lib/CodeGen/TwoAddressInstructionPass.cpp

   1 //===-- TwoAddressInstructionPass.cpp - Two-Address instruction 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 file implements the TwoAddress instruction pass which is used
  11 // by most register allocators. Two-Address instructions are rewritten
  12 // from:
  13 //
  14 //     A = B op C
  15 //
  16 // to:
  17 //
  18 //     A = B
  19 //     A op= C
  20 //
  21 // Note that if a register allocator chooses to use this pass, that it
  22 // has to be capable of handling the non-SSA nature of these rewritten
  23 // virtual registers.
  24 //
  25 // It is also worth noting that the duplicate operand of the two
  26 // address instruction is removed.
  27 //
  28 //===----------------------------------------------------------------------===//
  29
  30 #define DEBUG_TYPE "twoaddrinstr"
  31 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  32 #include "llvm/Function.h"
  33 #include "llvm/CodeGen/LiveVariables.h"
  34 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
  35 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
  36 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
  37 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  38 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  39 #include "llvm/MC/MCInstrItineraries.h"
  40 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
  41 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  42 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  43 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
  44 #include "llvm/Support/Debug.h"
  45 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  46 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
  47 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  48 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
  49 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  50 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  51 using namespace llvm;
  52
  53 STATISTIC(NumTwoAddressInstrs, "Number of two-address instructions");
  54 STATISTIC(NumCommuted        , "Number of instructions commuted to coalesce");
  55 STATISTIC(NumAggrCommuted    , "Number of instructions aggressively commuted");
  56 STATISTIC(NumConvertedTo3Addr, "Number of instructions promoted to 3-address");
  57 STATISTIC(Num3AddrSunk,        "Number of 3-address instructions sunk");
  58 STATISTIC(NumReMats,           "Number of instructions re-materialized");
  59 STATISTIC(NumDeletes,          "Number of dead instructions deleted");
  60 STATISTIC(NumReSchedUps,       "Number of instructions re-scheduled up");
  61 STATISTIC(NumReSchedDowns,     "Number of instructions re-scheduled down");
  62
  63 namespace {
  64   class TwoAddressInstructionPass : public MachineFunctionPass {
  65     const TargetInstrInfo *TII;
  66     const TargetRegisterInfo *TRI;
  67     const InstrItineraryData *InstrItins;
  68     MachineRegisterInfo *MRI;
  69     LiveVariables *LV;
  70     AliasAnalysis *AA;
  71     CodeGenOpt::Level OptLevel;
  72
  73     // DistanceMap - Keep track the distance of a MI from the start of the
  74     // current basic block.
  75     DenseMap<MachineInstr*, unsigned> DistanceMap;
  76
  77     // SrcRegMap - A map from virtual registers to physical registers which
  78     // are likely targets to be coalesced to due to copies from physical
  79     // registers to virtual registers. e.g. v1024 = move r0.
  80     DenseMap<unsigned, unsigned> SrcRegMap;
  81
  82     // DstRegMap - A map from virtual registers to physical registers which
  83     // are likely targets to be coalesced to due to copies to physical
  84     // registers from virtual registers. e.g. r1 = move v1024.
  85     DenseMap<unsigned, unsigned> DstRegMap;
  86
  87     /// RegSequences - Keep track the list of REG_SEQUENCE instructions seen
  88     /// during the initial walk of the machine function.
  89     SmallVector<MachineInstr*, 16> RegSequences;
  90
  91     bool Sink3AddrInstruction(MachineBasicBlock *MBB, MachineInstr *MI,
  92                               unsigned Reg,
  93                               MachineBasicBlock::iterator OldPos);
  94
  95     bool isProfitableToReMat(unsigned Reg, const TargetRegisterClass *RC,
  96                              MachineInstr *MI, MachineInstr *DefMI,
  97                              MachineBasicBlock *MBB, unsigned Loc);
  98
  99     bool NoUseAfterLastDef(unsigned Reg, MachineBasicBlock *MBB, unsigned Dist,
 100                            unsigned &LastDef);
 101
 102     MachineInstr *FindLastUseInMBB(unsigned Reg, MachineBasicBlock *MBB,
 103                                    unsigned Dist);
 104
 105     bool isProfitableToCommute(unsigned regA, unsigned regB, unsigned regC,
 106                                MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
 107                                unsigned Dist);
 108
 109     bool CommuteInstruction(MachineBasicBlock::iterator &mi,
 110                             MachineFunction::iterator &mbbi,
 111                             unsigned RegB, unsigned RegC, unsigned Dist);
 112
 113     bool isProfitableToConv3Addr(unsigned RegA, unsigned RegB);
 114
 115     bool ConvertInstTo3Addr(MachineBasicBlock::iterator &mi,
 116                             MachineBasicBlock::iterator &nmi,
 117                             MachineFunction::iterator &mbbi,
 118                             unsigned RegA, unsigned RegB, unsigned Dist);
 119
 120     typedef std::pair<std::pair<unsigned, bool>, MachineInstr*> NewKill;
 121     bool canUpdateDeletedKills(SmallVector<unsigned, 4> &Kills,
 122                                SmallVector<NewKill, 4> &NewKills,
 123                                MachineBasicBlock *MBB, unsigned Dist);
 124     bool DeleteUnusedInstr(MachineBasicBlock::iterator &mi,
 125                            MachineBasicBlock::iterator &nmi,
 126                            MachineFunction::iterator &mbbi, unsigned Dist);
 127
 128     bool isDefTooClose(unsigned Reg, unsigned Dist,
 129                        MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB);
 130
 131     bool RescheduleMIBelowKill(MachineBasicBlock *MBB,
 132                                MachineBasicBlock::iterator &mi,
 133                                MachineBasicBlock::iterator &nmi,
 134                                unsigned Reg);
 135     bool RescheduleKillAboveMI(MachineBasicBlock *MBB,
 136                                MachineBasicBlock::iterator &mi,
 137                                MachineBasicBlock::iterator &nmi,
 138                                unsigned Reg);
 139
 140     bool TryInstructionTransform(MachineBasicBlock::iterator &mi,
 141                                  MachineBasicBlock::iterator &nmi,
 142                                  MachineFunction::iterator &mbbi,
 143                                  unsigned SrcIdx, unsigned DstIdx,
 144                                  unsigned Dist,
 145                                  SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> &Processed);
 146
 147     void ScanUses(unsigned DstReg, MachineBasicBlock *MBB,
 148                   SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> &Processed);
 149
 150     void ProcessCopy(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
 151                      SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> &Processed);
 152
 153     void CoalesceExtSubRegs(SmallVector<unsigned,4> &Srcs, unsigned DstReg);
 154
 155     /// EliminateRegSequences - Eliminate REG_SEQUENCE instructions as part
 156     /// of the de-ssa process. This replaces sources of REG_SEQUENCE as
 157     /// sub-register references of the register defined by REG_SEQUENCE.
 158     bool EliminateRegSequences();
 159
 160   public:
 161     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
 162     TwoAddressInstructionPass() : MachineFunctionPass(ID) {
 163       initializeTwoAddressInstructionPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 164     }
 165
 166     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 167       AU.setPreservesCFG();
 168       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
 169       AU.addPreserved<LiveVariables>();
 170       AU.addPreservedID(MachineLoopInfoID);
 171       AU.addPreservedID(MachineDominatorsID);
 172       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
 173     }
 174
 175     /// runOnMachineFunction - Pass entry point.
 176     bool runOnMachineFunction(MachineFunction&);
 177   };
 178 }
 179
 180 char TwoAddressInstructionPass::ID = 0;
 181 INITIALIZE_PASS_BEGIN(TwoAddressInstructionPass, "twoaddressinstruction",
 182                 "Two-Address instruction pass", false, false)
 183 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
 184 INITIALIZE_PASS_END(TwoAddressInstructionPass, "twoaddressinstruction",
 185                 "Two-Address instruction pass", false, false)
 186
 187 char &llvm::TwoAddressInstructionPassID = TwoAddressInstructionPass::ID;
 188
 189 /// Sink3AddrInstruction - A two-address instruction has been converted to a
 190 /// three-address instruction to avoid clobbering a register. Try to sink it
 191 /// past the instruction that would kill the above mentioned register to reduce
 192 /// register pressure.
 193 bool TwoAddressInstructionPass::Sink3AddrInstruction(MachineBasicBlock *MBB,
 194                                            MachineInstr *MI, unsigned SavedReg,
 195                                            MachineBasicBlock::iterator OldPos) {
 196   // FIXME: Shouldn't we be trying to do this before we three-addressify the
 197   // instruction?  After this transformation is done, we no longer need
 198   // the instruction to be in three-address form.
 199
 200   // Check if it's safe to move this instruction.
 201   bool SeenStore = true; // Be conservative.
 202   if (!MI->isSafeToMove(TII, AA, SeenStore))
 203     return false;
 204
 205   unsigned DefReg = 0;
 206   SmallSet<unsigned, 4> UseRegs;
 207
 208   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 209     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
 210     if (!MO.isReg())
 211       continue;
 212     unsigned MOReg = MO.getReg();
 213     if (!MOReg)
 214       continue;
 215     if (MO.isUse() && MOReg != SavedReg)
 216       UseRegs.insert(MO.getReg());
 217     if (!MO.isDef())
 218       continue;
 219     if (MO.isImplicit())
 220       // Don't try to move it if it implicitly defines a register.
 221       return false;
 222     if (DefReg)
 223       // For now, don't move any instructions that define multiple registers.
 224       return false;
 225     DefReg = MO.getReg();
 226   }
 227
 228   // Find the instruction that kills SavedReg.
 229   MachineInstr *KillMI = NULL;
 230   for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator
 231          UI = MRI->use_nodbg_begin(SavedReg),
 232          UE = MRI->use_nodbg_end(); UI != UE; ++UI) {
 233     MachineOperand &UseMO = UI.getOperand();
 234     if (!UseMO.isKill())
 235       continue;
 236     KillMI = UseMO.getParent();
 237     break;
 238   }
 239
 240   // If we find the instruction that kills SavedReg, and it is in an
 241   // appropriate location, we can try to sink the current instruction
 242   // past it.
 243   if (!KillMI || KillMI->getParent() != MBB || KillMI == MI ||
 244       KillMI->isTerminator())
 245     return false;
 246
 247   // If any of the definitions are used by another instruction between the
 248   // position and the kill use, then it's not safe to sink it.
 249   //
 250   // FIXME: This can be sped up if there is an easy way to query whether an
 251   // instruction is before or after another instruction. Then we can use
 252   // MachineRegisterInfo def / use instead.
 253   MachineOperand *KillMO = NULL;
 254   MachineBasicBlock::iterator KillPos = KillMI;
 255   ++KillPos;
 256
 257   unsigned NumVisited = 0;
 258   for (MachineBasicBlock::iterator I = llvm::next(OldPos); I != KillPos; ++I) {
 259     MachineInstr *OtherMI = I;
 260     // DBG_VALUE cannot be counted against the limit.
 261     if (OtherMI->isDebugValue())
 262       continue;
 263     if (NumVisited > 30)  // FIXME: Arbitrary limit to reduce compile time cost.
 264       return false;
 265     ++NumVisited;
 266     for (unsigned i = 0, e = OtherMI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 267       MachineOperand &MO = OtherMI->getOperand(i);
 268       if (!MO.isReg())
 269         continue;
 270       unsigned MOReg = MO.getReg();
 271       if (!MOReg)
 272         continue;
 273       if (DefReg == MOReg)
 274         return false;
 275
 276       if (MO.isKill()) {
 277         if (OtherMI == KillMI && MOReg == SavedReg)
 278           // Save the operand that kills the register. We want to unset the kill
 279           // marker if we can sink MI past it.
 280           KillMO = &MO;
 281         else if (UseRegs.count(MOReg))
 282           // One of the uses is killed before the destination.
 283           return false;
 284       }
 285     }
 286   }
 287
 288   // Update kill and LV information.
 289   KillMO->setIsKill(false);
 290   KillMO = MI->findRegisterUseOperand(SavedReg, false, TRI);
 291   KillMO->setIsKill(true);
 292
 293   if (LV)
 294     LV->replaceKillInstruction(SavedReg, KillMI, MI);
 295
 296   // Move instruction to its destination.
 297   MBB->remove(MI);
 298   MBB->insert(KillPos, MI);
 299
 300   ++Num3AddrSunk;
 301   return true;
 302 }
 303
 304 /// isTwoAddrUse - Return true if the specified MI is using the specified
 305 /// register as a two-address operand.
 306 static bool isTwoAddrUse(MachineInstr *UseMI, unsigned Reg) {
 307   const MCInstrDesc &MCID = UseMI->getDesc();
 308   for (unsigned i = 0, e = MCID.getNumOperands(); i != e; ++i) {
 309     MachineOperand &MO = UseMI->getOperand(i);
 310     if (MO.isReg() && MO.getReg() == Reg &&
 311         (MO.isDef() || UseMI->isRegTiedToDefOperand(i)))
 312       // Earlier use is a two-address one.
 313       return true;
 314   }
 315   return false;
 316 }
 317
 318 /// isProfitableToReMat - Return true if the heuristics determines it is likely
 319 /// to be profitable to re-materialize the definition of Reg rather than copy
 320 /// the register.
 321 bool
 322 TwoAddressInstructionPass::isProfitableToReMat(unsigned Reg,
 323                                          const TargetRegisterClass *RC,
 324                                          MachineInstr *MI, MachineInstr *DefMI,
 325                                          MachineBasicBlock *MBB, unsigned Loc) {
 326   bool OtherUse = false;
 327   for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator UI = MRI->use_nodbg_begin(Reg),
 328          UE = MRI->use_nodbg_end(); UI != UE; ++UI) {
 329     MachineOperand &UseMO = UI.getOperand();
 330     MachineInstr *UseMI = UseMO.getParent();
 331     MachineBasicBlock *UseMBB = UseMI->getParent();
 332     if (UseMBB == MBB) {
 333       DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DI = DistanceMap.find(UseMI);
 334       if (DI != DistanceMap.end() && DI->second == Loc)
 335         continue;  // Current use.
 336       OtherUse = true;
 337       // There is at least one other use in the MBB that will clobber the
 338       // register.
 339       if (isTwoAddrUse(UseMI, Reg))
 340         return true;
 341     }
 342   }
 343
 344   // If other uses in MBB are not two-address uses, then don't remat.
 345   if (OtherUse)
 346     return false;
 347
 348   // No other uses in the same block, remat if it's defined in the same
 349   // block so it does not unnecessarily extend the live range.
 350   return MBB == DefMI->getParent();
 351 }
 352
 353 /// NoUseAfterLastDef - Return true if there are no intervening uses between the
 354 /// last instruction in the MBB that defines the specified register and the
 355 /// two-address instruction which is being processed. It also returns the last
 356 /// def location by reference
 357 bool TwoAddressInstructionPass::NoUseAfterLastDef(unsigned Reg,
 358                                            MachineBasicBlock *MBB, unsigned Dist,
 359                                            unsigned &LastDef) {
 360   LastDef = 0;
 361   unsigned LastUse = Dist;
 362   for (MachineRegisterInfo::reg_iterator I = MRI->reg_begin(Reg),
 363          E = MRI->reg_end(); I != E; ++I) {
 364     MachineOperand &MO = I.getOperand();
 365     MachineInstr *MI = MO.getParent();
 366     if (MI->getParent() != MBB || MI->isDebugValue())
 367       continue;
 368     DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DI = DistanceMap.find(MI);
 369     if (DI == DistanceMap.end())
 370       continue;
 371     if (MO.isUse() && DI->second < LastUse)
 372       LastUse = DI->second;
 373     if (MO.isDef() && DI->second > LastDef)
 374       LastDef = DI->second;
 375   }
 376
 377   return !(LastUse > LastDef && LastUse < Dist);
 378 }
 379
 380 MachineInstr *TwoAddressInstructionPass::FindLastUseInMBB(unsigned Reg,
 381                                                          MachineBasicBlock *MBB,
 382                                                          unsigned Dist) {
 383   unsigned LastUseDist = 0;
 384   MachineInstr *LastUse = 0;
 385   for (MachineRegisterInfo::reg_iterator I = MRI->reg_begin(Reg),
 386          E = MRI->reg_end(); I != E; ++I) {
 387     MachineOperand &MO = I.getOperand();
 388     MachineInstr *MI = MO.getParent();
 389     if (MI->getParent() != MBB || MI->isDebugValue())
 390       continue;
 391     DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DI = DistanceMap.find(MI);
 392     if (DI == DistanceMap.end())
 393       continue;
 394     if (DI->second >= Dist)
 395       continue;
 396
 397     if (MO.isUse() && DI->second > LastUseDist) {
 398       LastUse = DI->first;
 399       LastUseDist = DI->second;
 400     }
 401   }
 402   return LastUse;
 403 }
 404
 405 /// isCopyToReg - Return true if the specified MI is a copy instruction or
 406 /// a extract_subreg instruction. It also returns the source and destination
 407 /// registers and whether they are physical registers by reference.
 408 static bool isCopyToReg(MachineInstr &MI, const TargetInstrInfo *TII,
 409                         unsigned &SrcReg, unsigned &DstReg,
 410                         bool &IsSrcPhys, bool &IsDstPhys) {
 411   SrcReg = 0;
 412   DstReg = 0;
 413   if (MI.isCopy()) {
 414     DstReg = MI.getOperand(0).getReg();
 415     SrcReg = MI.getOperand(1).getReg();
 416   } else if (MI.isInsertSubreg() || MI.isSubregToReg()) {
 417     DstReg = MI.getOperand(0).getReg();
 418     SrcReg = MI.getOperand(2).getReg();
 419   } else
 420     return false;
 421
 422   IsSrcPhys = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg);
 423   IsDstPhys = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DstReg);
 424   return true;
 425 }
 426
 427 /// isKilled - Test if the given register value, which is used by the given
 428 /// instruction, is killed by the given instruction. This looks through
 429 /// coalescable copies to see if the original value is potentially not killed.
 430 ///
 431 /// For example, in this code:
 432 ///
 433 ///   %reg1034 = copy %reg1024
 434 ///   %reg1035 = copy %reg1025<kill>
 435 ///   %reg1036 = add %reg1034<kill>, %reg1035<kill>
 436 ///
 437 /// %reg1034 is not considered to be killed, since it is copied from a
 438 /// register which is not killed. Treating it as not killed lets the
 439 /// normal heuristics commute the (two-address) add, which lets
 440 /// coalescing eliminate the extra copy.
 441 ///
 442 static bool isKilled(MachineInstr &MI, unsigned Reg,
 443                      const MachineRegisterInfo *MRI,
 444                      const TargetInstrInfo *TII) {
 445   MachineInstr *DefMI = &MI;
 446   for (;;) {
 447     if (!DefMI->killsRegister(Reg))
 448       return false;
 449     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
 450       return true;
 451     MachineRegisterInfo::def_iterator Begin = MRI->def_begin(Reg);
 452     // If there are multiple defs, we can't do a simple analysis, so just
 453     // go with what the kill flag says.
 454     if (llvm::next(Begin) != MRI->def_end())
 455       return true;
 456     DefMI = &*Begin;
 457     bool IsSrcPhys, IsDstPhys;
 458     unsigned SrcReg,  DstReg;
 459     // If the def is something other than a copy, then it isn't going to
 460     // be coalesced, so follow the kill flag.
 461     if (!isCopyToReg(*DefMI, TII, SrcReg, DstReg, IsSrcPhys, IsDstPhys))
 462       return true;
 463     Reg = SrcReg;
 464   }
 465 }
 466
 467 /// isTwoAddrUse - Return true if the specified MI uses the specified register
 468 /// as a two-address use. If so, return the destination register by reference.
 469 static bool isTwoAddrUse(MachineInstr &MI, unsigned Reg, unsigned &DstReg) {
 470   const MCInstrDesc &MCID = MI.getDesc();
 471   unsigned NumOps = MI.isInlineAsm()
 472     ? MI.getNumOperands() : MCID.getNumOperands();
 473   for (unsigned i = 0; i != NumOps; ++i) {
 474     const MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
 475     if (!MO.isReg() || !MO.isUse() || MO.getReg() != Reg)
 476       continue;
 477     unsigned ti;
 478     if (MI.isRegTiedToDefOperand(i, &ti)) {
 479       DstReg = MI.getOperand(ti).getReg();
 480       return true;
 481     }
 482   }
 483   return false;
 484 }
 485
 486 /// findOnlyInterestingUse - Given a register, if has a single in-basic block
 487 /// use, return the use instruction if it's a copy or a two-address use.
 488 static
 489 MachineInstr *findOnlyInterestingUse(unsigned Reg, MachineBasicBlock *MBB,
 490                                      MachineRegisterInfo *MRI,
 491                                      const TargetInstrInfo *TII,
 492                                      bool &IsCopy,
 493                                      unsigned &DstReg, bool &IsDstPhys) {
 494   if (!MRI->hasOneNonDBGUse(Reg))
 495     // None or more than one use.
 496     return 0;
 497   MachineInstr &UseMI = *MRI->use_nodbg_begin(Reg);
 498   if (UseMI.getParent() != MBB)
 499     return 0;
 500   unsigned SrcReg;
 501   bool IsSrcPhys;
 502   if (isCopyToReg(UseMI, TII, SrcReg, DstReg, IsSrcPhys, IsDstPhys)) {
 503     IsCopy = true;
 504     return &UseMI;
 505   }
 506   IsDstPhys = false;
 507   if (isTwoAddrUse(UseMI, Reg, DstReg)) {
 508     IsDstPhys = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DstReg);
 509     return &UseMI;
 510   }
 511   return 0;
 512 }
 513
 514 /// getMappedReg - Return the physical register the specified virtual register
 515 /// might be mapped to.
 516 static unsigned
 517 getMappedReg(unsigned Reg, DenseMap<unsigned, unsigned> &RegMap) {
 518   while (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))  {
 519     DenseMap<unsigned, unsigned>::iterator SI = RegMap.find(Reg);
 520     if (SI == RegMap.end())
 521       return 0;
 522     Reg = SI->second;
 523   }
 524   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
 525     return Reg;
 526   return 0;
 527 }
 528
 529 /// regsAreCompatible - Return true if the two registers are equal or aliased.
 530 ///
 531 static bool
 532 regsAreCompatible(unsigned RegA, unsigned RegB, const TargetRegisterInfo *TRI) {
 533   if (RegA == RegB)
 534     return true;
 535   if (!RegA || !RegB)
 536     return false;
 537   return TRI->regsOverlap(RegA, RegB);
 538 }
 539
 540
 541 /// isProfitableToReMat - Return true if it's potentially profitable to commute
 542 /// the two-address instruction that's being processed.
 543 bool
 544 TwoAddressInstructionPass::isProfitableToCommute(unsigned regA, unsigned regB,
 545                                        unsigned regC,
 546                                        MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
 547                                        unsigned Dist) {
 548   if (OptLevel == CodeGenOpt::None)
 549     return false;
 550
 551   // Determine if it's profitable to commute this two address instruction. In
 552   // general, we want no uses between this instruction and the definition of
 553   // the two-address register.
 554   // e.g.
 555   // %reg1028<def> = EXTRACT_SUBREG %reg1027<kill>, 1
 556   // %reg1029<def> = MOV8rr %reg1028
 557   // %reg1029<def> = SHR8ri %reg1029, 7, %EFLAGS<imp-def,dead>
 558   // insert => %reg1030<def> = MOV8rr %reg1028
 559   // %reg1030<def> = ADD8rr %reg1028<kill>, %reg1029<kill>, %EFLAGS<imp-def,dead>
 560   // In this case, it might not be possible to coalesce the second MOV8rr
 561   // instruction if the first one is coalesced. So it would be profitable to
 562   // commute it:
 563   // %reg1028<def> = EXTRACT_SUBREG %reg1027<kill>, 1
 564   // %reg1029<def> = MOV8rr %reg1028
 565   // %reg1029<def> = SHR8ri %reg1029, 7, %EFLAGS<imp-def,dead>
 566   // insert => %reg1030<def> = MOV8rr %reg1029
 567   // %reg1030<def> = ADD8rr %reg1029<kill>, %reg1028<kill>, %EFLAGS<imp-def,dead>
 568
 569   if (!MI->killsRegister(regC))
 570     return false;
 571
 572   // Ok, we have something like:
 573   // %reg1030<def> = ADD8rr %reg1028<kill>, %reg1029<kill>, %EFLAGS<imp-def,dead>
 574   // let's see if it's worth commuting it.
 575
 576   // Look for situations like this:
 577   // %reg1024<def> = MOV r1
 578   // %reg1025<def> = MOV r0
 579   // %reg1026<def> = ADD %reg1024, %reg1025
 580   // r0            = MOV %reg1026
 581   // Commute the ADD to hopefully eliminate an otherwise unavoidable copy.
 582   unsigned ToRegA = getMappedReg(regA, DstRegMap);
 583   if (ToRegA) {
 584     unsigned FromRegB = getMappedReg(regB, SrcRegMap);
 585     unsigned FromRegC = getMappedReg(regC, SrcRegMap);
 586     bool BComp = !FromRegB || regsAreCompatible(FromRegB, ToRegA, TRI);
 587     bool CComp = !FromRegC || regsAreCompatible(FromRegC, ToRegA, TRI);
 588     if (BComp != CComp)
 589       return !BComp && CComp;
 590   }
 591
 592   // If there is a use of regC between its last def (could be livein) and this
 593   // instruction, then bail.
 594   unsigned LastDefC = 0;
 595   if (!NoUseAfterLastDef(regC, MBB, Dist, LastDefC))
 596     return false;
 597
 598   // If there is a use of regB between its last def (could be livein) and this
 599   // instruction, then go ahead and make this transformation.
 600   unsigned LastDefB = 0;
 601   if (!NoUseAfterLastDef(regB, MBB, Dist, LastDefB))
 602     return true;
 603
 604   // Since there are no intervening uses for both registers, then commute
 605   // if the def of regC is closer. Its live interval is shorter.
 606   return LastDefB && LastDefC && LastDefC > LastDefB;
 607 }
 608
 609 /// CommuteInstruction - Commute a two-address instruction and update the basic
 610 /// block, distance map, and live variables if needed. Return true if it is
 611 /// successful.
 612 bool
 613 TwoAddressInstructionPass::CommuteInstruction(MachineBasicBlock::iterator &mi,
 614                                MachineFunction::iterator &mbbi,
 615                                unsigned RegB, unsigned RegC, unsigned Dist) {
 616   MachineInstr *MI = mi;
 617   DEBUG(dbgs() << "2addr: COMMUTING  : " << *MI);
 618   MachineInstr *NewMI = TII->commuteInstruction(MI);
 619
 620   if (NewMI == 0) {
 621     DEBUG(dbgs() << "2addr: COMMUTING FAILED!\n");
 622     return false;
 623   }
 624
 625   DEBUG(dbgs() << "2addr: COMMUTED TO: " << *NewMI);
 626   // If the instruction changed to commute it, update livevar.
 627   if (NewMI != MI) {
 628     if (LV)
 629       // Update live variables
 630       LV->replaceKillInstruction(RegC, MI, NewMI);
 631
 632     mbbi->insert(mi, NewMI);           // Insert the new inst
 633     mbbi->erase(mi);                   // Nuke the old inst.
 634     mi = NewMI;
 635     DistanceMap.insert(std::make_pair(NewMI, Dist));
 636   }
 637
 638   // Update source register map.
 639   unsigned FromRegC = getMappedReg(RegC, SrcRegMap);
 640   if (FromRegC) {
 641     unsigned RegA = MI->getOperand(0).getReg();
 642     SrcRegMap[RegA] = FromRegC;
 643   }
 644
 645   return true;
 646 }
 647
 648 /// isProfitableToConv3Addr - Return true if it is profitable to convert the
 649 /// given 2-address instruction to a 3-address one.
 650 bool
 651 TwoAddressInstructionPass::isProfitableToConv3Addr(unsigned RegA,unsigned RegB){
 652   // Look for situations like this:
 653   // %reg1024<def> = MOV r1
 654   // %reg1025<def> = MOV r0
 655   // %reg1026<def> = ADD %reg1024, %reg1025
 656   // r2            = MOV %reg1026
 657   // Turn ADD into a 3-address instruction to avoid a copy.
 658   unsigned FromRegB = getMappedReg(RegB, SrcRegMap);
 659   if (!FromRegB)
 660     return false;
 661   unsigned ToRegA = getMappedReg(RegA, DstRegMap);
 662   return (ToRegA && !regsAreCompatible(FromRegB, ToRegA, TRI));
 663 }
 664
 665 /// ConvertInstTo3Addr - Convert the specified two-address instruction into a
 666 /// three address one. Return true if this transformation was successful.
 667 bool
 668 TwoAddressInstructionPass::ConvertInstTo3Addr(MachineBasicBlock::iterator &mi,
 669                                               MachineBasicBlock::iterator &nmi,
 670                                               MachineFunction::iterator &mbbi,
 671                                               unsigned RegA, unsigned RegB,
 672                                               unsigned Dist) {
 673   MachineInstr *NewMI = TII->convertToThreeAddress(mbbi, mi, LV);
 674   if (NewMI) {
 675     DEBUG(dbgs() << "2addr: CONVERTING 2-ADDR: " << *mi);
 676     DEBUG(dbgs() << "2addr:         TO 3-ADDR: " << *NewMI);
 677     bool Sunk = false;
 678
 679     if (NewMI->findRegisterUseOperand(RegB, false, TRI))
 680       // FIXME: Temporary workaround. If the new instruction doesn't
 681       // uses RegB, convertToThreeAddress must have created more
 682       // then one instruction.
 683       Sunk = Sink3AddrInstruction(mbbi, NewMI, RegB, mi);
 684
 685     mbbi->erase(mi); // Nuke the old inst.
 686
 687     if (!Sunk) {
 688       DistanceMap.insert(std::make_pair(NewMI, Dist));
 689       mi = NewMI;
 690       nmi = llvm::next(mi);
 691     }
 692
 693     // Update source and destination register maps.
 694     SrcRegMap.erase(RegA);
 695     DstRegMap.erase(RegB);
 696     return true;
 697   }
 698
 699   return false;
 700 }
 701
 702 /// ScanUses - Scan forward recursively for only uses, update maps if the use
 703 /// is a copy or a two-address instruction.
 704 void
 705 TwoAddressInstructionPass::ScanUses(unsigned DstReg, MachineBasicBlock *MBB,
 706                                     SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> &Processed) {
 707   SmallVector<unsigned, 4> VirtRegPairs;
 708   bool IsDstPhys;
 709   bool IsCopy = false;
 710   unsigned NewReg = 0;
 711   unsigned Reg = DstReg;
 712   while (MachineInstr *UseMI = findOnlyInterestingUse(Reg, MBB, MRI, TII,IsCopy,
 713                                                       NewReg, IsDstPhys)) {
 714     if (IsCopy && !Processed.insert(UseMI))
 715       break;
 716
 717     DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DI = DistanceMap.find(UseMI);
 718     if (DI != DistanceMap.end())
 719       // Earlier in the same MBB.Reached via a back edge.
 720       break;
 721
 722     if (IsDstPhys) {
 723       VirtRegPairs.push_back(NewReg);
 724       break;
 725     }
 726     bool isNew = SrcRegMap.insert(std::make_pair(NewReg, Reg)).second;
 727     if (!isNew)
 728       assert(SrcRegMap[NewReg] == Reg && "Can't map to two src registers!");
 729     VirtRegPairs.push_back(NewReg);
 730     Reg = NewReg;
 731   }
 732
 733   if (!VirtRegPairs.empty()) {
 734     unsigned ToReg = VirtRegPairs.back();
 735     VirtRegPairs.pop_back();
 736     while (!VirtRegPairs.empty()) {
 737       unsigned FromReg = VirtRegPairs.back();
 738       VirtRegPairs.pop_back();
 739       bool isNew = DstRegMap.insert(std::make_pair(FromReg, ToReg)).second;
 740       if (!isNew)
 741         assert(DstRegMap[FromReg] == ToReg &&"Can't map to two dst registers!");
 742       ToReg = FromReg;
 743     }
 744     bool isNew = DstRegMap.insert(std::make_pair(DstReg, ToReg)).second;
 745     if (!isNew)
 746       assert(DstRegMap[DstReg] == ToReg && "Can't map to two dst registers!");
 747   }
 748 }
 749
 750 /// ProcessCopy - If the specified instruction is not yet processed, process it
 751 /// if it's a copy. For a copy instruction, we find the physical registers the
 752 /// source and destination registers might be mapped to. These are kept in
 753 /// point-to maps used to determine future optimizations. e.g.
 754 /// v1024 = mov r0
 755 /// v1025 = mov r1
 756 /// v1026 = add v1024, v1025
 757 /// r1    = mov r1026
 758 /// If 'add' is a two-address instruction, v1024, v1026 are both potentially
 759 /// coalesced to r0 (from the input side). v1025 is mapped to r1. v1026 is
 760 /// potentially joined with r1 on the output side. It's worthwhile to commute
 761 /// 'add' to eliminate a copy.
 762 void TwoAddressInstructionPass::ProcessCopy(MachineInstr *MI,
 763                                      MachineBasicBlock *MBB,
 764                                      SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> &Processed) {
 765   if (Processed.count(MI))
 766     return;
 767
 768   bool IsSrcPhys, IsDstPhys;
 769   unsigned SrcReg, DstReg;
 770   if (!isCopyToReg(*MI, TII, SrcReg, DstReg, IsSrcPhys, IsDstPhys))
 771     return;
 772
 773   if (IsDstPhys && !IsSrcPhys)
 774     DstRegMap.insert(std::make_pair(SrcReg, DstReg));
 775   else if (!IsDstPhys && IsSrcPhys) {
 776     bool isNew = SrcRegMap.insert(std::make_pair(DstReg, SrcReg)).second;
 777     if (!isNew)
 778       assert(SrcRegMap[DstReg] == SrcReg &&
 779              "Can't map to two src physical registers!");
 780
 781     ScanUses(DstReg, MBB, Processed);
 782   }
 783
 784   Processed.insert(MI);
 785   return;
 786 }
 787
 788 /// isSafeToDelete - If the specified instruction does not produce any side
 789 /// effects and all of its defs are dead, then it's safe to delete.
 790 static bool isSafeToDelete(MachineInstr *MI,
 791                            const TargetInstrInfo *TII,
 792                            SmallVector<unsigned, 4> &Kills) {
 793   if (MI->mayStore() || MI->isCall())
 794     return false;
 795   if (MI->isTerminator() || MI->hasUnmodeledSideEffects())
 796     return false;
 797
 798   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 799     MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
 800     if (!MO.isReg())
 801       continue;
 802     if (MO.isDef() && !MO.isDead())
 803       return false;
 804     if (MO.isUse() && MO.isKill())
 805       Kills.push_back(MO.getReg());
 806   }
 807   return true;
 808 }
 809
 810 /// canUpdateDeletedKills - Check if all the registers listed in Kills are
 811 /// killed by instructions in MBB preceding the current instruction at
 812 /// position Dist.  If so, return true and record information about the
 813 /// preceding kills in NewKills.
 814 bool TwoAddressInstructionPass::
 815 canUpdateDeletedKills(SmallVector<unsigned, 4> &Kills,
 816                       SmallVector<NewKill, 4> &NewKills,
 817                       MachineBasicBlock *MBB, unsigned Dist) {
 818   while (!Kills.empty()) {
 819     unsigned Kill = Kills.back();
 820     Kills.pop_back();
 821     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Kill))
 822       return false;
 823
 824     MachineInstr *LastKill = FindLastUseInMBB(Kill, MBB, Dist);
 825     if (!LastKill)
 826       return false;
 827
 828     bool isModRef = LastKill->definesRegister(Kill);
 829     NewKills.push_back(std::make_pair(std::make_pair(Kill, isModRef),
 830                                       LastKill));
 831   }
 832   return true;
 833 }
 834
 835 /// DeleteUnusedInstr - If an instruction with a tied register operand can
 836 /// be safely deleted, just delete it.
 837 bool
 838 TwoAddressInstructionPass::DeleteUnusedInstr(MachineBasicBlock::iterator &mi,
 839                                              MachineBasicBlock::iterator &nmi,
 840                                              MachineFunction::iterator &mbbi,
 841                                              unsigned Dist) {
 842   // Check if the instruction has no side effects and if all its defs are dead.
 843   SmallVector<unsigned, 4> Kills;
 844   if (!isSafeToDelete(mi, TII, Kills))
 845     return false;
 846
 847   // If this instruction kills some virtual registers, we need to
 848   // update the kill information. If it's not possible to do so,
 849   // then bail out.
 850   SmallVector<NewKill, 4> NewKills;
 851   if (!canUpdateDeletedKills(Kills, NewKills, &*mbbi, Dist))
 852     return false;
 853
 854   if (LV) {
 855     while (!NewKills.empty()) {
 856       MachineInstr *NewKill = NewKills.back().second;
 857       unsigned Kill = NewKills.back().first.first;
 858       bool isDead = NewKills.back().first.second;
 859       NewKills.pop_back();
 860       if (LV->removeVirtualRegisterKilled(Kill, mi)) {
 861         if (isDead)
 862           LV->addVirtualRegisterDead(Kill, NewKill);
 863         else
 864           LV->addVirtualRegisterKilled(Kill, NewKill);
 865       }
 866     }
 867   }
 868
 869   mbbi->erase(mi); // Nuke the old inst.
 870   mi = nmi;
 871   return true;
 872 }
 873
 874 /// RescheduleMIBelowKill - If there is one more local instruction that reads
 875 /// 'Reg' and it kills 'Reg, consider moving the instruction below the kill
 876 /// instruction in order to eliminate the need for the copy.
 877 bool
 878 TwoAddressInstructionPass::RescheduleMIBelowKill(MachineBasicBlock *MBB,
 879                                      MachineBasicBlock::iterator &mi,
 880                                      MachineBasicBlock::iterator &nmi,
 881                                      unsigned Reg) {
 882   // Bail immediately if we don't have LV available. We use it to find kills
 883   // efficiently.
 884   if (!LV)
 885     return false;
 886
 887   MachineInstr *MI = &*mi;
 888   DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DI = DistanceMap.find(MI);
 889   if (DI == DistanceMap.end())
 890     // Must be created from unfolded load. Don't waste time trying this.
 891     return false;
 892
 893   MachineInstr *KillMI = LV->getVarInfo(Reg).findKill(MBB);
 894   if (!KillMI || MI == KillMI || KillMI->isCopy() || KillMI->isCopyLike())
 895     // Don't mess with copies, they may be coalesced later.
 896     return false;
 897
 898   if (KillMI->hasUnmodeledSideEffects() || KillMI->isCall() ||
 899       KillMI->isBranch() || KillMI->isTerminator())
 900     // Don't move pass calls, etc.
 901     return false;
 902
 903   unsigned DstReg;
 904   if (isTwoAddrUse(*KillMI, Reg, DstReg))
 905     return false;
 906
 907   bool SeenStore = true;
 908   if (!MI->isSafeToMove(TII, AA, SeenStore))
 909     return false;
 910
 911   if (TII->getInstrLatency(InstrItins, MI) > 1)
 912     // FIXME: Needs more sophisticated heuristics.
 913     return false;
 914
 915   SmallSet<unsigned, 2> Uses;
 916   SmallSet<unsigned, 2> Kills;
 917   SmallSet<unsigned, 2> Defs;
 918   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 919     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
 920     if (!MO.isReg())
 921       continue;
 922     unsigned MOReg = MO.getReg();
 923     if (!MOReg)
 924       continue;
 925     if (MO.isDef())
 926       Defs.insert(MOReg);
 927     else {
 928       Uses.insert(MOReg);
 929       if (MO.isKill() && MOReg != Reg)
 930         Kills.insert(MOReg);
 931     }
 932   }
 933
 934   // Move the copies connected to MI down as well.
 935   MachineBasicBlock::iterator From = MI;
 936   MachineBasicBlock::iterator To = llvm::next(From);
 937   while (To->isCopy() && Defs.count(To->getOperand(1).getReg())) {
 938     Defs.insert(To->getOperand(0).getReg());
 939     ++To;
 940   }
 941
 942   // Check if the reschedule will not break depedencies.
 943   unsigned NumVisited = 0;
 944   MachineBasicBlock::iterator KillPos = KillMI;
 945   ++KillPos;
 946   for (MachineBasicBlock::iterator I = To; I != KillPos; ++I) {
 947     MachineInstr *OtherMI = I;
 948     // DBG_VALUE cannot be counted against the limit.
 949     if (OtherMI->isDebugValue())
 950       continue;
 951     if (NumVisited > 10)  // FIXME: Arbitrary limit to reduce compile time cost.
 952       return false;
 953     ++NumVisited;
 954     if (OtherMI->hasUnmodeledSideEffects() || OtherMI->isCall() ||
 955         OtherMI->isBranch() || OtherMI->isTerminator())
 956       // Don't move pass calls, etc.
 957       return false;
 958     for (unsigned i = 0, e = OtherMI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 959       const MachineOperand &MO = OtherMI->getOperand(i);
 960       if (!MO.isReg())
 961         continue;
 962       unsigned MOReg = MO.getReg();
 963       if (!MOReg)
 964         continue;
 965       if (MO.isDef()) {
 966         if (Uses.count(MOReg))
 967           // Physical register use would be clobbered.
 968           return false;
 969         if (!MO.isDead() && Defs.count(MOReg))
 970           // May clobber a physical register def.
 971           // FIXME: This may be too conservative. It's ok if the instruction
 972           // is sunken completely below the use.
 973           return false;
 974       } else {
 975         if (Defs.count(MOReg))
 976           return false;
 977         if (MOReg != Reg &&
 978             ((MO.isKill() && Uses.count(MOReg)) || Kills.count(MOReg)))
 979           // Don't want to extend other live ranges and update kills.
 980           return false;
 981         if (MOReg == Reg && !MO.isKill())
 982           // We can't schedule across a use of the register in question.
 983           return false;
 984         // Ensure that if this is register in question, its the kill we expect.
 985         assert((MOReg != Reg || OtherMI == KillMI) &&
 986                "Found multiple kills of a register in a basic block");
 987       }
 988     }
 989   }
 990
 991   // Move debug info as well.
 992   while (From != MBB->begin() && llvm::prior(From)->isDebugValue())
 993     --From;
 994
 995   // Copies following MI may have been moved as well.
 996   nmi = To;
 997   MBB->splice(KillPos, MBB, From, To);
 998   DistanceMap.erase(DI);
 999
1000   // Update live variables
1001   LV->removeVirtualRegisterKilled(Reg, KillMI);
1002   LV->addVirtualRegisterKilled(Reg, MI);
1003
1004   DEBUG(dbgs() << "\trescheduled below kill: " << *KillMI);
1005   return true;
1006 }
1007
1008 /// isDefTooClose - Return true if the re-scheduling will put the given
1009 /// instruction too close to the defs of its register dependencies.
1010 bool TwoAddressInstructionPass::isDefTooClose(unsigned Reg, unsigned Dist,
1011                                               MachineInstr *MI,
1012                                               MachineBasicBlock *MBB) {
1013   for (MachineRegisterInfo::def_iterator DI = MRI->def_begin(Reg),
1014          DE = MRI->def_end(); DI != DE; ++DI) {
1015     MachineInstr *DefMI = &*DI;
1016     if (DefMI->getParent() != MBB || DefMI->isCopy() || DefMI->isCopyLike())
1017       continue;
1018     if (DefMI == MI)
1019       return true; // MI is defining something KillMI uses
1020     DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DDI = DistanceMap.find(DefMI);
1021     if (DDI == DistanceMap.end())
1022       return true;  // Below MI
1023     unsigned DefDist = DDI->second;
1024     assert(Dist > DefDist && "Visited def already?");
1025     if (TII->getInstrLatency(InstrItins, DefMI) > (Dist - DefDist))
1026       return true;
1027   }
1028   return false;
1029 }
1030
1031 /// RescheduleKillAboveMI - If there is one more local instruction that reads
1032 /// 'Reg' and it kills 'Reg, consider moving the kill instruction above the
1033 /// current two-address instruction in order to eliminate the need for the
1034 /// copy.
1035 bool
1036 TwoAddressInstructionPass::RescheduleKillAboveMI(MachineBasicBlock *MBB,
1037                                      MachineBasicBlock::iterator &mi,
1038                                      MachineBasicBlock::iterator &nmi,
1039                                      unsigned Reg) {
1040   // Bail immediately if we don't have LV available. We use it to find kills
1041   // efficiently.
1042   if (!LV)
1043     return false;
1044
1045   MachineInstr *MI = &*mi;
1046   DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DI = DistanceMap.find(MI);
1047   if (DI == DistanceMap.end())
1048     // Must be created from unfolded load. Don't waste time trying this.
1049     return false;
1050
1051   MachineInstr *KillMI = LV->getVarInfo(Reg).findKill(MBB);
1052   if (!KillMI || MI == KillMI || KillMI->isCopy() || KillMI->isCopyLike())
1053     // Don't mess with copies, they may be coalesced later.
1054     return false;
1055
1056   unsigned DstReg;
1057   if (isTwoAddrUse(*KillMI, Reg, DstReg))
1058     return false;
1059
1060   bool SeenStore = true;
1061   if (!KillMI->isSafeToMove(TII, AA, SeenStore))
1062     return false;
1063
1064   SmallSet<unsigned, 2> Uses;
1065   SmallSet<unsigned, 2> Kills;
1066   SmallSet<unsigned, 2> Defs;
1067   SmallSet<unsigned, 2> LiveDefs;
1068   for (unsigned i = 0, e = KillMI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1069     const MachineOperand &MO = KillMI->getOperand(i);
1070     if (!MO.isReg())
1071       continue;
1072     unsigned MOReg = MO.getReg();
1073     if (MO.isUse()) {
1074       if (!MOReg)
1075         continue;
1076       if (isDefTooClose(MOReg, DI->second, MI, MBB))
1077         return false;
1078       if (MOReg == Reg && !MO.isKill())
1079         return false;
1080       Uses.insert(MOReg);
1081       if (MO.isKill() && MOReg != Reg)
1082         Kills.insert(MOReg);
1083     } else if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MOReg)) {
1084       Defs.insert(MOReg);
1085       if (!MO.isDead())
1086         LiveDefs.insert(MOReg);
1087     }
1088   }
1089
1090   // Check if the reschedule will not break depedencies.
1091   unsigned NumVisited = 0;
1092   MachineBasicBlock::iterator KillPos = KillMI;
1093   for (MachineBasicBlock::iterator I = mi; I != KillPos; ++I) {
1094     MachineInstr *OtherMI = I;
1095     // DBG_VALUE cannot be counted against the limit.
1096     if (OtherMI->isDebugValue())
1097       continue;
1098     if (NumVisited > 10)  // FIXME: Arbitrary limit to reduce compile time cost.
1099       return false;
1100     ++NumVisited;
1101     if (OtherMI->hasUnmodeledSideEffects() || OtherMI->isCall() ||
1102         OtherMI->isBranch() || OtherMI->isTerminator())
1103       // Don't move pass calls, etc.
1104       return false;
1105     SmallVector<unsigned, 2> OtherDefs;
1106     for (unsigned i = 0, e = OtherMI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1107       const MachineOperand &MO = OtherMI->getOperand(i);
1108       if (!MO.isReg())
1109         continue;
1110       unsigned MOReg = MO.getReg();
1111       if (!MOReg)
1112         continue;
1113       if (MO.isUse()) {
1114         if (Defs.count(MOReg))
1115           // Moving KillMI can clobber the physical register if the def has
1116           // not been seen.
1117           return false;
1118         if (Kills.count(MOReg))
1119           // Don't want to extend other live ranges and update kills.
1120           return false;
1121         if (OtherMI != MI && MOReg == Reg && !MO.isKill())
1122           // We can't schedule across a use of the register in question.
1123           return false;
1124       } else {
1125         OtherDefs.push_back(MOReg);
1126       }
1127     }
1128
1129     for (unsigned i = 0, e = OtherDefs.size(); i != e; ++i) {
1130       unsigned MOReg = OtherDefs[i];
1131       if (Uses.count(MOReg))
1132         return false;
1133       if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MOReg) &&
1134           LiveDefs.count(MOReg))
1135         return false;
1136       // Physical register def is seen.
1137       Defs.erase(MOReg);
1138     }
1139   }
1140
1141   // Move the old kill above MI, don't forget to move debug info as well.
1142   MachineBasicBlock::iterator InsertPos = mi;
1143   while (InsertPos != MBB->begin() && llvm::prior(InsertPos)->isDebugValue())
1144     --InsertPos;
1145   MachineBasicBlock::iterator From = KillMI;
1146   MachineBasicBlock::iterator To = llvm::next(From);
1147   while (llvm::prior(From)->isDebugValue())
1148     --From;
1149   MBB->splice(InsertPos, MBB, From, To);
1150
1151   nmi = llvm::prior(InsertPos); // Backtrack so we process the moved instr.
1152   DistanceMap.erase(DI);
1153
1154   // Update live variables
1155   LV->removeVirtualRegisterKilled(Reg, KillMI);
1156   LV->addVirtualRegisterKilled(Reg, MI);
1157
1158   DEBUG(dbgs() << "\trescheduled kill: " << *KillMI);
1159   return true;
1160 }
1161
1162 /// TryInstructionTransform - For the case where an instruction has a single
1163 /// pair of tied register operands, attempt some transformations that may
1164 /// either eliminate the tied operands or improve the opportunities for
1165 /// coalescing away the register copy.  Returns true if no copy needs to be
1166 /// inserted to untie mi's operands (either because they were untied, or
1167 /// because mi was rescheduled, and will be visited again later).
1168 bool TwoAddressInstructionPass::
1169 TryInstructionTransform(MachineBasicBlock::iterator &mi,
1170                         MachineBasicBlock::iterator &nmi,
1171                         MachineFunction::iterator &mbbi,
1172                         unsigned SrcIdx, unsigned DstIdx, unsigned Dist,
1173                         SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> &Processed) {
1174   if (OptLevel == CodeGenOpt::None)
1175     return false;
1176
1177   MachineInstr &MI = *mi;
1178   unsigned regA = MI.getOperand(DstIdx).getReg();
1179   unsigned regB = MI.getOperand(SrcIdx).getReg();
1180
1181   assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(regB) &&
1182          "cannot make instruction into two-address form");
1183
1184   // If regA is dead and the instruction can be deleted, just delete
1185   // it so it doesn't clobber regB.
1186   bool regBKilled = isKilled(MI, regB, MRI, TII);
1187   if (!regBKilled && MI.getOperand(DstIdx).isDead() &&
1188       DeleteUnusedInstr(mi, nmi, mbbi, Dist)) {
1189     ++NumDeletes;
1190     DEBUG(dbgs() << "\tdeleted unused instruction.\n");
1191     return true; // Done with this instruction."
1192   }
1193
1194   if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(regA))
1195     ScanUses(regA, &*mbbi, Processed);
1196
1197   // Check if it is profitable to commute the operands.
1198   unsigned SrcOp1, SrcOp2;
1199   unsigned regC = 0;
1200   unsigned regCIdx = ~0U;
1201   bool TryCommute = false;
1202   bool AggressiveCommute = false;
1203   if (MI.isCommutable() && MI.getNumOperands() >= 3 &&
1204       TII->findCommutedOpIndices(&MI, SrcOp1, SrcOp2)) {
1205     if (SrcIdx == SrcOp1)
1206       regCIdx = SrcOp2;
1207     else if (SrcIdx == SrcOp2)
1208       regCIdx = SrcOp1;
1209
1210     if (regCIdx != ~0U) {
1211       regC = MI.getOperand(regCIdx).getReg();
1212       if (!regBKilled && isKilled(MI, regC, MRI, TII))
1213         // If C dies but B does not, swap the B and C operands.
1214         // This makes the live ranges of A and C joinable.
1215         TryCommute = true;
1216       else if (isProfitableToCommute(regA, regB, regC, &MI, mbbi, Dist)) {
1217         TryCommute = true;
1218         AggressiveCommute = true;
1219       }
1220     }
1221   }
1222
1223   // If it's profitable to commute, try to do so.
1224   if (TryCommute && CommuteInstruction(mi, mbbi, regB, regC, Dist)) {
1225     ++NumCommuted;
1226     if (AggressiveCommute)
1227       ++NumAggrCommuted;
1228     return false;
1229   }
1230
1231   // If there is one more use of regB later in the same MBB, consider
1232   // re-schedule this MI below it.
1233   if (RescheduleMIBelowKill(mbbi, mi, nmi, regB)) {
1234     ++NumReSchedDowns;
1235     return true;
1236   }
1237
1238   if (MI.isConvertibleTo3Addr()) {
1239     // This instruction is potentially convertible to a true
1240     // three-address instruction.  Check if it is profitable.
1241     if (!regBKilled || isProfitableToConv3Addr(regA, regB)) {
1242       // Try to convert it.
1243       if (ConvertInstTo3Addr(mi, nmi, mbbi, regA, regB, Dist)) {
1244         ++NumConvertedTo3Addr;
1245         return true; // Done with this instruction.
1246       }
1247     }
1248   }
1249
1250   // If there is one more use of regB later in the same MBB, consider
1251   // re-schedule it before this MI if it's legal.
1252   if (RescheduleKillAboveMI(mbbi, mi, nmi, regB)) {
1253     ++NumReSchedUps;
1254     return true;
1255   }
1256
1257   // If this is an instruction with a load folded into it, try unfolding
1258   // the load, e.g. avoid this:
1259   //   movq %rdx, %rcx
1260   //   addq (%rax), %rcx
1261   // in favor of this:
1262   //   movq (%rax), %rcx
1263   //   addq %rdx, %rcx
1264   // because it's preferable to schedule a load than a register copy.
1265   if (MI.mayLoad() && !regBKilled) {
1266     // Determine if a load can be unfolded.
1267     unsigned LoadRegIndex;
1268     unsigned NewOpc =
1269       TII->getOpcodeAfterMemoryUnfold(MI.getOpcode(),
1270                                       /*UnfoldLoad=*/true,
1271                                       /*UnfoldStore=*/false,
1272                                       &LoadRegIndex);
1273     if (NewOpc != 0) {
1274       const MCInstrDesc &UnfoldMCID = TII->get(NewOpc);
1275       if (UnfoldMCID.getNumDefs() == 1) {
1276         MachineFunction &MF = *mbbi->getParent();
1277
1278         // Unfold the load.
1279         DEBUG(dbgs() << "2addr:   UNFOLDING: " << MI);
1280         const TargetRegisterClass *RC =
1281           TRI->getAllocatableClass(
1282             TII->getRegClass(UnfoldMCID, LoadRegIndex, TRI, MF));
1283         unsigned Reg = MRI->createVirtualRegister(RC);
1284         SmallVector<MachineInstr *, 2> NewMIs;
1285         if (!TII->unfoldMemoryOperand(MF, &MI, Reg,
1286                                       /*UnfoldLoad=*/true,/*UnfoldStore=*/false,
1287                                       NewMIs)) {
1288           DEBUG(dbgs() << "2addr: ABANDONING UNFOLD\n");
1289           return false;
1290         }
1291         assert(NewMIs.size() == 2 &&
1292                "Unfolded a load into multiple instructions!");
1293         // The load was previously folded, so this is the only use.
1294         NewMIs[1]->addRegisterKilled(Reg, TRI);
1295
1296         // Tentatively insert the instructions into the block so that they
1297         // look "normal" to the transformation logic.
1298         mbbi->insert(mi, NewMIs[0]);
1299         mbbi->insert(mi, NewMIs[1]);
1300
1301         DEBUG(dbgs() << "2addr:    NEW LOAD: " << *NewMIs[0]
1302                      << "2addr:    NEW INST: " << *NewMIs[1]);
1303
1304         // Transform the instruction, now that it no longer has a load.
1305         unsigned NewDstIdx = NewMIs[1]->findRegisterDefOperandIdx(regA);
1306         unsigned NewSrcIdx = NewMIs[1]->findRegisterUseOperandIdx(regB);
1307         MachineBasicBlock::iterator NewMI = NewMIs[1];
1308         bool TransformSuccess =
1309           TryInstructionTransform(NewMI, mi, mbbi,
1310                                   NewSrcIdx, NewDstIdx, Dist, Processed);
1311         if (TransformSuccess ||
1312             NewMIs[1]->getOperand(NewSrcIdx).isKill()) {
1313           // Success, or at least we made an improvement. Keep the unfolded
1314           // instructions and discard the original.
1315           if (LV) {
1316             for (unsigned i = 0, e = MI.getNumOperands(); i != e; ++i) {
1317               MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
1318               if (MO.isReg() &&
1319                   TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg())) {
1320                 if (MO.isUse()) {
1321                   if (MO.isKill()) {
1322                     if (NewMIs[0]->killsRegister(MO.getReg()))
1323                       LV->replaceKillInstruction(MO.getReg(), &MI, NewMIs[0]);
1324                     else {
1325                       assert(NewMIs[1]->killsRegister(MO.getReg()) &&
1326                              "Kill missing after load unfold!");
1327                       LV->replaceKillInstruction(MO.getReg(), &MI, NewMIs[1]);
1328                     }
1329                   }
1330                 } else if (LV->removeVirtualRegisterDead(MO.getReg(), &MI)) {
1331                   if (NewMIs[1]->registerDefIsDead(MO.getReg()))
1332                     LV->addVirtualRegisterDead(MO.getReg(), NewMIs[1]);
1333                   else {
1334                     assert(NewMIs[0]->registerDefIsDead(MO.getReg()) &&
1335                            "Dead flag missing after load unfold!");
1336                     LV->addVirtualRegisterDead(MO.getReg(), NewMIs[0]);
1337                   }
1338                 }
1339               }
1340             }
1341             LV->addVirtualRegisterKilled(Reg, NewMIs[1]);
1342           }
1343           MI.eraseFromParent();
1344           mi = NewMIs[1];
1345           if (TransformSuccess)
1346             return true;
1347         } else {
1348           // Transforming didn't eliminate the tie and didn't lead to an
1349           // improvement. Clean up the unfolded instructions and keep the
1350           // original.
1351           DEBUG(dbgs() << "2addr: ABANDONING UNFOLD\n");
1352           NewMIs[0]->eraseFromParent();
1353           NewMIs[1]->eraseFromParent();
1354         }
1355       }
1356     }
1357   }
1358
1359   return false;
1360 }
1361
1362 /// runOnMachineFunction - Reduce two-address instructions to two operands.
1363 ///
1364 bool TwoAddressInstructionPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
1365   const TargetMachine &TM = MF.getTarget();
1366   MRI = &MF.getRegInfo();
1367   TII = TM.getInstrInfo();
1368   TRI = TM.getRegisterInfo();
1369   InstrItins = TM.getInstrItineraryData();
1370   LV = getAnalysisIfAvailable<LiveVariables>();
1371   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
1372   OptLevel = TM.getOptLevel();
1373
1374   bool MadeChange = false;
1375
1376   DEBUG(dbgs() << "********** REWRITING TWO-ADDR INSTRS **********\n");
1377   DEBUG(dbgs() << "********** Function: "
1378         << MF.getFunction()->getName() << '\n');
1379
1380   // This pass takes the function out of SSA form.
1381   MRI->leaveSSA();
1382
1383   // ReMatRegs - Keep track of the registers whose def's are remat'ed.
1384   BitVector ReMatRegs(MRI->getNumVirtRegs());
1385
1386   typedef DenseMap<unsigned, SmallVector<std::pair<unsigned, unsigned>, 4> >
1387     TiedOperandMap;
1388   TiedOperandMap TiedOperands(4);
1389
1390   SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> Processed;
1391   for (MachineFunction::iterator mbbi = MF.begin(), mbbe = MF.end();
1392        mbbi != mbbe; ++mbbi) {
1393     unsigned Dist = 0;
1394     DistanceMap.clear();
1395     SrcRegMap.clear();
1396     DstRegMap.clear();
1397     Processed.clear();
1398     for (MachineBasicBlock::iterator mi = mbbi->begin(), me = mbbi->end();
1399          mi != me; ) {
1400       MachineBasicBlock::iterator nmi = llvm::next(mi);
1401       if (mi->isDebugValue()) {
1402         mi = nmi;
1403         continue;
1404       }
1405
1406       // Remember REG_SEQUENCE instructions, we'll deal with them later.
1407       if (mi->isRegSequence())
1408         RegSequences.push_back(&*mi);
1409
1410       const MCInstrDesc &MCID = mi->getDesc();
1411       bool FirstTied = true;
1412
1413       DistanceMap.insert(std::make_pair(mi, ++Dist));
1414
1415       ProcessCopy(&*mi, &*mbbi, Processed);
1416
1417       // First scan through all the tied register uses in this instruction
1418       // and record a list of pairs of tied operands for each register.
1419       unsigned NumOps = mi->isInlineAsm()
1420         ? mi->getNumOperands() : MCID.getNumOperands();
1421       for (unsigned SrcIdx = 0; SrcIdx < NumOps; ++SrcIdx) {
1422         unsigned DstIdx = 0;
1423         if (!mi->isRegTiedToDefOperand(SrcIdx, &DstIdx))
1424           continue;
1425
1426         if (FirstTied) {
1427           FirstTied = false;
1428           ++NumTwoAddressInstrs;
1429           DEBUG(dbgs() << '\t' << *mi);
1430         }
1431
1432         assert(mi->getOperand(SrcIdx).isReg() &&
1433                mi->getOperand(SrcIdx).getReg() &&
1434                mi->getOperand(SrcIdx).isUse() &&
1435                "two address instruction invalid");
1436
1437         unsigned regB = mi->getOperand(SrcIdx).getReg();
1438
1439         // Deal with <undef> uses immediately - simply rewrite the src operand.
1440         if (mi->getOperand(SrcIdx).isUndef()) {
1441           unsigned DstReg = mi->getOperand(DstIdx).getReg();
1442           // Constrain the DstReg register class if required.
1443           if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(DstReg))
1444             if (const TargetRegisterClass *RC = TII->getRegClass(MCID, SrcIdx,
1445                                                                  TRI, MF))
1446               MRI->constrainRegClass(DstReg, RC);
1447           mi->getOperand(SrcIdx).setReg(DstReg);
1448           DEBUG(dbgs() << "\t\trewrite undef:\t" << *mi);
1449           continue;
1450         }
1451         TiedOperands[regB].push_back(std::make_pair(SrcIdx, DstIdx));
1452       }
1453
1454       // Now iterate over the information collected above.
1455       for (TiedOperandMap::iterator OI = TiedOperands.begin(),
1456              OE = TiedOperands.end(); OI != OE; ++OI) {
1457         SmallVector<std::pair<unsigned, unsigned>, 4> &TiedPairs = OI->second;
1458
1459         // If the instruction has a single pair of tied operands, try some
1460         // transformations that may either eliminate the tied operands or
1461         // improve the opportunities for coalescing away the register copy.
1462         if (TiedOperands.size() == 1 && TiedPairs.size() == 1) {
1463           unsigned SrcIdx = TiedPairs[0].first;
1464           unsigned DstIdx = TiedPairs[0].second;
1465
1466           // If the registers are already equal, nothing needs to be done.
1467           if (mi->getOperand(SrcIdx).getReg() ==
1468               mi->getOperand(DstIdx).getReg())
1469             break; // Done with this instruction.
1470
1471           if (TryInstructionTransform(mi, nmi, mbbi, SrcIdx, DstIdx, Dist,
1472                                       Processed))
1473             break; // The tied operands have been eliminated.
1474         }
1475
1476         bool IsEarlyClobber = false;
1477         bool RemovedKillFlag = false;
1478         bool AllUsesCopied = true;
1479         unsigned LastCopiedReg = 0;
1480         unsigned regB = OI->first;
1481         for (unsigned tpi = 0, tpe = TiedPairs.size(); tpi != tpe; ++tpi) {
1482           unsigned SrcIdx = TiedPairs[tpi].first;
1483           unsigned DstIdx = TiedPairs[tpi].second;
1484
1485           const MachineOperand &DstMO = mi->getOperand(DstIdx);
1486           unsigned regA = DstMO.getReg();
1487           IsEarlyClobber |= DstMO.isEarlyClobber();
1488
1489           // Grab regB from the instruction because it may have changed if the
1490           // instruction was commuted.
1491           regB = mi->getOperand(SrcIdx).getReg();
1492
1493           if (regA == regB) {
1494             // The register is tied to multiple destinations (or else we would
1495             // not have continued this far), but this use of the register
1496             // already matches the tied destination.  Leave it.
1497             AllUsesCopied = false;
1498             continue;
1499           }
1500           LastCopiedReg = regA;
1501
1502           assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(regB) &&
1503                  "cannot make instruction into two-address form");
1504
1505 #ifndef NDEBUG
1506           // First, verify that we don't have a use of "a" in the instruction
1507           // (a = b + a for example) because our transformation will not
1508           // work. This should never occur because we are in SSA form.
1509           for (unsigned i = 0; i != mi->getNumOperands(); ++i)
1510             assert(i == DstIdx ||
1511                    !mi->getOperand(i).isReg() ||
1512                    mi->getOperand(i).getReg() != regA);
1513 #endif
1514
1515           // Emit a copy or rematerialize the definition.
1516           bool isCopy = false;
1517           const TargetRegisterClass *rc = MRI->getRegClass(regB);
1518           MachineInstr *DefMI = MRI->getUniqueVRegDef(regB);
1519           // If it's safe and profitable, remat the definition instead of
1520           // copying it.
1521           if (DefMI &&
1522               DefMI->isAsCheapAsAMove() &&
1523               DefMI->isSafeToReMat(TII, AA, regB) &&
1524               isProfitableToReMat(regB, rc, mi, DefMI, mbbi, Dist)){
1525             DEBUG(dbgs() << "2addr: REMATTING : " << *DefMI << "\n");
1526             unsigned regASubIdx = mi->getOperand(DstIdx).getSubReg();
1527             TII->reMaterialize(*mbbi, mi, regA, regASubIdx, DefMI, *TRI);
1528             ReMatRegs.set(TargetRegisterInfo::virtReg2Index(regB));
1529             ++NumReMats;
1530           } else {
1531             BuildMI(*mbbi, mi, mi->getDebugLoc(), TII->get(TargetOpcode::COPY),
1532                     regA).addReg(regB);
1533             isCopy = true;
1534           }
1535
1536           // Update DistanceMap.
1537           MachineBasicBlock::iterator prevMI = prior(mi);
1538           DistanceMap.insert(std::make_pair(prevMI, Dist));
1539           DistanceMap[mi] = ++Dist;
1540
1541           DEBUG(dbgs() << "\t\tprepend:\t" << *prevMI);
1542
1543           MachineOperand &MO = mi->getOperand(SrcIdx);
1544           assert(MO.isReg() && MO.getReg() == regB && MO.isUse() &&
1545                  "inconsistent operand info for 2-reg pass");
1546           if (MO.isKill()) {
1547             MO.setIsKill(false);
1548             RemovedKillFlag = true;
1549           }
1550
1551           // Make sure regA is a legal regclass for the SrcIdx operand.
1552           if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(regA) &&
1553               TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(regB))
1554             MRI->constrainRegClass(regA, MRI->getRegClass(regB));
1555
1556           MO.setReg(regA);
1557
1558           if (isCopy)
1559             // Propagate SrcRegMap.
1560             SrcRegMap[regA] = regB;
1561         }
1562
1563         if (AllUsesCopied) {
1564           if (!IsEarlyClobber) {
1565             // Replace other (un-tied) uses of regB with LastCopiedReg.
1566             for (unsigned i = 0, e = mi->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1567               MachineOperand &MO = mi->getOperand(i);
1568               if (MO.isReg() && MO.getReg() == regB && MO.isUse()) {
1569                 if (MO.isKill()) {
1570                   MO.setIsKill(false);
1571                   RemovedKillFlag = true;
1572                 }
1573                 MO.setReg(LastCopiedReg);
1574               }
1575             }
1576           }
1577
1578           // Update live variables for regB.
1579           if (RemovedKillFlag && LV && LV->getVarInfo(regB).removeKill(mi))
1580             LV->addVirtualRegisterKilled(regB, prior(mi));
1581
1582         } else if (RemovedKillFlag) {
1583           // Some tied uses of regB matched their destination registers, so
1584           // regB is still used in this instruction, but a kill flag was
1585           // removed from a different tied use of regB, so now we need to add
1586           // a kill flag to one of the remaining uses of regB.
1587           for (unsigned i = 0, e = mi->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1588             MachineOperand &MO = mi->getOperand(i);
1589             if (MO.isReg() && MO.getReg() == regB && MO.isUse()) {
1590               MO.setIsKill(true);
1591               break;
1592             }
1593           }
1594         }
1595
1596         // Schedule the source copy / remat inserted to form two-address
1597         // instruction. FIXME: Does it matter the distance map may not be
1598         // accurate after it's scheduled?
1599         TII->scheduleTwoAddrSource(prior(mi), mi, *TRI);
1600
1601         MadeChange = true;
1602
1603         DEBUG(dbgs() << "\t\trewrite to:\t" << *mi);
1604       }
1605
1606       // Rewrite INSERT_SUBREG as COPY now that we no longer need SSA form.
1607       if (mi->isInsertSubreg()) {
1608         // From %reg = INSERT_SUBREG %reg, %subreg, subidx
1609         // To   %reg:subidx = COPY %subreg
1610         unsigned SubIdx = mi->getOperand(3).getImm();
1611         mi->RemoveOperand(3);
1612         assert(mi->getOperand(0).getSubReg() == 0 && "Unexpected subreg idx");
1613         mi->getOperand(0).setSubReg(SubIdx);
1614         mi->getOperand(0).setIsUndef(mi->getOperand(1).isUndef());
1615         mi->RemoveOperand(1);
1616         mi->setDesc(TII->get(TargetOpcode::COPY));
1617         DEBUG(dbgs() << "\t\tconvert to:\t" << *mi);
1618       }
1619
1620       // Clear TiedOperands here instead of at the top of the loop
1621       // since most instructions do not have tied operands.
1622       TiedOperands.clear();
1623       mi = nmi;
1624     }
1625   }
1626
1627   // Some remat'ed instructions are dead.
1628   for (int i = ReMatRegs.find_first(); i != -1; i = ReMatRegs.find_next(i)) {
1629     unsigned VReg = TargetRegisterInfo::index2VirtReg(i);
1630     if (MRI->use_nodbg_empty(VReg)) {
1631       MachineInstr *DefMI = MRI->getVRegDef(VReg);
1632       DefMI->eraseFromParent();
1633     }
1634   }
1635
1636   // Eliminate REG_SEQUENCE instructions. Their whole purpose was to preseve
1637   // SSA form. It's now safe to de-SSA.
1638   MadeChange |= EliminateRegSequences();
1639
1640   return MadeChange;
1641 }
1642
1643 static void UpdateRegSequenceSrcs(unsigned SrcReg,
1644                                   unsigned DstReg, unsigned SubIdx,
1645                                   MachineRegisterInfo *MRI,
1646                                   const TargetRegisterInfo &TRI) {
1647   for (MachineRegisterInfo::reg_iterator RI = MRI->reg_begin(SrcReg),
1648          RE = MRI->reg_end(); RI != RE; ) {
1649     MachineOperand &MO = RI.getOperand();
1650     ++RI;
1651     MO.substVirtReg(DstReg, SubIdx, TRI);
1652   }
1653 }
1654
1655 // Find the first def of Reg, assuming they are all in the same basic block.
1656 static MachineInstr *findFirstDef(unsigned Reg, MachineRegisterInfo *MRI) {
1657   SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> Defs;
1658   MachineInstr *First = 0;
1659   for (MachineRegisterInfo::def_iterator RI = MRI->def_begin(Reg);
1660        MachineInstr *MI = RI.skipInstruction(); Defs.insert(MI))
1661     First = MI;
1662   if (!First)
1663     return 0;
1664
1665   MachineBasicBlock *MBB = First->getParent();
1666   MachineBasicBlock::iterator A = First, B = First;
1667   bool Moving;
1668   do {
1669     Moving = false;
1670     if (A != MBB->begin()) {
1671       Moving = true;
1672       --A;
1673       if (Defs.erase(A)) First = A;
1674     }
1675     if (B != MBB->end()) {
1676       Defs.erase(B);
1677       ++B;
1678       Moving = true;
1679     }
1680   } while (Moving && !Defs.empty());
1681   assert(Defs.empty() && "Instructions outside basic block!");
1682   return First;
1683 }
1684
1685 /// CoalesceExtSubRegs - If a number of sources of the REG_SEQUENCE are
1686 /// EXTRACT_SUBREG from the same register and to the same virtual register
1687 /// with different sub-register indices, attempt to combine the
1688 /// EXTRACT_SUBREGs and pre-coalesce them. e.g.
1689 /// %reg1026<def> = VLDMQ %reg1025<kill>, 260, pred:14, pred:%reg0
1690 /// %reg1029:6<def> = EXTRACT_SUBREG %reg1026, 6
1691 /// %reg1029:5<def> = EXTRACT_SUBREG %reg1026<kill>, 5
1692 /// Since D subregs 5, 6 can combine to a Q register, we can coalesce
1693 /// reg1026 to reg1029.
1694 void
1695 TwoAddressInstructionPass::CoalesceExtSubRegs(SmallVector<unsigned,4> &Srcs,
1696                                               unsigned DstReg) {
1697   SmallSet<unsigned, 4> Seen;
1698   for (unsigned i = 0, e = Srcs.size(); i != e; ++i) {
1699     unsigned SrcReg = Srcs[i];
1700     if (!Seen.insert(SrcReg))
1701       continue;
1702
1703     // Check that the instructions are all in the same basic block.
1704     MachineInstr *SrcDefMI = MRI->getUniqueVRegDef(SrcReg);
1705     MachineInstr *DstDefMI = MRI->getUniqueVRegDef(DstReg);
1706     if (!SrcDefMI || !DstDefMI ||
1707         SrcDefMI->getParent() != DstDefMI->getParent())
1708       continue;
1709
1710     // If there are no other uses than copies which feed into
1711     // the reg_sequence, then we might be able to coalesce them.
1712     bool CanCoalesce = true;
1713     SmallVector<unsigned, 4> SrcSubIndices, DstSubIndices;
1714     for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator
1715            UI = MRI->use_nodbg_begin(SrcReg),
1716            UE = MRI->use_nodbg_end(); UI != UE; ++UI) {
1717       MachineInstr *UseMI = &*UI;
1718       if (!UseMI->isCopy() || UseMI->getOperand(0).getReg() != DstReg) {
1719         CanCoalesce = false;
1720         break;
1721       }
1722       SrcSubIndices.push_back(UseMI->getOperand(1).getSubReg());
1723       DstSubIndices.push_back(UseMI->getOperand(0).getSubReg());
1724     }
1725
1726     if (!CanCoalesce || SrcSubIndices.size() < 2)
1727       continue;
1728
1729     // Check that the source subregisters can be combined.
1730     std::sort(SrcSubIndices.begin(), SrcSubIndices.end());
1731     unsigned NewSrcSubIdx = 0;
1732     if (!TRI->canCombineSubRegIndices(MRI->getRegClass(SrcReg), SrcSubIndices,
1733                                       NewSrcSubIdx))
1734       continue;
1735
1736     // Check that the destination subregisters can also be combined.
1737     std::sort(DstSubIndices.begin(), DstSubIndices.end());
1738     unsigned NewDstSubIdx = 0;
1739     if (!TRI->canCombineSubRegIndices(MRI->getRegClass(DstReg), DstSubIndices,
1740                                       NewDstSubIdx))
1741       continue;
1742
1743     // If neither source nor destination can be combined to the full register,
1744     // just give up.  This could be improved if it ever matters.
1745     if (NewSrcSubIdx != 0 && NewDstSubIdx != 0)
1746       continue;
1747
1748     // Now that we know that all the uses are extract_subregs and that those
1749     // subregs can somehow be combined, scan all the extract_subregs again to
1750     // make sure the subregs are in the right order and can be composed.
1751     MachineInstr *SomeMI = 0;
1752     CanCoalesce = true;
1753     for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator
1754            UI = MRI->use_nodbg_begin(SrcReg),
1755            UE = MRI->use_nodbg_end(); UI != UE; ++UI) {
1756       MachineInstr *UseMI = &*UI;
1757       assert(UseMI->isCopy());
1758       unsigned DstSubIdx = UseMI->getOperand(0).getSubReg();
1759       unsigned SrcSubIdx = UseMI->getOperand(1).getSubReg();
1760       assert(DstSubIdx != 0 && "missing subreg from RegSequence elimination");
1761       if ((NewDstSubIdx == 0 &&
1762            TRI->composeSubRegIndices(NewSrcSubIdx, DstSubIdx) != SrcSubIdx) ||
1763           (NewSrcSubIdx == 0 &&
1764            TRI->composeSubRegIndices(NewDstSubIdx, SrcSubIdx) != DstSubIdx)) {
1765         CanCoalesce = false;
1766         break;
1767       }
1768       // Keep track of one of the uses.  Preferably the first one which has a
1769       // <def,undef> flag.
1770       if (!SomeMI || UseMI->getOperand(0).isUndef())
1771         SomeMI = UseMI;
1772     }
1773     if (!CanCoalesce)
1774       continue;
1775
1776     // Insert a copy to replace the original.
1777     MachineInstr *CopyMI = BuildMI(*SomeMI->getParent(), SomeMI,
1778                                    SomeMI->getDebugLoc(),
1779                                    TII->get(TargetOpcode::COPY))
1780       .addReg(DstReg, RegState::Define |
1781                       getUndefRegState(SomeMI->getOperand(0).isUndef()),
1782               NewDstSubIdx)
1783       .addReg(SrcReg, 0, NewSrcSubIdx);
1784
1785     // Remove all the old extract instructions.
1786     for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator
1787            UI = MRI->use_nodbg_begin(SrcReg),
1788            UE = MRI->use_nodbg_end(); UI != UE; ) {
1789       MachineInstr *UseMI = &*UI;
1790       ++UI;
1791       if (UseMI == CopyMI)
1792         continue;
1793       assert(UseMI->isCopy());
1794       // Move any kills to the new copy or extract instruction.
1795       if (UseMI->getOperand(1).isKill()) {
1796         CopyMI->getOperand(1).setIsKill();
1797         if (LV)
1798           // Update live variables
1799           LV->replaceKillInstruction(SrcReg, UseMI, &*CopyMI);
1800       }
1801       UseMI->eraseFromParent();
1802     }
1803   }
1804 }
1805
1806 static bool HasOtherRegSequenceUses(unsigned Reg, MachineInstr *RegSeq,
1807                                     MachineRegisterInfo *MRI) {
1808   for (MachineRegisterInfo::use_iterator UI = MRI->use_begin(Reg),
1809          UE = MRI->use_end(); UI != UE; ++UI) {
1810     MachineInstr *UseMI = &*UI;
1811     if (UseMI != RegSeq && UseMI->isRegSequence())
1812       return true;
1813   }
1814   return false;
1815 }
1816
1817 /// EliminateRegSequences - Eliminate REG_SEQUENCE instructions as part
1818 /// of the de-ssa process. This replaces sources of REG_SEQUENCE as
1819 /// sub-register references of the register defined by REG_SEQUENCE. e.g.
1820 ///
1821 /// %reg1029<def>, %reg1030<def> = VLD1q16 %reg1024<kill>, ...
1822 /// %reg1031<def> = REG_SEQUENCE %reg1029<kill>, 5, %reg1030<kill>, 6
1823 /// =>
1824 /// %reg1031:5<def>, %reg1031:6<def> = VLD1q16 %reg1024<kill>, ...
1825 bool TwoAddressInstructionPass::EliminateRegSequences() {
1826   if (RegSequences.empty())
1827     return false;
1828
1829   for (unsigned i = 0, e = RegSequences.size(); i != e; ++i) {
1830     MachineInstr *MI = RegSequences[i];
1831     unsigned DstReg = MI->getOperand(0).getReg();
1832     if (MI->getOperand(0).getSubReg() ||
1833         TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DstReg) ||
1834         !(MI->getNumOperands() & 1)) {
1835       DEBUG(dbgs() << "Illegal REG_SEQUENCE instruction:" << *MI);
1836       llvm_unreachable(0);
1837     }
1838
1839     bool IsImpDef = true;
1840     SmallVector<unsigned, 4> RealSrcs;
1841     SmallSet<unsigned, 4> Seen;
1842     for (unsigned i = 1, e = MI->getNumOperands(); i < e; i += 2) {
1843       // Nothing needs to be inserted for <undef> operands.
1844       if (MI->getOperand(i).isUndef()) {
1845         MI->getOperand(i).setReg(0);
1846         continue;
1847       }
1848       unsigned SrcReg = MI->getOperand(i).getReg();
1849       unsigned SrcSubIdx = MI->getOperand(i).getSubReg();
1850       unsigned SubIdx = MI->getOperand(i+1).getImm();
1851       // DefMI of NULL means the value does not have a vreg in this block
1852       // i.e., its a physical register or a subreg.
1853       // In either case we force a copy to be generated.
1854       MachineInstr *DefMI = NULL;
1855       if (!MI->getOperand(i).getSubReg() &&
1856           !TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg)) {
1857         DefMI = MRI->getUniqueVRegDef(SrcReg);
1858       }
1859
1860       if (DefMI && DefMI->isImplicitDef()) {
1861         DefMI->eraseFromParent();
1862         continue;
1863       }
1864       IsImpDef = false;
1865
1866       // Remember COPY sources. These might be candidate for coalescing.
1867       if (DefMI && DefMI->isCopy() && DefMI->getOperand(1).getSubReg())
1868         RealSrcs.push_back(DefMI->getOperand(1).getReg());
1869
1870       bool isKill = MI->getOperand(i).isKill();
1871       if (!DefMI || !Seen.insert(SrcReg) ||
1872           MI->getParent() != DefMI->getParent() ||
1873           !isKill || HasOtherRegSequenceUses(SrcReg, MI, MRI) ||
1874           !TRI->getMatchingSuperRegClass(MRI->getRegClass(DstReg),
1875                                          MRI->getRegClass(SrcReg), SubIdx)) {
1876         // REG_SEQUENCE cannot have duplicated operands, add a copy.
1877         // Also add an copy if the source is live-in the block. We don't want
1878         // to end up with a partial-redef of a livein, e.g.
1879         // BB0:
1880         // reg1051:10<def> =
1881         // ...
1882         // BB1:
1883         // ... = reg1051:10
1884         // BB2:
1885         // reg1051:9<def> =
1886         // LiveIntervalAnalysis won't like it.
1887         //
1888         // If the REG_SEQUENCE doesn't kill its source, keeping live variables
1889         // correctly up to date becomes very difficult. Insert a copy.
1890
1891         // Defer any kill flag to the last operand using SrcReg. Otherwise, we
1892         // might insert a COPY that uses SrcReg after is was killed.
1893         if (isKill)
1894           for (unsigned j = i + 2; j < e; j += 2)
1895             if (MI->getOperand(j).getReg() == SrcReg) {
1896               MI->getOperand(j).setIsKill();
1897               isKill = false;
1898               break;
1899             }
1900
1901         MachineBasicBlock::iterator InsertLoc = MI;
1902         MachineInstr *CopyMI = BuildMI(*MI->getParent(), InsertLoc,
1903                                 MI->getDebugLoc(), TII->get(TargetOpcode::COPY))
1904             .addReg(DstReg, RegState::Define, SubIdx)
1905             .addReg(SrcReg, getKillRegState(isKill), SrcSubIdx);
1906         MI->getOperand(i).setReg(0);
1907         if (LV && isKill && !TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg))
1908           LV->replaceKillInstruction(SrcReg, MI, CopyMI);
1909         DEBUG(dbgs() << "Inserted: " << *CopyMI);
1910       }
1911     }
1912
1913     for (unsigned i = 1, e = MI->getNumOperands(); i < e; i += 2) {
1914       unsigned SrcReg = MI->getOperand(i).getReg();
1915       if (!SrcReg) continue;
1916       unsigned SubIdx = MI->getOperand(i+1).getImm();
1917       UpdateRegSequenceSrcs(SrcReg, DstReg, SubIdx, MRI, *TRI);
1918     }
1919
1920     // Set <def,undef> flags on the first DstReg def in the basic block.
1921     // It marks the beginning of the live range. All the other defs are
1922     // read-modify-write.
1923     if (MachineInstr *Def = findFirstDef(DstReg, MRI)) {
1924       for (unsigned i = 0, e = Def->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1925         MachineOperand &MO = Def->getOperand(i);
1926         if (MO.isReg() && MO.isDef() && MO.getReg() == DstReg)
1927           MO.setIsUndef();
1928       }
1929       // Make sure there is a full non-subreg imp-def operand on the
1930       // instruction.  This shouldn't be necessary, but it seems that at least
1931       // RAFast requires it.
1932       Def->addRegisterDefined(DstReg, TRI);
1933       DEBUG(dbgs() << "First def: " << *Def);
1934     }
1935
1936     if (IsImpDef) {
1937       DEBUG(dbgs() << "Turned: " << *MI << " into an IMPLICIT_DEF");
1938       MI->setDesc(TII->get(TargetOpcode::IMPLICIT_DEF));
1939       for (int j = MI->getNumOperands() - 1, ee = 0; j > ee; --j)
1940         MI->RemoveOperand(j);
1941     } else {
1942       DEBUG(dbgs() << "Eliminated: " << *MI);
1943       MI->eraseFromParent();
1944     }
1945
1946     // Try coalescing some EXTRACT_SUBREG instructions. This can create
1947     // INSERT_SUBREG instructions that must have <undef> flags added by
1948     // LiveIntervalAnalysis, so only run it when LiveVariables is available.
1949     if (LV)
1950       CoalesceExtSubRegs(RealSrcs, DstReg);
1951   }
1952
1953   RegSequences.clear();
1954   return true;
1955 }