }
424     // We can't hoist an instruction defining a physreg that is clobbered in
425     // the loop.
426     if (MO.isRegMask()) {
427       PhysRegClobbers.setBitsNotInMask(MO.getRegMask());
428       continue;
429     }
431     if (!MO.isReg())
432       continue;
433     unsigned Reg = MO.getReg();
434     if (!Reg)
435       continue;
436     assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg) &&
437            "Not expecting virtual register!");
439     if (!MO.isDef()) {
440       if (Reg && (PhysRegDefs.test(Reg) || PhysRegClobbers.test(Reg)))
441         // If it's using a non-loop-invariant register, then it's obviously not
442         // safe to hoist.
443         HasNonInvariantUse = true;
444       continue;
445     }
447     if (MO.isImplicit()) {
448       for (MCRegAliasIterator AI(Reg, TRI, true); AI.isValid(); ++AI)
449         PhysRegClobbers.set(*AI);
450       if (!MO.isDead())
451         // Non-dead implicit def? This cannot be hoisted.
452         RuledOut = true;
453       // No need to check if a dead implicit def is also defined by
454       // another instruction.
455       continue;
456     }
458     // FIXME: For now, avoid instructions with multiple defs, unless
459     // it's a dead implicit def.
460     if (Def)
461       RuledOut = true;
462     else
463       Def = Reg;
465     // If we have already seen another instruction that defines the same
466     // register, then this is not safe.  Two defs is indicated by setting a
467     // PhysRegClobbers bit.
468     for (MCRegAliasIterator AS(Reg, TRI, true); AS.isValid(); ++AS) {
469       if (PhysRegDefs.test(*AS))
470         PhysRegClobbers.set(*AS);
471       PhysRegDefs.set(*AS);
472     }
473     if (PhysRegClobbers.test(Reg))
474       // MI defined register is seen defined by another instruction in
475       // the loop, it cannot be a LICM candidate.
476       RuledOut = true;
477   }
479   // Only consider reloads for now and remats which do not have register
480   // operands. FIXME: Consider unfold load folding instructions.
481   if (Def && !RuledOut) {
482     int FI = INT_MIN;
483     if ((!HasNonInvariantUse && IsLICMCandidate(*MI)) ||
484         (TII->isLoadFromStackSlot(MI, FI) && MFI->isSpillSlotObjectIndex(FI)))
485       Candidates.push_back(CandidateInfo(MI, Def, FI));
486   }
489 /// HoistRegionPostRA - Walk the specified region of the CFG and hoist loop
490 /// invariants out to the preheader.
491 void MachineLICM::HoistRegionPostRA() {
492   MachineBasicBlock *Preheader = getCurPreheader();
493   if (!Preheader)
494     return;
496   unsigned NumRegs = TRI->getNumRegs();
497   BitVector PhysRegDefs(NumRegs); // Regs defined once in the loop.
498   BitVector PhysRegClobbers(NumRegs); // Regs defined more than once.
500   SmallVector<CandidateInfo, 32> Candidates;
501   SmallSet<int, 32> StoredFIs;
503   // Walk the entire region, count number of defs for each register, and
504   // collect potential LICM candidates.
505   const std::vector<MachineBasicBlock *> &Blocks = CurLoop->getBlocks();
506   for (unsigned i = 0, e = Blocks.size(); i != e; ++i) {
507     MachineBasicBlock *BB = Blocks[i];
509     // If the header of the loop containing this basic block is a landing pad,
510     // then don't try to hoist instructions out of this loop.
511     const MachineLoop *ML = MLI->getLoopFor(BB);
512     if (ML && ML->getHeader()->isLandingPad()) continue;
514     // Conservatively treat live-in's as an external def.
515     // FIXME: That means a reload that're reused in successor block(s) will not
516     // be LICM'ed.
517     for (MachineBasicBlock::livein_iterator I = BB->livein_begin(),
518            E = BB->livein_end(); I != E; ++I) {
519       unsigned Reg = *I;
520       for (MCRegAliasIterator AI(Reg, TRI, true); AI.isValid(); ++AI)
521         PhysRegDefs.set(*AI);
522     }
524     SpeculationState = SpeculateUnknown;
525     for (MachineBasicBlock::iterator
526            MII = BB->begin(), E = BB->end(); MII != E; ++MII) {
527       MachineInstr *MI = &*MII;
528       ProcessMI(MI, PhysRegDefs, PhysRegClobbers, StoredFIs, Candidates);
529     }
530   }
532   // Gather the registers read / clobbered by the terminator.
533   BitVector TermRegs(NumRegs);
534   MachineBasicBlock::iterator TI = Preheader->getFirstTerminator();
535   if (TI != Preheader->end()) {
536     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
537       const MachineOperand &MO = TI->getOperand(i);
538       if (!MO.isReg())
539         continue;
540       unsigned Reg = MO.getReg();
541       if (!Reg)
542         continue;
543       for (MCRegAliasIterator AI(Reg, TRI, true); AI.isValid(); ++AI)
544         TermRegs.set(*AI);
545     }
546   }
548   // Now evaluate whether the potential candidates qualify.
549   // 1. Check if the candidate defined register is defined by another
550   //    instruction in the loop.
551   // 2. If the candidate is a load from stack slot (always true for now),
552   //    check if the slot is stored anywhere in the loop.
553   // 3. Make sure candidate def should not clobber
554   //    registers read by the terminator. Similarly its def should not be
555   //    clobbered by the terminator.
556   for (unsigned i = 0, e = Candidates.size(); i != e; ++i) {
557     if (Candidates[i].FI != INT_MIN &&
558         StoredFIs.count(Candidates[i].FI))
559       continue;
561     unsigned Def = Candidates[i].Def;
562     if (!PhysRegClobbers.test(Def) && !TermRegs.test(Def)) {
563       bool Safe = true;
564       MachineInstr *MI = Candidates[i].MI;
565       for (unsigned j = 0, ee = MI->getNumOperands(); j != ee; ++j) {
566         const MachineOperand &MO = MI->getOperand(j);
567         if (!MO.isReg() || MO.isDef() || !MO.getReg())
568           continue;
569         unsigned Reg = MO.getReg();
570         if (PhysRegDefs.test(Reg) ||
571             PhysRegClobbers.test(Reg)) {
572           // If it's using a non-loop-invariant register, then it's obviously
573           // not safe to hoist.
574           Safe = false;
575           break;
576         }
577       }
578       if (Safe)
579         HoistPostRA(MI, Candidates[i].Def);
580     }
581   }
584 /// AddToLiveIns - Add register 'Reg' to the livein sets of BBs in the current
585 /// loop, and make sure it is not killed by any instructions in the loop.
586 void MachineLICM::AddToLiveIns(unsigned Reg) {
587   const std::vector<MachineBasicBlock *> &Blocks = CurLoop->getBlocks();
588   for (unsigned i = 0, e = Blocks.size(); i != e; ++i) {
589     MachineBasicBlock *BB = Blocks[i];
590     if (!BB->isLiveIn(Reg))
591       BB->addLiveIn(Reg);
592     for (MachineBasicBlock::iterator
593            MII = BB->begin(), E = BB->end(); MII != E; ++MII) {
594       MachineInstr *MI = &*MII;
595       for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
596         MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
597         if (!MO.isReg() || !MO.getReg() || MO.isDef()) continue;
598         if (MO.getReg() == Reg || TRI->isSuperRegister(Reg, MO.getReg()))
599           MO.setIsKill(false);
600       }
601     }
602   }
605 /// HoistPostRA - When an instruction is found to only use loop invariant
606 /// operands that is safe to hoist, this instruction is called to do the
607 /// dirty work.
608 void MachineLICM::HoistPostRA(MachineInstr *MI, unsigned Def) {
609   MachineBasicBlock *Preheader = getCurPreheader();
611   // Now move the instructions to the predecessor, inserting it before any
612   // terminator instructions.
613   DEBUG(dbgs() << "Hoisting to BB#" << Preheader->getNumber() << " from BB#"
614                << MI->getParent()->getNumber() << ": " << *MI);
616   // Splice the instruction to the preheader.
617   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
618   Preheader->splice(Preheader->getFirstTerminator(), MBB, MI);
620   // Add register to livein list to all the BBs in the current loop since a
621   // loop invariant must be kept live throughout the whole loop. This is
622   // important to ensure later passes do not scavenge the def register.
623   AddToLiveIns(Def);
625   ++NumPostRAHoisted;
626   Changed = true;
629 // IsGuaranteedToExecute - Check if this mbb is guaranteed to execute.
630 // If not then a load from this mbb may not be safe to hoist.
631 bool MachineLICM::IsGuaranteedToExecute(MachineBasicBlock *BB) {
632   if (SpeculationState != SpeculateUnknown)
633     return SpeculationState == SpeculateFalse;
635   if (BB != CurLoop->getHeader()) {
636     // Check loop exiting blocks.
637     SmallVector<MachineBasicBlock*, 8> CurrentLoopExitingBlocks;
638     CurLoop->getExitingBlocks(CurrentLoopExitingBlocks);
639     for (unsigned i = 0, e = CurrentLoopExitingBlocks.size(); i != e; ++i)
640       if (!DT->dominates(BB, CurrentLoopExitingBlocks[i])) {
641         SpeculationState = SpeculateTrue;
642         return false;
643       }
644   }
646   SpeculationState = SpeculateFalse;
647   return true;
650 void MachineLICM::EnterScope(MachineBasicBlock *MBB) {
651   DEBUG(dbgs() << "Entering: " << MBB->getName() << '\n');
653   // Remember livein register pressure.
654   BackTrace.push_back(RegPressure);
657 void MachineLICM::ExitScope(MachineBasicBlock *MBB) {
658   DEBUG(dbgs() << "Exiting: " << MBB->getName() << '\n');
659   BackTrace.pop_back();
662 /// ExitScopeIfDone - Destroy scope for the MBB that corresponds to the given
663 /// dominator tree node if its a leaf or all of its children are done. Walk
664 /// up the dominator tree to destroy ancestors which are now done.
665 void MachineLICM::ExitScopeIfDone(MachineDomTreeNode *Node,
666                 DenseMap<MachineDomTreeNode*, unsigned> &OpenChildren,
667                 DenseMap<MachineDomTreeNode*, MachineDomTreeNode*> &ParentMap) {
668   if (OpenChildren[Node])
669     return;
671   // Pop scope.
672   ExitScope(Node->getBlock());
674   // Now traverse upwards to pop ancestors whose offsprings are all done.
675   while (MachineDomTreeNode *Parent = ParentMap[Node]) {
676     unsigned Left = --OpenChildren[Parent];
677     if (Left != 0)
678       break;
679     ExitScope(Parent->getBlock());
680     Node = Parent;
681   }
684 /// HoistOutOfLoop - Walk the specified loop in the CFG (defined by all
685 /// blocks dominated by the specified header block, and that are in the
686 /// current loop) in depth first order w.r.t the DominatorTree. This allows
687 /// us to visit definitions before uses, allowing us to hoist a loop body in
688 /// one pass without iteration.
689 ///
690 void MachineLICM::HoistOutOfLoop(MachineDomTreeNode *HeaderN) {
691   SmallVector<MachineDomTreeNode*, 32> Scopes;
692   SmallVector<MachineDomTreeNode*, 8> WorkList;
693   DenseMap<MachineDomTreeNode*, MachineDomTreeNode*> ParentMap;
694   DenseMap<MachineDomTreeNode*, unsigned> OpenChildren;
696   // Perform a DFS walk to determine the order of visit.
697   WorkList.push_back(HeaderN);
698   do {
699     MachineDomTreeNode *Node = WorkList.pop_back_val();
700     assert(Node != 0 && "Null dominator tree node?");
701     MachineBasicBlock *BB = Node->getBlock();
703     // If the header of the loop containing this basic block is a landing pad,
704     // then don't try to hoist instructions out of this loop.
705     const MachineLoop *ML = MLI->getLoopFor(BB);
706     if (ML && ML->getHeader()->isLandingPad())
707       continue;
709     // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
710     if (!CurLoop->contains(BB))
711       continue;
713     Scopes.push_back(Node);
714     const std::vector<MachineDomTreeNode*> &Children = Node->getChildren();
715     unsigned NumChildren = Children.size();
717     // Don't hoist things out of a large switch statement.  This often causes
718     // code to be hoisted that wasn't going to be executed, and increases
719     // register pressure in a situation where it's likely to matter.
720     if (BB->succ_size() >= 25)
721       NumChildren = 0;
723     OpenChildren[Node] = NumChildren;
724     // Add children in reverse order as then the next popped worklist node is
725     // the first child of this node.  This means we ultimately traverse the
726     // DOM tree in exactly the same order as if we'd recursed.
727     for (int i = (int)NumChildren-1; i >= 0; --i) {
728       MachineDomTreeNode *Child = Children[i];
729       ParentMap[Child] = Node;
730       WorkList.push_back(Child);
731     }
732   } while (!WorkList.empty());
734   if (Scopes.size() != 0) {
735     MachineBasicBlock *Preheader = getCurPreheader();
736     if (!Preheader)
737       return;
739     // Compute registers which are livein into the loop headers.
740     RegSeen.clear();
741     BackTrace.clear();
742     InitRegPressure(Preheader);
743   }
745   // Now perform LICM.
746   for (unsigned i = 0, e = Scopes.size(); i != e; ++i) {
747     MachineDomTreeNode *Node = Scopes[i];
748     MachineBasicBlock *MBB = Node->getBlock();
750     MachineBasicBlock *Preheader = getCurPreheader();
751     if (!Preheader)
752       continue;
754     EnterScope(MBB);
756     // Process the block
757     SpeculationState = SpeculateUnknown;
758     for (MachineBasicBlock::iterator
759          MII = MBB->begin(), E = MBB->end(); MII != E; ) {
760       MachineBasicBlock::iterator NextMII = MII; ++NextMII;
761       MachineInstr *MI = &*MII;
762       if (!Hoist(MI, Preheader))
763         UpdateRegPressure(MI);
764       MII = NextMII;
765     }
767     // If it's a leaf node, it's done. Traverse upwards to pop ancestors.
768     ExitScopeIfDone(Node, OpenChildren, ParentMap);
769   }
772 static bool isOperandKill(const MachineOperand &MO, MachineRegisterInfo *MRI) {
773   return MO.isKill() || MRI->hasOneNonDBGUse(MO.getReg());
776 /// getRegisterClassIDAndCost - For a given MI, register, and the operand
777 /// index, return the ID and cost of its representative register class.
778 void
779 MachineLICM::getRegisterClassIDAndCost(const MachineInstr *MI,
780                                        unsigned Reg, unsigned OpIdx,
781                                        unsigned &RCId, unsigned &RCCost) const {
782   const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(Reg);
783   MVT VT = *RC->vt_begin();
784   if (VT == MVT::Untyped) {
785     RCId = RC->getID();
786     RCCost = 1;
787   } else {
788     RCId = TLI->getRepRegClassFor(VT)->getID();
789     RCCost = TLI->getRepRegClassCostFor(VT);
790   }
793 /// InitRegPressure - Find all virtual register references that are liveout of
794 /// the preheader to initialize the starting "register pressure". Note this
795 /// does not count live through (livein but not used) registers.
796 void MachineLICM::InitRegPressure(MachineBasicBlock *BB) {
797   std::fill(RegPressure.begin(), RegPressure.end(), 0);
799   // If the preheader has only a single predecessor and it ends with a
800   // fallthrough or an unconditional branch, then scan its predecessor for live
801   // defs as well. This happens whenever the preheader is created by splitting
802   // the critical edge from the loop predecessor to the loop header.
803   if (BB->pred_size() == 1) {
804     MachineBasicBlock *TBB = 0, *FBB = 0;
805     SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
806     if (!TII->AnalyzeBranch(*BB, TBB, FBB, Cond, false) && Cond.empty())
807       InitRegPressure(*BB->pred_begin());
808   }
810   for (MachineBasicBlock::iterator MII = BB->begin(), E = BB->end();
811        MII != E; ++MII) {
812     MachineInstr *MI = &*MII;
813     for (unsigned i = 0, e = MI->getDesc().getNumOperands(); i != e; ++i) {
814       const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
815       if (!MO.isReg() || MO.isImplicit())
816         continue;
817       unsigned Reg = MO.getReg();
818       if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
819         continue;
821       bool isNew = RegSeen.insert(Reg);
822       unsigned RCId, RCCost;
823       getRegisterClassIDAndCost(MI, Reg, i, RCId, RCCost);
824       if (MO.isDef())
825         RegPressure[RCId] += RCCost;
826       else {
827         bool isKill = isOperandKill(MO, MRI);
828         if (isNew && !isKill)
829           // Haven't seen this, it must be a livein.
830           RegPressure[RCId] += RCCost;
831         else if (!isNew && isKill)
832           RegPressure[RCId] -= RCCost;
833       }
834     }
835   }
838 /// UpdateRegPressure - Update estimate of register pressure after the
839 /// specified instruction.
840 void MachineLICM::UpdateRegPressure(const MachineInstr *MI) {
841   if (MI->isImplicitDef())
842     return;
844   SmallVector<unsigned, 4> Defs;
845   for (unsigned i = 0, e = MI->getDesc().getNumOperands(); i != e; ++i) {
846     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
847     if (!MO.isReg() || MO.isImplicit())
848       continue;
849     unsigned Reg = MO.getReg();
850     if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
851       continue;
853     bool isNew = RegSeen.insert(Reg);
854     if (MO.isDef())
855       Defs.push_back(Reg);
856     else if (!isNew && isOperandKill(MO, MRI)) {
857       unsigned RCId, RCCost;
858       getRegisterClassIDAndCost(MI, Reg, i, RCId, RCCost);
859       if (RCCost > RegPressure[RCId])
860         RegPressure[RCId] = 0;
861       else
862         RegPressure[RCId] -= RCCost;
863     }
864   }
866   unsigned Idx = 0;
867   while (!Defs.empty()) {
868     unsigned Reg = Defs.pop_back_val();
869     unsigned RCId, RCCost;
870     getRegisterClassIDAndCost(MI, Reg, Idx, RCId, RCCost);
871     RegPressure[RCId] += RCCost;
872     ++Idx;
873   }
876 /// isLoadFromGOTOrConstantPool - Return true if this machine instruction
877 /// loads from global offset table or constant pool.
878 static bool isLoadFromGOTOrConstantPool(MachineInstr &MI) {
879   assert (MI.mayLoad() && "Expected MI that loads!");
880   for (MachineInstr::mmo_iterator I = MI.memoperands_begin(),
881          E = MI.memoperands_end(); I != E; ++I) {
882     if (const Value *V = (*I)->getValue()) {
883       if (const PseudoSourceValue *PSV = dyn_cast<PseudoSourceValue>(V))
884         if (PSV == PSV->getGOT() || PSV == PSV->getConstantPool())
885           return true;
886     }
887   }
888   return false;
891 /// IsLICMCandidate - Returns true if the instruction may be a suitable
892 /// candidate for LICM. e.g. If the instruction is a call, then it's obviously
893 /// not safe to hoist it.
894 bool MachineLICM::IsLICMCandidate(MachineInstr &I) {
895   // Check if it's safe to move the instruction.
896   bool DontMoveAcrossStore = true;
897   if (!I.isSafeToMove(TII, AA, DontMoveAcrossStore))
898     return false;
900   // If it is load then check if it is guaranteed to execute by making sure that
901   // it dominates all exiting blocks. If it doesn't, then there is a path out of
902   // the loop which does not execute this load, so we can't hoist it. Loads
903   // from constant memory are not safe to speculate all the time, for example
904   // indexed load from a jump table.
905   // Stores and side effects are already checked by isSafeToMove.
906   if (I.mayLoad() && !isLoadFromGOTOrConstantPool(I) &&
907       !IsGuaranteedToExecute(I.getParent()))
908     return false;
910   return true;
913 /// IsLoopInvariantInst - Returns true if the instruction is loop
914 /// invariant. I.e., all virtual register operands are defined outside of the
915 /// loop, physical registers aren't accessed explicitly, and there are no side
916 /// effects that aren't captured by the operands or other flags.
917 ///
918 bool MachineLICM::IsLoopInvariantInst(MachineInstr &I) {
919   if (!IsLICMCandidate(I))
920     return false;
922   // The instruction is loop invariant if all of its operands are.
923   for (unsigned i = 0, e = I.getNumOperands(); i != e; ++i) {
924     const MachineOperand &MO = I.getOperand(i);
926     if (!MO.isReg())
927       continue;
929     unsigned Reg = MO.getReg();
930     if (Reg == 0) continue;
932     // Don't hoist an instruction that uses or defines a physical register.
933     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) {
934       if (MO.isUse()) {
935         // If the physreg has no defs anywhere, it's just an ambient register
936         // and we can freely move its uses. Alternatively, if it's allocatable,
937         // it could get allocated to something with a def during allocation.
938         if (!MRI->isConstantPhysReg(Reg, *I.getParent()->getParent()))
939           return false;
940         // Otherwise it's safe to move.
941         continue;
942       } else if (!MO.isDead()) {
943         // A def that isn't dead. We can't move it.
944         return false;
945       } else if (CurLoop->getHeader()->isLiveIn(Reg)) {
946         // If the reg is live into the loop, we can't hoist an instruction
947         // which would clobber it.
948         return false;
949       }
950     }
952     if (!MO.isUse())
953       continue;
955     assert(MRI->getVRegDef(Reg) &&
956            "Machine instr not mapped for this vreg?!");
958     // If the loop contains the definition of an operand, then the instruction
959     // isn't loop invariant.
960     if (CurLoop->contains(MRI->getVRegDef(Reg)))
961       return false;
962   }
964   // If we got this far, the instruction is loop invariant!
965   return true;
969 /// HasLoopPHIUse - Return true if the specified instruction is used by a
970 /// phi node and hoisting it could cause a copy to be inserted.
971 bool MachineLICM::HasLoopPHIUse(const MachineInstr *MI) const {
972   SmallVector<const MachineInstr*, 8> Work(1, MI);
973   do {
974     MI = Work.pop_back_val();
975     for (ConstMIOperands MO(MI); MO.isValid(); ++MO) {
976       if (!MO->isReg() || !MO->isDef())
977         continue;
978       unsigned Reg = MO->getReg();
979       if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
980         continue;
981       for (MachineRegisterInfo::use_iterator UI = MRI->use_begin(Reg),
982            UE = MRI->use_end(); UI != UE; ++UI) {
983         MachineInstr *UseMI = &*UI;
984         // A PHI may cause a copy to be inserted.
985         if (UseMI->isPHI()) {
986           // A PHI inside the loop causes a copy because the live range of Reg is
987           // extended across the PHI.
988           if (CurLoop->contains(UseMI))
989             return true;
990           // A PHI in an exit block can cause a copy to be inserted if the PHI
991           // has multiple predecessors in the loop with different values.
992           // For now, approximate by rejecting all exit blocks.
993           if (isExitBlock(UseMI->getParent()))
994             return true;
995           continue;
996         }
997         // Look past copies as well.
998         if (UseMI->isCopy() && CurLoop->contains(UseMI))
999           Work.push_back(UseMI);
1000       }
1001     }
1002   } while (!Work.empty());
1003   return false;
1006 /// HasHighOperandLatency - Compute operand latency between a def of 'Reg'
1007 /// and an use in the current loop, return true if the target considered
1008 /// it 'high'.
1009 bool MachineLICM::HasHighOperandLatency(MachineInstr &MI,
1010                                         unsigned DefIdx, unsigned Reg) const {
1011   if (!InstrItins || InstrItins->isEmpty() || MRI->use_nodbg_empty(Reg))
1012     return false;
1014   for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator I = MRI->use_nodbg_begin(Reg),
1015          E = MRI->use_nodbg_end(); I != E; ++I) {
1016     MachineInstr *UseMI = &*I;
1017     if (UseMI->isCopyLike())
1018       continue;
1019     if (!CurLoop->contains(UseMI->getParent()))
1020       continue;
1021     for (unsigned i = 0, e = UseMI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1022       const MachineOperand &MO = UseMI->getOperand(i);
1023       if (!MO.isReg() || !MO.isUse())
1024         continue;
1025       unsigned MOReg = MO.getReg();
1026       if (MOReg != Reg)
1027         continue;
1029       if (TII->hasHighOperandLatency(InstrItins, MRI, &MI, DefIdx, UseMI, i))
1030         return true;
1031     }
1033     // Only look at the first in loop use.
1034     break;
1035   }
1037   return false;
1040 /// IsCheapInstruction - Return true if the instruction is marked "cheap" or
1041 /// the operand latency between its def and a use is one or less.
1042 bool MachineLICM::IsCheapInstruction(MachineInstr &MI) const {
1043   if (MI.isAsCheapAsAMove() || MI.isCopyLike())
1044     return true;
1045   if (!InstrItins || InstrItins->isEmpty())
1046     return false;
1048   bool isCheap = false;
1049   unsigned NumDefs = MI.getDesc().getNumDefs();
1050   for (unsigned i = 0, e = MI.getNumOperands(); NumDefs && i != e; ++i) {
1051     MachineOperand &DefMO = MI.getOperand(i);
1052     if (!DefMO.isReg() || !DefMO.isDef())
1053       continue;
1054     --NumDefs;
1055     unsigned Reg = DefMO.getReg();
1056     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
1057       continue;
1059     if (!TII->hasLowDefLatency(InstrItins, &MI, i))
1060       return false;
1061     isCheap = true;
1062   }
1064   return isCheap;
1067 /// CanCauseHighRegPressure - Visit BBs from header to current BB, check
1068 /// if hoisting an instruction of the given cost matrix can cause high
1069 /// register pressure.
1070 bool MachineLICM::CanCauseHighRegPressure(DenseMap<unsigned, int> &Cost,
1071                                           bool CheapInstr) {
1072   for (DenseMap<unsigned, int>::iterator CI = Cost.begin(), CE = Cost.end();
1073        CI != CE; ++CI) {
1074     if (CI->second <= 0)
1075       continue;
1077     unsigned RCId = CI->first;
1078     unsigned Limit = RegLimit[RCId];
1079     int Cost = CI->second;
1081     // Don't hoist cheap instructions if they would increase register pressure,
1082     // even if we're under the limit.
1083     if (CheapInstr)
1084       return true;
1086     for (unsigned i = BackTrace.size(); i != 0; --i) {
1087       SmallVectorImpl<unsigned> &RP = BackTrace[i-1];
1088       if (RP[RCId] + Cost >= Limit)
1089         return true;
1090     }
1091   }
1093   return false;
1096 /// UpdateBackTraceRegPressure - Traverse the back trace from header to the
1097 /// current block and update their register pressures to reflect the effect
1098 /// of hoisting MI from the current block to the preheader.
1099 void MachineLICM::UpdateBackTraceRegPressure(const MachineInstr *MI) {
1100   if (MI->isImplicitDef())
1101     return;
1103   // First compute the 'cost' of the instruction, i.e. its contribution
1104   // to register pressure.
1105   DenseMap<unsigned, int> Cost;
1106   for (unsigned i = 0, e = MI->getDesc().getNumOperands(); i != e; ++i) {
1107     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
1108     if (!MO.isReg() || MO.isImplicit())
1109       continue;
1110     unsigned Reg = MO.getReg();
1111     if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
1112       continue;
1114     unsigned RCId, RCCost;
1115     getRegisterClassIDAndCost(MI, Reg, i, RCId, RCCost);
1116     if (MO.isDef()) {
1117       DenseMap<unsigned, int>::iterator CI = Cost.find(RCId);
1118       if (CI != Cost.end())
1119         CI->second += RCCost;
1120       else
1121         Cost.insert(std::make_pair(RCId, RCCost));
1122     } else if (isOperandKill(MO, MRI)) {
1123       DenseMap<unsigned, int>::iterator CI = Cost.find(RCId);
1124       if (CI != Cost.end())
1125         CI->second -= RCCost;
1126       else
1127         Cost.insert(std::make_pair(RCId, -RCCost));
1128     }
1129   }
1131   // Update register pressure of blocks from loop header to current block.
1132   for (unsigned i = 0, e = BackTrace.size(); i != e; ++i) {
1133     SmallVectorImpl<unsigned> &RP = BackTrace[i];
1134     for (DenseMap<unsigned, int>::iterator CI = Cost.begin(), CE = Cost.end();
1135          CI != CE; ++CI) {
1136       unsigned RCId = CI->first;
1137       RP[RCId] += CI->second;
1138     }
1139   }
1142 /// IsProfitableToHoist - Return true if it is potentially profitable to hoist
1143 /// the given loop invariant.
1144 bool MachineLICM::IsProfitableToHoist(MachineInstr &MI) {
1145   if (MI.isImplicitDef())
1146     return true;
1148   // Besides removing computation from the loop, hoisting an instruction has
1149   // these effects:
1150   //
1151   // - The value defined by the instruction becomes live across the entire
1152   //   loop. This increases register pressure in the loop.
1153   //
1154   // - If the value is used by a PHI in the loop, a copy will be required for
1155   //   lowering the PHI after extending the live range.
1156   //
1157   // - When hoisting the last use of a value in the loop, that value no longer
1158   //   needs to be live in the loop. This lowers register pressure in the loop.
1160   bool CheapInstr = IsCheapInstruction(MI);
1161   bool CreatesCopy = HasLoopPHIUse(&MI);
1163   // Don't hoist a cheap instruction if it would create a copy in the loop.
1164   if (CheapInstr && CreatesCopy) {
1165     DEBUG(dbgs() << "Won't hoist cheap instr with loop PHI use: " << MI);
1166     return false;
1167   }
1169   // Rematerializable instructions should always be hoisted since the register
1170   // allocator can just pull them down again when needed.
1171   if (TII->isTriviallyReMaterializable(&MI, AA))
1172     return true;
1174   // Estimate register pressure to determine whether to LICM the instruction.
1175   // In low register pressure situation, we can be more aggressive about
1176   // hoisting. Also, favors hoisting long latency instructions even in
1177   // moderately high pressure situation.
1178   // Cheap instructions will only be hoisted if they don't increase register
1179   // pressure at all.
1180   // FIXME: If there are long latency loop-invariant instructions inside the
1181   // loop at this point, why didn't the optimizer's LICM hoist them?
1182   DenseMap<unsigned, int> Cost;
1183   for (unsigned i = 0, e = MI.getDesc().getNumOperands(); i != e; ++i) {
1184     const MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
1185     if (!MO.isReg() || MO.isImplicit())
1186       continue;
1187     unsigned Reg = MO.getReg();
1188     if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
1189       continue;
1191     unsigned RCId, RCCost;
1192     getRegisterClassIDAndCost(&MI, Reg, i, RCId, RCCost);
1193     if (MO.isDef()) {
1194       if (HasHighOperandLatency(MI, i, Reg)) {
1195         DEBUG(dbgs() << "Hoist High Latency: " << MI);
1196         ++NumHighLatency;
1197         return true;
1198       }
1199       Cost[RCId] += RCCost;
1200     } else if (isOperandKill(MO, MRI)) {
1201       // Is a virtual register use is a kill, hoisting it out of the loop
1202       // may actually reduce register pressure or be register pressure
1203       // neutral.
1204       Cost[RCId] -= RCCost;
1205     }
1206   }
1208   // Visit BBs from header to current BB, if hoisting this doesn't cause
1209   // high register pressure, then it's safe to proceed.
1210   if (!CanCauseHighRegPressure(Cost, CheapInstr)) {
1211     DEBUG(dbgs() << "Hoist non-reg-pressure: " << MI);
1212     ++NumLowRP;
1213     return true;
1214   }
1216   // Don't risk increasing register pressure if it would create copies.
1217   if (CreatesCopy) {
1218     DEBUG(dbgs() << "Won't hoist instr with loop PHI use: " << MI);
1219     return false;
1220   }
1222   // Do not "speculate" in high register pressure situation. If an
1223   // instruction is not guaranteed to be executed in the loop, it's best to be
1224   // conservative.
1225   if (AvoidSpeculation &&
1226       (!IsGuaranteedToExecute(MI.getParent()) && !MayCSE(&MI))) {
1227     DEBUG(dbgs() << "Won't speculate: " << MI);
1228     return false;
1229   }
1231   // High register pressure situation, only hoist if the instruction is going
1232   // to be remat'ed.
1233   if (!TII->isTriviallyReMaterializable(&MI, AA) &&
1234       !MI.isInvariantLoad(AA)) {
1235     DEBUG(dbgs() << "Can't remat / high reg-pressure: " << MI);
1236     return false;
1237   }
1239   return true;
1242 MachineInstr *MachineLICM::ExtractHoistableLoad(MachineInstr *MI) {
1243   // Don't unfold simple loads.
1244   if (MI->canFoldAsLoad())
1245     return 0;
1247   // If not, we may be able to unfold a load and hoist that.
1248   // First test whether the instruction is loading from an amenable
1249   // memory location.
1250   if (!MI->isInvariantLoad(AA))
1251     return 0;
1253   // Next determine the register class for a temporary register.
1254   unsigned LoadRegIndex;
1255   unsigned NewOpc =
1256     TII->getOpcodeAfterMemoryUnfold(MI->getOpcode(),
1257                                     /*UnfoldLoad=*/true,
1258                                     /*UnfoldStore=*/false,
1259                                     &LoadRegIndex);
1260   if (NewOpc == 0) return 0;
1261   const MCInstrDesc &MID = TII->get(NewOpc);
1262   if (MID.getNumDefs() != 1) return 0;
1263   MachineFunction &MF = *MI->getParent()->getParent();
1264   const TargetRegisterClass *RC = TII->getRegClass(MID, LoadRegIndex, TRI, MF);
1265   // Ok, we're unfolding. Create a temporary register and do the unfold.
1266   unsigned Reg = MRI->createVirtualRegister(RC);
1268   SmallVector<MachineInstr *, 2> NewMIs;
1269   bool Success =
1270     TII->unfoldMemoryOperand(MF, MI, Reg,
1271                              /*UnfoldLoad=*/true, /*UnfoldStore=*/false,
1272                              NewMIs);
1273   (void)Success;
1274   assert(Success &&
1275          "unfoldMemoryOperand failed when getOpcodeAfterMemoryUnfold "
1276          "succeeded!");
1277   assert(NewMIs.size() == 2 &&
1278          "Unfolded a load into multiple instructions!");
1279   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
1280   MachineBasicBlock::iterator Pos = MI;
1281   MBB->insert(Pos, NewMIs[0]);
1282   MBB->insert(Pos, NewMIs[1]);
1283   // If unfolding produced a load that wasn't loop-invariant or profitable to
1284   // hoist, discard the new instructions and bail.
1285   if (!IsLoopInvariantInst(*NewMIs[0]) || !IsProfitableToHoist(*NewMIs[0])) {
1286     NewMIs[0]->eraseFromParent();
1287     NewMIs[1]->eraseFromParent();
1288     return 0;
1289   }
1291   // Update register pressure for the unfolded instruction.
1292   UpdateRegPressure(NewMIs[1]);
1294   // Otherwise we successfully unfolded a load that we can hoist.
1295   MI->eraseFromParent();
1296   return NewMIs[0];
1299 void MachineLICM::InitCSEMap(MachineBasicBlock *BB) {
1300   for (MachineBasicBlock::iterator I = BB->begin(),E = BB->end(); I != E; ++I) {
1301     const MachineInstr *MI = &*I;
1302     unsigned Opcode = MI->getOpcode();
1303     DenseMap<unsigned, std::vector<const MachineInstr*> >::iterator
1304       CI = CSEMap.find(Opcode);
1305     if (CI != CSEMap.end())
1306       CI->second.push_back(MI);
1307     else {
1308       std::vector<const MachineInstr*> CSEMIs;
1309       CSEMIs.push_back(MI);
1310       CSEMap.insert(std::make_pair(Opcode, CSEMIs));
1311     }
1312   }
1315 const MachineInstr*
1316 MachineLICM::LookForDuplicate(const MachineInstr *MI,
1317                               std::vector<const MachineInstr*> &PrevMIs) {
1318   for (unsigned i = 0, e = PrevMIs.size(); i != e; ++i) {
1319     const MachineInstr *PrevMI = PrevMIs[i];
1320     if (TII->produceSameValue(MI, PrevMI, (PreRegAlloc ? MRI : 0)))
1321       return PrevMI;
1322   }
1323   return 0;
1326 bool MachineLICM::EliminateCSE(MachineInstr *MI,
1327           DenseMap<unsigned, std::vector<const MachineInstr*> >::iterator &CI) {
1328   // Do not CSE implicit_def so ProcessImplicitDefs can properly propagate
1329   // the undef property onto uses.
1330   if (CI == CSEMap.end() || MI->isImplicitDef())
1331     return false;
1333   if (const MachineInstr *Dup = LookForDuplicate(MI, CI->second)) {
1334     DEBUG(dbgs() << "CSEing " << *MI << " with " << *Dup);
1336     // Replace virtual registers defined by MI by their counterparts defined
1337     // by Dup.
1338     SmallVector<unsigned, 2> Defs;
1339     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1340       const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
1342       // Physical registers may not differ here.
1343       assert((!MO.isReg() || MO.getReg() == 0 ||
1344               !TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MO.getReg()) ||
1345               MO.getReg() == Dup->getOperand(i).getReg()) &&
1346              "Instructions with different phys regs are not identical!");
1348       if (MO.isReg() && MO.isDef() &&
1349           !TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MO.getReg()))
1350         Defs.push_back(i);
1351     }
1353     SmallVector<const TargetRegisterClass*, 2> OrigRCs;
1354     for (unsigned i = 0, e = Defs.size(); i != e; ++i) {
1355       unsigned Idx = Defs[i];
1356       unsigned Reg = MI->getOperand(Idx).getReg();
1357       unsigned DupReg = Dup->getOperand(Idx).getReg();
1358       OrigRCs.push_back(MRI->getRegClass(DupReg));
1360       if (!MRI->constrainRegClass(DupReg, MRI->getRegClass(Reg))) {
1361         // Restore old RCs if more than one defs.
1362         for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
1363           MRI->setRegClass(Dup->getOperand(Defs[j]).getReg(), OrigRCs[j]);
1364         return false;
1365       }
1366     }
1368     for (unsigned i = 0, e = Defs.size(); i != e; ++i) {
1369       unsigned Idx = Defs[i];
1370       unsigned Reg = MI->getOperand(Idx).getReg();
1371       unsigned DupReg = Dup->getOperand(Idx).getReg();
1372       MRI->replaceRegWith(Reg, DupReg);
1373       MRI->clearKillFlags(DupReg);
1374     }
1376     MI->eraseFromParent();
1377     ++NumCSEed;
1378     return true;
1379   }
1380   return false;
1383 /// MayCSE - Return true if the given instruction will be CSE'd if it's
1384 /// hoisted out of the loop.
1385 bool MachineLICM::MayCSE(MachineInstr *MI) {
1386   unsigned Opcode = MI->getOpcode();
1387   DenseMap<unsigned, std::vector<const MachineInstr*> >::iterator
1388     CI = CSEMap.find(Opcode);
1389   // Do not CSE implicit_def so ProcessImplicitDefs can properly propagate
1390   // the undef property onto uses.
1391   if (CI == CSEMap.end() || MI->isImplicitDef())
1392     return false;
1394   return LookForDuplicate(MI, CI->second) != 0;
1397 /// Hoist - When an instruction is found to use only loop invariant operands
1398 /// that are safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
1399 ///
1400 bool MachineLICM::Hoist(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *Preheader) {
1401   // First check whether we should hoist this instruction.
1402   if (!IsLoopInvariantInst(*MI) || !IsProfitableToHoist(*MI)) {
1403     // If not, try unfolding a hoistable load.
1404     MI = ExtractHoistableLoad(MI);
1405     if (!MI) return false;
1406   }
1408   // Now move the instructions to the predecessor, inserting it before any
1409   // terminator instructions.
1410   DEBUG({
1411       dbgs() << "Hoisting " << *MI;
1412       if (Preheader->getBasicBlock())
1413         dbgs() << " to MachineBasicBlock "
1414                << Preheader->getName();
1415       if (MI->getParent()->getBasicBlock())
1416         dbgs() << " from MachineBasicBlock "
1417                << MI->getParent()->getName();
1418       dbgs() << "\n";
1419     });
1421   // If this is the first instruction being hoisted to the preheader,
1422   // initialize the CSE map with potential common expressions.
1423   if (FirstInLoop) {
1424     InitCSEMap(Preheader);
1425     FirstInLoop = false;
1426   }
1428   // Look for opportunity to CSE the hoisted instruction.
1429   unsigned Opcode = MI->getOpcode();
1430   DenseMap<unsigned, std::vector<const MachineInstr*> >::iterator
1431     CI = CSEMap.find(Opcode);
1432   if (!EliminateCSE(MI, CI)) {
1433     // Otherwise, splice the instruction to the preheader.
1434     Preheader->splice(Preheader->getFirstTerminator(),MI->getParent(),MI);
1436     // Update register pressure for BBs from header to this block.
1437     UpdateBackTraceRegPressure(MI);
1439     // Clear the kill flags of any register this instruction defines,
1440     // since they may need to be live throughout the entire loop
1441     // rather than just live for part of it.
1442     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1443       MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
1444       if (MO.isReg() && MO.isDef() && !MO.isDead())
1445         MRI->clearKillFlags(MO.getReg());
1446     }
1448     // Add to the CSE map.
1449     if (CI != CSEMap.end())
1450       CI->second.push_back(MI);
1451     else {
1452       std::vector<const MachineInstr*> CSEMIs;
1453       CSEMIs.push_back(MI);
1454       CSEMap.insert(std::make_pair(Opcode, CSEMIs));
1455     }
1456   }
1458   ++NumHoisted;
1459   Changed = true;
1461   return true;
1464 MachineBasicBlock *MachineLICM::getCurPreheader() {
1465   // Determine the block to which to hoist instructions. If we can't find a
1466   // suitable loop predecessor, we can't do any hoisting.
1468   // If we've tried to get a preheader and failed, don't try again.
1469   if (CurPreheader == reinterpret_cast<MachineBasicBlock *>(-1))
1470     return 0;
1472   if (!CurPreheader) {
1473     CurPreheader = CurLoop->getLoopPreheader();
1474     if (!CurPreheader) {
1475       MachineBasicBlock *Pred = CurLoop->getLoopPredecessor();
1476       if (!Pred) {
1477         CurPreheader = reinterpret_cast<MachineBasicBlock *>(-1);
1478         return 0;
1479       }
1481       CurPreheader = Pred->SplitCriticalEdge(CurLoop->getHeader(), this);
1482       if (!CurPreheader) {
1483         CurPreheader = reinterpret_cast<MachineBasicBlock *>(-1);
1484         return 0;
1485       }
1486     }
1487   }
1488   return CurPreheader;