]> Gitweb @ Texas Instruments - Open Source Git Repositories - git.TI.com/gitweb - opencl/llvm.git/blob - lib/CodeGen/MachineLICM.cpp
Rename DIExpressionIterator to DIExpression::iterator.
[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 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
24 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
25 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
26 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
27 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
28 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
29 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
30 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
31 #include "llvm/CodeGen/MachineMemOperand.h"
32 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
33 #include "llvm/CodeGen/PseudoSourceValue.h"
34 #include "llvm/MC/MCInstrItineraries.h"
35 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
36 #include "llvm/Support/Debug.h"
37 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
38 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
39 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
40 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
41 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
42 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
43 using namespace llvm;
45 #define DEBUG_TYPE "machine-licm"
47 static cl::opt<bool>
48 AvoidSpeculation("avoid-speculation",
49                  cl::desc("MachineLICM should avoid speculation"),
50                  cl::init(true), cl::Hidden);
52 static cl::opt<bool>
53 HoistCheapInsts("hoist-cheap-insts",
54                 cl::desc("MachineLICM should hoist even cheap instructions"),
55                 cl::init(false), cl::Hidden);
57 STATISTIC(NumHoisted,
58           "Number of machine instructions hoisted out of loops");
59 STATISTIC(NumLowRP,
60           "Number of instructions hoisted in low reg pressure situation");
61 STATISTIC(NumHighLatency,
62           "Number of high latency instructions hoisted");
63 STATISTIC(NumCSEed,
64           "Number of hoisted machine instructions CSEed");
65 STATISTIC(NumPostRAHoisted,
66           "Number of machine instructions hoisted out of loops post regalloc");
68 namespace {
69   class MachineLICM : public MachineFunctionPass {
70     const TargetInstrInfo *TII;
71     const TargetLoweringBase *TLI;
72     const TargetRegisterInfo *TRI;
73     const MachineFrameInfo *MFI;
74     MachineRegisterInfo *MRI;
75     const InstrItineraryData *InstrItins;
76     bool PreRegAlloc;
78     // Various analyses that we use...
79     AliasAnalysis        *AA;      // Alias analysis info.
80     MachineLoopInfo      *MLI;     // Current MachineLoopInfo
81     MachineDominatorTree *DT;      // Machine dominator tree for the cur loop
83     // State that is updated as we process loops
84     bool         Changed;          // True if a loop is changed.
85     bool         FirstInLoop;      // True if it's the first LICM in the loop.
86     MachineLoop *CurLoop;          // The current loop we are working on.
87     MachineBasicBlock *CurPreheader; // The preheader for CurLoop.
89     // Exit blocks for CurLoop.
90     SmallVector<MachineBasicBlock*, 8> ExitBlocks;
92     bool isExitBlock(const MachineBasicBlock *MBB) const {
93       return std::find(ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end(), MBB) !=
94         ExitBlocks.end();
95     }
97     // Track 'estimated' register pressure.
98     SmallSet<unsigned, 32> RegSeen;
99     SmallVector<unsigned, 8> RegPressure;
101     // Register pressure "limit" per register class. If the pressure
102     // is higher than the limit, then it's considered high.
103     SmallVector<unsigned, 8> RegLimit;
105     // Register pressure on path leading from loop preheader to current BB.
106     SmallVector<SmallVector<unsigned, 8>, 16> BackTrace;
108     // For each opcode, keep a list of potential CSE instructions.
109     DenseMap<unsigned, std::vector<const MachineInstr*> > CSEMap;
111     enum {
112       SpeculateFalse   = 0,
113       SpeculateTrue    = 1,
114       SpeculateUnknown = 2
115     };
117     // If a MBB does not dominate loop exiting blocks then it may not safe
118     // to hoist loads from this block.
119     // Tri-state: 0 - false, 1 - true, 2 - unknown
120     unsigned SpeculationState;
122   public:
123     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
124     MachineLICM() :
125       MachineFunctionPass(ID), PreRegAlloc(true) {
126         initializeMachineLICMPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
127       }
129     explicit MachineLICM(bool PreRA) :
130       MachineFunctionPass(ID), PreRegAlloc(PreRA) {
131         initializeMachineLICMPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
132       }
134     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override;
136     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
137       AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
138       AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
139       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
140       AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
141       AU.addPreserved<MachineDominatorTree>();
142       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
143     }
145     void releaseMemory() override {
146       RegSeen.clear();
147       RegPressure.clear();
148       RegLimit.clear();
149       BackTrace.clear();
150       CSEMap.clear();
151     }
153   private:
154     /// CandidateInfo - Keep track of information about hoisting candidates.
155     struct CandidateInfo {
156       MachineInstr *MI;
157       unsigned      Def;
158       int           FI;
159       CandidateInfo(MachineInstr *mi, unsigned def, int fi)
160         : MI(mi), Def(def), FI(fi) {}
161     };
163     /// HoistRegionPostRA - Walk the specified region of the CFG and hoist loop
164     /// invariants out to the preheader.
165     void HoistRegionPostRA();
167     /// HoistPostRA - When an instruction is found to only use loop invariant
168     /// operands that is safe to hoist, this instruction is called to do the
169     /// dirty work.
170     void HoistPostRA(MachineInstr *MI, unsigned Def);
172     /// ProcessMI - Examine the instruction for potentai LICM candidate. Also
173     /// gather register def and frame object update information.
174     void ProcessMI(MachineInstr *MI,
175                    BitVector &PhysRegDefs,
176                    BitVector &PhysRegClobbers,
177                    SmallSet<int, 32> &StoredFIs,
178                    SmallVectorImpl<CandidateInfo> &Candidates);
180     /// AddToLiveIns - Add register 'Reg' to the livein sets of BBs in the
181     /// current loop.
182     void AddToLiveIns(unsigned Reg);
184     /// IsLICMCandidate - Returns true if the instruction may be a suitable
185     /// candidate for LICM. e.g. If the instruction is a call, then it's
186     /// obviously not safe to hoist it.
187     bool IsLICMCandidate(MachineInstr &I);
189     /// IsLoopInvariantInst - Returns true if the instruction is loop
190     /// invariant. I.e., all virtual register operands are defined outside of
191     /// the loop, physical registers aren't accessed (explicitly or implicitly),
192     /// and the instruction is hoistable.
193     ///
194     bool IsLoopInvariantInst(MachineInstr &I);
196     /// HasLoopPHIUse - Return true if the specified instruction is used by any
197     /// phi node in the current loop.
198     bool HasLoopPHIUse(const MachineInstr *MI) const;
200     /// HasHighOperandLatency - Compute operand latency between a def of 'Reg'
201     /// and an use in the current loop, return true if the target considered
202     /// it 'high'.
203     bool HasHighOperandLatency(MachineInstr &MI, unsigned DefIdx,
204                                unsigned Reg) const;
206     bool IsCheapInstruction(MachineInstr &MI) const;
208     /// CanCauseHighRegPressure - Visit BBs from header to current BB,
209     /// check if hoisting an instruction of the given cost matrix can cause high
210     /// register pressure.
211     bool CanCauseHighRegPressure(DenseMap<unsigned, int> &Cost, bool Cheap);
213     /// UpdateBackTraceRegPressure - Traverse the back trace from header to
214     /// the current block and update their register pressures to reflect the
215     /// effect of hoisting MI from the current block to the preheader.
216     void UpdateBackTraceRegPressure(const MachineInstr *MI);
218     /// IsProfitableToHoist - Return true if it is potentially profitable to
219     /// hoist the given loop invariant.
220     bool IsProfitableToHoist(MachineInstr &MI);
222     /// IsGuaranteedToExecute - Check if this mbb is guaranteed to execute.
223     /// If not then a load from this mbb may not be safe to hoist.
224     bool IsGuaranteedToExecute(MachineBasicBlock *BB);
226     void EnterScope(MachineBasicBlock *MBB);
228     void ExitScope(MachineBasicBlock *MBB);
230     /// ExitScopeIfDone - Destroy scope for the MBB that corresponds to given
231     /// dominator tree node if its a leaf or all of its children are done. Walk
232     /// up the dominator tree to destroy ancestors which are now done.
233     void ExitScopeIfDone(MachineDomTreeNode *Node,
234                 DenseMap<MachineDomTreeNode*, unsigned> &OpenChildren,
235                 DenseMap<MachineDomTreeNode*, MachineDomTreeNode*> &ParentMap);
237     /// HoistOutOfLoop - Walk the specified loop in the CFG (defined by all
238     /// blocks dominated by the specified header block, and that are in the
239     /// current loop) in depth first order w.r.t the DominatorTree. This allows
240     /// us to visit definitions before uses, allowing us to hoist a loop body in
241     /// one pass without iteration.
242     ///
243     void HoistOutOfLoop(MachineDomTreeNode *LoopHeaderNode);
244     void HoistRegion(MachineDomTreeNode *N, bool IsHeader);
246     /// getRegisterClassIDAndCost - For a given MI, register, and the operand
247     /// index, return the ID and cost of its representative register class by
248     /// reference.
249     void getRegisterClassIDAndCost(const MachineInstr *MI,
250                                    unsigned Reg, unsigned OpIdx,
251                                    unsigned &RCId, unsigned &RCCost) const;
253     /// InitRegPressure - Find all virtual register references that are liveout
254     /// of the preheader to initialize the starting "register pressure". Note
255     /// this does not count live through (livein but not used) registers.
256     void InitRegPressure(MachineBasicBlock *BB);
258     /// UpdateRegPressure - Update estimate of register pressure after the
259     /// specified instruction.
260     void UpdateRegPressure(const MachineInstr *MI);
262     /// ExtractHoistableLoad - Unfold a load from the given machineinstr if
263     /// the load itself could be hoisted. Return the unfolded and hoistable
264     /// load, or null if the load couldn't be unfolded or if it wouldn't
265     /// be hoistable.
266     MachineInstr *ExtractHoistableLoad(MachineInstr *MI);
268     /// LookForDuplicate - Find an instruction amount PrevMIs that is a
269     /// duplicate of MI. Return this instruction if it's found.
270     const MachineInstr *LookForDuplicate(const MachineInstr *MI,
271                                      std::vector<const MachineInstr*> &PrevMIs);
273     /// EliminateCSE - Given a LICM'ed instruction, look for an instruction on
274     /// the preheader that compute the same value. If it's found, do a RAU on
275     /// with the definition of the existing instruction rather than hoisting
276     /// the instruction to the preheader.
277     bool EliminateCSE(MachineInstr *MI,
278            DenseMap<unsigned, std::vector<const MachineInstr*> >::iterator &CI);
280     /// MayCSE - Return true if the given instruction will be CSE'd if it's
281     /// hoisted out of the loop.
282     bool MayCSE(MachineInstr *MI);
284     /// Hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
285     /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
286     /// It returns true if the instruction is hoisted.
287     bool Hoist(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *Preheader);
289     /// InitCSEMap - Initialize the CSE map with instructions that are in the
290     /// current loop preheader that may become duplicates of instructions that
291     /// are hoisted out of the loop.
292     void InitCSEMap(MachineBasicBlock *BB);
294     /// getCurPreheader - Get the preheader for the current loop, splitting
295     /// a critical edge if needed.
296     MachineBasicBlock *getCurPreheader();
297   };
298 } // end anonymous namespace
300 char MachineLICM::ID = 0;
301 char &llvm::MachineLICMID = MachineLICM::ID;
302 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineLICM, "machinelicm",
303                 "Machine Loop Invariant Code Motion", false, false)
304 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineLoopInfo)
305 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineDominatorTree)
306 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
307 INITIALIZE_PASS_END(MachineLICM, "machinelicm",
308                 "Machine Loop Invariant Code Motion", false, false)
310 /// LoopIsOuterMostWithPredecessor - Test if the given loop is the outer-most
311 /// loop that has a unique predecessor.
312 static bool LoopIsOuterMostWithPredecessor(MachineLoop *CurLoop) {
313   // Check whether this loop even has a unique predecessor.
314   if (!CurLoop->getLoopPredecessor())
315     return false;
316   // Ok, now check to see if any of its outer loops do.
317   for (MachineLoop *L = CurLoop->getParentLoop(); L; L = L->getParentLoop())
318     if (L->getLoopPredecessor())
319       return false;
320   // None of them did, so this is the outermost with a unique predecessor.
321   return true;
324 bool MachineLICM::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
325   if (skipOptnoneFunction(*MF.getFunction()))
326     return false;
328   Changed = FirstInLoop = false;
329   TII = MF.getSubtarget().getInstrInfo();
330   TLI = MF.getSubtarget().getTargetLowering();
331   TRI = MF.getSubtarget().getRegisterInfo();
332   MFI = MF.getFrameInfo();
333   MRI = &MF.getRegInfo();
334   InstrItins = MF.getSubtarget().getInstrItineraryData();
336   PreRegAlloc = MRI->isSSA();
338   if (PreRegAlloc)
339     DEBUG(dbgs() << "******** Pre-regalloc Machine LICM: ");
340   else
341     DEBUG(dbgs() << "******** Post-regalloc Machine LICM: ");
342   DEBUG(dbgs() << MF.getName() << " ********\n");
344   if (PreRegAlloc) {
345     // Estimate register pressure during pre-regalloc pass.
346     unsigned NumRC = TRI->getNumRegClasses();
347     RegPressure.resize(NumRC);
348     std::fill(RegPressure.begin(), RegPressure.end(), 0);
349     RegLimit.resize(NumRC);
350     for (TargetRegisterInfo::regclass_iterator I = TRI->regclass_begin(),
351            E = TRI->regclass_end(); I != E; ++I)
352       RegLimit[(*I)->getID()] = TRI->getRegPressureLimit(*I, MF);
353   }
355   // Get our Loop information...
356   MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
357   DT  = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
358   AA  = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
360   SmallVector<MachineLoop *, 8> Worklist(MLI->begin(), MLI->end());
361   while (!Worklist.empty()) {
362     CurLoop = Worklist.pop_back_val();
363     CurPreheader = nullptr;
364     ExitBlocks.clear();
366     // If this is done before regalloc, only visit outer-most preheader-sporting
367     // loops.
368     if (PreRegAlloc && !LoopIsOuterMostWithPredecessor(CurLoop)) {
369       Worklist.append(CurLoop->begin(), CurLoop->end());
370       continue;
371     }
373     CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
375     if (!PreRegAlloc)
376       HoistRegionPostRA();
377     else {
378       // CSEMap is initialized for loop header when the first instruction is
379       // being hoisted.
380       MachineDomTreeNode *N = DT->getNode(CurLoop->getHeader());
381       FirstInLoop = true;
382       HoistOutOfLoop(N);
383       CSEMap.clear();
384     }
385   }
387   return Changed;
390 /// InstructionStoresToFI - Return true if instruction stores to the
391 /// specified frame.
392 static bool InstructionStoresToFI(const MachineInstr *MI, int FI) {
393   for (MachineInstr::mmo_iterator o = MI->memoperands_begin(),
394          oe = MI->memoperands_end(); o != oe; ++o) {
395     if (!(*o)->isStore() || !(*o)->getPseudoValue())
396       continue;
397     if (const FixedStackPseudoSourceValue *Value =
398         dyn_cast<FixedStackPseudoSourceValue>((*o)->getPseudoValue())) {
399       if (Value->getFrameIndex() == FI)
400         return true;
401     }
402   }
403   return false;
406 /// ProcessMI - Examine the instruction for potentai LICM candidate. Also
407 /// gather register def and frame object update information.
408 void MachineLICM::ProcessMI(MachineInstr *MI,
409                             BitVector &PhysRegDefs,
410                             BitVector &PhysRegClobbers,
411                             SmallSet<int, 32> &StoredFIs,
412                             SmallVectorImpl<CandidateInfo> &Candidates) {
413   bool RuledOut = false;
414   bool HasNonInvariantUse = false;
415   unsigned Def = 0;
416   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
417     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
418     if (MO.isFI()) {
419       // Remember if the instruction stores to the frame index.
420       int FI = MO.getIndex();
421       if (!StoredFIs.count(FI) &&
422           MFI->isSpillSlotObjectIndex(FI) &&
423           InstructionStoresToFI(MI, FI))
424         StoredFIs.insert(FI);
425       HasNonInvariantUse = true;
426       continue;
427     }
429     // We can't hoist an instruction defining a physreg that is clobbered in
430     // the loop.
431     if (MO.isRegMask()) {
432       PhysRegClobbers.setBitsNotInMask(MO.getRegMask());
433       continue;
434     }
436     if (!MO.isReg())
437       continue;
438     unsigned Reg = MO.getReg();
439     if (!Reg)
440       continue;
441     assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg) &&
442            "Not expecting virtual register!");
444     if (!MO.isDef()) {
445       if (Reg && (PhysRegDefs.test(Reg) || PhysRegClobbers.test(Reg)))
446         // If it's using a non-loop-invariant register, then it's obviously not
447         // safe to hoist.
448         HasNonInvariantUse = true;
449       continue;
450     }
452     if (MO.isImplicit()) {
453       for (MCRegAliasIterator AI(Reg, TRI, true); AI.isValid(); ++AI)
454         PhysRegClobbers.set(*AI);
455       if (!MO.isDead())
456         // Non-dead implicit def? This cannot be hoisted.
457         RuledOut = true;
458       // No need to check if a dead implicit def is also defined by
459       // another instruction.
460       continue;
461     }
463     // FIXME: For now, avoid instructions with multiple defs, unless
464     // it's a dead implicit def.
465     if (Def)
466       RuledOut = true;
467     else
468       Def = Reg;
470     // If we have already seen another instruction that defines the same
471     // register, then this is not safe.  Two defs is indicated by setting a
472     // PhysRegClobbers bit.
473     for (MCRegAliasIterator AS(Reg, TRI, true); AS.isValid(); ++AS) {
474       if (PhysRegDefs.test(*AS))
475         PhysRegClobbers.set(*AS);
476       PhysRegDefs.set(*AS);
477     }
478     if (PhysRegClobbers.test(Reg))
479       // MI defined register is seen defined by another instruction in
480       // the loop, it cannot be a LICM candidate.
481       RuledOut = true;
482   }
484   // Only consider reloads for now and remats which do not have register
485   // operands. FIXME: Consider unfold load folding instructions.
486   if (Def && !RuledOut) {
487     int FI = INT_MIN;
488     if ((!HasNonInvariantUse && IsLICMCandidate(*MI)) ||
489         (TII->isLoadFromStackSlot(MI, FI) && MFI->isSpillSlotObjectIndex(FI)))
490       Candidates.push_back(CandidateInfo(MI, Def, FI));
491   }
494 /// HoistRegionPostRA - Walk the specified region of the CFG and hoist loop
495 /// invariants out to the preheader.
496 void MachineLICM::HoistRegionPostRA() {
497   MachineBasicBlock *Preheader = getCurPreheader();
498   if (!Preheader)
499     return;
501   unsigned NumRegs = TRI->getNumRegs();
502   BitVector PhysRegDefs(NumRegs); // Regs defined once in the loop.
503   BitVector PhysRegClobbers(NumRegs); // Regs defined more than once.
505   SmallVector<CandidateInfo, 32> Candidates;
506   SmallSet<int, 32> StoredFIs;
508   // Walk the entire region, count number of defs for each register, and
509   // collect potential LICM candidates.
510   const std::vector<MachineBasicBlock *> &Blocks = CurLoop->getBlocks();
511   for (unsigned i = 0, e = Blocks.size(); i != e; ++i) {
512     MachineBasicBlock *BB = Blocks[i];
514     // If the header of the loop containing this basic block is a landing pad,
515     // then don't try to hoist instructions out of this loop.
516     const MachineLoop *ML = MLI->getLoopFor(BB);
517     if (ML && ML->getHeader()->isLandingPad()) continue;
519     // Conservatively treat live-in's as an external def.
520     // FIXME: That means a reload that're reused in successor block(s) will not
521     // be LICM'ed.
522     for (MachineBasicBlock::livein_iterator I = BB->livein_begin(),
523            E = BB->livein_end(); I != E; ++I) {
524       unsigned Reg = *I;
525       for (MCRegAliasIterator AI(Reg, TRI, true); AI.isValid(); ++AI)
526         PhysRegDefs.set(*AI);
527     }
529     SpeculationState = SpeculateUnknown;
530     for (MachineBasicBlock::iterator
531            MII = BB->begin(), E = BB->end(); MII != E; ++MII) {
532       MachineInstr *MI = &*MII;
533       ProcessMI(MI, PhysRegDefs, PhysRegClobbers, StoredFIs, Candidates);
534     }
535   }
537   // Gather the registers read / clobbered by the terminator.
538   BitVector TermRegs(NumRegs);
539   MachineBasicBlock::iterator TI = Preheader->getFirstTerminator();
540   if (TI != Preheader->end()) {
541     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
542       const MachineOperand &MO = TI->getOperand(i);
543       if (!MO.isReg())
544         continue;
545       unsigned Reg = MO.getReg();
546       if (!Reg)
547         continue;
548       for (MCRegAliasIterator AI(Reg, TRI, true); AI.isValid(); ++AI)
549         TermRegs.set(*AI);
550     }
551   }
553   // Now evaluate whether the potential candidates qualify.
554   // 1. Check if the candidate defined register is defined by another
555   //    instruction in the loop.
556   // 2. If the candidate is a load from stack slot (always true for now),
557   //    check if the slot is stored anywhere in the loop.
558   // 3. Make sure candidate def should not clobber
559   //    registers read by the terminator. Similarly its def should not be
560   //    clobbered by the terminator.
561   for (unsigned i = 0, e = Candidates.size(); i != e; ++i) {
562     if (Candidates[i].FI != INT_MIN &&
563         StoredFIs.count(Candidates[i].FI))
564       continue;
566     unsigned Def = Candidates[i].Def;
567     if (!PhysRegClobbers.test(Def) && !TermRegs.test(Def)) {
568       bool Safe = true;
569       MachineInstr *MI = Candidates[i].MI;
570       for (unsigned j = 0, ee = MI->getNumOperands(); j != ee; ++j) {
571         const MachineOperand &MO = MI->getOperand(j);
572         if (!MO.isReg() || MO.isDef() || !MO.getReg())
573           continue;
574         unsigned Reg = MO.getReg();
575         if (PhysRegDefs.test(Reg) ||
576             PhysRegClobbers.test(Reg)) {
577           // If it's using a non-loop-invariant register, then it's obviously
578           // not safe to hoist.
579           Safe = false;
580           break;
581         }
582       }
583       if (Safe)
584         HoistPostRA(MI, Candidates[i].Def);
585     }
586   }
589 /// AddToLiveIns - Add register 'Reg' to the livein sets of BBs in the current
590 /// loop, and make sure it is not killed by any instructions in the loop.
591 void MachineLICM::AddToLiveIns(unsigned Reg) {
592   const std::vector<MachineBasicBlock *> &Blocks = CurLoop->getBlocks();
593   for (unsigned i = 0, e = Blocks.size(); i != e; ++i) {
594     MachineBasicBlock *BB = Blocks[i];
595     if (!BB->isLiveIn(Reg))
596       BB->addLiveIn(Reg);
597     for (MachineBasicBlock::iterator
598            MII = BB->begin(), E = BB->end(); MII != E; ++MII) {
599       MachineInstr *MI = &*MII;
600       for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
601         MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
602         if (!MO.isReg() || !MO.getReg() || MO.isDef()) continue;
603         if (MO.getReg() == Reg || TRI->isSuperRegister(Reg, MO.getReg()))
604           MO.setIsKill(false);
605       }
606     }
607   }
610 /// HoistPostRA - When an instruction is found to only use loop invariant
611 /// operands that is safe to hoist, this instruction is called to do the
612 /// dirty work.
613 void MachineLICM::HoistPostRA(MachineInstr *MI, unsigned Def) {
614   MachineBasicBlock *Preheader = getCurPreheader();
616   // Now move the instructions to the predecessor, inserting it before any
617   // terminator instructions.
618   DEBUG(dbgs() << "Hoisting to BB#" << Preheader->getNumber() << " from BB#"
619                << MI->getParent()->getNumber() << ": " << *MI);
621   // Splice the instruction to the preheader.
622   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
623   Preheader->splice(Preheader->getFirstTerminator(), MBB, MI);
625   // Add register to livein list to all the BBs in the current loop since a
626   // loop invariant must be kept live throughout the whole loop. This is
627   // important to ensure later passes do not scavenge the def register.
628   AddToLiveIns(Def);
630   ++NumPostRAHoisted;
631   Changed = true;
634 // IsGuaranteedToExecute - Check if this mbb is guaranteed to execute.
635 // If not then a load from this mbb may not be safe to hoist.
636 bool MachineLICM::IsGuaranteedToExecute(MachineBasicBlock *BB) {
637   if (SpeculationState != SpeculateUnknown)
638     return SpeculationState == SpeculateFalse;
640   if (BB != CurLoop->getHeader()) {
641     // Check loop exiting blocks.
642     SmallVector<MachineBasicBlock*, 8> CurrentLoopExitingBlocks;
643     CurLoop->getExitingBlocks(CurrentLoopExitingBlocks);
644     for (unsigned i = 0, e = CurrentLoopExitingBlocks.size(); i != e; ++i)
645       if (!DT->dominates(BB, CurrentLoopExitingBlocks[i])) {
646         SpeculationState = SpeculateTrue;
647         return false;
648       }
649   }
651   SpeculationState = SpeculateFalse;
652   return true;
655 void MachineLICM::EnterScope(MachineBasicBlock *MBB) {
656   DEBUG(dbgs() << "Entering: " << MBB->getName() << '\n');
658   // Remember livein register pressure.
659   BackTrace.push_back(RegPressure);
662 void MachineLICM::ExitScope(MachineBasicBlock *MBB) {
663   DEBUG(dbgs() << "Exiting: " << MBB->getName() << '\n');
664   BackTrace.pop_back();
667 /// ExitScopeIfDone - Destroy scope for the MBB that corresponds to the given
668 /// dominator tree node if its a leaf or all of its children are done. Walk
669 /// up the dominator tree to destroy ancestors which are now done.
670 void MachineLICM::ExitScopeIfDone(MachineDomTreeNode *Node,
671                 DenseMap<MachineDomTreeNode*, unsigned> &OpenChildren,
672                 DenseMap<MachineDomTreeNode*, MachineDomTreeNode*> &ParentMap) {
673   if (OpenChildren[Node])
674     return;
676   // Pop scope.
677   ExitScope(Node->getBlock());
679   // Now traverse upwards to pop ancestors whose offsprings are all done.
680   while (MachineDomTreeNode *Parent = ParentMap[Node]) {
681     unsigned Left = --OpenChildren[Parent];
682     if (Left != 0)
683       break;
684     ExitScope(Parent->getBlock());
685     Node = Parent;
686   }
689 /// HoistOutOfLoop - Walk the specified loop in the CFG (defined by all
690 /// blocks dominated by the specified header block, and that are in the
691 /// current loop) in depth first order w.r.t the DominatorTree. This allows
692 /// us to visit definitions before uses, allowing us to hoist a loop body in
693 /// one pass without iteration.
694 ///
695 void MachineLICM::HoistOutOfLoop(MachineDomTreeNode *HeaderN) {
696   SmallVector<MachineDomTreeNode*, 32> Scopes;
697   SmallVector<MachineDomTreeNode*, 8> WorkList;
698   DenseMap<MachineDomTreeNode*, MachineDomTreeNode*> ParentMap;
699   DenseMap<MachineDomTreeNode*, unsigned> OpenChildren;
701   // Perform a DFS walk to determine the order of visit.
702   WorkList.push_back(HeaderN);
703   do {
704     MachineDomTreeNode *Node = WorkList.pop_back_val();
705     assert(Node && "Null dominator tree node?");
706     MachineBasicBlock *BB = Node->getBlock();
708     // If the header of the loop containing this basic block is a landing pad,
709     // then don't try to hoist instructions out of this loop.
710     const MachineLoop *ML = MLI->getLoopFor(BB);
711     if (ML && ML->getHeader()->isLandingPad())
712       continue;
714     // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
715     if (!CurLoop->contains(BB))
716       continue;
718     Scopes.push_back(Node);
719     const std::vector<MachineDomTreeNode*> &Children = Node->getChildren();
720     unsigned NumChildren = Children.size();
722     // Don't hoist things out of a large switch statement.  This often causes
723     // code to be hoisted that wasn't going to be executed, and increases
724     // register pressure in a situation where it's likely to matter.
725     if (BB->succ_size() >= 25)
726       NumChildren = 0;
728     OpenChildren[Node] = NumChildren;
729     // Add children in reverse order as then the next popped worklist node is
730     // the first child of this node.  This means we ultimately traverse the
731     // DOM tree in exactly the same order as if we'd recursed.
732     for (int i = (int)NumChildren-1; i >= 0; --i) {
733       MachineDomTreeNode *Child = Children[i];
734       ParentMap[Child] = Node;
735       WorkList.push_back(Child);
736     }
737   } while (!WorkList.empty());
739   if (Scopes.size() != 0) {
740     MachineBasicBlock *Preheader = getCurPreheader();
741     if (!Preheader)
742       return;
744     // Compute registers which are livein into the loop headers.
745     RegSeen.clear();
746     BackTrace.clear();
747     InitRegPressure(Preheader);
748   }
750   // Now perform LICM.
751   for (unsigned i = 0, e = Scopes.size(); i != e; ++i) {
752     MachineDomTreeNode *Node = Scopes[i];
753     MachineBasicBlock *MBB = Node->getBlock();
755     MachineBasicBlock *Preheader = getCurPreheader();
756     if (!Preheader)
757       continue;
759     EnterScope(MBB);
761     // Process the block
762     SpeculationState = SpeculateUnknown;
763     for (MachineBasicBlock::iterator
764          MII = MBB->begin(), E = MBB->end(); MII != E; ) {
765       MachineBasicBlock::iterator NextMII = MII; ++NextMII;
766       MachineInstr *MI = &*MII;
767       if (!Hoist(MI, Preheader))
768         UpdateRegPressure(MI);
769       MII = NextMII;
770     }
772     // If it's a leaf node, it's done. Traverse upwards to pop ancestors.
773     ExitScopeIfDone(Node, OpenChildren, ParentMap);
774   }
777 static bool isOperandKill(const MachineOperand &MO, MachineRegisterInfo *MRI) {
778   return MO.isKill() || MRI->hasOneNonDBGUse(MO.getReg());
781 /// getRegisterClassIDAndCost - For a given MI, register, and the operand
782 /// index, return the ID and cost of its representative register class.
783 void
784 MachineLICM::getRegisterClassIDAndCost(const MachineInstr *MI,
785                                        unsigned Reg, unsigned OpIdx,
786                                        unsigned &RCId, unsigned &RCCost) const {
787   const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(Reg);
788   MVT VT = *RC->vt_begin();
789   if (VT == MVT::Untyped) {
790     RCId = RC->getID();
791     RCCost = 1;
792   } else {
793     RCId = TLI->getRepRegClassFor(VT)->getID();
794     RCCost = TLI->getRepRegClassCostFor(VT);
795   }
798 /// InitRegPressure - Find all virtual register references that are liveout of
799 /// the preheader to initialize the starting "register pressure". Note this
800 /// does not count live through (livein but not used) registers.
801 void MachineLICM::InitRegPressure(MachineBasicBlock *BB) {
802   std::fill(RegPressure.begin(), RegPressure.end(), 0);
804   // If the preheader has only a single predecessor and it ends with a
805   // fallthrough or an unconditional branch, then scan its predecessor for live
806   // defs as well. This happens whenever the preheader is created by splitting
807   // the critical edge from the loop predecessor to the loop header.
808   if (BB->pred_size() == 1) {
809     MachineBasicBlock *TBB = nullptr, *FBB = nullptr;
810     SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
811     if (!TII->AnalyzeBranch(*BB, TBB, FBB, Cond, false) && Cond.empty())
812       InitRegPressure(*BB->pred_begin());
813   }
815   for (MachineBasicBlock::iterator MII = BB->begin(), E = BB->end();
816        MII != E; ++MII) {
817     MachineInstr *MI = &*MII;
818     for (unsigned i = 0, e = MI->getDesc().getNumOperands(); i != e; ++i) {
819       const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
820       if (!MO.isReg() || MO.isImplicit())
821         continue;
822       unsigned Reg = MO.getReg();
823       if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
824         continue;
826       bool isNew = RegSeen.insert(Reg).second;
827       unsigned RCId, RCCost;
828       getRegisterClassIDAndCost(MI, Reg, i, RCId, RCCost);
829       if (MO.isDef())
830         RegPressure[RCId] += RCCost;
831       else {
832         bool isKill = isOperandKill(MO, MRI);
833         if (isNew && !isKill)
834           // Haven't seen this, it must be a livein.
835           RegPressure[RCId] += RCCost;
836         else if (!isNew && isKill)
837           RegPressure[RCId] -= RCCost;
838       }
839     }
840   }
843 /// UpdateRegPressure - Update estimate of register pressure after the
844 /// specified instruction.
845 void MachineLICM::UpdateRegPressure(const MachineInstr *MI) {
846   if (MI->isImplicitDef())
847     return;
849   SmallVector<unsigned, 4> Defs;
850   for (unsigned i = 0, e = MI->getDesc().getNumOperands(); i != e; ++i) {
851     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
852     if (!MO.isReg() || MO.isImplicit())
853       continue;
854     unsigned Reg = MO.getReg();
855     if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
856       continue;
858     bool isNew = RegSeen.insert(Reg).second;
859     if (MO.isDef())
860       Defs.push_back(Reg);
861     else if (!isNew && isOperandKill(MO, MRI)) {
862       unsigned RCId, RCCost;
863       getRegisterClassIDAndCost(MI, Reg, i, RCId, RCCost);
864       if (RCCost > RegPressure[RCId])
865         RegPressure[RCId] = 0;
866       else
867         RegPressure[RCId] -= RCCost;
868     }
869   }
871   unsigned Idx = 0;
872   while (!Defs.empty()) {
873     unsigned Reg = Defs.pop_back_val();
874     unsigned RCId, RCCost;
875     getRegisterClassIDAndCost(MI, Reg, Idx, RCId, RCCost);
876     RegPressure[RCId] += RCCost;
877     ++Idx;
878   }
881 /// isLoadFromGOTOrConstantPool - Return true if this machine instruction
882 /// loads from global offset table or constant pool.
883 static bool isLoadFromGOTOrConstantPool(MachineInstr &MI) {
884   assert (MI.mayLoad() && "Expected MI that loads!");
885   for (MachineInstr::mmo_iterator I = MI.memoperands_begin(),
886          E = MI.memoperands_end(); I != E; ++I) {
887     if (const PseudoSourceValue *PSV = (*I)->getPseudoValue()) {
888       if (PSV == PSV->getGOT() || PSV == PSV->getConstantPool())
889         return true;
890     }
891   }
892   return false;
895 /// IsLICMCandidate - Returns true if the instruction may be a suitable
896 /// candidate for LICM. e.g. If the instruction is a call, then it's obviously
897 /// not safe to hoist it.
898 bool MachineLICM::IsLICMCandidate(MachineInstr &I) {
899   // Check if it's safe to move the instruction.
900   bool DontMoveAcrossStore = true;
901   if (!I.isSafeToMove(TII, AA, DontMoveAcrossStore))
902     return false;
904   // If it is load then check if it is guaranteed to execute by making sure that
905   // it dominates all exiting blocks. If it doesn't, then there is a path out of
906   // the loop which does not execute this load, so we can't hoist it. Loads
907   // from constant memory are not safe to speculate all the time, for example
908   // indexed load from a jump table.
909   // Stores and side effects are already checked by isSafeToMove.
910   if (I.mayLoad() && !isLoadFromGOTOrConstantPool(I) &&
911       !IsGuaranteedToExecute(I.getParent()))
912     return false;
914   return true;
917 /// IsLoopInvariantInst - Returns true if the instruction is loop
918 /// invariant. I.e., all virtual register operands are defined outside of the
919 /// loop, physical registers aren't accessed explicitly, and there are no side
920 /// effects that aren't captured by the operands or other flags.
921 ///
922 bool MachineLICM::IsLoopInvariantInst(MachineInstr &I) {
923   if (!IsLICMCandidate(I))
924     return false;
926   // The instruction is loop invariant if all of its operands are.
927   for (unsigned i = 0, e = I.getNumOperands(); i != e; ++i) {
928     const MachineOperand &MO = I.getOperand(i);
930     if (!MO.isReg())
931       continue;
933     unsigned Reg = MO.getReg();
934     if (Reg == 0) continue;
936     // Don't hoist an instruction that uses or defines a physical register.
937     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) {
938       if (MO.isUse()) {
939         // If the physreg has no defs anywhere, it's just an ambient register
940         // and we can freely move its uses. Alternatively, if it's allocatable,
941         // it could get allocated to something with a def during allocation.
942         if (!MRI->isConstantPhysReg(Reg, *I.getParent()->getParent()))
943           return false;
944         // Otherwise it's safe to move.
945         continue;
946       } else if (!MO.isDead()) {
947         // A def that isn't dead. We can't move it.
948         return false;
949       } else if (CurLoop->getHeader()->isLiveIn(Reg)) {
950         // If the reg is live into the loop, we can't hoist an instruction
951         // which would clobber it.
952         return false;
953       }
954     }
956     if (!MO.isUse())
957       continue;
959     assert(MRI->getVRegDef(Reg) &&
960            "Machine instr not mapped for this vreg?!");
962     // If the loop contains the definition of an operand, then the instruction
963     // isn't loop invariant.
964     if (CurLoop->contains(MRI->getVRegDef(Reg)))
965       return false;
966   }
968   // If we got this far, the instruction is loop invariant!
969   return true;
973 /// HasLoopPHIUse - Return true if the specified instruction is used by a
974 /// phi node and hoisting it could cause a copy to be inserted.
975 bool MachineLICM::HasLoopPHIUse(const MachineInstr *MI) const {
976   SmallVector<const MachineInstr*, 8> Work(1, MI);
977   do {
978     MI = Work.pop_back_val();
979     for (ConstMIOperands MO(MI); MO.isValid(); ++MO) {
980       if (!MO->isReg() || !MO->isDef())
981         continue;
982       unsigned Reg = MO->getReg();
983       if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
984         continue;
985       for (MachineInstr &UseMI : MRI->use_instructions(Reg)) {
986         // A PHI may cause a copy to be inserted.
987         if (UseMI.isPHI()) {
988           // A PHI inside the loop causes a copy because the live range of Reg is
989           // extended across the PHI.
990           if (CurLoop->contains(&UseMI))
991             return true;
992           // A PHI in an exit block can cause a copy to be inserted if the PHI
993           // has multiple predecessors in the loop with different values.
994           // For now, approximate by rejecting all exit blocks.
995           if (isExitBlock(UseMI.getParent()))
996             return true;
997           continue;
998         }
999         // Look past copies as well.
1000         if (UseMI.isCopy() && CurLoop->contains(&UseMI))
1001           Work.push_back(&UseMI);
1002       }
1003     }
1004   } while (!Work.empty());
1005   return false;
1008 /// HasHighOperandLatency - Compute operand latency between a def of 'Reg'
1009 /// and an use in the current loop, return true if the target considered
1010 /// it 'high'.
1011 bool MachineLICM::HasHighOperandLatency(MachineInstr &MI,
1012                                         unsigned DefIdx, unsigned Reg) const {
1013   if (!InstrItins || InstrItins->isEmpty() || MRI->use_nodbg_empty(Reg))
1014     return false;
1016   for (MachineInstr &UseMI : MRI->use_nodbg_instructions(Reg)) {
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 (TII->isAsCheapAsAMove(&MI) || 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 && !HoistCheapInsts)
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 nullptr;
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 nullptr;
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 nullptr;
1261   const MCInstrDesc &MID = TII->get(NewOpc);
1262   if (MID.getNumDefs() != 1) return nullptr;
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 nullptr;
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     CSEMap[Opcode].push_back(MI);
1304   }
1307 const MachineInstr*
1308 MachineLICM::LookForDuplicate(const MachineInstr *MI,
1309                               std::vector<const MachineInstr*> &PrevMIs) {
1310   for (unsigned i = 0, e = PrevMIs.size(); i != e; ++i) {
1311     const MachineInstr *PrevMI = PrevMIs[i];
1312     if (TII->produceSameValue(MI, PrevMI, (PreRegAlloc ? MRI : nullptr)))
1313       return PrevMI;
1314   }
1315   return nullptr;
1318 bool MachineLICM::EliminateCSE(MachineInstr *MI,
1319           DenseMap<unsigned, std::vector<const MachineInstr*> >::iterator &CI) {
1320   // Do not CSE implicit_def so ProcessImplicitDefs can properly propagate
1321   // the undef property onto uses.
1322   if (CI == CSEMap.end() || MI->isImplicitDef())
1323     return false;
1325   if (const MachineInstr *Dup = LookForDuplicate(MI, CI->second)) {
1326     DEBUG(dbgs() << "CSEing " << *MI << " with " << *Dup);
1328     // Replace virtual registers defined by MI by their counterparts defined
1329     // by Dup.
1330     SmallVector<unsigned, 2> Defs;
1331     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1332       const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
1334       // Physical registers may not differ here.
1335       assert((!MO.isReg() || MO.getReg() == 0 ||
1336               !TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MO.getReg()) ||
1337               MO.getReg() == Dup->getOperand(i).getReg()) &&
1338              "Instructions with different phys regs are not identical!");
1340       if (MO.isReg() && MO.isDef() &&
1341           !TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MO.getReg()))
1342         Defs.push_back(i);
1343     }
1345     SmallVector<const TargetRegisterClass*, 2> OrigRCs;
1346     for (unsigned i = 0, e = Defs.size(); i != e; ++i) {
1347       unsigned Idx = Defs[i];
1348       unsigned Reg = MI->getOperand(Idx).getReg();
1349       unsigned DupReg = Dup->getOperand(Idx).getReg();
1350       OrigRCs.push_back(MRI->getRegClass(DupReg));
1352       if (!MRI->constrainRegClass(DupReg, MRI->getRegClass(Reg))) {
1353         // Restore old RCs if more than one defs.
1354         for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
1355           MRI->setRegClass(Dup->getOperand(Defs[j]).getReg(), OrigRCs[j]);
1356         return false;
1357       }
1358     }
1360     for (unsigned i = 0, e = Defs.size(); i != e; ++i) {
1361       unsigned Idx = Defs[i];
1362       unsigned Reg = MI->getOperand(Idx).getReg();
1363       unsigned DupReg = Dup->getOperand(Idx).getReg();
1364       MRI->replaceRegWith(Reg, DupReg);
1365       MRI->clearKillFlags(DupReg);
1366     }
1368     MI->eraseFromParent();
1369     ++NumCSEed;
1370     return true;
1371   }
1372   return false;
1375 /// MayCSE - Return true if the given instruction will be CSE'd if it's
1376 /// hoisted out of the loop.
1377 bool MachineLICM::MayCSE(MachineInstr *MI) {
1378   unsigned Opcode = MI->getOpcode();
1379   DenseMap<unsigned, std::vector<const MachineInstr*> >::iterator
1380     CI = CSEMap.find(Opcode);
1381   // Do not CSE implicit_def so ProcessImplicitDefs can properly propagate
1382   // the undef property onto uses.
1383   if (CI == CSEMap.end() || MI->isImplicitDef())
1384     return false;
1386   return LookForDuplicate(MI, CI->second) != nullptr;
1389 /// Hoist - When an instruction is found to use only loop invariant operands
1390 /// that are safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
1391 ///
1392 bool MachineLICM::Hoist(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *Preheader) {
1393   // First check whether we should hoist this instruction.
1394   if (!IsLoopInvariantInst(*MI) || !IsProfitableToHoist(*MI)) {
1395     // If not, try unfolding a hoistable load.
1396     MI = ExtractHoistableLoad(MI);
1397     if (!MI) return false;
1398   }
1400   // Now move the instructions to the predecessor, inserting it before any
1401   // terminator instructions.
1402   DEBUG({
1403       dbgs() << "Hoisting " << *MI;
1404       if (Preheader->getBasicBlock())
1405         dbgs() << " to MachineBasicBlock "
1406                << Preheader->getName();
1407       if (MI->getParent()->getBasicBlock())
1408         dbgs() << " from MachineBasicBlock "
1409                << MI->getParent()->getName();
1410       dbgs() << "\n";
1411     });
1413   // If this is the first instruction being hoisted to the preheader,
1414   // initialize the CSE map with potential common expressions.
1415   if (FirstInLoop) {
1416     InitCSEMap(Preheader);
1417     FirstInLoop = false;
1418   }
1420   // Look for opportunity to CSE the hoisted instruction.
1421   unsigned Opcode = MI->getOpcode();
1422   DenseMap<unsigned, std::vector<const MachineInstr*> >::iterator
1423     CI = CSEMap.find(Opcode);
1424   if (!EliminateCSE(MI, CI)) {
1425     // Otherwise, splice the instruction to the preheader.
1426     Preheader->splice(Preheader->getFirstTerminator(),MI->getParent(),MI);
1428     // Update register pressure for BBs from header to this block.
1429     UpdateBackTraceRegPressure(MI);
1431     // Clear the kill flags of any register this instruction defines,
1432     // since they may need to be live throughout the entire loop
1433     // rather than just live for part of it.
1434     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1435       MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
1436       if (MO.isReg() && MO.isDef() && !MO.isDead())
1437         MRI->clearKillFlags(MO.getReg());
1438     }
1440     // Add to the CSE map.
1441     if (CI != CSEMap.end())
1442       CI->second.push_back(MI);
1443     else
1444       CSEMap[Opcode].push_back(MI);
1445   }
1447   ++NumHoisted;
1448   Changed = true;
1450   return true;
1453 MachineBasicBlock *MachineLICM::getCurPreheader() {
1454   // Determine the block to which to hoist instructions. If we can't find a
1455   // suitable loop predecessor, we can't do any hoisting.
1457   // If we've tried to get a preheader and failed, don't try again.
1458   if (CurPreheader == reinterpret_cast<MachineBasicBlock *>(-1))
1459     return nullptr;
1461   if (!CurPreheader) {
1462     CurPreheader = CurLoop->getLoopPreheader();
1463     if (!CurPreheader) {
1464       MachineBasicBlock *Pred = CurLoop->getLoopPredecessor();
1465       if (!Pred) {
1466         CurPreheader = reinterpret_cast<MachineBasicBlock *>(-1);
1467         return nullptr;
1468       }
1470       CurPreheader = Pred->SplitCriticalEdge(CurLoop->getHeader(), this);
1471       if (!CurPreheader) {
1472         CurPreheader = reinterpret_cast<MachineBasicBlock *>(-1);
1473         return nullptr;
1474       }
1475     }
1476   }
1477   return CurPreheader;