ae0f5bd0bccfa8b885d643911da572bfb08f6eaf
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / MachineBlockPlacement.cpp
1 //===-- MachineBlockPlacement.cpp - Basic Block Code Layout optimization --===//
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 basic block placement transformations using the CFG
11 // structure and branch probability estimates.
12 //
13 // The pass strives to preserve the structure of the CFG (that is, retain
14 // a topological ordering of basic blocks) in the absence of a *strong* signal
15 // to the contrary from probabilities. However, within the CFG structure, it
16 // attempts to choose an ordering which favors placing more likely sequences of
17 // blocks adjacent to each other.
18 //
19 // The algorithm works from the inner-most loop within a function outward, and
20 // at each stage walks through the basic blocks, trying to coalesce them into
21 // sequential chains where allowed by the CFG (or demanded by heavy
22 // probabilities). Finally, it walks the blocks in topological order, and the
23 // first time it reaches a chain of basic blocks, it schedules them in the
24 // function in-order.
25 //
26 //===----------------------------------------------------------------------===//
27
28 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
29 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
31 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
32 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
33 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
34 #include "llvm/CodeGen/MachineBlockFrequencyInfo.h"
35 #include "llvm/CodeGen/MachineBranchProbabilityInfo.h"
36 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
37 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
38 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
39 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
40 #include "llvm/CodeGen/MachineModuleInfo.h"
41 #include "llvm/Support/Allocator.h"
42 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
43 #include "llvm/Support/Debug.h"
44 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
45 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
46 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
47 #include <algorithm>
48 using namespace llvm;
49
50 #define DEBUG_TYPE "block-placement2"
51
52 STATISTIC(NumCondBranches, "Number of conditional branches");
53 STATISTIC(NumUncondBranches, "Number of uncondittional branches");
54 STATISTIC(CondBranchTakenFreq,
55           "Potential frequency of taking conditional branches");
56 STATISTIC(UncondBranchTakenFreq,
57           "Potential frequency of taking unconditional branches");
58
59 static cl::opt<unsigned> AlignAllBlock("align-all-blocks",
60                                        cl::desc("Force the alignment of all "
61                                                 "blocks in the function."),
62                                        cl::init(0), cl::Hidden);
63
64 // FIXME: Find a good default for this flag and remove the flag.
65 static cl::opt<unsigned>
66 ExitBlockBias("block-placement-exit-block-bias",
67               cl::desc("Block frequency percentage a loop exit block needs "
68                        "over the original exit to be considered the new exit."),
69               cl::init(0), cl::Hidden);
70
71 static cl::opt<bool> PlaceLastSuccessor(
72     "place-last-successor",
73     cl::desc("When selecting a non-successor block, choose the last block to "
74              "have been a successor. This represents the block whose "
75              "predecessor was most recently placed."),
76     cl::init(false), cl::Hidden);
77
78 static cl::opt<bool> OutlineOptionalBranches(
79     "outline-optional-branches",
80     cl::desc("Put completely optional branches, i.e. branches with a common "
81              "post dominator, out of line."),
82     cl::init(false), cl::Hidden);
83
84 namespace {
85 class BlockChain;
86 /// \brief Type for our function-wide basic block -> block chain mapping.
87 typedef DenseMap<MachineBasicBlock *, BlockChain *> BlockToChainMapType;
88 }
89
90 namespace {
91 /// \brief A chain of blocks which will be laid out contiguously.
92 ///
93 /// This is the datastructure representing a chain of consecutive blocks that
94 /// are profitable to layout together in order to maximize fallthrough
95 /// probabilities and code locality. We also can use a block chain to represent
96 /// a sequence of basic blocks which have some external (correctness)
97 /// requirement for sequential layout.
98 ///
99 /// Chains can be built around a single basic block and can be merged to grow
100 /// them. They participate in a block-to-chain mapping, which is updated
101 /// automatically as chains are merged together.
102 class BlockChain {
103   /// \brief The sequence of blocks belonging to this chain.
104   ///
105   /// This is the sequence of blocks for a particular chain. These will be laid
106   /// out in-order within the function.
107   SmallVector<MachineBasicBlock *, 4> Blocks;
108
109   /// \brief A handle to the function-wide basic block to block chain mapping.
110   ///
111   /// This is retained in each block chain to simplify the computation of child
112   /// block chains for SCC-formation and iteration. We store the edges to child
113   /// basic blocks, and map them back to their associated chains using this
114   /// structure.
115   BlockToChainMapType &BlockToChain;
116
117 public:
118   /// \brief Construct a new BlockChain.
119   ///
120   /// This builds a new block chain representing a single basic block in the
121   /// function. It also registers itself as the chain that block participates
122   /// in with the BlockToChain mapping.
123   BlockChain(BlockToChainMapType &BlockToChain, MachineBasicBlock *BB)
124     : Blocks(1, BB), BlockToChain(BlockToChain), LoopPredecessors(0) {
125     assert(BB && "Cannot create a chain with a null basic block");
126     BlockToChain[BB] = this;
127   }
128
129   /// \brief Iterator over blocks within the chain.
130   typedef SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *>::iterator iterator;
131
132   /// \brief Beginning of blocks within the chain.
133   iterator begin() { return Blocks.begin(); }
134
135   /// \brief End of blocks within the chain.
136   iterator end() { return Blocks.end(); }
137
138   /// \brief Merge a block chain into this one.
139   ///
140   /// This routine merges a block chain into this one. It takes care of forming
141   /// a contiguous sequence of basic blocks, updating the edge list, and
142   /// updating the block -> chain mapping. It does not free or tear down the
143   /// old chain, but the old chain's block list is no longer valid.
144   void merge(MachineBasicBlock *BB, BlockChain *Chain) {
145     assert(BB);
146     assert(!Blocks.empty());
147
148     // Fast path in case we don't have a chain already.
149     if (!Chain) {
150       assert(!BlockToChain[BB]);
151       Blocks.push_back(BB);
152       BlockToChain[BB] = this;
153       return;
154     }
155
156     assert(BB == *Chain->begin());
157     assert(Chain->begin() != Chain->end());
158
159     // Update the incoming blocks to point to this chain, and add them to the
160     // chain structure.
161     for (BlockChain::iterator BI = Chain->begin(), BE = Chain->end();
162          BI != BE; ++BI) {
163       Blocks.push_back(*BI);
164       assert(BlockToChain[*BI] == Chain && "Incoming blocks not in chain");
165       BlockToChain[*BI] = this;
166     }
167   }
168
169 #ifndef NDEBUG
170   /// \brief Dump the blocks in this chain.
171   LLVM_DUMP_METHOD void dump() {
172     for (iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
173       (*I)->dump();
174   }
175 #endif // NDEBUG
176
177   /// \brief Count of predecessors within the loop currently being processed.
178   ///
179   /// This count is updated at each loop we process to represent the number of
180   /// in-loop predecessors of this chain.
181   unsigned LoopPredecessors;
182 };
183 }
184
185 namespace {
186 class MachineBlockPlacement : public MachineFunctionPass {
187   /// \brief A typedef for a block filter set.
188   typedef SmallPtrSet<MachineBasicBlock *, 16> BlockFilterSet;
189
190   /// \brief A handle to the branch probability pass.
191   const MachineBranchProbabilityInfo *MBPI;
192
193   /// \brief A handle to the function-wide block frequency pass.
194   const MachineBlockFrequencyInfo *MBFI;
195
196   /// \brief A handle to the loop info.
197   const MachineLoopInfo *MLI;
198
199   /// \brief A handle to the target's instruction info.
200   const TargetInstrInfo *TII;
201
202   /// \brief A handle to the target's lowering info.
203   const TargetLoweringBase *TLI;
204
205   /// \brief A handle to the post dominator tree.
206   MachineDominatorTree *MDT;
207
208   /// \brief A set of blocks that are unavoidably execute, i.e. they dominate
209   /// all terminators of the MachineFunction. 
210   SmallPtrSet<MachineBasicBlock *, 4> UnavoidableBlocks;
211
212   /// \brief Allocator and owner of BlockChain structures.
213   ///
214   /// We build BlockChains lazily while processing the loop structure of
215   /// a function. To reduce malloc traffic, we allocate them using this
216   /// slab-like allocator, and destroy them after the pass completes. An
217   /// important guarantee is that this allocator produces stable pointers to
218   /// the chains.
219   SpecificBumpPtrAllocator<BlockChain> ChainAllocator;
220
221   /// \brief Function wide BasicBlock to BlockChain mapping.
222   ///
223   /// This mapping allows efficiently moving from any given basic block to the
224   /// BlockChain it participates in, if any. We use it to, among other things,
225   /// allow implicitly defining edges between chains as the existing edges
226   /// between basic blocks.
227   DenseMap<MachineBasicBlock *, BlockChain *> BlockToChain;
228
229   void markChainSuccessors(BlockChain &Chain,
230                            MachineBasicBlock *LoopHeaderBB,
231                            SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &BlockWorkList,
232                            const BlockFilterSet *BlockFilter = nullptr);
233   MachineBasicBlock *selectBestSuccessor(MachineBasicBlock *BB,
234                                          BlockChain &Chain,
235                                          const BlockFilterSet *BlockFilter);
236   MachineBasicBlock *selectBestCandidateBlock(
237       BlockChain &Chain, SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &WorkList,
238       const BlockFilterSet *BlockFilter);
239   MachineBasicBlock *getFirstUnplacedBlock(
240       MachineFunction &F,
241       const BlockChain &PlacedChain,
242       MachineFunction::iterator &PrevUnplacedBlockIt,
243       const BlockFilterSet *BlockFilter);
244   void buildChain(MachineBasicBlock *BB, BlockChain &Chain,
245                   SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &BlockWorkList,
246                   const BlockFilterSet *BlockFilter = nullptr);
247   MachineBasicBlock *findBestLoopTop(MachineLoop &L,
248                                      const BlockFilterSet &LoopBlockSet);
249   MachineBasicBlock *findBestLoopExit(MachineFunction &F,
250                                       MachineLoop &L,
251                                       const BlockFilterSet &LoopBlockSet);
252   void buildLoopChains(MachineFunction &F, MachineLoop &L);
253   void rotateLoop(BlockChain &LoopChain, MachineBasicBlock *ExitingBB,
254                   const BlockFilterSet &LoopBlockSet);
255   void buildCFGChains(MachineFunction &F);
256
257 public:
258   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
259   MachineBlockPlacement() : MachineFunctionPass(ID) {
260     initializeMachineBlockPlacementPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
261   }
262
263   bool runOnMachineFunction(MachineFunction &F) override;
264
265   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
266     AU.addRequired<MachineBranchProbabilityInfo>();
267     AU.addRequired<MachineBlockFrequencyInfo>();
268     AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
269     AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
270     MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
271   }
272 };
273 }
274
275 char MachineBlockPlacement::ID = 0;
276 char &llvm::MachineBlockPlacementID = MachineBlockPlacement::ID;
277 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineBlockPlacement, "block-placement2",
278                       "Branch Probability Basic Block Placement", false, false)
279 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineBranchProbabilityInfo)
280 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineBlockFrequencyInfo)
281 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineDominatorTree)
282 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineLoopInfo)
283 INITIALIZE_PASS_END(MachineBlockPlacement, "block-placement2",
284                     "Branch Probability Basic Block Placement", false, false)
285
286 #ifndef NDEBUG
287 /// \brief Helper to print the name of a MBB.
288 ///
289 /// Only used by debug logging.
290 static std::string getBlockName(MachineBasicBlock *BB) {
291   std::string Result;
292   raw_string_ostream OS(Result);
293   OS << "BB#" << BB->getNumber()
294      << " (derived from LLVM BB '" << BB->getName() << "')";
295   OS.flush();
296   return Result;
297 }
298
299 /// \brief Helper to print the number of a MBB.
300 ///
301 /// Only used by debug logging.
302 static std::string getBlockNum(MachineBasicBlock *BB) {
303   std::string Result;
304   raw_string_ostream OS(Result);
305   OS << "BB#" << BB->getNumber();
306   OS.flush();
307   return Result;
308 }
309 #endif
310
311 /// \brief Mark a chain's successors as having one fewer preds.
312 ///
313 /// When a chain is being merged into the "placed" chain, this routine will
314 /// quickly walk the successors of each block in the chain and mark them as
315 /// having one fewer active predecessor. It also adds any successors of this
316 /// chain which reach the zero-predecessor state to the worklist passed in.
317 void MachineBlockPlacement::markChainSuccessors(
318     BlockChain &Chain,
319     MachineBasicBlock *LoopHeaderBB,
320     SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &BlockWorkList,
321     const BlockFilterSet *BlockFilter) {
322   // Walk all the blocks in this chain, marking their successors as having
323   // a predecessor placed.
324   for (BlockChain::iterator CBI = Chain.begin(), CBE = Chain.end();
325        CBI != CBE; ++CBI) {
326     // Add any successors for which this is the only un-placed in-loop
327     // predecessor to the worklist as a viable candidate for CFG-neutral
328     // placement. No subsequent placement of this block will violate the CFG
329     // shape, so we get to use heuristics to choose a favorable placement.
330     for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = (*CBI)->succ_begin(),
331                                           SE = (*CBI)->succ_end();
332          SI != SE; ++SI) {
333       if (BlockFilter && !BlockFilter->count(*SI))
334         continue;
335       BlockChain &SuccChain = *BlockToChain[*SI];
336       // Disregard edges within a fixed chain, or edges to the loop header.
337       if (&Chain == &SuccChain || *SI == LoopHeaderBB)
338         continue;
339
340       // This is a cross-chain edge that is within the loop, so decrement the
341       // loop predecessor count of the destination chain.
342       if (SuccChain.LoopPredecessors > 0 && --SuccChain.LoopPredecessors == 0)
343         BlockWorkList.push_back(*SuccChain.begin());
344     }
345   }
346 }
347
348 /// \brief Select the best successor for a block.
349 ///
350 /// This looks across all successors of a particular block and attempts to
351 /// select the "best" one to be the layout successor. It only considers direct
352 /// successors which also pass the block filter. It will attempt to avoid
353 /// breaking CFG structure, but cave and break such structures in the case of
354 /// very hot successor edges.
355 ///
356 /// \returns The best successor block found, or null if none are viable.
357 MachineBasicBlock *MachineBlockPlacement::selectBestSuccessor(
358     MachineBasicBlock *BB, BlockChain &Chain,
359     const BlockFilterSet *BlockFilter) {
360   const BranchProbability HotProb(4, 5); // 80%
361
362   MachineBasicBlock *BestSucc = nullptr;
363   // FIXME: Due to the performance of the probability and weight routines in
364   // the MBPI analysis, we manually compute probabilities using the edge
365   // weights. This is suboptimal as it means that the somewhat subtle
366   // definition of edge weight semantics is encoded here as well. We should
367   // improve the MBPI interface to efficiently support query patterns such as
368   // this.
369   uint32_t BestWeight = 0;
370   uint32_t WeightScale = 0;
371   uint32_t SumWeight = MBPI->getSumForBlock(BB, WeightScale);
372   DEBUG(dbgs() << "Attempting merge from: " << getBlockName(BB) << "\n");
373   for (MachineBasicBlock *Succ : BB->successors()) {
374     if (BlockFilter && !BlockFilter->count(Succ))
375       continue;
376     BlockChain &SuccChain = *BlockToChain[Succ];
377     if (&SuccChain == &Chain) {
378       DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(Succ) << " -> Already merged!\n");
379       continue;
380     }
381     if (Succ != *SuccChain.begin()) {
382       DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(Succ) << " -> Mid chain!\n");
383       continue;
384     }
385
386     uint32_t SuccWeight = MBPI->getEdgeWeight(BB, Succ);
387     BranchProbability SuccProb(SuccWeight / WeightScale, SumWeight);
388
389     // If we outline optional branches, look whether Succ is unavoidable, i.e.
390     // dominates all terminators of the MachineFunction. If it does, other
391     // successors must be optional. Don't do this for cold branches.
392     if (OutlineOptionalBranches && SuccProb > HotProb.getCompl() &&
393         UnavoidableBlocks.count(Succ) > 0)
394       return Succ;
395
396     // Only consider successors which are either "hot", or wouldn't violate
397     // any CFG constraints.
398     if (SuccChain.LoopPredecessors != 0) {
399       if (SuccProb < HotProb) {
400         DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(Succ) << " -> " << SuccProb
401                      << " (prob) (CFG conflict)\n");
402         continue;
403       }
404
405       // Make sure that a hot successor doesn't have a globally more
406       // important predecessor.
407       BlockFrequency CandidateEdgeFreq =
408           MBFI->getBlockFreq(BB) * SuccProb * HotProb.getCompl();
409       bool BadCFGConflict = false;
410       for (MachineBasicBlock *Pred : Succ->predecessors()) {
411         if (Pred == Succ || (BlockFilter && !BlockFilter->count(Pred)) ||
412             BlockToChain[Pred] == &Chain)
413           continue;
414         BlockFrequency PredEdgeFreq =
415             MBFI->getBlockFreq(Pred) * MBPI->getEdgeProbability(Pred, Succ);
416         if (PredEdgeFreq >= CandidateEdgeFreq) {
417           BadCFGConflict = true;
418           break;
419         }
420       }
421       if (BadCFGConflict) {
422         DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(Succ) << " -> " << SuccProb
423                      << " (prob) (non-cold CFG conflict)\n");
424         continue;
425       }
426     }
427
428     DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(Succ) << " -> " << SuccProb
429                  << " (prob)"
430                  << (SuccChain.LoopPredecessors != 0 ? " (CFG break)" : "")
431                  << "\n");
432     if (BestSucc && BestWeight >= SuccWeight)
433       continue;
434     BestSucc = Succ;
435     BestWeight = SuccWeight;
436   }
437   return BestSucc;
438 }
439
440 /// \brief Select the best block from a worklist.
441 ///
442 /// This looks through the provided worklist as a list of candidate basic
443 /// blocks and select the most profitable one to place. The definition of
444 /// profitable only really makes sense in the context of a loop. This returns
445 /// the most frequently visited block in the worklist, which in the case of
446 /// a loop, is the one most desirable to be physically close to the rest of the
447 /// loop body in order to improve icache behavior.
448 ///
449 /// \returns The best block found, or null if none are viable.
450 MachineBasicBlock *MachineBlockPlacement::selectBestCandidateBlock(
451     BlockChain &Chain, SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &WorkList,
452     const BlockFilterSet *BlockFilter) {
453   if (PlaceLastSuccessor) {
454     // If we're just placing the last successor as the best candidate, the
455     // logic is super simple. We skip the already placed entries on the
456     // worklist and return the most recently added entry that isn't placed.
457     while (!WorkList.empty()) {
458       MachineBasicBlock *SuccBB = WorkList.pop_back_val();
459       BlockChain &SuccChain = *BlockToChain.lookup(SuccBB);
460       if (&SuccChain == &Chain) {
461         DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(SuccBB)
462                      << " -> Already merged!\n");
463         continue;
464       }
465       assert(SuccChain.LoopPredecessors == 0 && "Found CFG-violating block");
466       return SuccBB;
467     }
468
469     return nullptr;
470   }
471
472   // Once we need to walk the worklist looking for a candidate, cleanup the
473   // worklist of already placed entries.
474   // FIXME: If this shows up on profiles, it could be folded (at the cost of
475   // some code complexity) into the loop below.
476   WorkList.erase(std::remove_if(WorkList.begin(), WorkList.end(),
477                                 [&](MachineBasicBlock *BB) {
478                    return BlockToChain.lookup(BB) == &Chain;
479                  }),
480                  WorkList.end());
481
482   MachineBasicBlock *BestBlock = nullptr;
483   BlockFrequency BestFreq;
484   for (SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *>::iterator WBI = WorkList.begin(),
485                                                       WBE = WorkList.end();
486        WBI != WBE; ++WBI) {
487     BlockChain &SuccChain = *BlockToChain[*WBI];
488     if (&SuccChain == &Chain) {
489       DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(*WBI)
490                    << " -> Already merged!\n");
491       continue;
492     }
493     assert(SuccChain.LoopPredecessors == 0 && "Found CFG-violating block");
494
495     BlockFrequency CandidateFreq = MBFI->getBlockFreq(*WBI);
496     DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(*WBI) << " -> ";
497                  MBFI->printBlockFreq(dbgs(), CandidateFreq) << " (freq)\n");
498     if (BestBlock && BestFreq >= CandidateFreq)
499       continue;
500     BestBlock = *WBI;
501     BestFreq = CandidateFreq;
502   }
503   return BestBlock;
504 }
505
506 /// \brief Retrieve the first unplaced basic block.
507 ///
508 /// This routine is called when we are unable to use the CFG to walk through
509 /// all of the basic blocks and form a chain due to unnatural loops in the CFG.
510 /// We walk through the function's blocks in order, starting from the
511 /// LastUnplacedBlockIt. We update this iterator on each call to avoid
512 /// re-scanning the entire sequence on repeated calls to this routine.
513 MachineBasicBlock *MachineBlockPlacement::getFirstUnplacedBlock(
514     MachineFunction &F, const BlockChain &PlacedChain,
515     MachineFunction::iterator &PrevUnplacedBlockIt,
516     const BlockFilterSet *BlockFilter) {
517   for (MachineFunction::iterator I = PrevUnplacedBlockIt, E = F.end(); I != E;
518        ++I) {
519     if (BlockFilter && !BlockFilter->count(I))
520       continue;
521     if (BlockToChain[I] != &PlacedChain) {
522       PrevUnplacedBlockIt = I;
523       // Now select the head of the chain to which the unplaced block belongs
524       // as the block to place. This will force the entire chain to be placed,
525       // and satisfies the requirements of merging chains.
526       return *BlockToChain[I]->begin();
527     }
528   }
529   return nullptr;
530 }
531
532 void MachineBlockPlacement::buildChain(
533     MachineBasicBlock *BB, BlockChain &Chain,
534     SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &BlockWorkList,
535     const BlockFilterSet *BlockFilter) {
536   assert(BB);
537   assert(BlockToChain[BB] == &Chain);
538   MachineFunction &F = *BB->getParent();
539   MachineFunction::iterator PrevUnplacedBlockIt = F.begin();
540
541   MachineBasicBlock *LoopHeaderBB = BB;
542   markChainSuccessors(Chain, LoopHeaderBB, BlockWorkList, BlockFilter);
543   BB = *std::prev(Chain.end());
544   for (;;) {
545     assert(BB);
546     assert(BlockToChain[BB] == &Chain);
547     assert(*std::prev(Chain.end()) == BB);
548
549     // Look for the best viable successor if there is one to place immediately
550     // after this block.
551     MachineBasicBlock *BestSucc = selectBestSuccessor(BB, Chain, BlockFilter);
552
553     // If an immediate successor isn't available, look for the best viable
554     // block among those we've identified as not violating the loop's CFG at
555     // this point. This won't be a fallthrough, but it will increase locality.
556     if (!BestSucc)
557       BestSucc = selectBestCandidateBlock(Chain, BlockWorkList, BlockFilter);
558
559     if (!BestSucc) {
560       BestSucc = getFirstUnplacedBlock(F, Chain, PrevUnplacedBlockIt,
561                                        BlockFilter);
562       if (!BestSucc)
563         break;
564
565       DEBUG(dbgs() << "Unnatural loop CFG detected, forcibly merging the "
566                       "layout successor until the CFG reduces\n");
567     }
568
569     // Place this block, updating the datastructures to reflect its placement.
570     BlockChain &SuccChain = *BlockToChain[BestSucc];
571     // Zero out LoopPredecessors for the successor we're about to merge in case
572     // we selected a successor that didn't fit naturally into the CFG.
573     SuccChain.LoopPredecessors = 0;
574     DEBUG(dbgs() << "Merging from " << getBlockNum(BB)
575                  << " to " << getBlockNum(BestSucc) << "\n");
576     markChainSuccessors(SuccChain, LoopHeaderBB, BlockWorkList, BlockFilter);
577     Chain.merge(BestSucc, &SuccChain);
578     BB = *std::prev(Chain.end());
579   }
580
581   DEBUG(dbgs() << "Finished forming chain for header block "
582                << getBlockNum(*Chain.begin()) << "\n");
583 }
584
585 /// \brief Find the best loop top block for layout.
586 ///
587 /// Look for a block which is strictly better than the loop header for laying
588 /// out at the top of the loop. This looks for one and only one pattern:
589 /// a latch block with no conditional exit. This block will cause a conditional
590 /// jump around it or will be the bottom of the loop if we lay it out in place,
591 /// but if it it doesn't end up at the bottom of the loop for any reason,
592 /// rotation alone won't fix it. Because such a block will always result in an
593 /// unconditional jump (for the backedge) rotating it in front of the loop
594 /// header is always profitable.
595 MachineBasicBlock *
596 MachineBlockPlacement::findBestLoopTop(MachineLoop &L,
597                                        const BlockFilterSet &LoopBlockSet) {
598   // Check that the header hasn't been fused with a preheader block due to
599   // crazy branches. If it has, we need to start with the header at the top to
600   // prevent pulling the preheader into the loop body.
601   BlockChain &HeaderChain = *BlockToChain[L.getHeader()];
602   if (!LoopBlockSet.count(*HeaderChain.begin()))
603     return L.getHeader();
604
605   DEBUG(dbgs() << "Finding best loop top for: "
606                << getBlockName(L.getHeader()) << "\n");
607
608   BlockFrequency BestPredFreq;
609   MachineBasicBlock *BestPred = nullptr;
610   for (MachineBasicBlock::pred_iterator PI = L.getHeader()->pred_begin(),
611                                         PE = L.getHeader()->pred_end();
612        PI != PE; ++PI) {
613     MachineBasicBlock *Pred = *PI;
614     if (!LoopBlockSet.count(Pred))
615       continue;
616     DEBUG(dbgs() << "    header pred: " << getBlockName(Pred) << ", "
617                  << Pred->succ_size() << " successors, ";
618                  MBFI->printBlockFreq(dbgs(), Pred) << " freq\n");
619     if (Pred->succ_size() > 1)
620       continue;
621
622     BlockFrequency PredFreq = MBFI->getBlockFreq(Pred);
623     if (!BestPred || PredFreq > BestPredFreq ||
624         (!(PredFreq < BestPredFreq) &&
625          Pred->isLayoutSuccessor(L.getHeader()))) {
626       BestPred = Pred;
627       BestPredFreq = PredFreq;
628     }
629   }
630
631   // If no direct predecessor is fine, just use the loop header.
632   if (!BestPred)
633     return L.getHeader();
634
635   // Walk backwards through any straight line of predecessors.
636   while (BestPred->pred_size() == 1 &&
637          (*BestPred->pred_begin())->succ_size() == 1 &&
638          *BestPred->pred_begin() != L.getHeader())
639     BestPred = *BestPred->pred_begin();
640
641   DEBUG(dbgs() << "    final top: " << getBlockName(BestPred) << "\n");
642   return BestPred;
643 }
644
645
646 /// \brief Find the best loop exiting block for layout.
647 ///
648 /// This routine implements the logic to analyze the loop looking for the best
649 /// block to layout at the top of the loop. Typically this is done to maximize
650 /// fallthrough opportunities.
651 MachineBasicBlock *
652 MachineBlockPlacement::findBestLoopExit(MachineFunction &F,
653                                         MachineLoop &L,
654                                         const BlockFilterSet &LoopBlockSet) {
655   // We don't want to layout the loop linearly in all cases. If the loop header
656   // is just a normal basic block in the loop, we want to look for what block
657   // within the loop is the best one to layout at the top. However, if the loop
658   // header has be pre-merged into a chain due to predecessors not having
659   // analyzable branches, *and* the predecessor it is merged with is *not* part
660   // of the loop, rotating the header into the middle of the loop will create
661   // a non-contiguous range of blocks which is Very Bad. So start with the
662   // header and only rotate if safe.
663   BlockChain &HeaderChain = *BlockToChain[L.getHeader()];
664   if (!LoopBlockSet.count(*HeaderChain.begin()))
665     return nullptr;
666
667   BlockFrequency BestExitEdgeFreq;
668   unsigned BestExitLoopDepth = 0;
669   MachineBasicBlock *ExitingBB = nullptr;
670   // If there are exits to outer loops, loop rotation can severely limit
671   // fallthrough opportunites unless it selects such an exit. Keep a set of
672   // blocks where rotating to exit with that block will reach an outer loop.
673   SmallPtrSet<MachineBasicBlock *, 4> BlocksExitingToOuterLoop;
674
675   DEBUG(dbgs() << "Finding best loop exit for: "
676                << getBlockName(L.getHeader()) << "\n");
677   for (MachineLoop::block_iterator I = L.block_begin(),
678                                    E = L.block_end();
679        I != E; ++I) {
680     BlockChain &Chain = *BlockToChain[*I];
681     // Ensure that this block is at the end of a chain; otherwise it could be
682     // mid-way through an inner loop or a successor of an analyzable branch.
683     if (*I != *std::prev(Chain.end()))
684       continue;
685
686     // Now walk the successors. We need to establish whether this has a viable
687     // exiting successor and whether it has a viable non-exiting successor.
688     // We store the old exiting state and restore it if a viable looping
689     // successor isn't found.
690     MachineBasicBlock *OldExitingBB = ExitingBB;
691     BlockFrequency OldBestExitEdgeFreq = BestExitEdgeFreq;
692     bool HasLoopingSucc = false;
693     // FIXME: Due to the performance of the probability and weight routines in
694     // the MBPI analysis, we use the internal weights and manually compute the
695     // probabilities to avoid quadratic behavior.
696     uint32_t WeightScale = 0;
697     uint32_t SumWeight = MBPI->getSumForBlock(*I, WeightScale);
698     for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = (*I)->succ_begin(),
699                                           SE = (*I)->succ_end();
700          SI != SE; ++SI) {
701       if ((*SI)->isLandingPad())
702         continue;
703       if (*SI == *I)
704         continue;
705       BlockChain &SuccChain = *BlockToChain[*SI];
706       // Don't split chains, either this chain or the successor's chain.
707       if (&Chain == &SuccChain) {
708         DEBUG(dbgs() << "    exiting: " << getBlockName(*I) << " -> "
709                      << getBlockName(*SI) << " (chain conflict)\n");
710         continue;
711       }
712
713       uint32_t SuccWeight = MBPI->getEdgeWeight(*I, *SI);
714       if (LoopBlockSet.count(*SI)) {
715         DEBUG(dbgs() << "    looping: " << getBlockName(*I) << " -> "
716                      << getBlockName(*SI) << " (" << SuccWeight << ")\n");
717         HasLoopingSucc = true;
718         continue;
719       }
720
721       unsigned SuccLoopDepth = 0;
722       if (MachineLoop *ExitLoop = MLI->getLoopFor(*SI)) {
723         SuccLoopDepth = ExitLoop->getLoopDepth();
724         if (ExitLoop->contains(&L))
725           BlocksExitingToOuterLoop.insert(*I);
726       }
727
728       BranchProbability SuccProb(SuccWeight / WeightScale, SumWeight);
729       BlockFrequency ExitEdgeFreq = MBFI->getBlockFreq(*I) * SuccProb;
730       DEBUG(dbgs() << "    exiting: " << getBlockName(*I) << " -> "
731                    << getBlockName(*SI) << " [L:" << SuccLoopDepth
732                    << "] (";
733                    MBFI->printBlockFreq(dbgs(), ExitEdgeFreq) << ")\n");
734       // Note that we bias this toward an existing layout successor to retain
735       // incoming order in the absence of better information. The exit must have
736       // a frequency higher than the current exit before we consider breaking
737       // the layout.
738       BranchProbability Bias(100 - ExitBlockBias, 100);
739       if (!ExitingBB || BestExitLoopDepth < SuccLoopDepth ||
740           ExitEdgeFreq > BestExitEdgeFreq ||
741           ((*I)->isLayoutSuccessor(*SI) &&
742            !(ExitEdgeFreq < BestExitEdgeFreq * Bias))) {
743         BestExitEdgeFreq = ExitEdgeFreq;
744         ExitingBB = *I;
745       }
746     }
747
748     // Restore the old exiting state, no viable looping successor was found.
749     if (!HasLoopingSucc) {
750       ExitingBB = OldExitingBB;
751       BestExitEdgeFreq = OldBestExitEdgeFreq;
752       continue;
753     }
754   }
755   // Without a candidate exiting block or with only a single block in the
756   // loop, just use the loop header to layout the loop.
757   if (!ExitingBB || L.getNumBlocks() == 1)
758     return nullptr;
759
760   // Also, if we have exit blocks which lead to outer loops but didn't select
761   // one of them as the exiting block we are rotating toward, disable loop
762   // rotation altogether.
763   if (!BlocksExitingToOuterLoop.empty() &&
764       !BlocksExitingToOuterLoop.count(ExitingBB))
765     return nullptr;
766
767   DEBUG(dbgs() << "  Best exiting block: " << getBlockName(ExitingBB) << "\n");
768   return ExitingBB;
769 }
770
771 /// \brief Attempt to rotate an exiting block to the bottom of the loop.
772 ///
773 /// Once we have built a chain, try to rotate it to line up the hot exit block
774 /// with fallthrough out of the loop if doing so doesn't introduce unnecessary
775 /// branches. For example, if the loop has fallthrough into its header and out
776 /// of its bottom already, don't rotate it.
777 void MachineBlockPlacement::rotateLoop(BlockChain &LoopChain,
778                                        MachineBasicBlock *ExitingBB,
779                                        const BlockFilterSet &LoopBlockSet) {
780   if (!ExitingBB)
781     return;
782
783   MachineBasicBlock *Top = *LoopChain.begin();
784   bool ViableTopFallthrough = false;
785   for (MachineBasicBlock::pred_iterator PI = Top->pred_begin(),
786                                         PE = Top->pred_end();
787        PI != PE; ++PI) {
788     BlockChain *PredChain = BlockToChain[*PI];
789     if (!LoopBlockSet.count(*PI) &&
790         (!PredChain || *PI == *std::prev(PredChain->end()))) {
791       ViableTopFallthrough = true;
792       break;
793     }
794   }
795
796   // If the header has viable fallthrough, check whether the current loop
797   // bottom is a viable exiting block. If so, bail out as rotating will
798   // introduce an unnecessary branch.
799   if (ViableTopFallthrough) {
800     MachineBasicBlock *Bottom = *std::prev(LoopChain.end());
801     for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = Bottom->succ_begin(),
802                                           SE = Bottom->succ_end();
803          SI != SE; ++SI) {
804       BlockChain *SuccChain = BlockToChain[*SI];
805       if (!LoopBlockSet.count(*SI) &&
806           (!SuccChain || *SI == *SuccChain->begin()))
807         return;
808     }
809   }
810
811   BlockChain::iterator ExitIt = std::find(LoopChain.begin(), LoopChain.end(),
812                                           ExitingBB);
813   if (ExitIt == LoopChain.end())
814     return;
815
816   std::rotate(LoopChain.begin(), std::next(ExitIt), LoopChain.end());
817 }
818
819 /// \brief Forms basic block chains from the natural loop structures.
820 ///
821 /// These chains are designed to preserve the existing *structure* of the code
822 /// as much as possible. We can then stitch the chains together in a way which
823 /// both preserves the topological structure and minimizes taken conditional
824 /// branches.
825 void MachineBlockPlacement::buildLoopChains(MachineFunction &F,
826                                             MachineLoop &L) {
827   // First recurse through any nested loops, building chains for those inner
828   // loops.
829   for (MachineLoop::iterator LI = L.begin(), LE = L.end(); LI != LE; ++LI)
830     buildLoopChains(F, **LI);
831
832   SmallVector<MachineBasicBlock *, 16> BlockWorkList;
833   BlockFilterSet LoopBlockSet(L.block_begin(), L.block_end());
834
835   // First check to see if there is an obviously preferable top block for the
836   // loop. This will default to the header, but may end up as one of the
837   // predecessors to the header if there is one which will result in strictly
838   // fewer branches in the loop body.
839   MachineBasicBlock *LoopTop = findBestLoopTop(L, LoopBlockSet);
840
841   // If we selected just the header for the loop top, look for a potentially
842   // profitable exit block in the event that rotating the loop can eliminate
843   // branches by placing an exit edge at the bottom.
844   MachineBasicBlock *ExitingBB = nullptr;
845   if (LoopTop == L.getHeader())
846     ExitingBB = findBestLoopExit(F, L, LoopBlockSet);
847
848   BlockChain &LoopChain = *BlockToChain[LoopTop];
849
850   // FIXME: This is a really lame way of walking the chains in the loop: we
851   // walk the blocks, and use a set to prevent visiting a particular chain
852   // twice.
853   SmallPtrSet<BlockChain *, 4> UpdatedPreds;
854   assert(LoopChain.LoopPredecessors == 0);
855   UpdatedPreds.insert(&LoopChain);
856   for (MachineLoop::block_iterator BI = L.block_begin(),
857                                    BE = L.block_end();
858        BI != BE; ++BI) {
859     BlockChain &Chain = *BlockToChain[*BI];
860     if (!UpdatedPreds.insert(&Chain).second)
861       continue;
862
863     assert(Chain.LoopPredecessors == 0);
864     for (BlockChain::iterator BCI = Chain.begin(), BCE = Chain.end();
865          BCI != BCE; ++BCI) {
866       assert(BlockToChain[*BCI] == &Chain);
867       for (MachineBasicBlock::pred_iterator PI = (*BCI)->pred_begin(),
868                                             PE = (*BCI)->pred_end();
869            PI != PE; ++PI) {
870         if (BlockToChain[*PI] == &Chain || !LoopBlockSet.count(*PI))
871           continue;
872         ++Chain.LoopPredecessors;
873       }
874     }
875
876     if (Chain.LoopPredecessors == 0)
877       BlockWorkList.push_back(*Chain.begin());
878   }
879
880   buildChain(LoopTop, LoopChain, BlockWorkList, &LoopBlockSet);
881   rotateLoop(LoopChain, ExitingBB, LoopBlockSet);
882
883   DEBUG({
884     // Crash at the end so we get all of the debugging output first.
885     bool BadLoop = false;
886     if (LoopChain.LoopPredecessors) {
887       BadLoop = true;
888       dbgs() << "Loop chain contains a block without its preds placed!\n"
889              << "  Loop header:  " << getBlockName(*L.block_begin()) << "\n"
890              << "  Chain header: " << getBlockName(*LoopChain.begin()) << "\n";
891     }
892     for (BlockChain::iterator BCI = LoopChain.begin(), BCE = LoopChain.end();
893          BCI != BCE; ++BCI) {
894       dbgs() << "          ... " << getBlockName(*BCI) << "\n";
895       if (!LoopBlockSet.erase(*BCI)) {
896         // We don't mark the loop as bad here because there are real situations
897         // where this can occur. For example, with an unanalyzable fallthrough
898         // from a loop block to a non-loop block or vice versa.
899         dbgs() << "Loop chain contains a block not contained by the loop!\n"
900                << "  Loop header:  " << getBlockName(*L.block_begin()) << "\n"
901                << "  Chain header: " << getBlockName(*LoopChain.begin()) << "\n"
902                << "  Bad block:    " << getBlockName(*BCI) << "\n";
903       }
904     }
905
906     if (!LoopBlockSet.empty()) {
907       BadLoop = true;
908       for (BlockFilterSet::iterator LBI = LoopBlockSet.begin(),
909                                     LBE = LoopBlockSet.end();
910            LBI != LBE; ++LBI)
911         dbgs() << "Loop contains blocks never placed into a chain!\n"
912                << "  Loop header:  " << getBlockName(*L.block_begin()) << "\n"
913                << "  Chain header: " << getBlockName(*LoopChain.begin()) << "\n"
914                << "  Bad block:    " << getBlockName(*LBI) << "\n";
915     }
916     assert(!BadLoop && "Detected problems with the placement of this loop.");
917   });
918 }
919
920 void MachineBlockPlacement::buildCFGChains(MachineFunction &F) {
921   // Ensure that every BB in the function has an associated chain to simplify
922   // the assumptions of the remaining algorithm.
923   SmallVector<MachineOperand, 4> Cond; // For AnalyzeBranch.
924   for (MachineFunction::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
925     MachineBasicBlock *BB = FI;
926     BlockChain *Chain
927       = new (ChainAllocator.Allocate()) BlockChain(BlockToChain, BB);
928     // Also, merge any blocks which we cannot reason about and must preserve
929     // the exact fallthrough behavior for.
930     for (;;) {
931       Cond.clear();
932       MachineBasicBlock *TBB = nullptr, *FBB = nullptr; // For AnalyzeBranch.
933       if (!TII->AnalyzeBranch(*BB, TBB, FBB, Cond) || !FI->canFallThrough())
934         break;
935
936       MachineFunction::iterator NextFI(std::next(FI));
937       MachineBasicBlock *NextBB = NextFI;
938       // Ensure that the layout successor is a viable block, as we know that
939       // fallthrough is a possibility.
940       assert(NextFI != FE && "Can't fallthrough past the last block.");
941       DEBUG(dbgs() << "Pre-merging due to unanalyzable fallthrough: "
942                    << getBlockName(BB) << " -> " << getBlockName(NextBB)
943                    << "\n");
944       Chain->merge(NextBB, nullptr);
945       FI = NextFI;
946       BB = NextBB;
947     }
948   }
949
950   if (OutlineOptionalBranches) {
951     // Find the nearest common dominator of all of F's terminators.
952     MachineBasicBlock *Terminator = nullptr;
953     for (MachineBasicBlock &MBB : F) {
954       if (MBB.succ_size() == 0) {
955         if (Terminator == nullptr)
956           Terminator = &MBB;
957         else
958           Terminator = MDT->findNearestCommonDominator(Terminator, &MBB);
959       }
960     }
961
962     // MBBs dominating this common dominator are unavoidable.
963     UnavoidableBlocks.clear();
964     for (MachineBasicBlock &MBB : F) {
965       if (MDT->dominates(&MBB, Terminator)) {
966         UnavoidableBlocks.insert(&MBB);
967       }
968     }
969   }
970
971   // Build any loop-based chains.
972   for (MachineLoopInfo::iterator LI = MLI->begin(), LE = MLI->end(); LI != LE;
973        ++LI)
974     buildLoopChains(F, **LI);
975
976   SmallVector<MachineBasicBlock *, 16> BlockWorkList;
977
978   SmallPtrSet<BlockChain *, 4> UpdatedPreds;
979   for (MachineFunction::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
980     MachineBasicBlock *BB = &*FI;
981     BlockChain &Chain = *BlockToChain[BB];
982     if (!UpdatedPreds.insert(&Chain).second)
983       continue;
984
985     assert(Chain.LoopPredecessors == 0);
986     for (BlockChain::iterator BCI = Chain.begin(), BCE = Chain.end();
987          BCI != BCE; ++BCI) {
988       assert(BlockToChain[*BCI] == &Chain);
989       for (MachineBasicBlock::pred_iterator PI = (*BCI)->pred_begin(),
990                                             PE = (*BCI)->pred_end();
991            PI != PE; ++PI) {
992         if (BlockToChain[*PI] == &Chain)
993           continue;
994         ++Chain.LoopPredecessors;
995       }
996     }
997
998     if (Chain.LoopPredecessors == 0)
999       BlockWorkList.push_back(*Chain.begin());
1000   }
1001
1002   BlockChain &FunctionChain = *BlockToChain[&F.front()];
1003   buildChain(&F.front(), FunctionChain, BlockWorkList);
1004
1005 #ifndef NDEBUG
1006   typedef SmallPtrSet<MachineBasicBlock *, 16> FunctionBlockSetType;
1007 #endif
1008   DEBUG({
1009     // Crash at the end so we get all of the debugging output first.
1010     bool BadFunc = false;
1011     FunctionBlockSetType FunctionBlockSet;
1012     for (MachineFunction::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI)
1013       FunctionBlockSet.insert(FI);
1014
1015     for (BlockChain::iterator BCI = FunctionChain.begin(),
1016                               BCE = FunctionChain.end();
1017          BCI != BCE; ++BCI)
1018       if (!FunctionBlockSet.erase(*BCI)) {
1019         BadFunc = true;
1020         dbgs() << "Function chain contains a block not in the function!\n"
1021                << "  Bad block:    " << getBlockName(*BCI) << "\n";
1022       }
1023
1024     if (!FunctionBlockSet.empty()) {
1025       BadFunc = true;
1026       for (FunctionBlockSetType::iterator FBI = FunctionBlockSet.begin(),
1027                                           FBE = FunctionBlockSet.end();
1028            FBI != FBE; ++FBI)
1029         dbgs() << "Function contains blocks never placed into a chain!\n"
1030                << "  Bad block:    " << getBlockName(*FBI) << "\n";
1031     }
1032     assert(!BadFunc && "Detected problems with the block placement.");
1033   });
1034
1035   // Splice the blocks into place.
1036   MachineFunction::iterator InsertPos = F.begin();
1037   for (BlockChain::iterator BI = FunctionChain.begin(),
1038                             BE = FunctionChain.end();
1039        BI != BE; ++BI) {
1040     DEBUG(dbgs() << (BI == FunctionChain.begin() ? "Placing chain "
1041                                                   : "          ... ")
1042           << getBlockName(*BI) << "\n");
1043     if (InsertPos != MachineFunction::iterator(*BI))
1044       F.splice(InsertPos, *BI);
1045     else
1046       ++InsertPos;
1047
1048     // Update the terminator of the previous block.
1049     if (BI == FunctionChain.begin())
1050       continue;
1051     MachineBasicBlock *PrevBB = std::prev(MachineFunction::iterator(*BI));
1052
1053     // FIXME: It would be awesome of updateTerminator would just return rather
1054     // than assert when the branch cannot be analyzed in order to remove this
1055     // boiler plate.
1056     Cond.clear();
1057     MachineBasicBlock *TBB = nullptr, *FBB = nullptr; // For AnalyzeBranch.
1058     if (!TII->AnalyzeBranch(*PrevBB, TBB, FBB, Cond)) {
1059       // The "PrevBB" is not yet updated to reflect current code layout, so,
1060       //   o. it may fall-through to a block without explict "goto" instruction
1061       //      before layout, and no longer fall-through it after layout; or 
1062       //   o. just opposite.
1063       // 
1064       // AnalyzeBranch() may return erroneous value for FBB when these two
1065       // situations take place. For the first scenario FBB is mistakenly set
1066       // NULL; for the 2nd scenario, the FBB, which is expected to be NULL,
1067       // is mistakenly pointing to "*BI".
1068       //
1069       bool needUpdateBr = true;
1070       if (!Cond.empty() && (!FBB || FBB == *BI)) {
1071         PrevBB->updateTerminator();
1072         needUpdateBr = false;
1073         Cond.clear();
1074         TBB = FBB = nullptr;
1075         if (TII->AnalyzeBranch(*PrevBB, TBB, FBB, Cond)) {
1076           // FIXME: This should never take place.
1077           TBB = FBB = nullptr;
1078         }
1079       }
1080
1081       // If PrevBB has a two-way branch, try to re-order the branches
1082       // such that we branch to the successor with higher weight first.
1083       if (TBB && !Cond.empty() && FBB &&
1084           MBPI->getEdgeWeight(PrevBB, FBB) > MBPI->getEdgeWeight(PrevBB, TBB) &&
1085           !TII->ReverseBranchCondition(Cond)) {
1086         DEBUG(dbgs() << "Reverse order of the two branches: "
1087                      << getBlockName(PrevBB) << "\n");
1088         DEBUG(dbgs() << "    Edge weight: " << MBPI->getEdgeWeight(PrevBB, FBB)
1089                      << " vs " << MBPI->getEdgeWeight(PrevBB, TBB) << "\n");
1090         DebugLoc dl;  // FIXME: this is nowhere
1091         TII->RemoveBranch(*PrevBB);
1092         TII->InsertBranch(*PrevBB, FBB, TBB, Cond, dl);
1093         needUpdateBr = true;
1094       }
1095       if (needUpdateBr)
1096         PrevBB->updateTerminator();
1097     }
1098   }
1099
1100   // Fixup the last block.
1101   Cond.clear();
1102   MachineBasicBlock *TBB = nullptr, *FBB = nullptr; // For AnalyzeBranch.
1103   if (!TII->AnalyzeBranch(F.back(), TBB, FBB, Cond))
1104     F.back().updateTerminator();
1105
1106   // Walk through the backedges of the function now that we have fully laid out
1107   // the basic blocks and align the destination of each backedge. We don't rely
1108   // exclusively on the loop info here so that we can align backedges in
1109   // unnatural CFGs and backedges that were introduced purely because of the
1110   // loop rotations done during this layout pass.
1111   if (F.getFunction()->hasFnAttribute(Attribute::OptimizeForSize))
1112     return;
1113   if (FunctionChain.begin() == FunctionChain.end())
1114     return;  // Empty chain.
1115
1116   const BranchProbability ColdProb(1, 5); // 20%
1117   BlockFrequency EntryFreq = MBFI->getBlockFreq(F.begin());
1118   BlockFrequency WeightedEntryFreq = EntryFreq * ColdProb;
1119   for (BlockChain::iterator BI = std::next(FunctionChain.begin()),
1120                             BE = FunctionChain.end();
1121        BI != BE; ++BI) {
1122     // Don't align non-looping basic blocks. These are unlikely to execute
1123     // enough times to matter in practice. Note that we'll still handle
1124     // unnatural CFGs inside of a natural outer loop (the common case) and
1125     // rotated loops.
1126     MachineLoop *L = MLI->getLoopFor(*BI);
1127     if (!L)
1128       continue;
1129
1130     unsigned Align = TLI->getPrefLoopAlignment(L);
1131     if (!Align)
1132       continue;  // Don't care about loop alignment.
1133
1134     // If the block is cold relative to the function entry don't waste space
1135     // aligning it.
1136     BlockFrequency Freq = MBFI->getBlockFreq(*BI);
1137     if (Freq < WeightedEntryFreq)
1138       continue;
1139
1140     // If the block is cold relative to its loop header, don't align it
1141     // regardless of what edges into the block exist.
1142     MachineBasicBlock *LoopHeader = L->getHeader();
1143     BlockFrequency LoopHeaderFreq = MBFI->getBlockFreq(LoopHeader);
1144     if (Freq < (LoopHeaderFreq * ColdProb))
1145       continue;
1146
1147     // Check for the existence of a non-layout predecessor which would benefit
1148     // from aligning this block.
1149     MachineBasicBlock *LayoutPred = *std::prev(BI);
1150
1151     // Force alignment if all the predecessors are jumps. We already checked
1152     // that the block isn't cold above.
1153     if (!LayoutPred->isSuccessor(*BI)) {
1154       (*BI)->setAlignment(Align);
1155       continue;
1156     }
1157
1158     // Align this block if the layout predecessor's edge into this block is
1159     // cold relative to the block. When this is true, other predecessors make up
1160     // all of the hot entries into the block and thus alignment is likely to be
1161     // important.
1162     BranchProbability LayoutProb = MBPI->getEdgeProbability(LayoutPred, *BI);
1163     BlockFrequency LayoutEdgeFreq = MBFI->getBlockFreq(LayoutPred) * LayoutProb;
1164     if (LayoutEdgeFreq <= (Freq * ColdProb))
1165       (*BI)->setAlignment(Align);
1166   }
1167 }
1168
1169 bool MachineBlockPlacement::runOnMachineFunction(MachineFunction &F) {
1170   // Check for single-block functions and skip them.
1171   if (std::next(F.begin()) == F.end())
1172     return false;
1173
1174   if (skipOptnoneFunction(*F.getFunction()))
1175     return false;
1176
1177   MBPI = &getAnalysis<MachineBranchProbabilityInfo>();
1178   MBFI = &getAnalysis<MachineBlockFrequencyInfo>();
1179   MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
1180   TII = F.getSubtarget().getInstrInfo();
1181   TLI = F.getSubtarget().getTargetLowering();
1182   MDT = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
1183   assert(BlockToChain.empty());
1184
1185   buildCFGChains(F);
1186
1187   BlockToChain.clear();
1188   ChainAllocator.DestroyAll();
1189
1190   if (AlignAllBlock)
1191     // Align all of the blocks in the function to a specific alignment.
1192     for (MachineFunction::iterator FI = F.begin(), FE = F.end();
1193          FI != FE; ++FI)
1194       FI->setAlignment(AlignAllBlock);
1195
1196   // We always return true as we have no way to track whether the final order
1197   // differs from the original order.
1198   return true;
1199 }
1200
1201 namespace {
1202 /// \brief A pass to compute block placement statistics.
1203 ///
1204 /// A separate pass to compute interesting statistics for evaluating block
1205 /// placement. This is separate from the actual placement pass so that they can
1206 /// be computed in the absence of any placement transformations or when using
1207 /// alternative placement strategies.
1208 class MachineBlockPlacementStats : public MachineFunctionPass {
1209   /// \brief A handle to the branch probability pass.
1210   const MachineBranchProbabilityInfo *MBPI;
1211
1212   /// \brief A handle to the function-wide block frequency pass.
1213   const MachineBlockFrequencyInfo *MBFI;
1214
1215 public:
1216   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
1217   MachineBlockPlacementStats() : MachineFunctionPass(ID) {
1218     initializeMachineBlockPlacementStatsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1219   }
1220
1221   bool runOnMachineFunction(MachineFunction &F) override;
1222
1223   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
1224     AU.addRequired<MachineBranchProbabilityInfo>();
1225     AU.addRequired<MachineBlockFrequencyInfo>();
1226     AU.setPreservesAll();
1227     MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
1228   }
1229 };
1230 }
1231
1232 char MachineBlockPlacementStats::ID = 0;
1233 char &llvm::MachineBlockPlacementStatsID = MachineBlockPlacementStats::ID;
1234 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineBlockPlacementStats, "block-placement-stats",
1235                       "Basic Block Placement Stats", false, false)
1236 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineBranchProbabilityInfo)
1237 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineBlockFrequencyInfo)
1238 INITIALIZE_PASS_END(MachineBlockPlacementStats, "block-placement-stats",
1239                     "Basic Block Placement Stats", false, false)
1240
1241 bool MachineBlockPlacementStats::runOnMachineFunction(MachineFunction &F) {
1242   // Check for single-block functions and skip them.
1243   if (std::next(F.begin()) == F.end())
1244     return false;
1245
1246   MBPI = &getAnalysis<MachineBranchProbabilityInfo>();
1247   MBFI = &getAnalysis<MachineBlockFrequencyInfo>();
1248
1249   for (MachineFunction::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
1250     BlockFrequency BlockFreq = MBFI->getBlockFreq(I);
1251     Statistic &NumBranches = (I->succ_size() > 1) ? NumCondBranches
1252                                                   : NumUncondBranches;
1253     Statistic &BranchTakenFreq = (I->succ_size() > 1) ? CondBranchTakenFreq
1254                                                       : UncondBranchTakenFreq;
1255     for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = I->succ_begin(),
1256                                           SE = I->succ_end();
1257          SI != SE; ++SI) {
1258       // Skip if this successor is a fallthrough.
1259       if (I->isLayoutSuccessor(*SI))
1260         continue;
1261
1262       BlockFrequency EdgeFreq = BlockFreq * MBPI->getEdgeProbability(I, *SI);
1263       ++NumBranches;
1264       BranchTakenFreq += EdgeFreq.getFrequency();
1265     }
1266   }
1267
1268   return false;
1269 }
1270