X86 CodeGenPrep: sink shufflevectors before shifts
authorTim Northover <tnorthover@apple.com>
Wed, 19 Feb 2014 10:02:43 +0000 (10:02 +0000)
committerTim Northover <tnorthover@apple.com>
Wed, 19 Feb 2014 10:02:43 +0000 (10:02 +0000)
On x86, shifting a vector by a scalar is significantly cheaper than shifting a
vector by another fully general vector. Unfortunately, because SelectionDAG
operates on just one basic block at a time, the shufflevector instruction that
reveals whether the right-hand side of a shift *is* really a scalar is often
not visible to CodeGen when it's needed.

This adds another handler to CodeGenPrepare, to sink any useful shufflevector
instructions down to the basic block where they're used, predicated on a target
hook (since on other architectures, doing so will often just introduce extra
real work).

rdar://problem/16063505

git-svn-id: https://llvm.org/svn/llvm-project/llvm/trunk@201655 91177308-0d34-0410-b5e6-96231b3b80d8

include/llvm/Target/TargetLowering.h
lib/Target/X86/X86ISelLowering.cpp
lib/Target/X86/X86ISelLowering.h
lib/Transforms/Scalar/CodeGenPrepare.cpp
test/Transforms/CodeGenPrepare/x86-shuffle-sink.ll [new file with mode: 0644]

index 155bb0a7a58cd28b1a1ed8f8f92582e7c19f1a74..0b3428ed7a6a791f0a83a43e39cfb3fe4df2ded5 100644 (file)
@@ -1185,6 +1185,14 @@ public:
     return true;
   }
 
+  /// Return true if it's significantly cheaper to shift a vector by a uniform
+  /// scalar than by an amount which will vary across each lane. On x86, for
+  /// example, there is a "psllw" instruction for the former case, but no simple
+  /// instruction for a general "a << b" operation on vectors.
+  virtual bool isVectorShiftByScalarCheap(Type *Ty) const {
+    return false;
+  }
+
   /// Return true if it's free to truncate a value of type Ty1 to type
   /// Ty2. e.g. On x86 it's free to truncate a i32 value in register EAX to i16
   /// by referencing its sub-register AX.
index b1d734e932b5159fcaf657319eb8db6f3a7e5655..f038580c5f986595409a7876f3b1d21ed13c2d53 100644 (file)
@@ -14172,6 +14172,24 @@ bool X86TargetLowering::isLegalAddressingMode(const AddrMode &AM,
   return true;
 }
 
+bool X86TargetLowering::isVectorShiftByScalarCheap(Type *Ty) const {
+  unsigned Bits = Ty->getScalarSizeInBits();
+
+  // 8-bit shifts are always expensive, but versions with a scalar amount aren't
+  // particularly cheaper than those without.
+  if (Bits == 8)
+    return false;
+
+  // On AVX2 there are new vpsllv[dq] instructions (and other shifts), that make
+  // variable shifts just as cheap as scalar ones.
+  if (Subtarget->hasInt256() && (Bits == 32 || Bits == 64))
+    return false;
+
+  // Otherwise, it's significantly cheaper to shift by a scalar amount than by a
+  // fully general vector.
+  return true;
+}
+
 bool X86TargetLowering::isTruncateFree(Type *Ty1, Type *Ty2) const {
   if (!Ty1->isIntegerTy() || !Ty2->isIntegerTy())
     return false;
index 6ea060ba3bc1c2339860f385eb80b56be18b72dd..ce9594ae3ed657c6d9d79fb501b10a876f6896e5 100644 (file)
@@ -679,6 +679,9 @@ namespace llvm {
     /// the immediate into a register.
     virtual bool isLegalAddImmediate(int64_t Imm) const;
 
+
+    virtual bool isVectorShiftByScalarCheap(Type *Ty) const;
+
     /// isTruncateFree - Return true if it's free to truncate a value of
     /// type Ty1 to type Ty2. e.g. On x86 it's free to truncate a i32 value in
     /// register EAX to i16 by referencing its sub-register AX.
index 0fde256943d12bdc88d05099588d385fe4641952..3c9ecce8e3e2eb14f7fdb7e63f9d3ccd5bc69603 100644 (file)
@@ -132,6 +132,7 @@ typedef DenseMap<Instruction *, Type *> InstrToOrigTy;
     bool MoveExtToFormExtLoad(Instruction *I);
     bool OptimizeExtUses(Instruction *I);
     bool OptimizeSelectInst(SelectInst *SI);
+    bool OptimizeShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst *SI);
     bool DupRetToEnableTailCallOpts(BasicBlock *BB);
     bool PlaceDbgValues(Function &F);
   };
@@ -2719,6 +2720,74 @@ bool CodeGenPrepare::OptimizeSelectInst(SelectInst *SI) {
   return true;
 }
 
+
+bool isBroadcastShuffle(ShuffleVectorInst *SVI) {
+  SmallVector<int, 16> Mask(SVI->getShuffleMask());
+  int SplatElem = -1;
+  for (unsigned i = 0; i < Mask.size(); ++i) {
+    if (SplatElem != -1 && Mask[i] != -1 && Mask[i] != SplatElem)
+      return false;
+    SplatElem = Mask[i];
+  }
+
+  return true;
+}
+
+/// Some targets have expensive vector shifts if the lanes aren't all the same
+/// (e.g. x86 only introduced "vpsllvd" and friends with AVX2). In these cases
+/// it's often worth sinking a shufflevector splat down to its use so that
+/// codegen can spot all lanes are identical.
+bool CodeGenPrepare::OptimizeShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst *SVI) {
+  BasicBlock *DefBB = SVI->getParent();
+
+  // Only do this xform if variable vector shifts are particularly expensive.
+  if (!TLI || !TLI->isVectorShiftByScalarCheap(SVI->getType()))
+    return false;
+
+  // We only expect better codegen by sinking a shuffle if we can recognise a
+  // constant splat.
+  if (!isBroadcastShuffle(SVI))
+    return false;
+
+  // InsertedShuffles - Only insert a shuffle in each block once.
+  DenseMap<BasicBlock*, Instruction*> InsertedShuffles;
+
+  bool MadeChange = false;
+  for (Value::use_iterator UI = SVI->use_begin(), E = SVI->use_end();
+       UI != E; ++UI) {
+    Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
+
+    // Figure out which BB this ext is used in.
+    BasicBlock *UserBB = User->getParent();
+    if (UserBB == DefBB) continue;
+
+    // For now only apply this when the splat is used by a shift instruction.
+    if (!User->isShift()) continue;
+
+    // Everything checks out, sink the shuffle if the user's block doesn't
+    // already have a copy.
+    Instruction *&InsertedShuffle = InsertedShuffles[UserBB];
+
+    if (!InsertedShuffle) {
+      BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
+      InsertedShuffle = new ShuffleVectorInst(SVI->getOperand(0),
+                                              SVI->getOperand(1),
+                                              SVI->getOperand(2), "", InsertPt);
+    }
+
+    User->replaceUsesOfWith(SVI, InsertedShuffle);
+    MadeChange = true;
+  }
+
+  // If we removed all uses, nuke the shuffle.
+  if (SVI->use_empty()) {
+    SVI->eraseFromParent();
+    MadeChange = true;
+  }
+
+  return MadeChange;
+}
+
 bool CodeGenPrepare::OptimizeInst(Instruction *I) {
   if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(I)) {
     // It is possible for very late stage optimizations (such as SimplifyCFG)
@@ -2791,6 +2860,9 @@ bool CodeGenPrepare::OptimizeInst(Instruction *I) {
   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I))
     return OptimizeSelectInst(SI);
 
+  if (ShuffleVectorInst *SVI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(I))
+    return OptimizeShuffleVectorInst(SVI);
+
   return false;
 }
 
diff --git a/test/Transforms/CodeGenPrepare/x86-shuffle-sink.ll b/test/Transforms/CodeGenPrepare/x86-shuffle-sink.ll
new file mode 100644 (file)
index 0000000..c4ee79c
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,102 @@
+; RUN: opt -S -codegenprepare -mtriple=x86_64-apple-macosx10.9 -mcpu=core-avx2 %s | FileCheck %s --check-prefix=CHECK --check-prefix=CHECK-AVX2
+; RUN: opt -S -codegenprepare -mtriple=x86_64-apple-macosx10.9 -mcpu=corei7 %s | FileCheck %s --check-prefix=CHECK --check-prefix=CHECK-SSE2
+
+define <16 x i8> @test_8bit(<16 x i8> %lhs, <16 x i8> %tmp, i1 %tst) {
+; CHECK-LABEL: @test_8bit
+; CHECK: if_true:
+; CHECK-NOT: shufflevector
+
+; CHECK: if_false:
+; CHECK-NOT: shufflevector
+; CHECK: shl <16 x i8> %lhs, %mask
+  %mask = shufflevector <16 x i8> %tmp, <16 x i8> undef, <16 x i32> zeroinitializer
+  br i1 %tst, label %if_true, label %if_false
+
+if_true:
+  ret <16 x i8> %mask
+
+if_false:
+  %res = shl <16 x i8> %lhs, %mask
+  ret <16 x i8> %res
+}
+
+define <8 x i16> @test_16bit(<8 x i16> %lhs, <8 x i16> %tmp, i1 %tst) {
+; CHECK-LABEL: @test_16bit
+; CHECK: if_true:
+; CHECK-NOT: shufflevector
+
+; CHECK: if_false:
+; CHECK: [[SPLAT:%[0-9a-zA-Z_]+]] = shufflevector
+; CHECK: shl <8 x i16> %lhs, [[SPLAT]]
+  %mask = shufflevector <8 x i16> %tmp, <8 x i16> undef, <8 x i32> zeroinitializer
+  br i1 %tst, label %if_true, label %if_false
+
+if_true:
+  ret <8 x i16> %mask
+
+if_false:
+  %res = shl <8 x i16> %lhs, %mask
+  ret <8 x i16> %res
+}
+
+define <4 x i32> @test_notsplat(<4 x i32> %lhs, <4 x i32> %tmp, i1 %tst) {
+; CHECK-LABEL: @test_notsplat
+; CHECK: if_true:
+; CHECK-NOT: shufflevector
+
+; CHECK: if_false:
+; CHECK-NOT: shufflevector
+; CHECK: shl <4 x i32> %lhs, %mask
+  %mask = shufflevector <4 x i32> %tmp, <4 x i32> undef, <4 x i32> <i32 0, i32 1, i32 1, i32 0>
+  br i1 %tst, label %if_true, label %if_false
+
+if_true:
+  ret <4 x i32> %mask
+
+if_false:
+  %res = shl <4 x i32> %lhs, %mask
+  ret <4 x i32> %res
+}
+
+define <4 x i32> @test_32bit(<4 x i32> %lhs, <4 x i32> %tmp, i1 %tst) {
+; CHECK-AVX2-LABEL: @test_32bit
+; CHECK-AVX2: if_false:
+; CHECK-AVX2-NOT: shufflevector
+; CHECK-AVX2: ashr <4 x i32> %lhs, %mask
+
+; CHECK-SSE2-LABEL: @test_32bit
+; CHECK-SSE2: if_false:
+; CHECK-SSE2: [[SPLAT:%[0-9a-zA-Z_]+]] = shufflevector
+; CHECK-SSE2: ashr <4 x i32> %lhs, [[SPLAT]]
+  %mask = shufflevector <4 x i32> %tmp, <4 x i32> undef, <4 x i32> <i32 0, i32 undef, i32 0, i32 0>
+  br i1 %tst, label %if_true, label %if_false
+
+if_true:
+  ret <4 x i32> %mask
+
+if_false:
+  %res = ashr <4 x i32> %lhs, %mask
+  ret <4 x i32> %res
+}
+
+define <2 x i64> @test_64bit(<2 x i64> %lhs, <2 x i64> %tmp, i1 %tst) {
+; CHECK-AVX2-LABEL: @test_64bit
+; CHECK-AVX2: if_false:
+; CHECK-AVX2-NOT: shufflevector
+; CHECK-AVX2: lshr <2 x i64> %lhs, %mask
+
+; CHECK-SSE2-LABEL: @test_64bit
+; CHECK-SSE2: if_false:
+; CHECK-SSE2: [[SPLAT:%[0-9a-zA-Z_]+]] = shufflevector
+; CHECK-SSE2: lshr <2 x i64> %lhs, [[SPLAT]]
+
+  %mask = shufflevector <2 x i64> %tmp, <2 x i64> undef, <2 x i32> zeroinitializer
+  br i1 %tst, label %if_true, label %if_false
+
+if_true:
+  ret <2 x i64> %mask
+
+if_false:
+  %res = lshr <2 x i64> %lhs, %mask
+  ret <2 x i64> %res
+}