]> Gitweb @ Texas Instruments - Open Source Git Repositories - git.TI.com/gitweb - opencl/llvm.git/blob - lib/CodeGen/PeepholeOptimizer.cpp
Cleanup collectChangingRegs
[opencl/llvm.git] / lib / CodeGen / PeepholeOptimizer.cpp
1 //===-- PeepholeOptimizer.cpp - Peephole Optimizations --------------------===//
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 // Perform peephole optimizations on the machine code:
11 //
12 // - Optimize Extensions
13 //
14 //     Optimization of sign / zero extension instructions. It may be extended to
15 //     handle other instructions with similar properties.
16 //
17 //     On some targets, some instructions, e.g. X86 sign / zero extension, may
18 //     leave the source value in the lower part of the result. This optimization
19 //     will replace some uses of the pre-extension value with uses of the
20 //     sub-register of the results.
21 //
22 // - Optimize Comparisons
23 //
24 //     Optimization of comparison instructions. For instance, in this code:
25 //
26 //       sub r1, 1
27 //       cmp r1, 0
28 //       bz  L1
29 //
30 //     If the "sub" instruction all ready sets (or could be modified to set) the
31 //     same flag that the "cmp" instruction sets and that "bz" uses, then we can
32 //     eliminate the "cmp" instruction.
33 //
34 //     Another instance, in this code:
35 //
36 //       sub r1, r3 | sub r1, imm
37 //       cmp r3, r1 or cmp r1, r3 | cmp r1, imm
38 //       bge L1
39 //
40 //     If the branch instruction can use flag from "sub", then we can replace
41 //     "sub" with "subs" and eliminate the "cmp" instruction.
42 //
43 // - Optimize Loads:
44 //
45 //     Loads that can be folded into a later instruction. A load is foldable
46 //     if it loads to virtual registers and the virtual register defined has 
47 //     a single use.
48 //
49 // - Optimize Copies and Bitcast:
50 //
51 //     Rewrite copies and bitcasts to avoid cross register bank copies
52 //     when possible.
53 //     E.g., Consider the following example, where capital and lower
54 //     letters denote different register file:
55 //     b = copy A <-- cross-bank copy
56 //     C = copy b <-- cross-bank copy
57 //   =>
58 //     b = copy A <-- cross-bank copy
59 //     C = copy A <-- same-bank copy
60 //
61 //     E.g., for bitcast:
62 //     b = bitcast A <-- cross-bank copy
63 //     C = bitcast b <-- cross-bank copy
64 //   =>
65 //     b = bitcast A <-- cross-bank copy
66 //     C = copy A    <-- same-bank copy
67 //===----------------------------------------------------------------------===//
69 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
70 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
71 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
72 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
73 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
74 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
75 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
76 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
77 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
78 #include "llvm/Support/Debug.h"
79 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
80 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
81 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
82 using namespace llvm;
84 #define DEBUG_TYPE "peephole-opt"
86 // Optimize Extensions
87 static cl::opt<bool>
88 Aggressive("aggressive-ext-opt", cl::Hidden,
89            cl::desc("Aggressive extension optimization"));
91 static cl::opt<bool>
92 DisablePeephole("disable-peephole", cl::Hidden, cl::init(false),
93                 cl::desc("Disable the peephole optimizer"));
95 static cl::opt<bool>
96 DisableAdvCopyOpt("disable-adv-copy-opt", cl::Hidden, cl::init(true),
97                   cl::desc("Disable advanced copy optimization"));
99 STATISTIC(NumReuse,      "Number of extension results reused");
100 STATISTIC(NumCmps,       "Number of compares eliminated");
101 STATISTIC(NumImmFold,    "Number of move immediate folded");
102 STATISTIC(NumLoadFold,   "Number of loads folded");
103 STATISTIC(NumSelects,    "Number of selects optimized");
104 STATISTIC(NumCopiesBitcasts, "Number of copies/bitcasts optimized");
106 namespace {
107   class PeepholeOptimizer : public MachineFunctionPass {
108     const TargetMachine   *TM;
109     const TargetInstrInfo *TII;
110     MachineRegisterInfo   *MRI;
111     MachineDominatorTree  *DT;  // Machine dominator tree
113   public:
114     static char ID; // Pass identification
115     PeepholeOptimizer() : MachineFunctionPass(ID) {
116       initializePeepholeOptimizerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
117     }
119     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override;
121     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
122       AU.setPreservesCFG();
123       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
124       if (Aggressive) {
125         AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
126         AU.addPreserved<MachineDominatorTree>();
127       }
128     }
130   private:
131     bool optimizeCmpInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB);
132     bool optimizeExtInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
133                           SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> &LocalMIs);
134     bool optimizeSelect(MachineInstr *MI);
135     bool optimizeCopyOrBitcast(MachineInstr *MI);
136     bool isMoveImmediate(MachineInstr *MI,
137                          SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
138                          DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs);
139     bool foldImmediate(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
140                        SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
141                        DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs);
142     bool isLoadFoldable(MachineInstr *MI,
143                         SmallSet<unsigned, 16> &FoldAsLoadDefCandidates);
144   };
146   /// \brief Helper class to track the possible sources of a value defined by
147   /// a (chain of) copy related instructions.
148   /// Given a definition (instruction and definition index), this class
149   /// follows the use-def chain to find successive suitable sources.
150   /// The given source can be used to rewrite the definition into
151   /// def = COPY src.
152   ///
153   /// For instance, let us consider the following snippet:
154   /// v0 =
155   /// v2 = INSERT_SUBREG v1, v0, sub0
156   /// def = COPY v2.sub0
157   ///
158   /// Using a ValueTracker for def = COPY v2.sub0 will give the following
159   /// suitable sources:
160   /// v2.sub0 and v0.
161   /// Then, def can be rewritten into def = COPY v0.
162   class ValueTracker {
163   private:
164     /// The current point into the use-def chain.
165     const MachineInstr *Def;
166     /// The index of the definition in Def.
167     unsigned DefIdx;
168     /// The sub register index of the definition.
169     unsigned DefSubReg;
170     /// The register where the value can be found.
171     unsigned Reg;
172     /// Specifiy whether or not the value tracking looks through
173     /// complex instructions. When this is false, the value tracker
174     /// bails on everything that is not a copy or a bitcast.
175     ///
176     /// Note: This could have been implemented as a specialized version of
177     /// the ValueTracker class but that would have complicated the code of
178     /// the users of this class.
179     bool UseAdvancedTracking;
180     /// Optional MachineRegisterInfo used to perform some complex
181     /// tracking.
182     const MachineRegisterInfo *MRI;
184     /// \brief Dispatcher to the right underlying implementation of
185     /// getNextSource.
186     bool getNextSourceImpl(unsigned &SrcIdx, unsigned &SrcSubReg);
187     /// \brief Specialized version of getNextSource for Copy instructions.
188     bool getNextSourceFromCopy(unsigned &SrcIdx, unsigned &SrcSubReg);
189     /// \brief Specialized version of getNextSource for Bitcast instructions.
190     bool getNextSourceFromBitcast(unsigned &SrcIdx, unsigned &SrcSubReg);
191     /// \brief Specialized version of getNextSource for RegSequence
192     /// instructions.
193     bool getNextSourceFromRegSequence(unsigned &SrcIdx, unsigned &SrcSubReg);
194     /// \brief Specialized version of getNextSource for InsertSubreg
195     /// instructions.
196     bool getNextSourceFromInsertSubreg(unsigned &SrcIdx, unsigned &SrcSubReg);
197     /// \brief Specialized version of getNextSource for ExtractSubreg
198     /// instructions.
199     bool getNextSourceFromExtractSubreg(unsigned &SrcIdx, unsigned &SrcSubReg);
200     /// \brief Specialized version of getNextSource for SubregToReg
201     /// instructions.
202     bool getNextSourceFromSubregToReg(unsigned &SrcIdx, unsigned &SrcSubReg);
204   public:
205     /// \brief Create a ValueTracker instance for the value defines by \p MI
206     /// at the operand index \p DefIdx.
207     /// \p DefSubReg represents the sub register index the value tracker will
208     /// track. It does not need to match the sub register index used in \p MI.
209     /// \p UseAdvancedTracking specifies whether or not the value tracker looks
210     /// through complex instructions. By default (false), it handles only copy
211     /// and bitcast instructions.
212     /// \p MRI useful to perform some complex checks.
213     ValueTracker(const MachineInstr &MI, unsigned DefIdx, unsigned DefSubReg,
214                  bool UseAdvancedTracking = false,
215                  const MachineRegisterInfo *MRI = nullptr)
216         : Def(&MI), DefIdx(DefIdx), DefSubReg(DefSubReg),
217           UseAdvancedTracking(UseAdvancedTracking), MRI(MRI) {
218       assert(Def->getOperand(DefIdx).isDef() &&
219              Def->getOperand(DefIdx).isReg() &&
220              "Definition does not match machine instruction");
221       // Initially the value is in the defined register.
222       Reg = Def->getOperand(DefIdx).getReg();
223     }
225     /// \brief Following the use-def chain, get the next available source
226     /// for the tracked value.
227     /// When the returned value is not nullptr, getReg() gives the register
228     /// that contain the tracked value.
229     /// \note The sub register index returned in \p SrcSubReg must be used
230     /// on that getReg() to access the actual value.
231     /// \return Unless the returned value is nullptr (i.e., no source found),
232     /// \p SrcIdx gives the index of the next source in the returned
233     /// instruction and \p SrcSubReg the index to be used on that source to
234     /// get the tracked value. When nullptr is returned, no alternative source
235     /// has been found.
236     const MachineInstr *getNextSource(unsigned &SrcIdx, unsigned &SrcSubReg);
238     /// \brief Get the last register where the initial value can be found.
239     /// Initially this is the register of the definition.
240     /// Then, after each successful call to getNextSource, this is the
241     /// register of the last source.
242     unsigned getReg() const { return Reg; }
243   };
246 char PeepholeOptimizer::ID = 0;
247 char &llvm::PeepholeOptimizerID = PeepholeOptimizer::ID;
248 INITIALIZE_PASS_BEGIN(PeepholeOptimizer, "peephole-opts",
249                 "Peephole Optimizations", false, false)
250 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineDominatorTree)
251 INITIALIZE_PASS_END(PeepholeOptimizer, "peephole-opts",
252                 "Peephole Optimizations", false, false)
254 /// optimizeExtInstr - If instruction is a copy-like instruction, i.e. it reads
255 /// a single register and writes a single register and it does not modify the
256 /// source, and if the source value is preserved as a sub-register of the
257 /// result, then replace all reachable uses of the source with the subreg of the
258 /// result.
259 ///
260 /// Do not generate an EXTRACT that is used only in a debug use, as this changes
261 /// the code. Since this code does not currently share EXTRACTs, just ignore all
262 /// debug uses.
263 bool PeepholeOptimizer::
264 optimizeExtInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
265                  SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> &LocalMIs) {
266   unsigned SrcReg, DstReg, SubIdx;
267   if (!TII->isCoalescableExtInstr(*MI, SrcReg, DstReg, SubIdx))
268     return false;
270   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DstReg) ||
271       TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg))
272     return false;
274   if (MRI->hasOneNonDBGUse(SrcReg))
275     // No other uses.
276     return false;
278   // Ensure DstReg can get a register class that actually supports
279   // sub-registers. Don't change the class until we commit.
280   const TargetRegisterClass *DstRC = MRI->getRegClass(DstReg);
281   DstRC = TM->getSubtargetImpl()->getRegisterInfo()->getSubClassWithSubReg(
282       DstRC, SubIdx);
283   if (!DstRC)
284     return false;
286   // The ext instr may be operating on a sub-register of SrcReg as well.
287   // PPC::EXTSW is a 32 -> 64-bit sign extension, but it reads a 64-bit
288   // register.
289   // If UseSrcSubIdx is Set, SubIdx also applies to SrcReg, and only uses of
290   // SrcReg:SubIdx should be replaced.
291   bool UseSrcSubIdx =
292       TM->getSubtargetImpl()->getRegisterInfo()->getSubClassWithSubReg(
293           MRI->getRegClass(SrcReg), SubIdx) != nullptr;
295   // The source has other uses. See if we can replace the other uses with use of
296   // the result of the extension.
297   SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 4> ReachedBBs;
298   for (MachineInstr &UI : MRI->use_nodbg_instructions(DstReg))
299     ReachedBBs.insert(UI.getParent());
301   // Uses that are in the same BB of uses of the result of the instruction.
302   SmallVector<MachineOperand*, 8> Uses;
304   // Uses that the result of the instruction can reach.
305   SmallVector<MachineOperand*, 8> ExtendedUses;
307   bool ExtendLife = true;
308   for (MachineOperand &UseMO : MRI->use_nodbg_operands(SrcReg)) {
309     MachineInstr *UseMI = UseMO.getParent();
310     if (UseMI == MI)
311       continue;
313     if (UseMI->isPHI()) {
314       ExtendLife = false;
315       continue;
316     }
318     // Only accept uses of SrcReg:SubIdx.
319     if (UseSrcSubIdx && UseMO.getSubReg() != SubIdx)
320       continue;
322     // It's an error to translate this:
323     //
324     //    %reg1025 = <sext> %reg1024
325     //     ...
326     //    %reg1026 = SUBREG_TO_REG 0, %reg1024, 4
327     //
328     // into this:
329     //
330     //    %reg1025 = <sext> %reg1024
331     //     ...
332     //    %reg1027 = COPY %reg1025:4
333     //    %reg1026 = SUBREG_TO_REG 0, %reg1027, 4
334     //
335     // The problem here is that SUBREG_TO_REG is there to assert that an
336     // implicit zext occurs. It doesn't insert a zext instruction. If we allow
337     // the COPY here, it will give us the value after the <sext>, not the
338     // original value of %reg1024 before <sext>.
339     if (UseMI->getOpcode() == TargetOpcode::SUBREG_TO_REG)
340       continue;
342     MachineBasicBlock *UseMBB = UseMI->getParent();
343     if (UseMBB == MBB) {
344       // Local uses that come after the extension.
345       if (!LocalMIs.count(UseMI))
346         Uses.push_back(&UseMO);
347     } else if (ReachedBBs.count(UseMBB)) {
348       // Non-local uses where the result of the extension is used. Always
349       // replace these unless it's a PHI.
350       Uses.push_back(&UseMO);
351     } else if (Aggressive && DT->dominates(MBB, UseMBB)) {
352       // We may want to extend the live range of the extension result in order
353       // to replace these uses.
354       ExtendedUses.push_back(&UseMO);
355     } else {
356       // Both will be live out of the def MBB anyway. Don't extend live range of
357       // the extension result.
358       ExtendLife = false;
359       break;
360     }
361   }
363   if (ExtendLife && !ExtendedUses.empty())
364     // Extend the liveness of the extension result.
365     std::copy(ExtendedUses.begin(), ExtendedUses.end(),
366               std::back_inserter(Uses));
368   // Now replace all uses.
369   bool Changed = false;
370   if (!Uses.empty()) {
371     SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 4> PHIBBs;
373     // Look for PHI uses of the extended result, we don't want to extend the
374     // liveness of a PHI input. It breaks all kinds of assumptions down
375     // stream. A PHI use is expected to be the kill of its source values.
376     for (MachineInstr &UI : MRI->use_nodbg_instructions(DstReg))
377       if (UI.isPHI())
378         PHIBBs.insert(UI.getParent());
380     const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(SrcReg);
381     for (unsigned i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
382       MachineOperand *UseMO = Uses[i];
383       MachineInstr *UseMI = UseMO->getParent();
384       MachineBasicBlock *UseMBB = UseMI->getParent();
385       if (PHIBBs.count(UseMBB))
386         continue;
388       // About to add uses of DstReg, clear DstReg's kill flags.
389       if (!Changed) {
390         MRI->clearKillFlags(DstReg);
391         MRI->constrainRegClass(DstReg, DstRC);
392       }
394       unsigned NewVR = MRI->createVirtualRegister(RC);
395       MachineInstr *Copy = BuildMI(*UseMBB, UseMI, UseMI->getDebugLoc(),
396                                    TII->get(TargetOpcode::COPY), NewVR)
397         .addReg(DstReg, 0, SubIdx);
398       // SubIdx applies to both SrcReg and DstReg when UseSrcSubIdx is set.
399       if (UseSrcSubIdx) {
400         Copy->getOperand(0).setSubReg(SubIdx);
401         Copy->getOperand(0).setIsUndef();
402       }
403       UseMO->setReg(NewVR);
404       ++NumReuse;
405       Changed = true;
406     }
407   }
409   return Changed;
412 /// optimizeCmpInstr - If the instruction is a compare and the previous
413 /// instruction it's comparing against all ready sets (or could be modified to
414 /// set) the same flag as the compare, then we can remove the comparison and use
415 /// the flag from the previous instruction.
416 bool PeepholeOptimizer::optimizeCmpInstr(MachineInstr *MI,
417                                          MachineBasicBlock *MBB) {
418   // If this instruction is a comparison against zero and isn't comparing a
419   // physical register, we can try to optimize it.
420   unsigned SrcReg, SrcReg2;
421   int CmpMask, CmpValue;
422   if (!TII->analyzeCompare(MI, SrcReg, SrcReg2, CmpMask, CmpValue) ||
423       TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg) ||
424       (SrcReg2 != 0 && TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg2)))
425     return false;
427   // Attempt to optimize the comparison instruction.
428   if (TII->optimizeCompareInstr(MI, SrcReg, SrcReg2, CmpMask, CmpValue, MRI)) {
429     ++NumCmps;
430     return true;
431   }
433   return false;
436 /// Optimize a select instruction.
437 bool PeepholeOptimizer::optimizeSelect(MachineInstr *MI) {
438   unsigned TrueOp = 0;
439   unsigned FalseOp = 0;
440   bool Optimizable = false;
441   SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
442   if (TII->analyzeSelect(MI, Cond, TrueOp, FalseOp, Optimizable))
443     return false;
444   if (!Optimizable)
445     return false;
446   if (!TII->optimizeSelect(MI))
447     return false;
448   MI->eraseFromParent();
449   ++NumSelects;
450   return true;
453 /// \brief Check if the registers defined by the pair (RegisterClass, SubReg)
454 /// share the same register file.
455 static bool shareSameRegisterFile(const TargetRegisterInfo &TRI,
456                                   const TargetRegisterClass *DefRC,
457                                   unsigned DefSubReg,
458                                   const TargetRegisterClass *SrcRC,
459                                   unsigned SrcSubReg) {
460   // Same register class.
461   if (DefRC == SrcRC)
462     return true;
464   // Both operands are sub registers. Check if they share a register class.
465   unsigned SrcIdx, DefIdx;
466   if (SrcSubReg && DefSubReg)
467     return TRI.getCommonSuperRegClass(SrcRC, SrcSubReg, DefRC, DefSubReg,
468                                       SrcIdx, DefIdx) != nullptr;
469   // At most one of the register is a sub register, make it Src to avoid
470   // duplicating the test.
471   if (!SrcSubReg) {
472     std::swap(DefSubReg, SrcSubReg);
473     std::swap(DefRC, SrcRC);
474   }
476   // One of the register is a sub register, check if we can get a superclass.
477   if (SrcSubReg)
478     return TRI.getMatchingSuperRegClass(SrcRC, DefRC, SrcSubReg) != nullptr;
479   // Plain copy.
480   return TRI.getCommonSubClass(DefRC, SrcRC) != nullptr;
483 /// \brief Get the index of the definition and source for \p Copy
484 /// instruction.
485 /// \pre Copy.isCopy() or Copy.isBitcast().
486 /// \return True if the Copy instruction has only one register source
487 /// and one register definition. Otherwise, \p DefIdx and \p SrcIdx
488 /// are invalid.
489 static bool getCopyOrBitcastDefUseIdx(const MachineInstr &Copy,
490                                       unsigned &DefIdx, unsigned &SrcIdx) {
491   assert((Copy.isCopy() || Copy.isBitcast()) && "Wrong operation type.");
492   if (Copy.isCopy()) {
493     // Copy instruction are supposed to be: Def = Src.
494      if (Copy.getDesc().getNumOperands() != 2)
495        return false;
496      DefIdx = 0;
497      SrcIdx = 1;
498      assert(Copy.getOperand(DefIdx).isDef() && "Use comes before def!");
499      return true;
500   }
501   // Bitcast case.
502   // Bitcasts with more than one def are not supported.
503   if (Copy.getDesc().getNumDefs() != 1)
504     return false;
505   // Initialize SrcIdx to an undefined operand.
506   SrcIdx = Copy.getDesc().getNumOperands();
507   for (unsigned OpIdx = 0, EndOpIdx = SrcIdx; OpIdx != EndOpIdx; ++OpIdx) {
508     const MachineOperand &MO = Copy.getOperand(OpIdx);
509     if (!MO.isReg() || !MO.getReg())
510       continue;
511     if (MO.isDef())
512       DefIdx = OpIdx;
513     else if (SrcIdx != EndOpIdx)
514       // Multiple sources?
515       return false;
516     SrcIdx = OpIdx;
517   }
518   return true;
521 /// \brief Optimize a copy or bitcast instruction to avoid cross
522 /// register bank copy. The optimization looks through a chain of
523 /// copies and try to find a source that has a compatible register
524 /// class.
525 /// Two register classes are considered to be compatible if they share
526 /// the same register bank.
527 /// New copies issued by this optimization are register allocator
528 /// friendly. This optimization does not remove any copy as it may
529 /// overconstraint the register allocator, but replaces some when
530 /// possible.
531 /// \pre \p MI is a Copy (MI->isCopy() is true)
532 /// \return True, when \p MI has been optimized. In that case, \p MI has
533 /// been removed from its parent.
534 bool PeepholeOptimizer::optimizeCopyOrBitcast(MachineInstr *MI) {
535   unsigned DefIdx, SrcIdx;
536   if (!MI || !getCopyOrBitcastDefUseIdx(*MI, DefIdx, SrcIdx))
537     return false;
539   const MachineOperand &MODef = MI->getOperand(DefIdx);
540   assert(MODef.isReg() && "Copies must be between registers.");
541   unsigned Def = MODef.getReg();
543   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Def))
544     return false;
546   const TargetRegisterClass *DefRC = MRI->getRegClass(Def);
547   unsigned DefSubReg = MODef.getSubReg();
549   unsigned Src;
550   unsigned SrcSubReg;
551   bool ShouldRewrite = false;
552   const TargetRegisterInfo &TRI = *TM->getSubtargetImpl()->getRegisterInfo();
554   // Follow the chain of copies until we reach the top of the use-def chain
555   // or find a more suitable source.
556   ValueTracker ValTracker(*MI, DefIdx, DefSubReg, !DisableAdvCopyOpt, MRI);
557   do {
558     unsigned CopySrcIdx, CopySrcSubReg;
559     if (!ValTracker.getNextSource(CopySrcIdx, CopySrcSubReg))
560       break;
561     Src = ValTracker.getReg();
562     SrcSubReg = CopySrcSubReg;
564     // Do not extend the live-ranges of physical registers as they add
565     // constraints to the register allocator.
566     // Moreover, if we want to extend the live-range of a physical register,
567     // unlike SSA virtual register, we will have to check that they are not
568     // redefine before the related use.
569     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Src))
570       break;
572     const TargetRegisterClass *SrcRC = MRI->getRegClass(Src);
574     // If this source does not incur a cross register bank copy, use it.
575     ShouldRewrite = shareSameRegisterFile(TRI, DefRC, DefSubReg, SrcRC,
576                                           SrcSubReg);
577   } while (!ShouldRewrite);
579   // If we did not find a more suitable source, there is nothing to optimize.
580   if (!ShouldRewrite || Src == MI->getOperand(SrcIdx).getReg())
581     return false;
583   // Rewrite the copy to avoid a cross register bank penalty. 
584   unsigned NewVR = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Def) ? Def :
585     MRI->createVirtualRegister(DefRC);
586   MachineInstr *NewCopy = BuildMI(*MI->getParent(), MI, MI->getDebugLoc(),
587                                   TII->get(TargetOpcode::COPY), NewVR)
588     .addReg(Src, 0, SrcSubReg);
589   NewCopy->getOperand(0).setSubReg(DefSubReg);
591   MRI->replaceRegWith(Def, NewVR);
592   MRI->clearKillFlags(NewVR);
593   // We extended the lifetime of Src.
594   // Clear the kill flags to account for that.
595   MRI->clearKillFlags(Src);
596   MI->eraseFromParent();
597   ++NumCopiesBitcasts;
598   return true;
601 /// isLoadFoldable - Check whether MI is a candidate for folding into a later
602 /// instruction. We only fold loads to virtual registers and the virtual
603 /// register defined has a single use.
604 bool PeepholeOptimizer::isLoadFoldable(
605                               MachineInstr *MI,
606                               SmallSet<unsigned, 16> &FoldAsLoadDefCandidates) {
607   if (!MI->canFoldAsLoad() || !MI->mayLoad())
608     return false;
609   const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
610   if (MCID.getNumDefs() != 1)
611     return false;
613   unsigned Reg = MI->getOperand(0).getReg();
614   // To reduce compilation time, we check MRI->hasOneNonDBGUse when inserting
615   // loads. It should be checked when processing uses of the load, since
616   // uses can be removed during peephole.
617   if (!MI->getOperand(0).getSubReg() &&
618       TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) &&
619       MRI->hasOneNonDBGUse(Reg)) {
620     FoldAsLoadDefCandidates.insert(Reg);
621     return true;
622   }
623   return false;
626 bool PeepholeOptimizer::isMoveImmediate(MachineInstr *MI,
627                                         SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
628                                  DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs) {
629   const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
630   if (!MI->isMoveImmediate())
631     return false;
632   if (MCID.getNumDefs() != 1)
633     return false;
634   unsigned Reg = MI->getOperand(0).getReg();
635   if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg)) {
636     ImmDefMIs.insert(std::make_pair(Reg, MI));
637     ImmDefRegs.insert(Reg);
638     return true;
639   }
641   return false;
644 /// foldImmediate - Try folding register operands that are defined by move
645 /// immediate instructions, i.e. a trivial constant folding optimization, if
646 /// and only if the def and use are in the same BB.
647 bool PeepholeOptimizer::foldImmediate(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
648                                       SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
649                                  DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs) {
650   for (unsigned i = 0, e = MI->getDesc().getNumOperands(); i != e; ++i) {
651     MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
652     if (!MO.isReg() || MO.isDef())
653       continue;
654     unsigned Reg = MO.getReg();
655     if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
656       continue;
657     if (ImmDefRegs.count(Reg) == 0)
658       continue;
659     DenseMap<unsigned, MachineInstr*>::iterator II = ImmDefMIs.find(Reg);
660     assert(II != ImmDefMIs.end());
661     if (TII->FoldImmediate(MI, II->second, Reg, MRI)) {
662       ++NumImmFold;
663       return true;
664     }
665   }
666   return false;
669 bool PeepholeOptimizer::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
670   if (skipOptnoneFunction(*MF.getFunction()))
671     return false;
673   DEBUG(dbgs() << "********** PEEPHOLE OPTIMIZER **********\n");
674   DEBUG(dbgs() << "********** Function: " << MF.getName() << '\n');
676   if (DisablePeephole)
677     return false;
679   TM  = &MF.getTarget();
680   TII = TM->getSubtargetImpl()->getInstrInfo();
681   MRI = &MF.getRegInfo();
682   DT  = Aggressive ? &getAnalysis<MachineDominatorTree>() : nullptr;
684   bool Changed = false;
686   for (MachineFunction::iterator I = MF.begin(), E = MF.end(); I != E; ++I) {
687     MachineBasicBlock *MBB = &*I;
689     bool SeenMoveImm = false;
690     SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> LocalMIs;
691     SmallSet<unsigned, 4> ImmDefRegs;
692     DenseMap<unsigned, MachineInstr*> ImmDefMIs;
693     SmallSet<unsigned, 16> FoldAsLoadDefCandidates;
695     for (MachineBasicBlock::iterator
696            MII = I->begin(), MIE = I->end(); MII != MIE; ) {
697       MachineInstr *MI = &*MII;
698       // We may be erasing MI below, increment MII now.
699       ++MII;
700       LocalMIs.insert(MI);
702       // Skip debug values. They should not affect this peephole optimization.
703       if (MI->isDebugValue())
704           continue;
706       // If there exists an instruction which belongs to the following
707       // categories, we will discard the load candidates.
708       if (MI->isPosition() || MI->isPHI() || MI->isImplicitDef() ||
709           MI->isKill() || MI->isInlineAsm() ||
710           MI->hasUnmodeledSideEffects()) {
711         FoldAsLoadDefCandidates.clear();
712         continue;
713       }
714       if (MI->mayStore() || MI->isCall())
715         FoldAsLoadDefCandidates.clear();
717       if (((MI->isBitcast() || MI->isCopy()) && optimizeCopyOrBitcast(MI)) ||
718           (MI->isCompare() && optimizeCmpInstr(MI, MBB)) ||
719           (MI->isSelect() && optimizeSelect(MI))) {
720         // MI is deleted.
721         LocalMIs.erase(MI);
722         Changed = true;
723         continue;
724       }
726       if (isMoveImmediate(MI, ImmDefRegs, ImmDefMIs)) {
727         SeenMoveImm = true;
728       } else {
729         Changed |= optimizeExtInstr(MI, MBB, LocalMIs);
730         // optimizeExtInstr might have created new instructions after MI
731         // and before the already incremented MII. Adjust MII so that the
732         // next iteration sees the new instructions.
733         MII = MI;
734         ++MII;
735         if (SeenMoveImm)
736           Changed |= foldImmediate(MI, MBB, ImmDefRegs, ImmDefMIs);
737       }
739       // Check whether MI is a load candidate for folding into a later
740       // instruction. If MI is not a candidate, check whether we can fold an
741       // earlier load into MI.
742       if (!isLoadFoldable(MI, FoldAsLoadDefCandidates) &&
743           !FoldAsLoadDefCandidates.empty()) {
744         const MCInstrDesc &MIDesc = MI->getDesc();
745         for (unsigned i = MIDesc.getNumDefs(); i != MIDesc.getNumOperands();
746              ++i) {
747           const MachineOperand &MOp = MI->getOperand(i);
748           if (!MOp.isReg())
749             continue;
750           unsigned FoldAsLoadDefReg = MOp.getReg();
751           if (FoldAsLoadDefCandidates.count(FoldAsLoadDefReg)) {
752             // We need to fold load after optimizeCmpInstr, since
753             // optimizeCmpInstr can enable folding by converting SUB to CMP.
754             // Save FoldAsLoadDefReg because optimizeLoadInstr() resets it and
755             // we need it for markUsesInDebugValueAsUndef().
756             unsigned FoldedReg = FoldAsLoadDefReg;
757             MachineInstr *DefMI = nullptr;
758             MachineInstr *FoldMI = TII->optimizeLoadInstr(MI, MRI,
759                                                           FoldAsLoadDefReg,
760                                                           DefMI);
761             if (FoldMI) {
762               // Update LocalMIs since we replaced MI with FoldMI and deleted
763               // DefMI.
764               DEBUG(dbgs() << "Replacing: " << *MI);
765               DEBUG(dbgs() << "     With: " << *FoldMI);
766               LocalMIs.erase(MI);
767               LocalMIs.erase(DefMI);
768               LocalMIs.insert(FoldMI);
769               MI->eraseFromParent();
770               DefMI->eraseFromParent();
771               MRI->markUsesInDebugValueAsUndef(FoldedReg);
772               FoldAsLoadDefCandidates.erase(FoldedReg);
773               ++NumLoadFold;
774               // MI is replaced with FoldMI.
775               Changed = true;
776               break;
777             }
778           }
779         }
780       }
781     }
782   }
784   return Changed;
787 bool ValueTracker::getNextSourceFromCopy(unsigned &SrcIdx,
788                                          unsigned &SrcSubReg) {
789   assert(Def->isCopy() && "Invalid definition");
790   // Copy instruction are supposed to be: Def = Src.
791   // If someone breaks this assumption, bad things will happen everywhere.
792   assert(Def->getDesc().getNumOperands() == 2 && "Invalid number of operands");
794   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg() != DefSubReg)
795     // If we look for a different subreg, it means we want a subreg of src.
796     // Bails as we do not support composing subreg yet.
797     return false;
798   // Otherwise, we want the whole source.
799   SrcIdx = 1;
800   SrcSubReg = Def->getOperand(SrcIdx).getSubReg();
801   return true;
804 bool ValueTracker::getNextSourceFromBitcast(unsigned &SrcIdx,
805                                             unsigned &SrcSubReg) {
806   assert(Def->isBitcast() && "Invalid definition");
808   // Bail if there are effects that a plain copy will not expose.
809   if (Def->hasUnmodeledSideEffects())
810     return false;
812   // Bitcasts with more than one def are not supported.
813   if (Def->getDesc().getNumDefs() != 1)
814     return false;
815   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg() != DefSubReg)
816     // If we look for a different subreg, it means we want a subreg of the src.
817     // Bails as we do not support composing subreg yet.
818     return false;
820   SrcIdx = Def->getDesc().getNumOperands();
821   for (unsigned OpIdx = DefIdx + 1, EndOpIdx = SrcIdx; OpIdx != EndOpIdx;
822        ++OpIdx) {
823     const MachineOperand &MO = Def->getOperand(OpIdx);
824     if (!MO.isReg() || !MO.getReg())
825       continue;
826     assert(!MO.isDef() && "We should have skipped all the definitions by now");
827     if (SrcIdx != EndOpIdx)
828       // Multiple sources?
829       return false;
830     SrcIdx = OpIdx;
831   }
832   SrcSubReg = Def->getOperand(SrcIdx).getSubReg();
833   return true;
836 bool ValueTracker::getNextSourceFromRegSequence(unsigned &SrcIdx,
837                                                 unsigned &SrcSubReg) {
838   assert(Def->isRegSequence() && "Invalid definition");
840   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg())
841     // If we are composing subreg, bails out.
842     // The case we are checking is Def.<subreg> = REG_SEQUENCE.
843     // This should almost never happen as the SSA property is tracked at
844     // the register level (as opposed to the subreg level).
845     // I.e.,
846     // Def.sub0 =
847     // Def.sub1 =
848     // is a valid SSA representation for Def.sub0 and Def.sub1, but not for
849     // Def. Thus, it must not be generated.
850     // However, some code could theoretically generates a single
851     // Def.sub0 (i.e, not defining the other subregs) and we would
852     // have this case.
853     // If we can ascertain (or force) that this never happens, we could
854     // turn that into an assertion.
855     return false;
857   // We are looking at:
858   // Def = REG_SEQUENCE v0, sub0, v1, sub1, ...
859   // Check if one of the operand defines the subreg we are interested in.
860   for (unsigned OpIdx = DefIdx + 1, EndOpIdx = Def->getNumOperands();
861        OpIdx != EndOpIdx; OpIdx += 2) {
862     const MachineOperand &MOSubIdx = Def->getOperand(OpIdx + 1);
863     assert(MOSubIdx.isImm() &&
864            "One of the subindex of the reg_sequence is not an immediate");
865     if (MOSubIdx.getImm() == DefSubReg) {
866       assert(Def->getOperand(OpIdx).isReg() &&
867              "One of the source of the reg_sequence is not a register");
868       SrcIdx = OpIdx;
869       SrcSubReg = Def->getOperand(SrcIdx).getSubReg();
870       return true;
871     }
872   }
874   // If the subreg we are tracking is super-defined by another subreg,
875   // we could follow this value. However, this would require to compose
876   // the subreg and we do not do that for now.
877   return false;
880 bool ValueTracker::getNextSourceFromInsertSubreg(unsigned &SrcIdx,
881                                                  unsigned &SrcSubReg) {
882   assert(Def->isInsertSubreg() && "Invalid definition");
883   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg())
884     // If we are composing subreg, bails out.
885     // Same remark as getNextSourceFromRegSequence.
886     // I.e., this may be turned into an assert.
887     return false;
889   // We are looking at:
890   // Def = INSERT_SUBREG v0, v1, sub1
891   // There are two cases:
892   // 1. DefSubReg == sub1, get v1.
893   // 2. DefSubReg != sub1, the value may be available through v0.
895   // #1 Check if the inserted register matches the require sub index.
896   unsigned InsertedSubReg = Def->getOperand(3).getImm();
897   if (InsertedSubReg == DefSubReg) {
898     SrcIdx = 2;
899     SrcSubReg = Def->getOperand(SrcIdx).getSubReg();
900     return true;
901   }
902   // #2 Otherwise, if the sub register we are looking for is not partial
903   // defined by the inserted element, we can look through the main
904   // register (v0).
905   // To check the overlapping we need a MRI and a TRI.
906   if (!MRI)
907     return false;
909   const MachineOperand &MODef = Def->getOperand(DefIdx);
910   const MachineOperand &MOBase = Def->getOperand(1);
911   // If the result register (Def) and the base register (v0) do not
912   // have the same register class or if we have to compose
913   // subregisters, bails out.
914   if (MRI->getRegClass(MODef.getReg()) != MRI->getRegClass(MOBase.getReg()) ||
915       MOBase.getSubReg())
916     return false;
918   // Get the TRI and check if inserted sub register overlaps with the
919   // sub register we are tracking.
920   const TargetRegisterInfo *TRI = MRI->getTargetRegisterInfo();
921   if (!TRI ||
922       (TRI->getSubRegIndexLaneMask(DefSubReg) &
923        TRI->getSubRegIndexLaneMask(InsertedSubReg)) != 0)
924     return false;
925   // At this point, the value is available in v0 via the same subreg
926   // we used for Def.
927   SrcIdx = 1;
928   SrcSubReg = DefSubReg;
929   return true;
932 bool ValueTracker::getNextSourceFromExtractSubreg(unsigned &SrcIdx,
933                                                   unsigned &SrcSubReg) {
934   assert(Def->isExtractSubreg() && "Invalid definition");
935   // We are looking at:
936   // Def = EXTRACT_SUBREG v0, sub0
938   // Bails if we have to compose sub registers.
939   // Indeed, if DefSubReg != 0, we would have to compose it with sub0.
940   if (DefSubReg)
941     return false;
943   // Bails if we have to compose sub registers.
944   // Likewise, if v0.subreg != 0, we would have to compose v0.subreg with sub0.
945   if (Def->getOperand(1).getSubReg())
946     return false;
947   // Otherwise, the value is available in the v0.sub0.
948   SrcIdx = 1;
949   SrcSubReg = Def->getOperand(2).getImm();
950   return true;
953 bool ValueTracker::getNextSourceFromSubregToReg(unsigned &SrcIdx,
954                                                 unsigned &SrcSubReg) {
955   assert(Def->isSubregToReg() && "Invalid definition");
956   // We are looking at:
957   // Def = SUBREG_TO_REG Imm, v0, sub0
959   // Bails if we have to compose sub registers.
960   // If DefSubReg != sub0, we would have to check that all the bits
961   // we track are included in sub0 and if yes, we would have to
962   // determine the right subreg in v0.
963   if (DefSubReg != Def->getOperand(3).getImm())
964     return false;
965   // Bails if we have to compose sub registers.
966   // Likewise, if v0.subreg != 0, we would have to compose it with sub0.
967   if (Def->getOperand(2).getSubReg())
968     return false;
970   SrcIdx = 2;
971   SrcSubReg = Def->getOperand(3).getImm();
972   return true;
975 bool ValueTracker::getNextSourceImpl(unsigned &SrcIdx, unsigned &SrcSubReg) {
976   assert(Def && "This method needs a valid definition");
978   assert(
979       (DefIdx < Def->getDesc().getNumDefs() || Def->getDesc().isVariadic()) &&
980       Def->getOperand(DefIdx).isDef() && "Invalid DefIdx");
981   if (Def->isCopy())
982     return getNextSourceFromCopy(SrcIdx, SrcSubReg);
983   if (Def->isBitcast())
984     return getNextSourceFromBitcast(SrcIdx, SrcSubReg);
985   // All the remaining cases involve "complex" instructions.
986   // Bails if we did not ask for the advanced tracking.
987   if (!UseAdvancedTracking)
988     return false;
989   if (Def->isRegSequence())
990     return getNextSourceFromRegSequence(SrcIdx, SrcSubReg);
991   if (Def->isInsertSubreg())
992     return getNextSourceFromInsertSubreg(SrcIdx, SrcSubReg);
993   if (Def->isExtractSubreg())
994     return getNextSourceFromExtractSubreg(SrcIdx, SrcSubReg);
995   if (Def->isSubregToReg())
996     return getNextSourceFromSubregToReg(SrcIdx, SrcSubReg);
997   return false;
1000 const MachineInstr *ValueTracker::getNextSource(unsigned &SrcIdx,
1001                                                 unsigned &SrcSubReg) {
1002   // If we reach a point where we cannot move up in the use-def chain,
1003   // there is nothing we can get.
1004   if (!Def)
1005     return nullptr;
1007   const MachineInstr *PrevDef = nullptr;
1008   // Try to find the next source.
1009   if (getNextSourceImpl(SrcIdx, SrcSubReg)) {
1010     // Update definition, definition index, and subregister for the
1011     // next call of getNextSource.
1012     const MachineOperand &MO = Def->getOperand(SrcIdx);
1013     assert(MO.isReg() && !MO.isDef() && "Source is invalid");
1014     // Update the current register.
1015     Reg = MO.getReg();
1016     // Update the return value before moving up in the use-def chain.
1017     PrevDef = Def;
1018     // If we can still move up in the use-def chain, move to the next
1019     // defintion.
1020     if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) {
1021       Def = MRI->getVRegDef(Reg);
1022       DefIdx = MRI->def_begin(Reg).getOperandNo();
1023       DefSubReg = SrcSubReg;
1024       return PrevDef;
1025     }
1026   }
1027   // If we end up here, this means we will not be able to find another source
1028   // for the next iteration.
1029   // Make sure any new call to getNextSource bails out early by cutting the
1030   // use-def chain.
1031   Def = nullptr;
1032   return PrevDef;