Fix liveness computations in BranchFolding.
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / BranchFolding.cpp
1 //===-- BranchFolding.cpp - Fold machine code branch instructions ---------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass forwards branches to unconditional branches to make them branch
11 // directly to the target block.  This pass often results in dead MBB's, which
12 // it then removes.
13 //
14 // Note that this pass must be run after register allocation, it cannot handle
15 // SSA form.
16 //
17 //===----------------------------------------------------------------------===//
18
19 #define DEBUG_TYPE "branchfolding"
20 #include "BranchFolding.h"
21 #include "llvm/Function.h"
22 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
23 #include "llvm/CodeGen/MachineModuleInfo.h"
24 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
25 #include "llvm/CodeGen/MachineJumpTableInfo.h"
26 #include "llvm/CodeGen/RegisterScavenging.h"
27 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
28 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
29 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
30 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
31 #include "llvm/Support/Debug.h"
32 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
33 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
34 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
35 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
36 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
37 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
38 #include <algorithm>
39 using namespace llvm;
40
41 STATISTIC(NumDeadBlocks, "Number of dead blocks removed");
42 STATISTIC(NumBranchOpts, "Number of branches optimized");
43 STATISTIC(NumTailMerge , "Number of block tails merged");
44 STATISTIC(NumHoist     , "Number of times common instructions are hoisted");
45
46 static cl::opt<cl::boolOrDefault> FlagEnableTailMerge("enable-tail-merge",
47                               cl::init(cl::BOU_UNSET), cl::Hidden);
48
49 // Throttle for huge numbers of predecessors (compile speed problems)
50 static cl::opt<unsigned>
51 TailMergeThreshold("tail-merge-threshold",
52           cl::desc("Max number of predecessors to consider tail merging"),
53           cl::init(150), cl::Hidden);
54
55 // Heuristic for tail merging (and, inversely, tail duplication).
56 // TODO: This should be replaced with a target query.
57 static cl::opt<unsigned>
58 TailMergeSize("tail-merge-size",
59           cl::desc("Min number of instructions to consider tail merging"),
60                               cl::init(3), cl::Hidden);
61
62 namespace {
63   /// BranchFolderPass - Wrap branch folder in a machine function pass.
64   class BranchFolderPass : public MachineFunctionPass,
65                            public BranchFolder {
66   public:
67     static char ID;
68     explicit BranchFolderPass(bool defaultEnableTailMerge)
69       : MachineFunctionPass(ID), BranchFolder(defaultEnableTailMerge, true) {}
70
71     virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
72     virtual const char *getPassName() const { return "Control Flow Optimizer"; }
73   };
74 }
75
76 char BranchFolderPass::ID = 0;
77
78 FunctionPass *llvm::createBranchFoldingPass(bool DefaultEnableTailMerge) {
79   return new BranchFolderPass(DefaultEnableTailMerge);
80 }
81
82 bool BranchFolderPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
83   return OptimizeFunction(MF,
84                           MF.getTarget().getInstrInfo(),
85                           MF.getTarget().getRegisterInfo(),
86                           getAnalysisIfAvailable<MachineModuleInfo>());
87 }
88
89
90 BranchFolder::BranchFolder(bool defaultEnableTailMerge, bool CommonHoist) {
91   switch (FlagEnableTailMerge) {
92   case cl::BOU_UNSET: EnableTailMerge = defaultEnableTailMerge; break;
93   case cl::BOU_TRUE: EnableTailMerge = true; break;
94   case cl::BOU_FALSE: EnableTailMerge = false; break;
95   }
96
97   EnableHoistCommonCode = CommonHoist;
98 }
99
100 /// RemoveDeadBlock - Remove the specified dead machine basic block from the
101 /// function, updating the CFG.
102 void BranchFolder::RemoveDeadBlock(MachineBasicBlock *MBB) {
103   assert(MBB->pred_empty() && "MBB must be dead!");
104   DEBUG(dbgs() << "\nRemoving MBB: " << *MBB);
105
106   MachineFunction *MF = MBB->getParent();
107   // drop all successors.
108   while (!MBB->succ_empty())
109     MBB->removeSuccessor(MBB->succ_end()-1);
110
111   // Avoid matching if this pointer gets reused.
112   TriedMerging.erase(MBB);
113
114   // Remove the block.
115   MF->erase(MBB);
116 }
117
118 /// OptimizeImpDefsBlock - If a basic block is just a bunch of implicit_def
119 /// followed by terminators, and if the implicitly defined registers are not
120 /// used by the terminators, remove those implicit_def's. e.g.
121 /// BB1:
122 ///   r0 = implicit_def
123 ///   r1 = implicit_def
124 ///   br
125 /// This block can be optimized away later if the implicit instructions are
126 /// removed.
127 bool BranchFolder::OptimizeImpDefsBlock(MachineBasicBlock *MBB) {
128   SmallSet<unsigned, 4> ImpDefRegs;
129   MachineBasicBlock::iterator I = MBB->begin();
130   while (I != MBB->end()) {
131     if (!I->isImplicitDef())
132       break;
133     unsigned Reg = I->getOperand(0).getReg();
134     ImpDefRegs.insert(Reg);
135     for (const unsigned *SubRegs = TRI->getSubRegisters(Reg);
136          unsigned SubReg = *SubRegs; ++SubRegs)
137       ImpDefRegs.insert(SubReg);
138     ++I;
139   }
140   if (ImpDefRegs.empty())
141     return false;
142
143   MachineBasicBlock::iterator FirstTerm = I;
144   while (I != MBB->end()) {
145     if (!TII->isUnpredicatedTerminator(I))
146       return false;
147     // See if it uses any of the implicitly defined registers.
148     for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
149       MachineOperand &MO = I->getOperand(i);
150       if (!MO.isReg() || !MO.isUse())
151         continue;
152       unsigned Reg = MO.getReg();
153       if (ImpDefRegs.count(Reg))
154         return false;
155     }
156     ++I;
157   }
158
159   I = MBB->begin();
160   while (I != FirstTerm) {
161     MachineInstr *ImpDefMI = &*I;
162     ++I;
163     MBB->erase(ImpDefMI);
164   }
165
166   return true;
167 }
168
169 /// OptimizeFunction - Perhaps branch folding, tail merging and other
170 /// CFG optimizations on the given function.
171 bool BranchFolder::OptimizeFunction(MachineFunction &MF,
172                                     const TargetInstrInfo *tii,
173                                     const TargetRegisterInfo *tri,
174                                     MachineModuleInfo *mmi) {
175   if (!tii) return false;
176
177   TriedMerging.clear();
178
179   TII = tii;
180   TRI = tri;
181   MMI = mmi;
182
183   RS = TRI->requiresRegisterScavenging(MF) ? new RegScavenger() : NULL;
184
185   // Fix CFG.  The later algorithms expect it to be right.
186   bool MadeChange = false;
187   for (MachineFunction::iterator I = MF.begin(), E = MF.end(); I != E; I++) {
188     MachineBasicBlock *MBB = I, *TBB = 0, *FBB = 0;
189     SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
190     if (!TII->AnalyzeBranch(*MBB, TBB, FBB, Cond, true))
191       MadeChange |= MBB->CorrectExtraCFGEdges(TBB, FBB, !Cond.empty());
192     MadeChange |= OptimizeImpDefsBlock(MBB);
193   }
194
195   bool MadeChangeThisIteration = true;
196   while (MadeChangeThisIteration) {
197     MadeChangeThisIteration    = TailMergeBlocks(MF);
198     MadeChangeThisIteration   |= OptimizeBranches(MF);
199     if (EnableHoistCommonCode)
200       MadeChangeThisIteration |= HoistCommonCode(MF);
201     MadeChange |= MadeChangeThisIteration;
202   }
203
204   // See if any jump tables have become dead as the code generator
205   // did its thing.
206   MachineJumpTableInfo *JTI = MF.getJumpTableInfo();
207   if (JTI == 0) {
208     delete RS;
209     return MadeChange;
210   }
211   
212   // Walk the function to find jump tables that are live.
213   BitVector JTIsLive(JTI->getJumpTables().size());
214   for (MachineFunction::iterator BB = MF.begin(), E = MF.end();
215        BB != E; ++BB) {
216     for (MachineBasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
217          I != E; ++I)
218       for (unsigned op = 0, e = I->getNumOperands(); op != e; ++op) {
219         MachineOperand &Op = I->getOperand(op);
220         if (!Op.isJTI()) continue;
221
222         // Remember that this JT is live.
223         JTIsLive.set(Op.getIndex());
224       }
225   }
226
227   // Finally, remove dead jump tables.  This happens when the
228   // indirect jump was unreachable (and thus deleted).
229   for (unsigned i = 0, e = JTIsLive.size(); i != e; ++i)
230     if (!JTIsLive.test(i)) {
231       JTI->RemoveJumpTable(i);
232       MadeChange = true;
233     }
234
235   delete RS;
236   return MadeChange;
237 }
238
239 //===----------------------------------------------------------------------===//
240 //  Tail Merging of Blocks
241 //===----------------------------------------------------------------------===//
242
243 /// HashMachineInstr - Compute a hash value for MI and its operands.
244 static unsigned HashMachineInstr(const MachineInstr *MI) {
245   unsigned Hash = MI->getOpcode();
246   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
247     const MachineOperand &Op = MI->getOperand(i);
248
249     // Merge in bits from the operand if easy.
250     unsigned OperandHash = 0;
251     switch (Op.getType()) {
252     case MachineOperand::MO_Register:          OperandHash = Op.getReg(); break;
253     case MachineOperand::MO_Immediate:         OperandHash = Op.getImm(); break;
254     case MachineOperand::MO_MachineBasicBlock:
255       OperandHash = Op.getMBB()->getNumber();
256       break;
257     case MachineOperand::MO_FrameIndex:
258     case MachineOperand::MO_ConstantPoolIndex:
259     case MachineOperand::MO_JumpTableIndex:
260       OperandHash = Op.getIndex();
261       break;
262     case MachineOperand::MO_GlobalAddress:
263     case MachineOperand::MO_ExternalSymbol:
264       // Global address / external symbol are too hard, don't bother, but do
265       // pull in the offset.
266       OperandHash = Op.getOffset();
267       break;
268     default: break;
269     }
270
271     Hash += ((OperandHash << 3) | Op.getType()) << (i&31);
272   }
273   return Hash;
274 }
275
276 /// HashEndOfMBB - Hash the last instruction in the MBB.
277 static unsigned HashEndOfMBB(const MachineBasicBlock *MBB) {
278   MachineBasicBlock::const_iterator I = MBB->end();
279   if (I == MBB->begin())
280     return 0;   // Empty MBB.
281
282   --I;
283   // Skip debug info so it will not affect codegen.
284   while (I->isDebugValue()) {
285     if (I==MBB->begin())
286       return 0;      // MBB empty except for debug info.
287     --I;
288   }
289
290   return HashMachineInstr(I);
291 }
292
293 /// ComputeCommonTailLength - Given two machine basic blocks, compute the number
294 /// of instructions they actually have in common together at their end.  Return
295 /// iterators for the first shared instruction in each block.
296 static unsigned ComputeCommonTailLength(MachineBasicBlock *MBB1,
297                                         MachineBasicBlock *MBB2,
298                                         MachineBasicBlock::iterator &I1,
299                                         MachineBasicBlock::iterator &I2) {
300   I1 = MBB1->end();
301   I2 = MBB2->end();
302
303   unsigned TailLen = 0;
304   while (I1 != MBB1->begin() && I2 != MBB2->begin()) {
305     --I1; --I2;
306     // Skip debugging pseudos; necessary to avoid changing the code.
307     while (I1->isDebugValue()) {
308       if (I1==MBB1->begin()) {
309         while (I2->isDebugValue()) {
310           if (I2==MBB2->begin())
311             // I1==DBG at begin; I2==DBG at begin
312             return TailLen;
313           --I2;
314         }
315         ++I2;
316         // I1==DBG at begin; I2==non-DBG, or first of DBGs not at begin
317         return TailLen;
318       }
319       --I1;
320     }
321     // I1==first (untested) non-DBG preceding known match
322     while (I2->isDebugValue()) {
323       if (I2==MBB2->begin()) {
324         ++I1;
325         // I1==non-DBG, or first of DBGs not at begin; I2==DBG at begin
326         return TailLen;
327       }
328       --I2;
329     }
330     // I1, I2==first (untested) non-DBGs preceding known match
331     if (!I1->isIdenticalTo(I2) ||
332         // FIXME: This check is dubious. It's used to get around a problem where
333         // people incorrectly expect inline asm directives to remain in the same
334         // relative order. This is untenable because normal compiler
335         // optimizations (like this one) may reorder and/or merge these
336         // directives.
337         I1->isInlineAsm()) {
338       ++I1; ++I2;
339       break;
340     }
341     ++TailLen;
342   }
343   // Back past possible debugging pseudos at beginning of block.  This matters
344   // when one block differs from the other only by whether debugging pseudos
345   // are present at the beginning.  (This way, the various checks later for
346   // I1==MBB1->begin() work as expected.)
347   if (I1 == MBB1->begin() && I2 != MBB2->begin()) {
348     --I2;
349     while (I2->isDebugValue()) {
350       if (I2 == MBB2->begin()) {
351         return TailLen;
352         }
353       --I2;
354     }
355     ++I2;
356   }
357   if (I2 == MBB2->begin() && I1 != MBB1->begin()) {
358     --I1;
359     while (I1->isDebugValue()) {
360       if (I1 == MBB1->begin())
361         return TailLen;
362       --I1;
363     }
364     ++I1;
365   }
366   return TailLen;
367 }
368
369 void BranchFolder::MaintainLiveIns(MachineBasicBlock *CurMBB,
370                                    MachineBasicBlock *NewMBB) {
371   if (RS) {
372     RS->enterBasicBlock(CurMBB);
373     if (!CurMBB->empty())
374       RS->forward(prior(CurMBB->end()));
375     BitVector RegsLiveAtExit(TRI->getNumRegs());
376     RS->getRegsUsed(RegsLiveAtExit, false);
377     for (unsigned int i = 0, e = TRI->getNumRegs(); i != e; i++)
378       if (RegsLiveAtExit[i])
379         NewMBB->addLiveIn(i);
380   }
381 }
382
383 /// ReplaceTailWithBranchTo - Delete the instruction OldInst and everything
384 /// after it, replacing it with an unconditional branch to NewDest.
385 void BranchFolder::ReplaceTailWithBranchTo(MachineBasicBlock::iterator OldInst,
386                                            MachineBasicBlock *NewDest) {
387   MachineBasicBlock *CurMBB = OldInst->getParent();
388
389   TII->ReplaceTailWithBranchTo(OldInst, NewDest);
390
391   // For targets that use the register scavenger, we must maintain LiveIns.
392   MaintainLiveIns(CurMBB, NewDest);
393
394   ++NumTailMerge;
395 }
396
397 /// SplitMBBAt - Given a machine basic block and an iterator into it, split the
398 /// MBB so that the part before the iterator falls into the part starting at the
399 /// iterator.  This returns the new MBB.
400 MachineBasicBlock *BranchFolder::SplitMBBAt(MachineBasicBlock &CurMBB,
401                                             MachineBasicBlock::iterator BBI1) {
402   if (!TII->isLegalToSplitMBBAt(CurMBB, BBI1))
403     return 0;
404
405   MachineFunction &MF = *CurMBB.getParent();
406
407   // Create the fall-through block.
408   MachineFunction::iterator MBBI = &CurMBB;
409   MachineBasicBlock *NewMBB =MF.CreateMachineBasicBlock(CurMBB.getBasicBlock());
410   CurMBB.getParent()->insert(++MBBI, NewMBB);
411
412   // Move all the successors of this block to the specified block.
413   NewMBB->transferSuccessors(&CurMBB);
414
415   // Add an edge from CurMBB to NewMBB for the fall-through.
416   CurMBB.addSuccessor(NewMBB);
417
418   // Splice the code over.
419   NewMBB->splice(NewMBB->end(), &CurMBB, BBI1, CurMBB.end());
420
421   // For targets that use the register scavenger, we must maintain LiveIns.
422   MaintainLiveIns(&CurMBB, NewMBB);
423
424   return NewMBB;
425 }
426
427 /// EstimateRuntime - Make a rough estimate for how long it will take to run
428 /// the specified code.
429 static unsigned EstimateRuntime(MachineBasicBlock::iterator I,
430                                 MachineBasicBlock::iterator E) {
431   unsigned Time = 0;
432   for (; I != E; ++I) {
433     if (I->isDebugValue())
434       continue;
435     const MCInstrDesc &MCID = I->getDesc();
436     if (MCID.isCall())
437       Time += 10;
438     else if (MCID.mayLoad() || MCID.mayStore())
439       Time += 2;
440     else
441       ++Time;
442   }
443   return Time;
444 }
445
446 // CurMBB needs to add an unconditional branch to SuccMBB (we removed these
447 // branches temporarily for tail merging).  In the case where CurMBB ends
448 // with a conditional branch to the next block, optimize by reversing the
449 // test and conditionally branching to SuccMBB instead.
450 static void FixTail(MachineBasicBlock *CurMBB, MachineBasicBlock *SuccBB,
451                     const TargetInstrInfo *TII) {
452   MachineFunction *MF = CurMBB->getParent();
453   MachineFunction::iterator I = llvm::next(MachineFunction::iterator(CurMBB));
454   MachineBasicBlock *TBB = 0, *FBB = 0;
455   SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
456   DebugLoc dl;  // FIXME: this is nowhere
457   if (I != MF->end() &&
458       !TII->AnalyzeBranch(*CurMBB, TBB, FBB, Cond, true)) {
459     MachineBasicBlock *NextBB = I;
460     if (TBB == NextBB && !Cond.empty() && !FBB) {
461       if (!TII->ReverseBranchCondition(Cond)) {
462         TII->RemoveBranch(*CurMBB);
463         TII->InsertBranch(*CurMBB, SuccBB, NULL, Cond, dl);
464         return;
465       }
466     }
467   }
468   TII->InsertBranch(*CurMBB, SuccBB, NULL,
469                     SmallVector<MachineOperand, 0>(), dl);
470 }
471
472 bool
473 BranchFolder::MergePotentialsElt::operator<(const MergePotentialsElt &o) const {
474   if (getHash() < o.getHash())
475     return true;
476    else if (getHash() > o.getHash())
477     return false;
478   else if (getBlock()->getNumber() < o.getBlock()->getNumber())
479     return true;
480   else if (getBlock()->getNumber() > o.getBlock()->getNumber())
481     return false;
482   else {
483     // _GLIBCXX_DEBUG checks strict weak ordering, which involves comparing
484     // an object with itself.
485 #ifndef _GLIBCXX_DEBUG
486     llvm_unreachable("Predecessor appears twice");
487 #endif
488     return false;
489   }
490 }
491
492 /// CountTerminators - Count the number of terminators in the given
493 /// block and set I to the position of the first non-terminator, if there
494 /// is one, or MBB->end() otherwise.
495 static unsigned CountTerminators(MachineBasicBlock *MBB,
496                                  MachineBasicBlock::iterator &I) {
497   I = MBB->end();
498   unsigned NumTerms = 0;
499   for (;;) {
500     if (I == MBB->begin()) {
501       I = MBB->end();
502       break;
503     }
504     --I;
505     if (!I->getDesc().isTerminator()) break;
506     ++NumTerms;
507   }
508   return NumTerms;
509 }
510
511 /// ProfitableToMerge - Check if two machine basic blocks have a common tail
512 /// and decide if it would be profitable to merge those tails.  Return the
513 /// length of the common tail and iterators to the first common instruction
514 /// in each block.
515 static bool ProfitableToMerge(MachineBasicBlock *MBB1,
516                               MachineBasicBlock *MBB2,
517                               unsigned minCommonTailLength,
518                               unsigned &CommonTailLen,
519                               MachineBasicBlock::iterator &I1,
520                               MachineBasicBlock::iterator &I2,
521                               MachineBasicBlock *SuccBB,
522                               MachineBasicBlock *PredBB) {
523   CommonTailLen = ComputeCommonTailLength(MBB1, MBB2, I1, I2);
524   if (CommonTailLen == 0)
525     return false;
526   DEBUG(dbgs() << "Common tail length of BB#" << MBB1->getNumber()
527                << " and BB#" << MBB2->getNumber() << " is " << CommonTailLen
528                << '\n');
529
530   // It's almost always profitable to merge any number of non-terminator
531   // instructions with the block that falls through into the common successor.
532   if (MBB1 == PredBB || MBB2 == PredBB) {
533     MachineBasicBlock::iterator I;
534     unsigned NumTerms = CountTerminators(MBB1 == PredBB ? MBB2 : MBB1, I);
535     if (CommonTailLen > NumTerms)
536       return true;
537   }
538
539   // If one of the blocks can be completely merged and happens to be in
540   // a position where the other could fall through into it, merge any number
541   // of instructions, because it can be done without a branch.
542   // TODO: If the blocks are not adjacent, move one of them so that they are?
543   if (MBB1->isLayoutSuccessor(MBB2) && I2 == MBB2->begin())
544     return true;
545   if (MBB2->isLayoutSuccessor(MBB1) && I1 == MBB1->begin())
546     return true;
547
548   // If both blocks have an unconditional branch temporarily stripped out,
549   // count that as an additional common instruction for the following
550   // heuristics.
551   unsigned EffectiveTailLen = CommonTailLen;
552   if (SuccBB && MBB1 != PredBB && MBB2 != PredBB &&
553       !MBB1->back().getDesc().isBarrier() &&
554       !MBB2->back().getDesc().isBarrier())
555     ++EffectiveTailLen;
556
557   // Check if the common tail is long enough to be worthwhile.
558   if (EffectiveTailLen >= minCommonTailLength)
559     return true;
560
561   // If we are optimizing for code size, 2 instructions in common is enough if
562   // we don't have to split a block.  At worst we will be introducing 1 new
563   // branch instruction, which is likely to be smaller than the 2
564   // instructions that would be deleted in the merge.
565   MachineFunction *MF = MBB1->getParent();
566   if (EffectiveTailLen >= 2 &&
567       MF->getFunction()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize) &&
568       (I1 == MBB1->begin() || I2 == MBB2->begin()))
569     return true;
570
571   return false;
572 }
573
574 /// ComputeSameTails - Look through all the blocks in MergePotentials that have
575 /// hash CurHash (guaranteed to match the last element).  Build the vector
576 /// SameTails of all those that have the (same) largest number of instructions
577 /// in common of any pair of these blocks.  SameTails entries contain an
578 /// iterator into MergePotentials (from which the MachineBasicBlock can be
579 /// found) and a MachineBasicBlock::iterator into that MBB indicating the
580 /// instruction where the matching code sequence begins.
581 /// Order of elements in SameTails is the reverse of the order in which
582 /// those blocks appear in MergePotentials (where they are not necessarily
583 /// consecutive).
584 unsigned BranchFolder::ComputeSameTails(unsigned CurHash,
585                                         unsigned minCommonTailLength,
586                                         MachineBasicBlock *SuccBB,
587                                         MachineBasicBlock *PredBB) {
588   unsigned maxCommonTailLength = 0U;
589   SameTails.clear();
590   MachineBasicBlock::iterator TrialBBI1, TrialBBI2;
591   MPIterator HighestMPIter = prior(MergePotentials.end());
592   for (MPIterator CurMPIter = prior(MergePotentials.end()),
593                   B = MergePotentials.begin();
594        CurMPIter != B && CurMPIter->getHash() == CurHash;
595        --CurMPIter) {
596     for (MPIterator I = prior(CurMPIter); I->getHash() == CurHash ; --I) {
597       unsigned CommonTailLen;
598       if (ProfitableToMerge(CurMPIter->getBlock(), I->getBlock(),
599                             minCommonTailLength,
600                             CommonTailLen, TrialBBI1, TrialBBI2,
601                             SuccBB, PredBB)) {
602         if (CommonTailLen > maxCommonTailLength) {
603           SameTails.clear();
604           maxCommonTailLength = CommonTailLen;
605           HighestMPIter = CurMPIter;
606           SameTails.push_back(SameTailElt(CurMPIter, TrialBBI1));
607         }
608         if (HighestMPIter == CurMPIter &&
609             CommonTailLen == maxCommonTailLength)
610           SameTails.push_back(SameTailElt(I, TrialBBI2));
611       }
612       if (I == B)
613         break;
614     }
615   }
616   return maxCommonTailLength;
617 }
618
619 /// RemoveBlocksWithHash - Remove all blocks with hash CurHash from
620 /// MergePotentials, restoring branches at ends of blocks as appropriate.
621 void BranchFolder::RemoveBlocksWithHash(unsigned CurHash,
622                                         MachineBasicBlock *SuccBB,
623                                         MachineBasicBlock *PredBB) {
624   MPIterator CurMPIter, B;
625   for (CurMPIter = prior(MergePotentials.end()), B = MergePotentials.begin();
626        CurMPIter->getHash() == CurHash;
627        --CurMPIter) {
628     // Put the unconditional branch back, if we need one.
629     MachineBasicBlock *CurMBB = CurMPIter->getBlock();
630     if (SuccBB && CurMBB != PredBB)
631       FixTail(CurMBB, SuccBB, TII);
632     if (CurMPIter == B)
633       break;
634   }
635   if (CurMPIter->getHash() != CurHash)
636     CurMPIter++;
637   MergePotentials.erase(CurMPIter, MergePotentials.end());
638 }
639
640 /// CreateCommonTailOnlyBlock - None of the blocks to be tail-merged consist
641 /// only of the common tail.  Create a block that does by splitting one.
642 bool BranchFolder::CreateCommonTailOnlyBlock(MachineBasicBlock *&PredBB,
643                                              unsigned maxCommonTailLength,
644                                              unsigned &commonTailIndex) {
645   commonTailIndex = 0;
646   unsigned TimeEstimate = ~0U;
647   for (unsigned i = 0, e = SameTails.size(); i != e; ++i) {
648     // Use PredBB if possible; that doesn't require a new branch.
649     if (SameTails[i].getBlock() == PredBB) {
650       commonTailIndex = i;
651       break;
652     }
653     // Otherwise, make a (fairly bogus) choice based on estimate of
654     // how long it will take the various blocks to execute.
655     unsigned t = EstimateRuntime(SameTails[i].getBlock()->begin(),
656                                  SameTails[i].getTailStartPos());
657     if (t <= TimeEstimate) {
658       TimeEstimate = t;
659       commonTailIndex = i;
660     }
661   }
662
663   MachineBasicBlock::iterator BBI =
664     SameTails[commonTailIndex].getTailStartPos();
665   MachineBasicBlock *MBB = SameTails[commonTailIndex].getBlock();
666
667   // If the common tail includes any debug info we will take it pretty
668   // randomly from one of the inputs.  Might be better to remove it?
669   DEBUG(dbgs() << "\nSplitting BB#" << MBB->getNumber() << ", size "
670                << maxCommonTailLength);
671
672   MachineBasicBlock *newMBB = SplitMBBAt(*MBB, BBI);
673   if (!newMBB) {
674     DEBUG(dbgs() << "... failed!");
675     return false;
676   }
677
678   SameTails[commonTailIndex].setBlock(newMBB);
679   SameTails[commonTailIndex].setTailStartPos(newMBB->begin());
680
681   // If we split PredBB, newMBB is the new predecessor.
682   if (PredBB == MBB)
683     PredBB = newMBB;
684
685   return true;
686 }
687
688 // See if any of the blocks in MergePotentials (which all have a common single
689 // successor, or all have no successor) can be tail-merged.  If there is a
690 // successor, any blocks in MergePotentials that are not tail-merged and
691 // are not immediately before Succ must have an unconditional branch to
692 // Succ added (but the predecessor/successor lists need no adjustment).
693 // The lone predecessor of Succ that falls through into Succ,
694 // if any, is given in PredBB.
695
696 bool BranchFolder::TryTailMergeBlocks(MachineBasicBlock *SuccBB,
697                                       MachineBasicBlock *PredBB) {
698   bool MadeChange = false;
699
700   // Except for the special cases below, tail-merge if there are at least
701   // this many instructions in common.
702   unsigned minCommonTailLength = TailMergeSize;
703
704   DEBUG(dbgs() << "\nTryTailMergeBlocks: ";
705         for (unsigned i = 0, e = MergePotentials.size(); i != e; ++i)
706           dbgs() << "BB#" << MergePotentials[i].getBlock()->getNumber()
707                  << (i == e-1 ? "" : ", ");
708         dbgs() << "\n";
709         if (SuccBB) {
710           dbgs() << "  with successor BB#" << SuccBB->getNumber() << '\n';
711           if (PredBB)
712             dbgs() << "  which has fall-through from BB#"
713                    << PredBB->getNumber() << "\n";
714         }
715         dbgs() << "Looking for common tails of at least "
716                << minCommonTailLength << " instruction"
717                << (minCommonTailLength == 1 ? "" : "s") << '\n';
718        );
719
720   // Sort by hash value so that blocks with identical end sequences sort
721   // together.
722   std::stable_sort(MergePotentials.begin(), MergePotentials.end());
723
724   // Walk through equivalence sets looking for actual exact matches.
725   while (MergePotentials.size() > 1) {
726     unsigned CurHash = MergePotentials.back().getHash();
727
728     // Build SameTails, identifying the set of blocks with this hash code
729     // and with the maximum number of instructions in common.
730     unsigned maxCommonTailLength = ComputeSameTails(CurHash,
731                                                     minCommonTailLength,
732                                                     SuccBB, PredBB);
733
734     // If we didn't find any pair that has at least minCommonTailLength
735     // instructions in common, remove all blocks with this hash code and retry.
736     if (SameTails.empty()) {
737       RemoveBlocksWithHash(CurHash, SuccBB, PredBB);
738       continue;
739     }
740
741     // If one of the blocks is the entire common tail (and not the entry
742     // block, which we can't jump to), we can treat all blocks with this same
743     // tail at once.  Use PredBB if that is one of the possibilities, as that
744     // will not introduce any extra branches.
745     MachineBasicBlock *EntryBB = MergePotentials.begin()->getBlock()->
746                                  getParent()->begin();
747     unsigned commonTailIndex = SameTails.size();
748     // If there are two blocks, check to see if one can be made to fall through
749     // into the other.
750     if (SameTails.size() == 2 &&
751         SameTails[0].getBlock()->isLayoutSuccessor(SameTails[1].getBlock()) &&
752         SameTails[1].tailIsWholeBlock())
753       commonTailIndex = 1;
754     else if (SameTails.size() == 2 &&
755              SameTails[1].getBlock()->isLayoutSuccessor(
756                                                      SameTails[0].getBlock()) &&
757              SameTails[0].tailIsWholeBlock())
758       commonTailIndex = 0;
759     else {
760       // Otherwise just pick one, favoring the fall-through predecessor if
761       // there is one.
762       for (unsigned i = 0, e = SameTails.size(); i != e; ++i) {
763         MachineBasicBlock *MBB = SameTails[i].getBlock();
764         if (MBB == EntryBB && SameTails[i].tailIsWholeBlock())
765           continue;
766         if (MBB == PredBB) {
767           commonTailIndex = i;
768           break;
769         }
770         if (SameTails[i].tailIsWholeBlock())
771           commonTailIndex = i;
772       }
773     }
774
775     if (commonTailIndex == SameTails.size() ||
776         (SameTails[commonTailIndex].getBlock() == PredBB &&
777          !SameTails[commonTailIndex].tailIsWholeBlock())) {
778       // None of the blocks consist entirely of the common tail.
779       // Split a block so that one does.
780       if (!CreateCommonTailOnlyBlock(PredBB,
781                                      maxCommonTailLength, commonTailIndex)) {
782         RemoveBlocksWithHash(CurHash, SuccBB, PredBB);
783         continue;
784       }
785     }
786
787     MachineBasicBlock *MBB = SameTails[commonTailIndex].getBlock();
788     // MBB is common tail.  Adjust all other BB's to jump to this one.
789     // Traversal must be forwards so erases work.
790     DEBUG(dbgs() << "\nUsing common tail in BB#" << MBB->getNumber()
791                  << " for ");
792     for (unsigned int i=0, e = SameTails.size(); i != e; ++i) {
793       if (commonTailIndex == i)
794         continue;
795       DEBUG(dbgs() << "BB#" << SameTails[i].getBlock()->getNumber()
796                    << (i == e-1 ? "" : ", "));
797       // Hack the end off BB i, making it jump to BB commonTailIndex instead.
798       ReplaceTailWithBranchTo(SameTails[i].getTailStartPos(), MBB);
799       // BB i is no longer a predecessor of SuccBB; remove it from the worklist.
800       MergePotentials.erase(SameTails[i].getMPIter());
801     }
802     DEBUG(dbgs() << "\n");
803     // We leave commonTailIndex in the worklist in case there are other blocks
804     // that match it with a smaller number of instructions.
805     MadeChange = true;
806   }
807   return MadeChange;
808 }
809
810 bool BranchFolder::TailMergeBlocks(MachineFunction &MF) {
811
812   if (!EnableTailMerge) return false;
813
814   bool MadeChange = false;
815
816   // First find blocks with no successors.
817   MergePotentials.clear();
818   for (MachineFunction::iterator I = MF.begin(), E = MF.end();
819        I != E && MergePotentials.size() < TailMergeThreshold; ++I) {
820     if (TriedMerging.count(I))
821       continue;
822     if (I->succ_empty())
823       MergePotentials.push_back(MergePotentialsElt(HashEndOfMBB(I), I));
824   }
825
826   // If this is a large problem, avoid visiting the same basic blocks
827   // multiple times.
828   if (MergePotentials.size() == TailMergeThreshold)
829     for (unsigned i = 0, e = MergePotentials.size(); i != e; ++i)
830       TriedMerging.insert(MergePotentials[i].getBlock());
831   // See if we can do any tail merging on those.
832   if (MergePotentials.size() >= 2)
833     MadeChange |= TryTailMergeBlocks(NULL, NULL);
834
835   // Look at blocks (IBB) with multiple predecessors (PBB).
836   // We change each predecessor to a canonical form, by
837   // (1) temporarily removing any unconditional branch from the predecessor
838   // to IBB, and
839   // (2) alter conditional branches so they branch to the other block
840   // not IBB; this may require adding back an unconditional branch to IBB
841   // later, where there wasn't one coming in.  E.g.
842   //   Bcc IBB
843   //   fallthrough to QBB
844   // here becomes
845   //   Bncc QBB
846   // with a conceptual B to IBB after that, which never actually exists.
847   // With those changes, we see whether the predecessors' tails match,
848   // and merge them if so.  We change things out of canonical form and
849   // back to the way they were later in the process.  (OptimizeBranches
850   // would undo some of this, but we can't use it, because we'd get into
851   // a compile-time infinite loop repeatedly doing and undoing the same
852   // transformations.)
853
854   for (MachineFunction::iterator I = llvm::next(MF.begin()), E = MF.end();
855        I != E; ++I) {
856     if (I->pred_size() >= 2) {
857       SmallPtrSet<MachineBasicBlock *, 8> UniquePreds;
858       MachineBasicBlock *IBB = I;
859       MachineBasicBlock *PredBB = prior(I);
860       MergePotentials.clear();
861       for (MachineBasicBlock::pred_iterator P = I->pred_begin(),
862                                             E2 = I->pred_end();
863            P != E2 && MergePotentials.size() < TailMergeThreshold; ++P) {
864         MachineBasicBlock *PBB = *P;
865         if (TriedMerging.count(PBB))
866           continue;
867         // Skip blocks that loop to themselves, can't tail merge these.
868         if (PBB == IBB)
869           continue;
870         // Visit each predecessor only once.
871         if (!UniquePreds.insert(PBB))
872           continue;
873         MachineBasicBlock *TBB = 0, *FBB = 0;
874         SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
875         if (!TII->AnalyzeBranch(*PBB, TBB, FBB, Cond, true)) {
876           // Failing case:  IBB is the target of a cbr, and
877           // we cannot reverse the branch.
878           SmallVector<MachineOperand, 4> NewCond(Cond);
879           if (!Cond.empty() && TBB == IBB) {
880             if (TII->ReverseBranchCondition(NewCond))
881               continue;
882             // This is the QBB case described above
883             if (!FBB)
884               FBB = llvm::next(MachineFunction::iterator(PBB));
885           }
886           // Failing case:  the only way IBB can be reached from PBB is via
887           // exception handling.  Happens for landing pads.  Would be nice
888           // to have a bit in the edge so we didn't have to do all this.
889           if (IBB->isLandingPad()) {
890             MachineFunction::iterator IP = PBB;  IP++;
891             MachineBasicBlock *PredNextBB = NULL;
892             if (IP != MF.end())
893               PredNextBB = IP;
894             if (TBB == NULL) {
895               if (IBB != PredNextBB)      // fallthrough
896                 continue;
897             } else if (FBB) {
898               if (TBB != IBB && FBB != IBB)   // cbr then ubr
899                 continue;
900             } else if (Cond.empty()) {
901               if (TBB != IBB)               // ubr
902                 continue;
903             } else {
904               if (TBB != IBB && IBB != PredNextBB)  // cbr
905                 continue;
906             }
907           }
908           // Remove the unconditional branch at the end, if any.
909           if (TBB && (Cond.empty() || FBB)) {
910             DebugLoc dl;  // FIXME: this is nowhere
911             TII->RemoveBranch(*PBB);
912             if (!Cond.empty())
913               // reinsert conditional branch only, for now
914               TII->InsertBranch(*PBB, (TBB == IBB) ? FBB : TBB, 0, NewCond, dl);
915           }
916           MergePotentials.push_back(MergePotentialsElt(HashEndOfMBB(PBB), *P));
917         }
918       }
919       // If this is a large problem, avoid visiting the same basic blocks
920       // multiple times.
921       if (MergePotentials.size() == TailMergeThreshold)
922         for (unsigned i = 0, e = MergePotentials.size(); i != e; ++i)
923           TriedMerging.insert(MergePotentials[i].getBlock());
924       if (MergePotentials.size() >= 2)
925         MadeChange |= TryTailMergeBlocks(IBB, PredBB);
926       // Reinsert an unconditional branch if needed.
927       // The 1 below can occur as a result of removing blocks in TryTailMergeBlocks.
928       PredBB = prior(I);      // this may have been changed in TryTailMergeBlocks
929       if (MergePotentials.size() == 1 &&
930           MergePotentials.begin()->getBlock() != PredBB)
931         FixTail(MergePotentials.begin()->getBlock(), IBB, TII);
932     }
933   }
934   return MadeChange;
935 }
936
937 //===----------------------------------------------------------------------===//
938 //  Branch Optimization
939 //===----------------------------------------------------------------------===//
940
941 bool BranchFolder::OptimizeBranches(MachineFunction &MF) {
942   bool MadeChange = false;
943
944   // Make sure blocks are numbered in order
945   MF.RenumberBlocks();
946
947   for (MachineFunction::iterator I = llvm::next(MF.begin()), E = MF.end();
948        I != E; ) {
949     MachineBasicBlock *MBB = I++;
950     MadeChange |= OptimizeBlock(MBB);
951
952     // If it is dead, remove it.
953     if (MBB->pred_empty()) {
954       RemoveDeadBlock(MBB);
955       MadeChange = true;
956       ++NumDeadBlocks;
957     }
958   }
959   return MadeChange;
960 }
961
962 // Blocks should be considered empty if they contain only debug info;
963 // else the debug info would affect codegen.
964 static bool IsEmptyBlock(MachineBasicBlock *MBB) {
965   if (MBB->empty())
966     return true;
967   for (MachineBasicBlock::iterator MBBI = MBB->begin(), MBBE = MBB->end();
968        MBBI!=MBBE; ++MBBI) {
969     if (!MBBI->isDebugValue())
970       return false;
971   }
972   return true;
973 }
974
975 // Blocks with only debug info and branches should be considered the same
976 // as blocks with only branches.
977 static bool IsBranchOnlyBlock(MachineBasicBlock *MBB) {
978   MachineBasicBlock::iterator MBBI, MBBE;
979   for (MBBI = MBB->begin(), MBBE = MBB->end(); MBBI!=MBBE; ++MBBI) {
980     if (!MBBI->isDebugValue())
981       break;
982   }
983   return (MBBI->getDesc().isBranch());
984 }
985
986 /// IsBetterFallthrough - Return true if it would be clearly better to
987 /// fall-through to MBB1 than to fall through into MBB2.  This has to return
988 /// a strict ordering, returning true for both (MBB1,MBB2) and (MBB2,MBB1) will
989 /// result in infinite loops.
990 static bool IsBetterFallthrough(MachineBasicBlock *MBB1,
991                                 MachineBasicBlock *MBB2) {
992   // Right now, we use a simple heuristic.  If MBB2 ends with a call, and
993   // MBB1 doesn't, we prefer to fall through into MBB1.  This allows us to
994   // optimize branches that branch to either a return block or an assert block
995   // into a fallthrough to the return.
996   if (IsEmptyBlock(MBB1) || IsEmptyBlock(MBB2)) return false;
997
998   // If there is a clear successor ordering we make sure that one block
999   // will fall through to the next
1000   if (MBB1->isSuccessor(MBB2)) return true;
1001   if (MBB2->isSuccessor(MBB1)) return false;
1002
1003   // Neither block consists entirely of debug info (per IsEmptyBlock check),
1004   // so we needn't test for falling off the beginning here.
1005   MachineBasicBlock::iterator MBB1I = --MBB1->end();
1006   while (MBB1I->isDebugValue())
1007     --MBB1I;
1008   MachineBasicBlock::iterator MBB2I = --MBB2->end();
1009   while (MBB2I->isDebugValue())
1010     --MBB2I;
1011   return MBB2I->getDesc().isCall() && !MBB1I->getDesc().isCall();
1012 }
1013
1014 /// OptimizeBlock - Analyze and optimize control flow related to the specified
1015 /// block.  This is never called on the entry block.
1016 bool BranchFolder::OptimizeBlock(MachineBasicBlock *MBB) {
1017   bool MadeChange = false;
1018   MachineFunction &MF = *MBB->getParent();
1019   DebugLoc dl;  // FIXME: this is nowhere
1020 ReoptimizeBlock:
1021
1022   MachineFunction::iterator FallThrough = MBB;
1023   ++FallThrough;
1024
1025   // If this block is empty, make everyone use its fall-through, not the block
1026   // explicitly.  Landing pads should not do this since the landing-pad table
1027   // points to this block.  Blocks with their addresses taken shouldn't be
1028   // optimized away.
1029   if (IsEmptyBlock(MBB) && !MBB->isLandingPad() && !MBB->hasAddressTaken()) {
1030     // Dead block?  Leave for cleanup later.
1031     if (MBB->pred_empty()) return MadeChange;
1032
1033     if (FallThrough == MF.end()) {
1034       // TODO: Simplify preds to not branch here if possible!
1035     } else {
1036       // Rewrite all predecessors of the old block to go to the fallthrough
1037       // instead.
1038       while (!MBB->pred_empty()) {
1039         MachineBasicBlock *Pred = *(MBB->pred_end()-1);
1040         Pred->ReplaceUsesOfBlockWith(MBB, FallThrough);
1041       }
1042       // If MBB was the target of a jump table, update jump tables to go to the
1043       // fallthrough instead.
1044       if (MachineJumpTableInfo *MJTI = MF.getJumpTableInfo())
1045         MJTI->ReplaceMBBInJumpTables(MBB, FallThrough);
1046       MadeChange = true;
1047     }
1048     return MadeChange;
1049   }
1050
1051   // Check to see if we can simplify the terminator of the block before this
1052   // one.
1053   MachineBasicBlock &PrevBB = *prior(MachineFunction::iterator(MBB));
1054
1055   MachineBasicBlock *PriorTBB = 0, *PriorFBB = 0;
1056   SmallVector<MachineOperand, 4> PriorCond;
1057   bool PriorUnAnalyzable =
1058     TII->AnalyzeBranch(PrevBB, PriorTBB, PriorFBB, PriorCond, true);
1059   if (!PriorUnAnalyzable) {
1060     // If the CFG for the prior block has extra edges, remove them.
1061     MadeChange |= PrevBB.CorrectExtraCFGEdges(PriorTBB, PriorFBB,
1062                                               !PriorCond.empty());
1063
1064     // If the previous branch is conditional and both conditions go to the same
1065     // destination, remove the branch, replacing it with an unconditional one or
1066     // a fall-through.
1067     if (PriorTBB && PriorTBB == PriorFBB) {
1068       TII->RemoveBranch(PrevBB);
1069       PriorCond.clear();
1070       if (PriorTBB != MBB)
1071         TII->InsertBranch(PrevBB, PriorTBB, 0, PriorCond, dl);
1072       MadeChange = true;
1073       ++NumBranchOpts;
1074       goto ReoptimizeBlock;
1075     }
1076
1077     // If the previous block unconditionally falls through to this block and
1078     // this block has no other predecessors, move the contents of this block
1079     // into the prior block. This doesn't usually happen when SimplifyCFG
1080     // has been used, but it can happen if tail merging splits a fall-through
1081     // predecessor of a block.
1082     // This has to check PrevBB->succ_size() because EH edges are ignored by
1083     // AnalyzeBranch.
1084     if (PriorCond.empty() && !PriorTBB && MBB->pred_size() == 1 &&
1085         PrevBB.succ_size() == 1 &&
1086         !MBB->hasAddressTaken() && !MBB->isLandingPad()) {
1087       DEBUG(dbgs() << "\nMerging into block: " << PrevBB
1088                    << "From MBB: " << *MBB);
1089       // Remove redundant DBG_VALUEs first.
1090       if (PrevBB.begin() != PrevBB.end()) {
1091         MachineBasicBlock::iterator PrevBBIter = PrevBB.end();
1092         --PrevBBIter;
1093         MachineBasicBlock::iterator MBBIter = MBB->begin();
1094         // Check if DBG_VALUE at the end of PrevBB is identical to the 
1095         // DBG_VALUE at the beginning of MBB.
1096         while (PrevBBIter != PrevBB.begin() && MBBIter != MBB->end()
1097                && PrevBBIter->isDebugValue() && MBBIter->isDebugValue()) {
1098           if (!MBBIter->isIdenticalTo(PrevBBIter))
1099             break;
1100           MachineInstr *DuplicateDbg = MBBIter;
1101           ++MBBIter; -- PrevBBIter;
1102           DuplicateDbg->eraseFromParent();
1103         }
1104       }
1105       PrevBB.splice(PrevBB.end(), MBB, MBB->begin(), MBB->end());
1106       PrevBB.removeSuccessor(PrevBB.succ_begin());;
1107       assert(PrevBB.succ_empty());
1108       PrevBB.transferSuccessors(MBB);
1109       MadeChange = true;
1110       return MadeChange;
1111     }
1112
1113     // If the previous branch *only* branches to *this* block (conditional or
1114     // not) remove the branch.
1115     if (PriorTBB == MBB && PriorFBB == 0) {
1116       TII->RemoveBranch(PrevBB);
1117       MadeChange = true;
1118       ++NumBranchOpts;
1119       goto ReoptimizeBlock;
1120     }
1121
1122     // If the prior block branches somewhere else on the condition and here if
1123     // the condition is false, remove the uncond second branch.
1124     if (PriorFBB == MBB) {
1125       TII->RemoveBranch(PrevBB);
1126       TII->InsertBranch(PrevBB, PriorTBB, 0, PriorCond, dl);
1127       MadeChange = true;
1128       ++NumBranchOpts;
1129       goto ReoptimizeBlock;
1130     }
1131
1132     // If the prior block branches here on true and somewhere else on false, and
1133     // if the branch condition is reversible, reverse the branch to create a
1134     // fall-through.
1135     if (PriorTBB == MBB) {
1136       SmallVector<MachineOperand, 4> NewPriorCond(PriorCond);
1137       if (!TII->ReverseBranchCondition(NewPriorCond)) {
1138         TII->RemoveBranch(PrevBB);
1139         TII->InsertBranch(PrevBB, PriorFBB, 0, NewPriorCond, dl);
1140         MadeChange = true;
1141         ++NumBranchOpts;
1142         goto ReoptimizeBlock;
1143       }
1144     }
1145
1146     // If this block has no successors (e.g. it is a return block or ends with
1147     // a call to a no-return function like abort or __cxa_throw) and if the pred
1148     // falls through into this block, and if it would otherwise fall through
1149     // into the block after this, move this block to the end of the function.
1150     //
1151     // We consider it more likely that execution will stay in the function (e.g.
1152     // due to loops) than it is to exit it.  This asserts in loops etc, moving
1153     // the assert condition out of the loop body.
1154     if (MBB->succ_empty() && !PriorCond.empty() && PriorFBB == 0 &&
1155         MachineFunction::iterator(PriorTBB) == FallThrough &&
1156         !MBB->canFallThrough()) {
1157       bool DoTransform = true;
1158
1159       // We have to be careful that the succs of PredBB aren't both no-successor
1160       // blocks.  If neither have successors and if PredBB is the second from
1161       // last block in the function, we'd just keep swapping the two blocks for
1162       // last.  Only do the swap if one is clearly better to fall through than
1163       // the other.
1164       if (FallThrough == --MF.end() &&
1165           !IsBetterFallthrough(PriorTBB, MBB))
1166         DoTransform = false;
1167
1168       if (DoTransform) {
1169         // Reverse the branch so we will fall through on the previous true cond.
1170         SmallVector<MachineOperand, 4> NewPriorCond(PriorCond);
1171         if (!TII->ReverseBranchCondition(NewPriorCond)) {
1172           DEBUG(dbgs() << "\nMoving MBB: " << *MBB
1173                        << "To make fallthrough to: " << *PriorTBB << "\n");
1174
1175           TII->RemoveBranch(PrevBB);
1176           TII->InsertBranch(PrevBB, MBB, 0, NewPriorCond, dl);
1177
1178           // Move this block to the end of the function.
1179           MBB->moveAfter(--MF.end());
1180           MadeChange = true;
1181           ++NumBranchOpts;
1182           return MadeChange;
1183         }
1184       }
1185     }
1186   }
1187
1188   // Analyze the branch in the current block.
1189   MachineBasicBlock *CurTBB = 0, *CurFBB = 0;
1190   SmallVector<MachineOperand, 4> CurCond;
1191   bool CurUnAnalyzable= TII->AnalyzeBranch(*MBB, CurTBB, CurFBB, CurCond, true);
1192   if (!CurUnAnalyzable) {
1193     // If the CFG for the prior block has extra edges, remove them.
1194     MadeChange |= MBB->CorrectExtraCFGEdges(CurTBB, CurFBB, !CurCond.empty());
1195
1196     // If this is a two-way branch, and the FBB branches to this block, reverse
1197     // the condition so the single-basic-block loop is faster.  Instead of:
1198     //    Loop: xxx; jcc Out; jmp Loop
1199     // we want:
1200     //    Loop: xxx; jncc Loop; jmp Out
1201     if (CurTBB && CurFBB && CurFBB == MBB && CurTBB != MBB) {
1202       SmallVector<MachineOperand, 4> NewCond(CurCond);
1203       if (!TII->ReverseBranchCondition(NewCond)) {
1204         TII->RemoveBranch(*MBB);
1205         TII->InsertBranch(*MBB, CurFBB, CurTBB, NewCond, dl);
1206         MadeChange = true;
1207         ++NumBranchOpts;
1208         goto ReoptimizeBlock;
1209       }
1210     }
1211
1212     // If this branch is the only thing in its block, see if we can forward
1213     // other blocks across it.
1214     if (CurTBB && CurCond.empty() && CurFBB == 0 &&
1215         IsBranchOnlyBlock(MBB) && CurTBB != MBB &&
1216         !MBB->hasAddressTaken()) {
1217       // This block may contain just an unconditional branch.  Because there can
1218       // be 'non-branch terminators' in the block, try removing the branch and
1219       // then seeing if the block is empty.
1220       TII->RemoveBranch(*MBB);
1221       // If the only things remaining in the block are debug info, remove these
1222       // as well, so this will behave the same as an empty block in non-debug
1223       // mode.
1224       if (!MBB->empty()) {
1225         bool NonDebugInfoFound = false;
1226         for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB->begin(), E = MBB->end();
1227              I != E; ++I) {
1228           if (!I->isDebugValue()) {
1229             NonDebugInfoFound = true;
1230             break;
1231           }
1232         }
1233         if (!NonDebugInfoFound)
1234           // Make the block empty, losing the debug info (we could probably
1235           // improve this in some cases.)
1236           MBB->erase(MBB->begin(), MBB->end());
1237       }
1238       // If this block is just an unconditional branch to CurTBB, we can
1239       // usually completely eliminate the block.  The only case we cannot
1240       // completely eliminate the block is when the block before this one
1241       // falls through into MBB and we can't understand the prior block's branch
1242       // condition.
1243       if (MBB->empty()) {
1244         bool PredHasNoFallThrough = !PrevBB.canFallThrough();
1245         if (PredHasNoFallThrough || !PriorUnAnalyzable ||
1246             !PrevBB.isSuccessor(MBB)) {
1247           // If the prior block falls through into us, turn it into an
1248           // explicit branch to us to make updates simpler.
1249           if (!PredHasNoFallThrough && PrevBB.isSuccessor(MBB) &&
1250               PriorTBB != MBB && PriorFBB != MBB) {
1251             if (PriorTBB == 0) {
1252               assert(PriorCond.empty() && PriorFBB == 0 &&
1253                      "Bad branch analysis");
1254               PriorTBB = MBB;
1255             } else {
1256               assert(PriorFBB == 0 && "Machine CFG out of date!");
1257               PriorFBB = MBB;
1258             }
1259             TII->RemoveBranch(PrevBB);
1260             TII->InsertBranch(PrevBB, PriorTBB, PriorFBB, PriorCond, dl);
1261           }
1262
1263           // Iterate through all the predecessors, revectoring each in-turn.
1264           size_t PI = 0;
1265           bool DidChange = false;
1266           bool HasBranchToSelf = false;
1267           while(PI != MBB->pred_size()) {
1268             MachineBasicBlock *PMBB = *(MBB->pred_begin() + PI);
1269             if (PMBB == MBB) {
1270               // If this block has an uncond branch to itself, leave it.
1271               ++PI;
1272               HasBranchToSelf = true;
1273             } else {
1274               DidChange = true;
1275               PMBB->ReplaceUsesOfBlockWith(MBB, CurTBB);
1276               // If this change resulted in PMBB ending in a conditional
1277               // branch where both conditions go to the same destination,
1278               // change this to an unconditional branch (and fix the CFG).
1279               MachineBasicBlock *NewCurTBB = 0, *NewCurFBB = 0;
1280               SmallVector<MachineOperand, 4> NewCurCond;
1281               bool NewCurUnAnalyzable = TII->AnalyzeBranch(*PMBB, NewCurTBB,
1282                       NewCurFBB, NewCurCond, true);
1283               if (!NewCurUnAnalyzable && NewCurTBB && NewCurTBB == NewCurFBB) {
1284                 TII->RemoveBranch(*PMBB);
1285                 NewCurCond.clear();
1286                 TII->InsertBranch(*PMBB, NewCurTBB, 0, NewCurCond, dl);
1287                 MadeChange = true;
1288                 ++NumBranchOpts;
1289                 PMBB->CorrectExtraCFGEdges(NewCurTBB, 0, false);
1290               }
1291             }
1292           }
1293
1294           // Change any jumptables to go to the new MBB.
1295           if (MachineJumpTableInfo *MJTI = MF.getJumpTableInfo())
1296             MJTI->ReplaceMBBInJumpTables(MBB, CurTBB);
1297           if (DidChange) {
1298             ++NumBranchOpts;
1299             MadeChange = true;
1300             if (!HasBranchToSelf) return MadeChange;
1301           }
1302         }
1303       }
1304
1305       // Add the branch back if the block is more than just an uncond branch.
1306       TII->InsertBranch(*MBB, CurTBB, 0, CurCond, dl);
1307     }
1308   }
1309
1310   // If the prior block doesn't fall through into this block, and if this
1311   // block doesn't fall through into some other block, see if we can find a
1312   // place to move this block where a fall-through will happen.
1313   if (!PrevBB.canFallThrough()) {
1314
1315     // Now we know that there was no fall-through into this block, check to
1316     // see if it has a fall-through into its successor.
1317     bool CurFallsThru = MBB->canFallThrough();
1318
1319     if (!MBB->isLandingPad()) {
1320       // Check all the predecessors of this block.  If one of them has no fall
1321       // throughs, move this block right after it.
1322       for (MachineBasicBlock::pred_iterator PI = MBB->pred_begin(),
1323            E = MBB->pred_end(); PI != E; ++PI) {
1324         // Analyze the branch at the end of the pred.
1325         MachineBasicBlock *PredBB = *PI;
1326         MachineFunction::iterator PredFallthrough = PredBB; ++PredFallthrough;
1327         MachineBasicBlock *PredTBB = 0, *PredFBB = 0;
1328         SmallVector<MachineOperand, 4> PredCond;
1329         if (PredBB != MBB && !PredBB->canFallThrough() &&
1330             !TII->AnalyzeBranch(*PredBB, PredTBB, PredFBB, PredCond, true)
1331             && (!CurFallsThru || !CurTBB || !CurFBB)
1332             && (!CurFallsThru || MBB->getNumber() >= PredBB->getNumber())) {
1333           // If the current block doesn't fall through, just move it.
1334           // If the current block can fall through and does not end with a
1335           // conditional branch, we need to append an unconditional jump to
1336           // the (current) next block.  To avoid a possible compile-time
1337           // infinite loop, move blocks only backward in this case.
1338           // Also, if there are already 2 branches here, we cannot add a third;
1339           // this means we have the case
1340           // Bcc next
1341           // B elsewhere
1342           // next:
1343           if (CurFallsThru) {
1344             MachineBasicBlock *NextBB = llvm::next(MachineFunction::iterator(MBB));
1345             CurCond.clear();
1346             TII->InsertBranch(*MBB, NextBB, 0, CurCond, dl);
1347           }
1348           MBB->moveAfter(PredBB);
1349           MadeChange = true;
1350           goto ReoptimizeBlock;
1351         }
1352       }
1353     }
1354
1355     if (!CurFallsThru) {
1356       // Check all successors to see if we can move this block before it.
1357       for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = MBB->succ_begin(),
1358            E = MBB->succ_end(); SI != E; ++SI) {
1359         // Analyze the branch at the end of the block before the succ.
1360         MachineBasicBlock *SuccBB = *SI;
1361         MachineFunction::iterator SuccPrev = SuccBB; --SuccPrev;
1362
1363         // If this block doesn't already fall-through to that successor, and if
1364         // the succ doesn't already have a block that can fall through into it,
1365         // and if the successor isn't an EH destination, we can arrange for the
1366         // fallthrough to happen.
1367         if (SuccBB != MBB && &*SuccPrev != MBB &&
1368             !SuccPrev->canFallThrough() && !CurUnAnalyzable &&
1369             !SuccBB->isLandingPad()) {
1370           MBB->moveBefore(SuccBB);
1371           MadeChange = true;
1372           goto ReoptimizeBlock;
1373         }
1374       }
1375
1376       // Okay, there is no really great place to put this block.  If, however,
1377       // the block before this one would be a fall-through if this block were
1378       // removed, move this block to the end of the function.
1379       MachineBasicBlock *PrevTBB = 0, *PrevFBB = 0;
1380       SmallVector<MachineOperand, 4> PrevCond;
1381       if (FallThrough != MF.end() &&
1382           !TII->AnalyzeBranch(PrevBB, PrevTBB, PrevFBB, PrevCond, true) &&
1383           PrevBB.isSuccessor(FallThrough)) {
1384         MBB->moveAfter(--MF.end());
1385         MadeChange = true;
1386         return MadeChange;
1387       }
1388     }
1389   }
1390
1391   return MadeChange;
1392 }
1393
1394 //===----------------------------------------------------------------------===//
1395 //  Hoist Common Code
1396 //===----------------------------------------------------------------------===//
1397
1398 /// HoistCommonCode - Hoist common instruction sequences at the start of basic
1399 /// blocks to their common predecessor.
1400 bool BranchFolder::HoistCommonCode(MachineFunction &MF) {
1401   bool MadeChange = false;
1402   for (MachineFunction::iterator I = MF.begin(), E = MF.end(); I != E; ) {
1403     MachineBasicBlock *MBB = I++;
1404     MadeChange |= HoistCommonCodeInSuccs(MBB);
1405   }
1406
1407   return MadeChange;
1408 }
1409
1410 /// findFalseBlock - BB has a fallthrough. Find its 'false' successor given
1411 /// its 'true' successor.
1412 static MachineBasicBlock *findFalseBlock(MachineBasicBlock *BB,
1413                                          MachineBasicBlock *TrueBB) {
1414   for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = BB->succ_begin(),
1415          E = BB->succ_end(); SI != E; ++SI) {
1416     MachineBasicBlock *SuccBB = *SI;
1417     if (SuccBB != TrueBB)
1418       return SuccBB;
1419   }
1420   return NULL;
1421 }
1422
1423 /// findHoistingInsertPosAndDeps - Find the location to move common instructions
1424 /// in successors to. The location is ususally just before the terminator,
1425 /// however if the terminator is a conditional branch and its previous
1426 /// instruction is the flag setting instruction, the previous instruction is
1427 /// the preferred location. This function also gathers uses and defs of the
1428 /// instructions from the insertion point to the end of the block. The data is
1429 /// used by HoistCommonCodeInSuccs to ensure safety.
1430 static
1431 MachineBasicBlock::iterator findHoistingInsertPosAndDeps(MachineBasicBlock *MBB,
1432                                                   const TargetInstrInfo *TII,
1433                                                   const TargetRegisterInfo *TRI,
1434                                                   SmallSet<unsigned,4> &Uses,
1435                                                   SmallSet<unsigned,4> &Defs) {
1436   MachineBasicBlock::iterator Loc = MBB->getFirstTerminator();
1437   if (!TII->isUnpredicatedTerminator(Loc))
1438     return MBB->end();
1439
1440   for (unsigned i = 0, e = Loc->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1441     const MachineOperand &MO = Loc->getOperand(i);
1442     if (!MO.isReg())
1443       continue;
1444     unsigned Reg = MO.getReg();
1445     if (!Reg)
1446       continue;
1447     if (MO.isUse()) {
1448       Uses.insert(Reg);
1449       for (const unsigned *AS = TRI->getAliasSet(Reg); *AS; ++AS)
1450         Uses.insert(*AS);
1451     } else if (!MO.isDead())
1452       // Don't try to hoist code in the rare case the terminator defines a
1453       // register that is later used.
1454       return MBB->end();
1455   }
1456
1457   if (Uses.empty())
1458     return Loc;
1459   if (Loc == MBB->begin())
1460     return MBB->end();
1461
1462   // The terminator is probably a conditional branch, try not to separate the
1463   // branch from condition setting instruction.
1464   MachineBasicBlock::iterator PI = Loc;
1465   --PI;
1466   while (PI != MBB->begin() && Loc->isDebugValue())
1467     --PI;
1468
1469   bool IsDef = false;
1470   for (unsigned i = 0, e = PI->getNumOperands(); !IsDef && i != e; ++i) {
1471     const MachineOperand &MO = PI->getOperand(i);
1472     if (!MO.isReg() || MO.isUse())
1473       continue;
1474     unsigned Reg = MO.getReg();
1475     if (!Reg)
1476       continue;
1477     if (Uses.count(Reg))
1478       IsDef = true;
1479   }
1480   if (!IsDef)
1481     // The condition setting instruction is not just before the conditional
1482     // branch.
1483     return Loc;
1484
1485   // Be conservative, don't insert instruction above something that may have
1486   // side-effects. And since it's potentially bad to separate flag setting
1487   // instruction from the conditional branch, just abort the optimization
1488   // completely.
1489   // Also avoid moving code above predicated instruction since it's hard to
1490   // reason about register liveness with predicated instruction.
1491   bool DontMoveAcrossStore = true;
1492   if (!PI->isSafeToMove(TII, 0, DontMoveAcrossStore) ||
1493       TII->isPredicated(PI))
1494     return MBB->end();
1495
1496
1497   // Find out what registers are live. Note this routine is ignoring other live
1498   // registers which are only used by instructions in successor blocks.
1499   for (unsigned i = 0, e = PI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1500     const MachineOperand &MO = PI->getOperand(i);
1501     if (!MO.isReg())
1502       continue;
1503     unsigned Reg = MO.getReg();
1504     if (!Reg)
1505       continue;
1506     if (MO.isUse()) {
1507       Uses.insert(Reg);
1508       for (const unsigned *AS = TRI->getAliasSet(Reg); *AS; ++AS)
1509         Uses.insert(*AS);
1510     } else {
1511       if (Uses.count(Reg)) {
1512         Uses.erase(Reg);
1513         for (const unsigned *SR = TRI->getSubRegisters(Reg); *SR; ++SR)
1514           Uses.erase(*SR); // Use getSubRegisters to be conservative
1515       }
1516       Defs.insert(Reg);
1517       for (const unsigned *AS = TRI->getAliasSet(Reg); *AS; ++AS)
1518         Defs.insert(*AS);
1519     }
1520   }
1521
1522   return PI;
1523 }
1524
1525 /// HoistCommonCodeInSuccs - If the successors of MBB has common instruction
1526 /// sequence at the start of the function, move the instructions before MBB
1527 /// terminator if it's legal.
1528 bool BranchFolder::HoistCommonCodeInSuccs(MachineBasicBlock *MBB) {
1529   MachineBasicBlock *TBB = 0, *FBB = 0;
1530   SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
1531   if (TII->AnalyzeBranch(*MBB, TBB, FBB, Cond, true) || !TBB || Cond.empty())
1532     return false;
1533
1534   if (!FBB) FBB = findFalseBlock(MBB, TBB);
1535   if (!FBB)
1536     // Malformed bcc? True and false blocks are the same?
1537     return false;
1538
1539   // Restrict the optimization to cases where MBB is the only predecessor,
1540   // it is an obvious win.
1541   if (TBB->pred_size() > 1 || FBB->pred_size() > 1)
1542     return false;
1543
1544   // Find a suitable position to hoist the common instructions to. Also figure
1545   // out which registers are used or defined by instructions from the insertion
1546   // point to the end of the block.
1547   SmallSet<unsigned, 4> Uses, Defs;
1548   MachineBasicBlock::iterator Loc =
1549     findHoistingInsertPosAndDeps(MBB, TII, TRI, Uses, Defs);
1550   if (Loc == MBB->end())
1551     return false;
1552
1553   bool HasDups = false;
1554   SmallVector<unsigned, 4> LocalDefs;
1555   SmallSet<unsigned, 4> LocalDefsSet;
1556   MachineBasicBlock::iterator TIB = TBB->begin();
1557   MachineBasicBlock::iterator FIB = FBB->begin();
1558   MachineBasicBlock::iterator TIE = TBB->end();
1559   MachineBasicBlock::iterator FIE = FBB->end();
1560   while (TIB != TIE && FIB != FIE) {
1561     // Skip dbg_value instructions. These do not count.
1562     if (TIB->isDebugValue()) {
1563       while (TIB != TIE && TIB->isDebugValue())
1564         ++TIB;
1565       if (TIB == TIE)
1566         break;
1567     }
1568     if (FIB->isDebugValue()) {
1569       while (FIB != FIE && FIB->isDebugValue())
1570         ++FIB;
1571       if (FIB == FIE)
1572         break;
1573     }
1574     if (!TIB->isIdenticalTo(FIB, MachineInstr::CheckKillDead))
1575       break;
1576
1577     if (TII->isPredicated(TIB))
1578       // Hard to reason about register liveness with predicated instruction.
1579       break;
1580
1581     bool IsSafe = true;
1582     for (unsigned i = 0, e = TIB->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1583       MachineOperand &MO = TIB->getOperand(i);
1584       if (!MO.isReg())
1585         continue;
1586       unsigned Reg = MO.getReg();
1587       if (!Reg)
1588         continue;
1589       if (MO.isDef()) {
1590         if (Uses.count(Reg)) {
1591           // Avoid clobbering a register that's used by the instruction at
1592           // the point of insertion.
1593           IsSafe = false;
1594           break;
1595         }
1596
1597         if (Defs.count(Reg) && !MO.isDead()) {
1598           // Don't hoist the instruction if the def would be clobber by the
1599           // instruction at the point insertion. FIXME: This is overly
1600           // conservative. It should be possible to hoist the instructions
1601           // in BB2 in the following example:
1602           // BB1:
1603           // r1, eflag = op1 r2, r3
1604           // brcc eflag
1605           //
1606           // BB2:
1607           // r1 = op2, ...
1608           //    = op3, r1<kill>
1609           IsSafe = false;
1610           break;
1611         }
1612       } else if (!LocalDefsSet.count(Reg)) {
1613         if (Defs.count(Reg)) {
1614           // Use is defined by the instruction at the point of insertion.
1615           IsSafe = false;
1616           break;
1617         }
1618       }
1619     }
1620     if (!IsSafe)
1621       break;
1622
1623     bool DontMoveAcrossStore = true;
1624     if (!TIB->isSafeToMove(TII, 0, DontMoveAcrossStore))
1625       break;
1626
1627     // Remove kills from LocalDefsSet, these registers had short live ranges.
1628     for (unsigned i = 0, e = TIB->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1629       MachineOperand &MO = TIB->getOperand(i);
1630       if (!MO.isReg() || !MO.isUse() || !MO.isKill())
1631         continue;
1632       unsigned Reg = MO.getReg();
1633       if (!Reg || !LocalDefsSet.count(Reg))
1634         continue;
1635       for (const unsigned *OR = TRI->getOverlaps(Reg); *OR; ++OR)
1636         LocalDefsSet.erase(*OR);
1637     }
1638
1639     // Track local defs so we can update liveins.
1640     for (unsigned i = 0, e = TIB->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1641       MachineOperand &MO = TIB->getOperand(i);
1642       if (!MO.isReg() || !MO.isDef() || MO.isDead())
1643         continue;
1644       unsigned Reg = MO.getReg();
1645       if (!Reg)
1646         continue;
1647       LocalDefs.push_back(Reg);
1648       for (const unsigned *OR = TRI->getOverlaps(Reg); *OR; ++OR)
1649         LocalDefsSet.insert(*OR);
1650     }
1651
1652     HasDups = true;;
1653     ++TIB;
1654     ++FIB;
1655   }
1656
1657   if (!HasDups)
1658     return false;
1659
1660   MBB->splice(Loc, TBB, TBB->begin(), TIB);
1661   FBB->erase(FBB->begin(), FIB);
1662
1663   // Update livein's.
1664   for (unsigned i = 0, e = LocalDefs.size(); i != e; ++i) {
1665     unsigned Def = LocalDefs[i];
1666     if (LocalDefsSet.count(Def)) {
1667       TBB->addLiveIn(Def);
1668       FBB->addLiveIn(Def);
1669     }
1670   }
1671
1672   ++NumHoist;
1673   return true;
1674 }