lib/CodeGen/MachineCopyPropagation.cpp

   1 //===- MachineCopyPropagation.cpp - Machine Copy Propagation Pass ---------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This is an extremely simple MachineInstr-level copy propagation pass.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  15 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  16 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
  17 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  18 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  19 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
  21 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  22 #include "llvm/Pass.h"
  23 #include "llvm/Support/Debug.h"
  24 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  25 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  26 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  27 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
  28 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
  29 using namespace llvm;
  30
  31 #define DEBUG_TYPE "codegen-cp"
  32
  33 STATISTIC(NumDeletes, "Number of dead copies deleted");
  34
  35 namespace {
  36   class MachineCopyPropagation : public MachineFunctionPass {
  37     const TargetRegisterInfo *TRI;
  38     const TargetInstrInfo *TII;
  39     MachineRegisterInfo *MRI;
  40
  41   public:
  42     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
  43     MachineCopyPropagation() : MachineFunctionPass(ID) {
  44      initializeMachineCopyPropagationPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
  45     }
  46
  47     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override;
  48
  49   private:
  50     typedef SmallVector<unsigned, 4> DestList;
  51     typedef DenseMap<unsigned, DestList> SourceMap;
  52
  53     void SourceNoLongerAvailable(unsigned Reg,
  54                                  SourceMap &SrcMap,
  55                                  DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &AvailCopyMap);
  56     bool CopyPropagateBlock(MachineBasicBlock &MBB);
  57   };
  58 }
  59 char MachineCopyPropagation::ID = 0;
  60 char &llvm::MachineCopyPropagationID = MachineCopyPropagation::ID;
  61
  62 INITIALIZE_PASS(MachineCopyPropagation, "machine-cp",
  63                 "Machine Copy Propagation Pass", false, false)
  64
  65 void
  66 MachineCopyPropagation::SourceNoLongerAvailable(unsigned Reg,
  67                               SourceMap &SrcMap,
  68                               DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &AvailCopyMap) {
  69   for (MCRegAliasIterator AI(Reg, TRI, true); AI.isValid(); ++AI) {
  70     SourceMap::iterator SI = SrcMap.find(*AI);
  71     if (SI != SrcMap.end()) {
  72       const DestList& Defs = SI->second;
  73       for (DestList::const_iterator I = Defs.begin(), E = Defs.end();
  74            I != E; ++I) {
  75         unsigned MappedDef = *I;
  76         // Source of copy is no longer available for propagation.
  77         AvailCopyMap.erase(MappedDef);
  78         for (MCSubRegIterator SR(MappedDef, TRI); SR.isValid(); ++SR)
  79           AvailCopyMap.erase(*SR);
  80       }
  81     }
  82   }
  83 }
  84
  85 static bool NoInterveningSideEffect(const MachineInstr *CopyMI,
  86                                     const MachineInstr *MI) {
  87   const MachineBasicBlock *MBB = CopyMI->getParent();
  88   if (MI->getParent() != MBB)
  89     return false;
  90   MachineBasicBlock::const_iterator I = CopyMI;
  91   MachineBasicBlock::const_iterator E = MBB->end();
  92   MachineBasicBlock::const_iterator E2 = MI;
  93
  94   ++I;
  95   while (I != E && I != E2) {
  96     if (I->hasUnmodeledSideEffects() || I->isCall() ||
  97         I->isTerminator())
  98       return false;
  99     ++I;
 100   }
 101   return true;
 102 }
 103
 104 /// isNopCopy - Return true if the specified copy is really a nop. That is
 105 /// if the source of the copy is the same of the definition of the copy that
 106 /// supplied the source. If the source of the copy is a sub-register than it
 107 /// must check the sub-indices match. e.g.
 108 /// ecx = mov eax
 109 /// al  = mov cl
 110 /// But not
 111 /// ecx = mov eax
 112 /// al  = mov ch
 113 static bool isNopCopy(MachineInstr *CopyMI, unsigned Def, unsigned Src,
 114                       const TargetRegisterInfo *TRI) {
 115   unsigned SrcSrc = CopyMI->getOperand(1).getReg();
 116   if (Def == SrcSrc)
 117     return true;
 118   if (TRI->isSubRegister(SrcSrc, Def)) {
 119     unsigned SrcDef = CopyMI->getOperand(0).getReg();
 120     unsigned SubIdx = TRI->getSubRegIndex(SrcSrc, Def);
 121     if (!SubIdx)
 122       return false;
 123     return SubIdx == TRI->getSubRegIndex(SrcDef, Src);
 124   }
 125
 126   return false;
 127 }
 128
 129 bool MachineCopyPropagation::CopyPropagateBlock(MachineBasicBlock &MBB) {
 130   SmallSetVector<MachineInstr*, 8> MaybeDeadCopies;  // Candidates for deletion
 131   DenseMap<unsigned, MachineInstr*> AvailCopyMap;    // Def -> available copies map
 132   DenseMap<unsigned, MachineInstr*> CopyMap;         // Def -> copies map
 133   SourceMap SrcMap; // Src -> Def map
 134
 135   DEBUG(dbgs() << "MCP: CopyPropagateBlock " << MBB.getName() << "\n");
 136
 137   bool Changed = false;
 138   for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB.begin(), E = MBB.end(); I != E; ) {
 139     MachineInstr *MI = &*I;
 140     ++I;
 141
 142     if (MI->isCopy()) {
 143       unsigned Def = MI->getOperand(0).getReg();
 144       unsigned Src = MI->getOperand(1).getReg();
 145
 146       if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Def) ||
 147           TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Src))
 148         report_fatal_error("MachineCopyPropagation should be run after"
 149                            " register allocation!");
 150
 151       DenseMap<unsigned, MachineInstr*>::iterator CI = AvailCopyMap.find(Src);
 152       if (CI != AvailCopyMap.end()) {
 153         MachineInstr *CopyMI = CI->second;
 154         if (!MRI->isReserved(Def) &&
 155             (!MRI->isReserved(Src) || NoInterveningSideEffect(CopyMI, MI)) &&
 156             isNopCopy(CopyMI, Def, Src, TRI)) {
 157           // The two copies cancel out and the source of the first copy
 158           // hasn't been overridden, eliminate the second one. e.g.
 159           //  %ECX<def> = COPY %EAX<kill>
 160           //  ... nothing clobbered EAX.
 161           //  %EAX<def> = COPY %ECX
 162           // =>
 163           //  %ECX<def> = COPY %EAX
 164           //
 165           // Also avoid eliminating a copy from reserved registers unless the
 166           // definition is proven not clobbered. e.g.
 167           // %RSP<def> = COPY %RAX
 168           // CALL
 169           // %RAX<def> = COPY %RSP
 170
 171           DEBUG(dbgs() << "MCP: copy is a NOP, removing: "; MI->dump());
 172
 173           // Clear any kills of Def between CopyMI and MI. This extends the
 174           // live range.
 175           for (MachineBasicBlock::iterator I = CopyMI, E = MI; I != E; ++I)
 176             I->clearRegisterKills(Def, TRI);
 177
 178           MI->eraseFromParent();
 179           Changed = true;
 180           ++NumDeletes;
 181           continue;
 182         }
 183       }
 184
 185       // If Src is defined by a previous copy, it cannot be eliminated.
 186       for (MCRegAliasIterator AI(Src, TRI, true); AI.isValid(); ++AI) {
 187         CI = CopyMap.find(*AI);
 188         if (CI != CopyMap.end()) {
 189           DEBUG(dbgs() << "MCP: Copy is no longer dead: "; CI->second->dump());
 190           MaybeDeadCopies.remove(CI->second);
 191         }
 192       }
 193
 194       DEBUG(dbgs() << "MCP: Copy is a deletion candidate: "; MI->dump());
 195
 196       // Copy is now a candidate for deletion.
 197       MaybeDeadCopies.insert(MI);
 198
 199       // If 'Src' is previously source of another copy, then this earlier copy's
 200       // source is no longer available. e.g.
 201       // %xmm9<def> = copy %xmm2
 202       // ...
 203       // %xmm2<def> = copy %xmm0
 204       // ...
 205       // %xmm2<def> = copy %xmm9
 206       SourceNoLongerAvailable(Def, SrcMap, AvailCopyMap);
 207
 208       // Remember Def is defined by the copy.
 209       // ... Make sure to clear the def maps of aliases first.
 210       for (MCRegAliasIterator AI(Def, TRI, false); AI.isValid(); ++AI) {
 211         CopyMap.erase(*AI);
 212         AvailCopyMap.erase(*AI);
 213       }
 214       for (MCSubRegIterator SR(Def, TRI, /*IncludeSelf=*/true); SR.isValid();
 215            ++SR) {
 216         CopyMap[*SR] = MI;
 217         AvailCopyMap[*SR] = MI;
 218       }
 219
 220       // Remember source that's copied to Def. Once it's clobbered, then
 221       // it's no longer available for copy propagation.
 222       if (std::find(SrcMap[Src].begin(), SrcMap[Src].end(), Def) ==
 223           SrcMap[Src].end()) {
 224         SrcMap[Src].push_back(Def);
 225       }
 226
 227       continue;
 228     }
 229
 230     // Not a copy.
 231     SmallVector<unsigned, 2> Defs;
 232     int RegMaskOpNum = -1;
 233     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 234       MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
 235       if (MO.isRegMask())
 236         RegMaskOpNum = i;
 237       if (!MO.isReg())
 238         continue;
 239       unsigned Reg = MO.getReg();
 240       if (!Reg)
 241         continue;
 242
 243       if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
 244         report_fatal_error("MachineCopyPropagation should be run after"
 245                            " register allocation!");
 246
 247       if (MO.isDef()) {
 248         Defs.push_back(Reg);
 249         continue;
 250       }
 251
 252       // If 'Reg' is defined by a copy, the copy is no longer a candidate
 253       // for elimination.
 254       for (MCRegAliasIterator AI(Reg, TRI, true); AI.isValid(); ++AI) {
 255         DenseMap<unsigned, MachineInstr*>::iterator CI = CopyMap.find(*AI);
 256         if (CI != CopyMap.end()) {
 257           DEBUG(dbgs() << "MCP: Copy is used - not dead: "; CI->second->dump());
 258           MaybeDeadCopies.remove(CI->second);
 259         }
 260       }
 261       // Treat undef use like defs for copy propagation but not for
 262       // dead copy. We would need to do a liveness check to be sure the copy
 263       // is dead for undef uses.
 264       // The backends are allowed to do whatever they want with undef value
 265       // and we cannot be sure this register will not be rewritten to break
 266       // some false dependencies for the hardware for instance.
 267       if (MO.isUndef())
 268         Defs.push_back(Reg);
 269     }
 270
 271     // The instruction has a register mask operand which means that it clobbers
 272     // a large set of registers.  It is possible to use the register mask to
 273     // prune the available copies, but treat it like a basic block boundary for
 274     // now.
 275     if (RegMaskOpNum >= 0) {
 276       // Erase any MaybeDeadCopies whose destination register is clobbered.
 277       const MachineOperand &MaskMO = MI->getOperand(RegMaskOpNum);
 278       for (SmallSetVector<MachineInstr*, 8>::iterator
 279            DI = MaybeDeadCopies.begin(), DE = MaybeDeadCopies.end();
 280            DI != DE; ++DI) {
 281         unsigned Reg = (*DI)->getOperand(0).getReg();
 282         if (MRI->isReserved(Reg) || !MaskMO.clobbersPhysReg(Reg))
 283           continue;
 284         DEBUG(dbgs() << "MCP: Removing copy due to regmask clobbering: ";
 285               (*DI)->dump());
 286         (*DI)->eraseFromParent();
 287         Changed = true;
 288         ++NumDeletes;
 289       }
 290
 291       // Clear all data structures as if we were beginning a new basic block.
 292       MaybeDeadCopies.clear();
 293       AvailCopyMap.clear();
 294       CopyMap.clear();
 295       SrcMap.clear();
 296       continue;
 297     }
 298
 299     for (unsigned i = 0, e = Defs.size(); i != e; ++i) {
 300       unsigned Reg = Defs[i];
 301
 302       // No longer defined by a copy.
 303       for (MCRegAliasIterator AI(Reg, TRI, true); AI.isValid(); ++AI) {
 304         CopyMap.erase(*AI);
 305         AvailCopyMap.erase(*AI);
 306       }
 307
 308       // If 'Reg' is previously source of a copy, it is no longer available for
 309       // copy propagation.
 310       SourceNoLongerAvailable(Reg, SrcMap, AvailCopyMap);
 311     }
 312   }
 313
 314   // If MBB doesn't have successors, delete the copies whose defs are not used.
 315   // If MBB does have successors, then conservative assume the defs are live-out
 316   // since we don't want to trust live-in lists.
 317   if (MBB.succ_empty()) {
 318     for (SmallSetVector<MachineInstr*, 8>::iterator
 319            DI = MaybeDeadCopies.begin(), DE = MaybeDeadCopies.end();
 320          DI != DE; ++DI) {
 321       if (!MRI->isReserved((*DI)->getOperand(0).getReg())) {
 322         (*DI)->eraseFromParent();
 323         Changed = true;
 324         ++NumDeletes;
 325       }
 326     }
 327   }
 328
 329   return Changed;
 330 }
 331
 332 bool MachineCopyPropagation::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
 333   if (skipOptnoneFunction(*MF.getFunction()))
 334     return false;
 335
 336   bool Changed = false;
 337
 338   TRI = MF.getSubtarget().getRegisterInfo();
 339   TII = MF.getSubtarget().getInstrInfo();
 340   MRI = &MF.getRegInfo();
 341
 342   for (MachineFunction::iterator I = MF.begin(), E = MF.end(); I != E; ++I)
 343     Changed |= CopyPropagateBlock(*I);
 344
 345   return Changed;
 346 }