d3ada91467397d02d0fd0d95d5f6a1f648cde0a7
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / PeepholeOptimizer.cpp
1 //===-- PeepholeOptimizer.cpp - Peephole Optimizations --------------------===//
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 // Perform peephole optimizations on the machine code:
11 //
12 // - Optimize Extensions
13 //
14 //     Optimization of sign / zero extension instructions. It may be extended to
15 //     handle other instructions with similar properties.
16 //
17 //     On some targets, some instructions, e.g. X86 sign / zero extension, may
18 //     leave the source value in the lower part of the result. This optimization
19 //     will replace some uses of the pre-extension value with uses of the
20 //     sub-register of the results.
21 //
22 // - Optimize Comparisons
23 //
24 //     Optimization of comparison instructions. For instance, in this code:
25 //
26 //       sub r1, 1
27 //       cmp r1, 0
28 //       bz  L1
29 //
30 //     If the "sub" instruction all ready sets (or could be modified to set) the
31 //     same flag that the "cmp" instruction sets and that "bz" uses, then we can
32 //     eliminate the "cmp" instruction.
33 //
34 //     Another instance, in this code:
35 //
36 //       sub r1, r3 | sub r1, imm
37 //       cmp r3, r1 or cmp r1, r3 | cmp r1, imm
38 //       bge L1
39 //
40 //     If the branch instruction can use flag from "sub", then we can replace
41 //     "sub" with "subs" and eliminate the "cmp" instruction.
42 //
43 // - Optimize Loads:
44 //
45 //     Loads that can be folded into a later instruction. A load is foldable
46 //     if it loads to virtual registers and the virtual register defined has
47 //     a single use.
48 //
49 // - Optimize Copies and Bitcast (more generally, target specific copies):
50 //
51 //     Rewrite copies and bitcasts to avoid cross register bank copies
52 //     when possible.
53 //     E.g., Consider the following example, where capital and lower
54 //     letters denote different register file:
55 //     b = copy A <-- cross-bank copy
56 //     C = copy b <-- cross-bank copy
57 //   =>
58 //     b = copy A <-- cross-bank copy
59 //     C = copy A <-- same-bank copy
60 //
61 //     E.g., for bitcast:
62 //     b = bitcast A <-- cross-bank copy
63 //     C = bitcast b <-- cross-bank copy
64 //   =>
65 //     b = bitcast A <-- cross-bank copy
66 //     C = copy A    <-- same-bank copy
67 //===----------------------------------------------------------------------===//
68
69 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
70 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
71 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
72 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
73 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
74 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
75 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
76 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
77 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
78 #include "llvm/Support/Debug.h"
79 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
80 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
81 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
82 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
83 #include <utility>
84 using namespace llvm;
85
86 #define DEBUG_TYPE "peephole-opt"
87
88 // Optimize Extensions
89 static cl::opt<bool>
90 Aggressive("aggressive-ext-opt", cl::Hidden,
91            cl::desc("Aggressive extension optimization"));
92
93 static cl::opt<bool>
94 DisablePeephole("disable-peephole", cl::Hidden, cl::init(false),
95                 cl::desc("Disable the peephole optimizer"));
96
97 static cl::opt<bool>
98 DisableAdvCopyOpt("disable-adv-copy-opt", cl::Hidden, cl::init(false),
99                   cl::desc("Disable advanced copy optimization"));
100
101 static cl::opt<bool> DisableNAPhysCopyOpt(
102     "disable-non-allocatable-phys-copy-opt", cl::Hidden, cl::init(false),
103     cl::desc("Disable non-allocatable physical register copy optimization"));
104
105 // Limit the number of PHI instructions to process
106 // in PeepholeOptimizer::getNextSource.
107 static cl::opt<unsigned> RewritePHILimit(
108     "rewrite-phi-limit", cl::Hidden, cl::init(10),
109     cl::desc("Limit the length of PHI chains to lookup"));
110
111 STATISTIC(NumReuse,      "Number of extension results reused");
112 STATISTIC(NumCmps,       "Number of compares eliminated");
113 STATISTIC(NumImmFold,    "Number of move immediate folded");
114 STATISTIC(NumLoadFold,   "Number of loads folded");
115 STATISTIC(NumSelects,    "Number of selects optimized");
116 STATISTIC(NumUncoalescableCopies, "Number of uncoalescable copies optimized");
117 STATISTIC(NumRewrittenCopies, "Number of copies rewritten");
118 STATISTIC(NumNAPhysCopies, "Number of non-allocatable physical copies removed");
119
120 namespace {
121   class ValueTrackerResult;
122
123   class PeepholeOptimizer : public MachineFunctionPass {
124     const TargetInstrInfo *TII;
125     const TargetRegisterInfo *TRI;
126     MachineRegisterInfo   *MRI;
127     MachineDominatorTree  *DT;  // Machine dominator tree
128
129   public:
130     static char ID; // Pass identification
131     PeepholeOptimizer() : MachineFunctionPass(ID) {
132       initializePeepholeOptimizerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
133     }
134
135     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override;
136
137     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
138       AU.setPreservesCFG();
139       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
140       if (Aggressive) {
141         AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
142         AU.addPreserved<MachineDominatorTree>();
143       }
144     }
145
146     /// \brief Track Def -> Use info used for rewriting copies.
147     typedef SmallDenseMap<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, ValueTrackerResult>
148         RewriteMapTy;
149
150   private:
151     bool optimizeCmpInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB);
152     bool optimizeExtInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
153                           SmallPtrSetImpl<MachineInstr*> &LocalMIs);
154     bool optimizeSelect(MachineInstr *MI,
155                         SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs);
156     bool optimizeCondBranch(MachineInstr *MI);
157     bool optimizeCoalescableCopy(MachineInstr *MI);
158     bool optimizeUncoalescableCopy(MachineInstr *MI,
159                                    SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs);
160     bool findNextSource(unsigned Reg, unsigned SubReg,
161                         RewriteMapTy &RewriteMap);
162     bool isMoveImmediate(MachineInstr *MI,
163                          SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
164                          DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs);
165     bool foldImmediate(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
166                        SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
167                        DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs);
168
169     /// \brief If copy instruction \p MI is a virtual register copy, track it in
170     /// the set \p CopySrcRegs and \p CopyMIs. If this virtual register was
171     /// previously seen as a copy, replace the uses of this copy with the
172     /// previously seen copy's destination register.
173     bool foldRedundantCopy(MachineInstr *MI,
174                            SmallSet<unsigned, 4> &CopySrcRegs,
175                            DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &CopyMIs);
176
177     /// \brief Is the register \p Reg a non-allocatable physical register?
178     bool isNAPhysCopy(unsigned Reg);
179
180     /// \brief If copy instruction \p MI is a non-allocatable virtual<->physical
181     /// register copy, track it in the \p NAPhysToVirtMIs map. If this
182     /// non-allocatable physical register was previously copied to a virtual
183     /// registered and hasn't been clobbered, the virt->phys copy can be
184     /// deleted.
185     bool foldRedundantNAPhysCopy(
186         MachineInstr *MI,
187         DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &NAPhysToVirtMIs);
188
189     bool isLoadFoldable(MachineInstr *MI,
190                         SmallSet<unsigned, 16> &FoldAsLoadDefCandidates);
191
192     /// \brief Check whether \p MI is understood by the register coalescer
193     /// but may require some rewriting.
194     bool isCoalescableCopy(const MachineInstr &MI) {
195       // SubregToRegs are not interesting, because they are already register
196       // coalescer friendly.
197       return MI.isCopy() || (!DisableAdvCopyOpt &&
198                              (MI.isRegSequence() || MI.isInsertSubreg() ||
199                               MI.isExtractSubreg()));
200     }
201
202     /// \brief Check whether \p MI is a copy like instruction that is
203     /// not recognized by the register coalescer.
204     bool isUncoalescableCopy(const MachineInstr &MI) {
205       return MI.isBitcast() ||
206              (!DisableAdvCopyOpt &&
207               (MI.isRegSequenceLike() || MI.isInsertSubregLike() ||
208                MI.isExtractSubregLike()));
209     }
210   };
211
212   /// \brief Helper class to hold a reply for ValueTracker queries. Contains the
213   /// returned sources for a given search and the instructions where the sources
214   /// were tracked from.
215   class ValueTrackerResult {
216   private:
217     /// Track all sources found by one ValueTracker query.
218     SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, 2> RegSrcs;
219
220     /// Instruction using the sources in 'RegSrcs'.
221     const MachineInstr *Inst;
222
223   public:
224     ValueTrackerResult() : Inst(nullptr) {}
225     ValueTrackerResult(unsigned Reg, unsigned SubReg) : Inst(nullptr) {
226       addSource(Reg, SubReg);
227     }
228
229     bool isValid() const { return getNumSources() > 0; }
230
231     void setInst(const MachineInstr *I) { Inst = I; }
232     const MachineInstr *getInst() const { return Inst; }
233
234     void clear() {
235       RegSrcs.clear();
236       Inst = nullptr;
237     }
238
239     void addSource(unsigned SrcReg, unsigned SrcSubReg) {
240       RegSrcs.push_back(TargetInstrInfo::RegSubRegPair(SrcReg, SrcSubReg));
241     }
242
243     void setSource(int Idx, unsigned SrcReg, unsigned SrcSubReg) {
244       assert(Idx < getNumSources() && "Reg pair source out of index");
245       RegSrcs[Idx] = TargetInstrInfo::RegSubRegPair(SrcReg, SrcSubReg);
246     }
247
248     int getNumSources() const { return RegSrcs.size(); }
249
250     unsigned getSrcReg(int Idx) const {
251       assert(Idx < getNumSources() && "Reg source out of index");
252       return RegSrcs[Idx].Reg;
253     }
254
255     unsigned getSrcSubReg(int Idx) const {
256       assert(Idx < getNumSources() && "SubReg source out of index");
257       return RegSrcs[Idx].SubReg;
258     }
259
260     bool operator==(const ValueTrackerResult &Other) {
261       if (Other.getInst() != getInst())
262         return false;
263
264       if (Other.getNumSources() != getNumSources())
265         return false;
266
267       for (int i = 0, e = Other.getNumSources(); i != e; ++i)
268         if (Other.getSrcReg(i) != getSrcReg(i) ||
269             Other.getSrcSubReg(i) != getSrcSubReg(i))
270           return false;
271       return true;
272     }
273   };
274
275   /// \brief Helper class to track the possible sources of a value defined by
276   /// a (chain of) copy related instructions.
277   /// Given a definition (instruction and definition index), this class
278   /// follows the use-def chain to find successive suitable sources.
279   /// The given source can be used to rewrite the definition into
280   /// def = COPY src.
281   ///
282   /// For instance, let us consider the following snippet:
283   /// v0 =
284   /// v2 = INSERT_SUBREG v1, v0, sub0
285   /// def = COPY v2.sub0
286   ///
287   /// Using a ValueTracker for def = COPY v2.sub0 will give the following
288   /// suitable sources:
289   /// v2.sub0 and v0.
290   /// Then, def can be rewritten into def = COPY v0.
291   class ValueTracker {
292   private:
293     /// The current point into the use-def chain.
294     const MachineInstr *Def;
295     /// The index of the definition in Def.
296     unsigned DefIdx;
297     /// The sub register index of the definition.
298     unsigned DefSubReg;
299     /// The register where the value can be found.
300     unsigned Reg;
301     /// Specifiy whether or not the value tracking looks through
302     /// complex instructions. When this is false, the value tracker
303     /// bails on everything that is not a copy or a bitcast.
304     ///
305     /// Note: This could have been implemented as a specialized version of
306     /// the ValueTracker class but that would have complicated the code of
307     /// the users of this class.
308     bool UseAdvancedTracking;
309     /// MachineRegisterInfo used to perform tracking.
310     const MachineRegisterInfo &MRI;
311     /// Optional TargetInstrInfo used to perform some complex
312     /// tracking.
313     const TargetInstrInfo *TII;
314
315     /// \brief Dispatcher to the right underlying implementation of
316     /// getNextSource.
317     ValueTrackerResult getNextSourceImpl();
318     /// \brief Specialized version of getNextSource for Copy instructions.
319     ValueTrackerResult getNextSourceFromCopy();
320     /// \brief Specialized version of getNextSource for Bitcast instructions.
321     ValueTrackerResult getNextSourceFromBitcast();
322     /// \brief Specialized version of getNextSource for RegSequence
323     /// instructions.
324     ValueTrackerResult getNextSourceFromRegSequence();
325     /// \brief Specialized version of getNextSource for InsertSubreg
326     /// instructions.
327     ValueTrackerResult getNextSourceFromInsertSubreg();
328     /// \brief Specialized version of getNextSource for ExtractSubreg
329     /// instructions.
330     ValueTrackerResult getNextSourceFromExtractSubreg();
331     /// \brief Specialized version of getNextSource for SubregToReg
332     /// instructions.
333     ValueTrackerResult getNextSourceFromSubregToReg();
334     /// \brief Specialized version of getNextSource for PHI instructions.
335     ValueTrackerResult getNextSourceFromPHI();
336
337   public:
338     /// \brief Create a ValueTracker instance for the value defined by \p Reg.
339     /// \p DefSubReg represents the sub register index the value tracker will
340     /// track. It does not need to match the sub register index used in the
341     /// definition of \p Reg.
342     /// \p UseAdvancedTracking specifies whether or not the value tracker looks
343     /// through complex instructions. By default (false), it handles only copy
344     /// and bitcast instructions.
345     /// If \p Reg is a physical register, a value tracker constructed with
346     /// this constructor will not find any alternative source.
347     /// Indeed, when \p Reg is a physical register that constructor does not
348     /// know which definition of \p Reg it should track.
349     /// Use the next constructor to track a physical register.
350     ValueTracker(unsigned Reg, unsigned DefSubReg,
351                  const MachineRegisterInfo &MRI,
352                  bool UseAdvancedTracking = false,
353                  const TargetInstrInfo *TII = nullptr)
354         : Def(nullptr), DefIdx(0), DefSubReg(DefSubReg), Reg(Reg),
355           UseAdvancedTracking(UseAdvancedTracking), MRI(MRI), TII(TII) {
356       if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) {
357         Def = MRI.getVRegDef(Reg);
358         DefIdx = MRI.def_begin(Reg).getOperandNo();
359       }
360     }
361
362     /// \brief Create a ValueTracker instance for the value defined by
363     /// the pair \p MI, \p DefIdx.
364     /// Unlike the other constructor, the value tracker produced by this one
365     /// may be able to find a new source when the definition is a physical
366     /// register.
367     /// This could be useful to rewrite target specific instructions into
368     /// generic copy instructions.
369     ValueTracker(const MachineInstr &MI, unsigned DefIdx, unsigned DefSubReg,
370                  const MachineRegisterInfo &MRI,
371                  bool UseAdvancedTracking = false,
372                  const TargetInstrInfo *TII = nullptr)
373         : Def(&MI), DefIdx(DefIdx), DefSubReg(DefSubReg),
374           UseAdvancedTracking(UseAdvancedTracking), MRI(MRI), TII(TII) {
375       assert(DefIdx < Def->getDesc().getNumDefs() &&
376              Def->getOperand(DefIdx).isReg() && "Invalid definition");
377       Reg = Def->getOperand(DefIdx).getReg();
378     }
379
380     /// \brief Following the use-def chain, get the next available source
381     /// for the tracked value.
382     /// \return A ValueTrackerResult containing a set of registers
383     /// and sub registers with tracked values. A ValueTrackerResult with
384     /// an empty set of registers means no source was found.
385     ValueTrackerResult getNextSource();
386
387     /// \brief Get the last register where the initial value can be found.
388     /// Initially this is the register of the definition.
389     /// Then, after each successful call to getNextSource, this is the
390     /// register of the last source.
391     unsigned getReg() const { return Reg; }
392   };
393 }
394
395 char PeepholeOptimizer::ID = 0;
396 char &llvm::PeepholeOptimizerID = PeepholeOptimizer::ID;
397 INITIALIZE_PASS_BEGIN(PeepholeOptimizer, "peephole-opts",
398                 "Peephole Optimizations", false, false)
399 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineDominatorTree)
400 INITIALIZE_PASS_END(PeepholeOptimizer, "peephole-opts",
401                 "Peephole Optimizations", false, false)
402
403 /// If instruction is a copy-like instruction, i.e. it reads a single register
404 /// and writes a single register and it does not modify the source, and if the
405 /// source value is preserved as a sub-register of the result, then replace all
406 /// reachable uses of the source with the subreg of the result.
407 ///
408 /// Do not generate an EXTRACT that is used only in a debug use, as this changes
409 /// the code. Since this code does not currently share EXTRACTs, just ignore all
410 /// debug uses.
411 bool PeepholeOptimizer::
412 optimizeExtInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
413                  SmallPtrSetImpl<MachineInstr*> &LocalMIs) {
414   unsigned SrcReg, DstReg, SubIdx;
415   if (!TII->isCoalescableExtInstr(*MI, SrcReg, DstReg, SubIdx))
416     return false;
417
418   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DstReg) ||
419       TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg))
420     return false;
421
422   if (MRI->hasOneNonDBGUse(SrcReg))
423     // No other uses.
424     return false;
425
426   // Ensure DstReg can get a register class that actually supports
427   // sub-registers. Don't change the class until we commit.
428   const TargetRegisterClass *DstRC = MRI->getRegClass(DstReg);
429   DstRC = TRI->getSubClassWithSubReg(DstRC, SubIdx);
430   if (!DstRC)
431     return false;
432
433   // The ext instr may be operating on a sub-register of SrcReg as well.
434   // PPC::EXTSW is a 32 -> 64-bit sign extension, but it reads a 64-bit
435   // register.
436   // If UseSrcSubIdx is Set, SubIdx also applies to SrcReg, and only uses of
437   // SrcReg:SubIdx should be replaced.
438   bool UseSrcSubIdx =
439       TRI->getSubClassWithSubReg(MRI->getRegClass(SrcReg), SubIdx) != nullptr;
440
441   // The source has other uses. See if we can replace the other uses with use of
442   // the result of the extension.
443   SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 4> ReachedBBs;
444   for (MachineInstr &UI : MRI->use_nodbg_instructions(DstReg))
445     ReachedBBs.insert(UI.getParent());
446
447   // Uses that are in the same BB of uses of the result of the instruction.
448   SmallVector<MachineOperand*, 8> Uses;
449
450   // Uses that the result of the instruction can reach.
451   SmallVector<MachineOperand*, 8> ExtendedUses;
452
453   bool ExtendLife = true;
454   for (MachineOperand &UseMO : MRI->use_nodbg_operands(SrcReg)) {
455     MachineInstr *UseMI = UseMO.getParent();
456     if (UseMI == MI)
457       continue;
458
459     if (UseMI->isPHI()) {
460       ExtendLife = false;
461       continue;
462     }
463
464     // Only accept uses of SrcReg:SubIdx.
465     if (UseSrcSubIdx && UseMO.getSubReg() != SubIdx)
466       continue;
467
468     // It's an error to translate this:
469     //
470     //    %reg1025 = <sext> %reg1024
471     //     ...
472     //    %reg1026 = SUBREG_TO_REG 0, %reg1024, 4
473     //
474     // into this:
475     //
476     //    %reg1025 = <sext> %reg1024
477     //     ...
478     //    %reg1027 = COPY %reg1025:4
479     //    %reg1026 = SUBREG_TO_REG 0, %reg1027, 4
480     //
481     // The problem here is that SUBREG_TO_REG is there to assert that an
482     // implicit zext occurs. It doesn't insert a zext instruction. If we allow
483     // the COPY here, it will give us the value after the <sext>, not the
484     // original value of %reg1024 before <sext>.
485     if (UseMI->getOpcode() == TargetOpcode::SUBREG_TO_REG)
486       continue;
487
488     MachineBasicBlock *UseMBB = UseMI->getParent();
489     if (UseMBB == MBB) {
490       // Local uses that come after the extension.
491       if (!LocalMIs.count(UseMI))
492         Uses.push_back(&UseMO);
493     } else if (ReachedBBs.count(UseMBB)) {
494       // Non-local uses where the result of the extension is used. Always
495       // replace these unless it's a PHI.
496       Uses.push_back(&UseMO);
497     } else if (Aggressive && DT->dominates(MBB, UseMBB)) {
498       // We may want to extend the live range of the extension result in order
499       // to replace these uses.
500       ExtendedUses.push_back(&UseMO);
501     } else {
502       // Both will be live out of the def MBB anyway. Don't extend live range of
503       // the extension result.
504       ExtendLife = false;
505       break;
506     }
507   }
508
509   if (ExtendLife && !ExtendedUses.empty())
510     // Extend the liveness of the extension result.
511     Uses.append(ExtendedUses.begin(), ExtendedUses.end());
512
513   // Now replace all uses.
514   bool Changed = false;
515   if (!Uses.empty()) {
516     SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 4> PHIBBs;
517
518     // Look for PHI uses of the extended result, we don't want to extend the
519     // liveness of a PHI input. It breaks all kinds of assumptions down
520     // stream. A PHI use is expected to be the kill of its source values.
521     for (MachineInstr &UI : MRI->use_nodbg_instructions(DstReg))
522       if (UI.isPHI())
523         PHIBBs.insert(UI.getParent());
524
525     const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(SrcReg);
526     for (unsigned i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
527       MachineOperand *UseMO = Uses[i];
528       MachineInstr *UseMI = UseMO->getParent();
529       MachineBasicBlock *UseMBB = UseMI->getParent();
530       if (PHIBBs.count(UseMBB))
531         continue;
532
533       // About to add uses of DstReg, clear DstReg's kill flags.
534       if (!Changed) {
535         MRI->clearKillFlags(DstReg);
536         MRI->constrainRegClass(DstReg, DstRC);
537       }
538
539       unsigned NewVR = MRI->createVirtualRegister(RC);
540       MachineInstr *Copy = BuildMI(*UseMBB, UseMI, UseMI->getDebugLoc(),
541                                    TII->get(TargetOpcode::COPY), NewVR)
542         .addReg(DstReg, 0, SubIdx);
543       // SubIdx applies to both SrcReg and DstReg when UseSrcSubIdx is set.
544       if (UseSrcSubIdx) {
545         Copy->getOperand(0).setSubReg(SubIdx);
546         Copy->getOperand(0).setIsUndef();
547       }
548       UseMO->setReg(NewVR);
549       ++NumReuse;
550       Changed = true;
551     }
552   }
553
554   return Changed;
555 }
556
557 /// If the instruction is a compare and the previous instruction it's comparing
558 /// against already sets (or could be modified to set) the same flag as the
559 /// compare, then we can remove the comparison and use the flag from the
560 /// previous instruction.
561 bool PeepholeOptimizer::optimizeCmpInstr(MachineInstr *MI,
562                                          MachineBasicBlock *MBB) {
563   // If this instruction is a comparison against zero and isn't comparing a
564   // physical register, we can try to optimize it.
565   unsigned SrcReg, SrcReg2;
566   int CmpMask, CmpValue;
567   if (!TII->analyzeCompare(MI, SrcReg, SrcReg2, CmpMask, CmpValue) ||
568       TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg) ||
569       (SrcReg2 != 0 && TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg2)))
570     return false;
571
572   // Attempt to optimize the comparison instruction.
573   if (TII->optimizeCompareInstr(MI, SrcReg, SrcReg2, CmpMask, CmpValue, MRI)) {
574     ++NumCmps;
575     return true;
576   }
577
578   return false;
579 }
580
581 /// Optimize a select instruction.
582 bool PeepholeOptimizer::optimizeSelect(MachineInstr *MI,
583                             SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs) {
584   unsigned TrueOp = 0;
585   unsigned FalseOp = 0;
586   bool Optimizable = false;
587   SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
588   if (TII->analyzeSelect(MI, Cond, TrueOp, FalseOp, Optimizable))
589     return false;
590   if (!Optimizable)
591     return false;
592   if (!TII->optimizeSelect(MI, LocalMIs))
593     return false;
594   MI->eraseFromParent();
595   ++NumSelects;
596   return true;
597 }
598
599 /// \brief Check if a simpler conditional branch can be
600 // generated
601 bool PeepholeOptimizer::optimizeCondBranch(MachineInstr *MI) {
602   return TII->optimizeCondBranch(MI);
603 }
604
605 /// \brief Try to find the next source that share the same register file
606 /// for the value defined by \p Reg and \p SubReg.
607 /// When true is returned, the \p RewriteMap can be used by the client to
608 /// retrieve all Def -> Use along the way up to the next source. Any found
609 /// Use that is not itself a key for another entry, is the next source to
610 /// use. During the search for the next source, multiple sources can be found
611 /// given multiple incoming sources of a PHI instruction. In this case, we
612 /// look in each PHI source for the next source; all found next sources must
613 /// share the same register file as \p Reg and \p SubReg. The client should
614 /// then be capable to rewrite all intermediate PHIs to get the next source.
615 /// \return False if no alternative sources are available. True otherwise.
616 bool PeepholeOptimizer::findNextSource(unsigned Reg, unsigned SubReg,
617                                        RewriteMapTy &RewriteMap) {
618   // Do not try to find a new source for a physical register.
619   // So far we do not have any motivating example for doing that.
620   // Thus, instead of maintaining untested code, we will revisit that if
621   // that changes at some point.
622   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
623     return false;
624   const TargetRegisterClass *DefRC = MRI->getRegClass(Reg);
625
626   SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, 4> SrcToLook;
627   TargetInstrInfo::RegSubRegPair CurSrcPair(Reg, SubReg);
628   SrcToLook.push_back(CurSrcPair);
629
630   unsigned PHICount = 0;
631   while (!SrcToLook.empty() && PHICount < RewritePHILimit) {
632     TargetInstrInfo::RegSubRegPair Pair = SrcToLook.pop_back_val();
633     // As explained above, do not handle physical registers
634     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Pair.Reg))
635       return false;
636
637     CurSrcPair = Pair;
638     ValueTracker ValTracker(CurSrcPair.Reg, CurSrcPair.SubReg, *MRI,
639                             !DisableAdvCopyOpt, TII);
640     ValueTrackerResult Res;
641     bool ShouldRewrite = false;
642
643     do {
644       // Follow the chain of copies until we reach the top of the use-def chain
645       // or find a more suitable source.
646       Res = ValTracker.getNextSource();
647       if (!Res.isValid())
648         break;
649
650       // Insert the Def -> Use entry for the recently found source.
651       ValueTrackerResult CurSrcRes = RewriteMap.lookup(CurSrcPair);
652       if (CurSrcRes.isValid()) {
653         assert(CurSrcRes == Res && "ValueTrackerResult found must match");
654         // An existent entry with multiple sources is a PHI cycle we must avoid.
655         // Otherwise it's an entry with a valid next source we already found.
656         if (CurSrcRes.getNumSources() > 1) {
657           DEBUG(dbgs() << "findNextSource: found PHI cycle, aborting...\n");
658           return false;
659         }
660         break;
661       }
662       RewriteMap.insert(std::make_pair(CurSrcPair, Res));
663
664       // ValueTrackerResult usually have one source unless it's the result from
665       // a PHI instruction. Add the found PHI edges to be looked up further.
666       unsigned NumSrcs = Res.getNumSources();
667       if (NumSrcs > 1) {
668         PHICount++;
669         for (unsigned i = 0; i < NumSrcs; ++i)
670           SrcToLook.push_back(TargetInstrInfo::RegSubRegPair(
671               Res.getSrcReg(i), Res.getSrcSubReg(i)));
672         break;
673       }
674
675       CurSrcPair.Reg = Res.getSrcReg(0);
676       CurSrcPair.SubReg = Res.getSrcSubReg(0);
677       // Do not extend the live-ranges of physical registers as they add
678       // constraints to the register allocator. Moreover, if we want to extend
679       // the live-range of a physical register, unlike SSA virtual register,
680       // we will have to check that they aren't redefine before the related use.
681       if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(CurSrcPair.Reg))
682         return false;
683
684       const TargetRegisterClass *SrcRC = MRI->getRegClass(CurSrcPair.Reg);
685       ShouldRewrite = TRI->shouldRewriteCopySrc(DefRC, SubReg, SrcRC,
686                                                 CurSrcPair.SubReg);
687     } while (!ShouldRewrite);
688
689     // Continue looking for new sources...
690     if (Res.isValid())
691       continue;
692
693     // Do not continue searching for a new source if the there's at least
694     // one use-def which cannot be rewritten.
695     if (!ShouldRewrite)
696       return false;
697   }
698
699   if (PHICount >= RewritePHILimit) {
700     DEBUG(dbgs() << "findNextSource: PHI limit reached\n");
701     return false;
702   }
703
704   // If we did not find a more suitable source, there is nothing to optimize.
705   return CurSrcPair.Reg != Reg;
706 }
707
708 /// \brief Insert a PHI instruction with incoming edges \p SrcRegs that are
709 /// guaranteed to have the same register class. This is necessary whenever we
710 /// successfully traverse a PHI instruction and find suitable sources coming
711 /// from its edges. By inserting a new PHI, we provide a rewritten PHI def
712 /// suitable to be used in a new COPY instruction.
713 static MachineInstr *
714 insertPHI(MachineRegisterInfo *MRI, const TargetInstrInfo *TII,
715           const SmallVectorImpl<TargetInstrInfo::RegSubRegPair> &SrcRegs,
716           MachineInstr *OrigPHI) {
717   assert(!SrcRegs.empty() && "No sources to create a PHI instruction?");
718
719   const TargetRegisterClass *NewRC = MRI->getRegClass(SrcRegs[0].Reg);
720   unsigned NewVR = MRI->createVirtualRegister(NewRC);
721   MachineBasicBlock *MBB = OrigPHI->getParent();
722   MachineInstrBuilder MIB = BuildMI(*MBB, OrigPHI, OrigPHI->getDebugLoc(),
723                                     TII->get(TargetOpcode::PHI), NewVR);
724
725   unsigned MBBOpIdx = 2;
726   for (auto RegPair : SrcRegs) {
727     MIB.addReg(RegPair.Reg, 0, RegPair.SubReg);
728     MIB.addMBB(OrigPHI->getOperand(MBBOpIdx).getMBB());
729     // Since we're extended the lifetime of RegPair.Reg, clear the
730     // kill flags to account for that and make RegPair.Reg reaches
731     // the new PHI.
732     MRI->clearKillFlags(RegPair.Reg);
733     MBBOpIdx += 2;
734   }
735
736   return MIB;
737 }
738
739 namespace {
740 /// \brief Helper class to rewrite the arguments of a copy-like instruction.
741 class CopyRewriter {
742 protected:
743   /// The copy-like instruction.
744   MachineInstr &CopyLike;
745   /// The index of the source being rewritten.
746   unsigned CurrentSrcIdx;
747
748 public:
749   CopyRewriter(MachineInstr &MI) : CopyLike(MI), CurrentSrcIdx(0) {}
750
751   virtual ~CopyRewriter() {}
752
753   /// \brief Get the next rewritable source (SrcReg, SrcSubReg) and
754   /// the related value that it affects (TrackReg, TrackSubReg).
755   /// A source is considered rewritable if its register class and the
756   /// register class of the related TrackReg may not be register
757   /// coalescer friendly. In other words, given a copy-like instruction
758   /// not all the arguments may be returned at rewritable source, since
759   /// some arguments are none to be register coalescer friendly.
760   ///
761   /// Each call of this method moves the current source to the next
762   /// rewritable source.
763   /// For instance, let CopyLike be the instruction to rewrite.
764   /// CopyLike has one definition and one source:
765   /// dst.dstSubIdx = CopyLike src.srcSubIdx.
766   ///
767   /// The first call will give the first rewritable source, i.e.,
768   /// the only source this instruction has:
769   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (src, srcSubIdx).
770   /// This source defines the whole definition, i.e.,
771   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, dstSubIdx).
772   ///
773   /// The second and subsequent calls will return false, as there is only one
774   /// rewritable source.
775   ///
776   /// \return True if a rewritable source has been found, false otherwise.
777   /// The output arguments are valid if and only if true is returned.
778   virtual bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
779                                        unsigned &TrackReg,
780                                        unsigned &TrackSubReg) {
781     // If CurrentSrcIdx == 1, this means this function has already been called
782     // once. CopyLike has one definition and one argument, thus, there is
783     // nothing else to rewrite.
784     if (!CopyLike.isCopy() || CurrentSrcIdx == 1)
785       return false;
786     // This is the first call to getNextRewritableSource.
787     // Move the CurrentSrcIdx to remember that we made that call.
788     CurrentSrcIdx = 1;
789     // The rewritable source is the argument.
790     const MachineOperand &MOSrc = CopyLike.getOperand(1);
791     SrcReg = MOSrc.getReg();
792     SrcSubReg = MOSrc.getSubReg();
793     // What we track are the alternative sources of the definition.
794     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
795     TrackReg = MODef.getReg();
796     TrackSubReg = MODef.getSubReg();
797     return true;
798   }
799
800   /// \brief Rewrite the current source with \p NewReg and \p NewSubReg
801   /// if possible.
802   /// \return True if the rewriting was possible, false otherwise.
803   virtual bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) {
804     if (!CopyLike.isCopy() || CurrentSrcIdx != 1)
805       return false;
806     MachineOperand &MOSrc = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
807     MOSrc.setReg(NewReg);
808     MOSrc.setSubReg(NewSubReg);
809     return true;
810   }
811
812   /// \brief Given a \p Def.Reg and Def.SubReg  pair, use \p RewriteMap to find
813   /// the new source to use for rewrite. If \p HandleMultipleSources is true and
814   /// multiple sources for a given \p Def are found along the way, we found a
815   /// PHI instructions that needs to be rewritten.
816   /// TODO: HandleMultipleSources should be removed once we test PHI handling
817   /// with coalescable copies.
818   TargetInstrInfo::RegSubRegPair
819   getNewSource(MachineRegisterInfo *MRI, const TargetInstrInfo *TII,
820                TargetInstrInfo::RegSubRegPair Def,
821                PeepholeOptimizer::RewriteMapTy &RewriteMap,
822                bool HandleMultipleSources = true) {
823
824     TargetInstrInfo::RegSubRegPair LookupSrc(Def.Reg, Def.SubReg);
825     do {
826       ValueTrackerResult Res = RewriteMap.lookup(LookupSrc);
827       // If there are no entries on the map, LookupSrc is the new source.
828       if (!Res.isValid())
829         return LookupSrc;
830
831       // There's only one source for this definition, keep searching...
832       unsigned NumSrcs = Res.getNumSources();
833       if (NumSrcs == 1) {
834         LookupSrc.Reg = Res.getSrcReg(0);
835         LookupSrc.SubReg = Res.getSrcSubReg(0);
836         continue;
837       }
838
839       // TODO: Remove once multiple srcs w/ coalescable copies are supported.
840       if (!HandleMultipleSources)
841         break;
842
843       // Multiple sources, recurse into each source to find a new source
844       // for it. Then, rewrite the PHI accordingly to its new edges.
845       SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, 4> NewPHISrcs;
846       for (unsigned i = 0; i < NumSrcs; ++i) {
847         TargetInstrInfo::RegSubRegPair PHISrc(Res.getSrcReg(i),
848                                               Res.getSrcSubReg(i));
849         NewPHISrcs.push_back(
850             getNewSource(MRI, TII, PHISrc, RewriteMap, HandleMultipleSources));
851       }
852
853       // Build the new PHI node and return its def register as the new source.
854       MachineInstr *OrigPHI = const_cast<MachineInstr *>(Res.getInst());
855       MachineInstr *NewPHI = insertPHI(MRI, TII, NewPHISrcs, OrigPHI);
856       DEBUG(dbgs() << "-- getNewSource\n");
857       DEBUG(dbgs() << "   Replacing: " << *OrigPHI);
858       DEBUG(dbgs() << "        With: " << *NewPHI);
859       const MachineOperand &MODef = NewPHI->getOperand(0);
860       return TargetInstrInfo::RegSubRegPair(MODef.getReg(), MODef.getSubReg());
861
862     } while (1);
863
864     return TargetInstrInfo::RegSubRegPair(0, 0);
865   }
866
867   /// \brief Rewrite the source found through \p Def, by using the \p RewriteMap
868   /// and create a new COPY instruction. More info about RewriteMap in
869   /// PeepholeOptimizer::findNextSource. Right now this is only used to handle
870   /// Uncoalescable copies, since they are copy like instructions that aren't
871   /// recognized by the register allocator.
872   virtual MachineInstr *
873   RewriteSource(TargetInstrInfo::RegSubRegPair Def,
874                 PeepholeOptimizer::RewriteMapTy &RewriteMap) {
875     return nullptr;
876   }
877 };
878
879 /// \brief Helper class to rewrite uncoalescable copy like instructions
880 /// into new COPY (coalescable friendly) instructions.
881 class UncoalescableRewriter : public CopyRewriter {
882 protected:
883   const TargetInstrInfo &TII;
884   MachineRegisterInfo   &MRI;
885   /// The number of defs in the bitcast
886   unsigned NumDefs;
887
888 public:
889   UncoalescableRewriter(MachineInstr &MI, const TargetInstrInfo &TII,
890                          MachineRegisterInfo &MRI)
891       : CopyRewriter(MI), TII(TII), MRI(MRI) {
892     NumDefs = MI.getDesc().getNumDefs();
893   }
894
895   /// \brief Get the next rewritable def source (TrackReg, TrackSubReg)
896   /// All such sources need to be considered rewritable in order to
897   /// rewrite a uncoalescable copy-like instruction. This method return
898   /// each definition that must be checked if rewritable.
899   ///
900   bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
901                                unsigned &TrackReg,
902                                unsigned &TrackSubReg) override {
903     // Find the next non-dead definition and continue from there.
904     if (CurrentSrcIdx == NumDefs)
905       return false;
906
907     while (CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx).isDead()) {
908       ++CurrentSrcIdx;
909       if (CurrentSrcIdx == NumDefs)
910         return false;
911     }
912
913     // What we track are the alternative sources of the definition.
914     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
915     TrackReg = MODef.getReg();
916     TrackSubReg = MODef.getSubReg();
917
918     CurrentSrcIdx++;
919     return true;
920   }
921
922   /// \brief Rewrite the source found through \p Def, by using the \p RewriteMap
923   /// and create a new COPY instruction. More info about RewriteMap in
924   /// PeepholeOptimizer::findNextSource. Right now this is only used to handle
925   /// Uncoalescable copies, since they are copy like instructions that aren't
926   /// recognized by the register allocator.
927   MachineInstr *
928   RewriteSource(TargetInstrInfo::RegSubRegPair Def,
929                 PeepholeOptimizer::RewriteMapTy &RewriteMap) override {
930     assert(!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Def.Reg) &&
931            "We do not rewrite physical registers");
932
933     // Find the new source to use in the COPY rewrite.
934     TargetInstrInfo::RegSubRegPair NewSrc =
935         getNewSource(&MRI, &TII, Def, RewriteMap);
936
937     // Insert the COPY.
938     const TargetRegisterClass *DefRC = MRI.getRegClass(Def.Reg);
939     unsigned NewVR = MRI.createVirtualRegister(DefRC);
940
941     MachineInstr *NewCopy =
942         BuildMI(*CopyLike.getParent(), &CopyLike, CopyLike.getDebugLoc(),
943                 TII.get(TargetOpcode::COPY), NewVR)
944             .addReg(NewSrc.Reg, 0, NewSrc.SubReg);
945
946     NewCopy->getOperand(0).setSubReg(Def.SubReg);
947     if (Def.SubReg)
948       NewCopy->getOperand(0).setIsUndef();
949
950     DEBUG(dbgs() << "-- RewriteSource\n");
951     DEBUG(dbgs() << "   Replacing: " << CopyLike);
952     DEBUG(dbgs() << "        With: " << *NewCopy);
953     MRI.replaceRegWith(Def.Reg, NewVR);
954     MRI.clearKillFlags(NewVR);
955
956     // We extended the lifetime of NewSrc.Reg, clear the kill flags to
957     // account for that.
958     MRI.clearKillFlags(NewSrc.Reg);
959
960     return NewCopy;
961   }
962 };
963
964 /// \brief Specialized rewriter for INSERT_SUBREG instruction.
965 class InsertSubregRewriter : public CopyRewriter {
966 public:
967   InsertSubregRewriter(MachineInstr &MI) : CopyRewriter(MI) {
968     assert(MI.isInsertSubreg() && "Invalid instruction");
969   }
970
971   /// \brief See CopyRewriter::getNextRewritableSource.
972   /// Here CopyLike has the following form:
973   /// dst = INSERT_SUBREG Src1, Src2.src2SubIdx, subIdx.
974   /// Src1 has the same register class has dst, hence, there is
975   /// nothing to rewrite.
976   /// Src2.src2SubIdx, may not be register coalescer friendly.
977   /// Therefore, the first call to this method returns:
978   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src2, src2SubIdx).
979   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, subIdx).
980   ///
981   /// Subsequence calls will return false.
982   bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
983                                unsigned &TrackReg,
984                                unsigned &TrackSubReg) override {
985     // If we already get the only source we can rewrite, return false.
986     if (CurrentSrcIdx == 2)
987       return false;
988     // We are looking at v2 = INSERT_SUBREG v0, v1, sub0.
989     CurrentSrcIdx = 2;
990     const MachineOperand &MOInsertedReg = CopyLike.getOperand(2);
991     SrcReg = MOInsertedReg.getReg();
992     SrcSubReg = MOInsertedReg.getSubReg();
993     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
994
995     // We want to track something that is compatible with the
996     // partial definition.
997     TrackReg = MODef.getReg();
998     if (MODef.getSubReg())
999       // Bail if we have to compose sub-register indices.
1000       return false;
1001     TrackSubReg = (unsigned)CopyLike.getOperand(3).getImm();
1002     return true;
1003   }
1004   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
1005     if (CurrentSrcIdx != 2)
1006       return false;
1007     // We are rewriting the inserted reg.
1008     MachineOperand &MO = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
1009     MO.setReg(NewReg);
1010     MO.setSubReg(NewSubReg);
1011     return true;
1012   }
1013 };
1014
1015 /// \brief Specialized rewriter for EXTRACT_SUBREG instruction.
1016 class ExtractSubregRewriter : public CopyRewriter {
1017   const TargetInstrInfo &TII;
1018
1019 public:
1020   ExtractSubregRewriter(MachineInstr &MI, const TargetInstrInfo &TII)
1021       : CopyRewriter(MI), TII(TII) {
1022     assert(MI.isExtractSubreg() && "Invalid instruction");
1023   }
1024
1025   /// \brief See CopyRewriter::getNextRewritableSource.
1026   /// Here CopyLike has the following form:
1027   /// dst.dstSubIdx = EXTRACT_SUBREG Src, subIdx.
1028   /// There is only one rewritable source: Src.subIdx,
1029   /// which defines dst.dstSubIdx.
1030   bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
1031                                unsigned &TrackReg,
1032                                unsigned &TrackSubReg) override {
1033     // If we already get the only source we can rewrite, return false.
1034     if (CurrentSrcIdx == 1)
1035       return false;
1036     // We are looking at v1 = EXTRACT_SUBREG v0, sub0.
1037     CurrentSrcIdx = 1;
1038     const MachineOperand &MOExtractedReg = CopyLike.getOperand(1);
1039     SrcReg = MOExtractedReg.getReg();
1040     // If we have to compose sub-register indices, bail out.
1041     if (MOExtractedReg.getSubReg())
1042       return false;
1043
1044     SrcSubReg = CopyLike.getOperand(2).getImm();
1045
1046     // We want to track something that is compatible with the definition.
1047     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
1048     TrackReg = MODef.getReg();
1049     TrackSubReg = MODef.getSubReg();
1050     return true;
1051   }
1052
1053   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
1054     // The only source we can rewrite is the input register.
1055     if (CurrentSrcIdx != 1)
1056       return false;
1057
1058     CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx).setReg(NewReg);
1059
1060     // If we find a source that does not require to extract something,
1061     // rewrite the operation with a copy.
1062     if (!NewSubReg) {
1063       // Move the current index to an invalid position.
1064       // We do not want another call to this method to be able
1065       // to do any change.
1066       CurrentSrcIdx = -1;
1067       // Rewrite the operation as a COPY.
1068       // Get rid of the sub-register index.
1069       CopyLike.RemoveOperand(2);
1070       // Morph the operation into a COPY.
1071       CopyLike.setDesc(TII.get(TargetOpcode::COPY));
1072       return true;
1073     }
1074     CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx + 1).setImm(NewSubReg);
1075     return true;
1076   }
1077 };
1078
1079 /// \brief Specialized rewriter for REG_SEQUENCE instruction.
1080 class RegSequenceRewriter : public CopyRewriter {
1081 public:
1082   RegSequenceRewriter(MachineInstr &MI) : CopyRewriter(MI) {
1083     assert(MI.isRegSequence() && "Invalid instruction");
1084   }
1085
1086   /// \brief See CopyRewriter::getNextRewritableSource.
1087   /// Here CopyLike has the following form:
1088   /// dst = REG_SEQUENCE Src1.src1SubIdx, subIdx1, Src2.src2SubIdx, subIdx2.
1089   /// Each call will return a different source, walking all the available
1090   /// source.
1091   ///
1092   /// The first call returns:
1093   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src1, src1SubIdx).
1094   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, subIdx1).
1095   ///
1096   /// The second call returns:
1097   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src2, src2SubIdx).
1098   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, subIdx2).
1099   ///
1100   /// And so on, until all the sources have been traversed, then
1101   /// it returns false.
1102   bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
1103                                unsigned &TrackReg,
1104                                unsigned &TrackSubReg) override {
1105     // We are looking at v0 = REG_SEQUENCE v1, sub1, v2, sub2, etc.
1106
1107     // If this is the first call, move to the first argument.
1108     if (CurrentSrcIdx == 0) {
1109       CurrentSrcIdx = 1;
1110     } else {
1111       // Otherwise, move to the next argument and check that it is valid.
1112       CurrentSrcIdx += 2;
1113       if (CurrentSrcIdx >= CopyLike.getNumOperands())
1114         return false;
1115     }
1116     const MachineOperand &MOInsertedReg = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
1117     SrcReg = MOInsertedReg.getReg();
1118     // If we have to compose sub-register indices, bail out.
1119     if ((SrcSubReg = MOInsertedReg.getSubReg()))
1120       return false;
1121
1122     // We want to track something that is compatible with the related
1123     // partial definition.
1124     TrackSubReg = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx + 1).getImm();
1125
1126     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
1127     TrackReg = MODef.getReg();
1128     // If we have to compose sub-registers, bail.
1129     return MODef.getSubReg() == 0;
1130   }
1131
1132   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
1133     // We cannot rewrite out of bound operands.
1134     // Moreover, rewritable sources are at odd positions.
1135     if ((CurrentSrcIdx & 1) != 1 || CurrentSrcIdx > CopyLike.getNumOperands())
1136       return false;
1137
1138     MachineOperand &MO = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
1139     MO.setReg(NewReg);
1140     MO.setSubReg(NewSubReg);
1141     return true;
1142   }
1143 };
1144 } // End namespace.
1145
1146 /// \brief Get the appropriated CopyRewriter for \p MI.
1147 /// \return A pointer to a dynamically allocated CopyRewriter or nullptr
1148 /// if no rewriter works for \p MI.
1149 static CopyRewriter *getCopyRewriter(MachineInstr &MI,
1150                                      const TargetInstrInfo &TII,
1151                                      MachineRegisterInfo &MRI) {
1152   // Handle uncoalescable copy-like instructions.
1153   if (MI.isBitcast() || (MI.isRegSequenceLike() || MI.isInsertSubregLike() ||
1154                          MI.isExtractSubregLike()))
1155     return new UncoalescableRewriter(MI, TII, MRI);
1156
1157   switch (MI.getOpcode()) {
1158   default:
1159     return nullptr;
1160   case TargetOpcode::COPY:
1161     return new CopyRewriter(MI);
1162   case TargetOpcode::INSERT_SUBREG:
1163     return new InsertSubregRewriter(MI);
1164   case TargetOpcode::EXTRACT_SUBREG:
1165     return new ExtractSubregRewriter(MI, TII);
1166   case TargetOpcode::REG_SEQUENCE:
1167     return new RegSequenceRewriter(MI);
1168   }
1169   llvm_unreachable(nullptr);
1170 }
1171
1172 /// \brief Optimize generic copy instructions to avoid cross
1173 /// register bank copy. The optimization looks through a chain of
1174 /// copies and tries to find a source that has a compatible register
1175 /// class.
1176 /// Two register classes are considered to be compatible if they share
1177 /// the same register bank.
1178 /// New copies issued by this optimization are register allocator
1179 /// friendly. This optimization does not remove any copy as it may
1180 /// overconstrain the register allocator, but replaces some operands
1181 /// when possible.
1182 /// \pre isCoalescableCopy(*MI) is true.
1183 /// \return True, when \p MI has been rewritten. False otherwise.
1184 bool PeepholeOptimizer::optimizeCoalescableCopy(MachineInstr *MI) {
1185   assert(MI && isCoalescableCopy(*MI) && "Invalid argument");
1186   assert(MI->getDesc().getNumDefs() == 1 &&
1187          "Coalescer can understand multiple defs?!");
1188   const MachineOperand &MODef = MI->getOperand(0);
1189   // Do not rewrite physical definitions.
1190   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MODef.getReg()))
1191     return false;
1192
1193   bool Changed = false;
1194   // Get the right rewriter for the current copy.
1195   std::unique_ptr<CopyRewriter> CpyRewriter(getCopyRewriter(*MI, *TII, *MRI));
1196   // If none exists, bail out.
1197   if (!CpyRewriter)
1198     return false;
1199   // Rewrite each rewritable source.
1200   unsigned SrcReg, SrcSubReg, TrackReg, TrackSubReg;
1201   while (CpyRewriter->getNextRewritableSource(SrcReg, SrcSubReg, TrackReg,
1202                                               TrackSubReg)) {
1203     // Keep track of PHI nodes and its incoming edges when looking for sources.
1204     RewriteMapTy RewriteMap;
1205     // Try to find a more suitable source. If we failed to do so, or get the
1206     // actual source, move to the next source.
1207     if (!findNextSource(TrackReg, TrackSubReg, RewriteMap))
1208       continue;
1209
1210     // Get the new source to rewrite. TODO: Only enable handling of multiple
1211     // sources (PHIs) once we have a motivating example and testcases for it.
1212     TargetInstrInfo::RegSubRegPair TrackPair(TrackReg, TrackSubReg);
1213     TargetInstrInfo::RegSubRegPair NewSrc = CpyRewriter->getNewSource(
1214         MRI, TII, TrackPair, RewriteMap, false /* multiple sources */);
1215     if (SrcReg == NewSrc.Reg || NewSrc.Reg == 0)
1216       continue;
1217
1218     // Rewrite source.
1219     if (CpyRewriter->RewriteCurrentSource(NewSrc.Reg, NewSrc.SubReg)) {
1220       // We may have extended the live-range of NewSrc, account for that.
1221       MRI->clearKillFlags(NewSrc.Reg);
1222       Changed = true;
1223     }
1224   }
1225   // TODO: We could have a clean-up method to tidy the instruction.
1226   // E.g., v0 = INSERT_SUBREG v1, v1.sub0, sub0
1227   // => v0 = COPY v1
1228   // Currently we haven't seen motivating example for that and we
1229   // want to avoid untested code.
1230   NumRewrittenCopies += Changed;
1231   return Changed;
1232 }
1233
1234 /// \brief Optimize copy-like instructions to create
1235 /// register coalescer friendly instruction.
1236 /// The optimization tries to kill-off the \p MI by looking
1237 /// through a chain of copies to find a source that has a compatible
1238 /// register class.
1239 /// If such a source is found, it replace \p MI by a generic COPY
1240 /// operation.
1241 /// \pre isUncoalescableCopy(*MI) is true.
1242 /// \return True, when \p MI has been optimized. In that case, \p MI has
1243 /// been removed from its parent.
1244 /// All COPY instructions created, are inserted in \p LocalMIs.
1245 bool PeepholeOptimizer::optimizeUncoalescableCopy(
1246     MachineInstr *MI, SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs) {
1247   assert(MI && isUncoalescableCopy(*MI) && "Invalid argument");
1248
1249   // Check if we can rewrite all the values defined by this instruction.
1250   SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, 4> RewritePairs;
1251   // Get the right rewriter for the current copy.
1252   std::unique_ptr<CopyRewriter> CpyRewriter(getCopyRewriter(*MI, *TII, *MRI));
1253   // If none exists, bail out.
1254   if (!CpyRewriter)
1255     return false;
1256
1257   // Rewrite each rewritable source by generating new COPYs. This works
1258   // differently from optimizeCoalescableCopy since it first makes sure that all
1259   // definitions can be rewritten.
1260   RewriteMapTy RewriteMap;
1261   unsigned Reg, SubReg, CopyDefReg, CopyDefSubReg;
1262   while (CpyRewriter->getNextRewritableSource(Reg, SubReg, CopyDefReg,
1263                                               CopyDefSubReg)) {
1264     // If a physical register is here, this is probably for a good reason.
1265     // Do not rewrite that.
1266     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(CopyDefReg))
1267       return false;
1268
1269     // If we do not know how to rewrite this definition, there is no point
1270     // in trying to kill this instruction.
1271     TargetInstrInfo::RegSubRegPair Def(CopyDefReg, CopyDefSubReg);
1272     if (!findNextSource(Def.Reg, Def.SubReg, RewriteMap))
1273       return false;
1274
1275     RewritePairs.push_back(Def);
1276   }
1277
1278   // The change is possible for all defs, do it.
1279   for (const auto &Def : RewritePairs) {
1280     // Rewrite the "copy" in a way the register coalescer understands.
1281     MachineInstr *NewCopy = CpyRewriter->RewriteSource(Def, RewriteMap);
1282     assert(NewCopy && "Should be able to always generate a new copy");
1283     LocalMIs.insert(NewCopy);
1284   }
1285
1286   // MI is now dead.
1287   MI->eraseFromParent();
1288   ++NumUncoalescableCopies;
1289   return true;
1290 }
1291
1292 /// Check whether MI is a candidate for folding into a later instruction.
1293 /// We only fold loads to virtual registers and the virtual register defined
1294 /// has a single use.
1295 bool PeepholeOptimizer::isLoadFoldable(
1296                               MachineInstr *MI,
1297                               SmallSet<unsigned, 16> &FoldAsLoadDefCandidates) {
1298   if (!MI->canFoldAsLoad() || !MI->mayLoad())
1299     return false;
1300   const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
1301   if (MCID.getNumDefs() != 1)
1302     return false;
1303
1304   unsigned Reg = MI->getOperand(0).getReg();
1305   // To reduce compilation time, we check MRI->hasOneNonDBGUse when inserting
1306   // loads. It should be checked when processing uses of the load, since
1307   // uses can be removed during peephole.
1308   if (!MI->getOperand(0).getSubReg() &&
1309       TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) &&
1310       MRI->hasOneNonDBGUse(Reg)) {
1311     FoldAsLoadDefCandidates.insert(Reg);
1312     return true;
1313   }
1314   return false;
1315 }
1316
1317 bool PeepholeOptimizer::isMoveImmediate(MachineInstr *MI,
1318                                         SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
1319                                  DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs) {
1320   const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
1321   if (!MI->isMoveImmediate())
1322     return false;
1323   if (MCID.getNumDefs() != 1)
1324     return false;
1325   unsigned Reg = MI->getOperand(0).getReg();
1326   if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg)) {
1327     ImmDefMIs.insert(std::make_pair(Reg, MI));
1328     ImmDefRegs.insert(Reg);
1329     return true;
1330   }
1331
1332   return false;
1333 }
1334
1335 /// Try folding register operands that are defined by move immediate
1336 /// instructions, i.e. a trivial constant folding optimization, if
1337 /// and only if the def and use are in the same BB.
1338 bool PeepholeOptimizer::foldImmediate(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
1339                                       SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
1340                                  DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs) {
1341   for (unsigned i = 0, e = MI->getDesc().getNumOperands(); i != e; ++i) {
1342     MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
1343     if (!MO.isReg() || MO.isDef())
1344       continue;
1345     // Ignore dead implicit defs.
1346     if (MO.isImplicit() && MO.isDead())
1347       continue;
1348     unsigned Reg = MO.getReg();
1349     if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
1350       continue;
1351     if (ImmDefRegs.count(Reg) == 0)
1352       continue;
1353     DenseMap<unsigned, MachineInstr*>::iterator II = ImmDefMIs.find(Reg);
1354     assert(II != ImmDefMIs.end() && "couldn't find immediate definition");
1355     if (TII->FoldImmediate(MI, II->second, Reg, MRI)) {
1356       ++NumImmFold;
1357       return true;
1358     }
1359   }
1360   return false;
1361 }
1362
1363 // FIXME: This is very simple and misses some cases which should be handled when
1364 // motivating examples are found.
1365 //
1366 // The copy rewriting logic should look at uses as well as defs and be able to
1367 // eliminate copies across blocks.
1368 //
1369 // Later copies that are subregister extracts will also not be eliminated since
1370 // only the first copy is considered.
1371 //
1372 // e.g.
1373 // %vreg1 = COPY %vreg0
1374 // %vreg2 = COPY %vreg0:sub1
1375 //
1376 // Should replace %vreg2 uses with %vreg1:sub1
1377 bool PeepholeOptimizer::foldRedundantCopy(
1378     MachineInstr *MI,
1379     SmallSet<unsigned, 4> &CopySrcRegs,
1380     DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &CopyMIs) {
1381   assert(MI->isCopy() && "expected a COPY machine instruction");
1382
1383   unsigned SrcReg = MI->getOperand(1).getReg();
1384   if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg))
1385     return false;
1386
1387   unsigned DstReg = MI->getOperand(0).getReg();
1388   if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(DstReg))
1389     return false;
1390
1391   if (CopySrcRegs.insert(SrcReg).second) {
1392     // First copy of this reg seen.
1393     CopyMIs.insert(std::make_pair(SrcReg, MI));
1394     return false;
1395   }
1396
1397   MachineInstr *PrevCopy = CopyMIs.find(SrcReg)->second;
1398
1399   unsigned SrcSubReg = MI->getOperand(1).getSubReg();
1400   unsigned PrevSrcSubReg = PrevCopy->getOperand(1).getSubReg();
1401
1402   // Can't replace different subregister extracts.
1403   if (SrcSubReg != PrevSrcSubReg)
1404     return false;
1405
1406   unsigned PrevDstReg = PrevCopy->getOperand(0).getReg();
1407
1408   // Only replace if the copy register class is the same.
1409   //
1410   // TODO: If we have multiple copies to different register classes, we may want
1411   // to track multiple copies of the same source register.
1412   if (MRI->getRegClass(DstReg) != MRI->getRegClass(PrevDstReg))
1413     return false;
1414
1415   MRI->replaceRegWith(DstReg, PrevDstReg);
1416
1417   // Lifetime of the previous copy has been extended.
1418   MRI->clearKillFlags(PrevDstReg);
1419   return true;
1420 }
1421
1422 bool PeepholeOptimizer::isNAPhysCopy(unsigned Reg) {
1423   return TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg) &&
1424          !MRI->isAllocatable(Reg);
1425 }
1426
1427 bool PeepholeOptimizer::foldRedundantNAPhysCopy(
1428     MachineInstr *MI, DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &NAPhysToVirtMIs) {
1429   assert(MI->isCopy() && "expected a COPY machine instruction");
1430
1431   if (DisableNAPhysCopyOpt)
1432     return false;
1433
1434   unsigned DstReg = MI->getOperand(0).getReg();
1435   unsigned SrcReg = MI->getOperand(1).getReg();
1436   if (isNAPhysCopy(SrcReg) && TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(DstReg)) {
1437     // %vreg = COPY %PHYSREG
1438     // Avoid using a datastructure which can track multiple live non-allocatable
1439     // phys->virt copies since LLVM doesn't seem to do this.
1440     NAPhysToVirtMIs.insert({SrcReg, MI});
1441     return false;
1442   }
1443
1444   if (!(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg) && isNAPhysCopy(DstReg)))
1445     return false;
1446
1447   // %PHYSREG = COPY %vreg
1448   auto PrevCopy = NAPhysToVirtMIs.find(DstReg);
1449   if (PrevCopy == NAPhysToVirtMIs.end()) {
1450     // We can't remove the copy: there was an intervening clobber of the
1451     // non-allocatable physical register after the copy to virtual.
1452     DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: intervening clobber forbids erasing " << *MI
1453                  << '\n');
1454     return false;
1455   }
1456
1457   unsigned PrevDstReg = PrevCopy->second->getOperand(0).getReg();
1458   if (PrevDstReg == SrcReg) {
1459     // Remove the virt->phys copy: we saw the virtual register definition, and
1460     // the non-allocatable physical register's state hasn't changed since then.
1461     DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: erasing " << *MI << '\n');
1462     ++NumNAPhysCopies;
1463     return true;
1464   }
1465
1466   // Potential missed optimization opportunity: we saw a different virtual
1467   // register get a copy of the non-allocatable physical register, and we only
1468   // track one such copy. Avoid getting confused by this new non-allocatable
1469   // physical register definition, and remove it from the tracked copies.
1470   DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: missed opportunity " << *MI << '\n');
1471   NAPhysToVirtMIs.erase(PrevCopy);
1472   return false;
1473 }
1474
1475 bool PeepholeOptimizer::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
1476   if (skipOptnoneFunction(*MF.getFunction()))
1477     return false;
1478
1479   DEBUG(dbgs() << "********** PEEPHOLE OPTIMIZER **********\n");
1480   DEBUG(dbgs() << "********** Function: " << MF.getName() << '\n');
1481
1482   if (DisablePeephole)
1483     return false;
1484
1485   TII = MF.getSubtarget().getInstrInfo();
1486   TRI = MF.getSubtarget().getRegisterInfo();
1487   MRI = &MF.getRegInfo();
1488   DT  = Aggressive ? &getAnalysis<MachineDominatorTree>() : nullptr;
1489
1490   bool Changed = false;
1491
1492   for (MachineFunction::iterator I = MF.begin(), E = MF.end(); I != E; ++I) {
1493     MachineBasicBlock *MBB = &*I;
1494
1495     bool SeenMoveImm = false;
1496
1497     // During this forward scan, at some point it needs to answer the question
1498     // "given a pointer to an MI in the current BB, is it located before or
1499     // after the current instruction".
1500     // To perform this, the following set keeps track of the MIs already seen
1501     // during the scan, if a MI is not in the set, it is assumed to be located
1502     // after. Newly created MIs have to be inserted in the set as well.
1503     SmallPtrSet<MachineInstr*, 16> LocalMIs;
1504     SmallSet<unsigned, 4> ImmDefRegs;
1505     DenseMap<unsigned, MachineInstr*> ImmDefMIs;
1506     SmallSet<unsigned, 16> FoldAsLoadDefCandidates;
1507
1508     // Track when a non-allocatable physical register is copied to a virtual
1509     // register so that useless moves can be removed.
1510     //
1511     // %PHYSREG is the map index; MI is the last valid `%vreg = COPY %PHYSREG`
1512     // without any intervening re-definition of %PHYSREG.
1513     DenseMap<unsigned, MachineInstr *> NAPhysToVirtMIs;
1514
1515     // Set of virtual registers that are copied from.
1516     SmallSet<unsigned, 4> CopySrcRegs;
1517     DenseMap<unsigned, MachineInstr *> CopySrcMIs;
1518
1519     for (MachineBasicBlock::iterator
1520            MII = I->begin(), MIE = I->end(); MII != MIE; ) {
1521       MachineInstr *MI = &*MII;
1522       // We may be erasing MI below, increment MII now.
1523       ++MII;
1524       LocalMIs.insert(MI);
1525
1526       // Skip debug values. They should not affect this peephole optimization.
1527       if (MI->isDebugValue())
1528           continue;
1529
1530       // If we run into an instruction we can't fold across, discard
1531       // the load candidates.
1532       if (MI->isLoadFoldBarrier())
1533         FoldAsLoadDefCandidates.clear();
1534
1535       if (MI->isPosition() || MI->isPHI())
1536         continue;
1537
1538       if (!MI->isCopy()) {
1539         for (const auto &Op : MI->operands()) {
1540           // Visit all operands: definitions can be implicit or explicit.
1541           if (Op.isReg()) {
1542             unsigned Reg = Op.getReg();
1543             if (Op.isDef() && isNAPhysCopy(Reg)) {
1544               const auto &Def = NAPhysToVirtMIs.find(Reg);
1545               if (Def != NAPhysToVirtMIs.end()) {
1546                 // A new definition of the non-allocatable physical register
1547                 // invalidates previous copies.
1548                 DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: invalidating because of " << *MI
1549                              << '\n');
1550                 NAPhysToVirtMIs.erase(Def);
1551               }
1552             }
1553           } else if (Op.isRegMask()) {
1554             const uint32_t *RegMask = Op.getRegMask();
1555             for (auto &RegMI : NAPhysToVirtMIs) {
1556               unsigned Def = RegMI.first;
1557               if (MachineOperand::clobbersPhysReg(RegMask, Def)) {
1558                 DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: invalidating because of " << *MI
1559                              << '\n');
1560                 NAPhysToVirtMIs.erase(Def);
1561               }
1562             }
1563           }
1564         }
1565       }
1566
1567       if (MI->isImplicitDef() || MI->isKill())
1568         continue;
1569
1570       if (MI->isInlineAsm() || MI->hasUnmodeledSideEffects()) {
1571         // Blow away all non-allocatable physical registers knowledge since we
1572         // don't know what's correct anymore.
1573         //
1574         // FIXME: handle explicit asm clobbers.
1575         DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: blowing away all info due to " << *MI
1576                      << '\n');
1577         NAPhysToVirtMIs.clear();
1578         continue;
1579       }
1580
1581       if ((isUncoalescableCopy(*MI) &&
1582            optimizeUncoalescableCopy(MI, LocalMIs)) ||
1583           (MI->isCompare() && optimizeCmpInstr(MI, MBB)) ||
1584           (MI->isSelect() && optimizeSelect(MI, LocalMIs))) {
1585         // MI is deleted.
1586         LocalMIs.erase(MI);
1587         Changed = true;
1588         continue;
1589       }
1590
1591       if (MI->isConditionalBranch() && optimizeCondBranch(MI)) {
1592         Changed = true;
1593         continue;
1594       }
1595
1596       if (isCoalescableCopy(*MI) && optimizeCoalescableCopy(MI)) {
1597         // MI is just rewritten.
1598         Changed = true;
1599         continue;
1600       }
1601
1602       if (MI->isCopy() &&
1603           (foldRedundantCopy(MI, CopySrcRegs, CopySrcMIs) ||
1604            foldRedundantNAPhysCopy(MI, NAPhysToVirtMIs))) {
1605         LocalMIs.erase(MI);
1606         MI->eraseFromParent();
1607         Changed = true;
1608         continue;
1609       }
1610
1611       if (isMoveImmediate(MI, ImmDefRegs, ImmDefMIs)) {
1612         SeenMoveImm = true;
1613       } else {
1614         Changed |= optimizeExtInstr(MI, MBB, LocalMIs);
1615         // optimizeExtInstr might have created new instructions after MI
1616         // and before the already incremented MII. Adjust MII so that the
1617         // next iteration sees the new instructions.
1618         MII = MI;
1619         ++MII;
1620         if (SeenMoveImm)
1621           Changed |= foldImmediate(MI, MBB, ImmDefRegs, ImmDefMIs);
1622       }
1623
1624       // Check whether MI is a load candidate for folding into a later
1625       // instruction. If MI is not a candidate, check whether we can fold an
1626       // earlier load into MI.
1627       if (!isLoadFoldable(MI, FoldAsLoadDefCandidates) &&
1628           !FoldAsLoadDefCandidates.empty()) {
1629         const MCInstrDesc &MIDesc = MI->getDesc();
1630         for (unsigned i = MIDesc.getNumDefs(); i != MIDesc.getNumOperands();
1631              ++i) {
1632           const MachineOperand &MOp = MI->getOperand(i);
1633           if (!MOp.isReg())
1634             continue;
1635           unsigned FoldAsLoadDefReg = MOp.getReg();
1636           if (FoldAsLoadDefCandidates.count(FoldAsLoadDefReg)) {
1637             // We need to fold load after optimizeCmpInstr, since
1638             // optimizeCmpInstr can enable folding by converting SUB to CMP.
1639             // Save FoldAsLoadDefReg because optimizeLoadInstr() resets it and
1640             // we need it for markUsesInDebugValueAsUndef().
1641             unsigned FoldedReg = FoldAsLoadDefReg;
1642             MachineInstr *DefMI = nullptr;
1643             MachineInstr *FoldMI = TII->optimizeLoadInstr(MI, MRI,
1644                                                           FoldAsLoadDefReg,
1645                                                           DefMI);
1646             if (FoldMI) {
1647               // Update LocalMIs since we replaced MI with FoldMI and deleted
1648               // DefMI.
1649               DEBUG(dbgs() << "Replacing: " << *MI);
1650               DEBUG(dbgs() << "     With: " << *FoldMI);
1651               LocalMIs.erase(MI);
1652               LocalMIs.erase(DefMI);
1653               LocalMIs.insert(FoldMI);
1654               MI->eraseFromParent();
1655               DefMI->eraseFromParent();
1656               MRI->markUsesInDebugValueAsUndef(FoldedReg);
1657               FoldAsLoadDefCandidates.erase(FoldedReg);
1658               ++NumLoadFold;
1659               // MI is replaced with FoldMI.
1660               Changed = true;
1661               break;
1662             }
1663           }
1664         }
1665       }
1666     }
1667   }
1668
1669   return Changed;
1670 }
1671
1672 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromCopy() {
1673   assert(Def->isCopy() && "Invalid definition");
1674   // Copy instruction are supposed to be: Def = Src.
1675   // If someone breaks this assumption, bad things will happen everywhere.
1676   assert(Def->getNumOperands() == 2 && "Invalid number of operands");
1677
1678   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg() != DefSubReg)
1679     // If we look for a different subreg, it means we want a subreg of src.
1680     // Bails as we do not support composing subregs yet.
1681     return ValueTrackerResult();
1682   // Otherwise, we want the whole source.
1683   const MachineOperand &Src = Def->getOperand(1);
1684   return ValueTrackerResult(Src.getReg(), Src.getSubReg());
1685 }
1686
1687 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromBitcast() {
1688   assert(Def->isBitcast() && "Invalid definition");
1689
1690   // Bail if there are effects that a plain copy will not expose.
1691   if (Def->hasUnmodeledSideEffects())
1692     return ValueTrackerResult();
1693
1694   // Bitcasts with more than one def are not supported.
1695   if (Def->getDesc().getNumDefs() != 1)
1696     return ValueTrackerResult();
1697   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg() != DefSubReg)
1698     // If we look for a different subreg, it means we want a subreg of the src.
1699     // Bails as we do not support composing subregs yet.
1700     return ValueTrackerResult();
1701
1702   unsigned SrcIdx = Def->getNumOperands();
1703   for (unsigned OpIdx = DefIdx + 1, EndOpIdx = SrcIdx; OpIdx != EndOpIdx;
1704        ++OpIdx) {
1705     const MachineOperand &MO = Def->getOperand(OpIdx);
1706     if (!MO.isReg() || !MO.getReg())
1707       continue;
1708     // Ignore dead implicit defs.
1709     if (MO.isImplicit() && MO.isDead())
1710       continue;
1711     assert(!MO.isDef() && "We should have skipped all the definitions by now");
1712     if (SrcIdx != EndOpIdx)
1713       // Multiple sources?
1714       return ValueTrackerResult();
1715     SrcIdx = OpIdx;
1716   }
1717   const MachineOperand &Src = Def->getOperand(SrcIdx);
1718   return ValueTrackerResult(Src.getReg(), Src.getSubReg());
1719 }
1720
1721 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromRegSequence() {
1722   assert((Def->isRegSequence() || Def->isRegSequenceLike()) &&
1723          "Invalid definition");
1724
1725   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg())
1726     // If we are composing subregs, bail out.
1727     // The case we are checking is Def.<subreg> = REG_SEQUENCE.
1728     // This should almost never happen as the SSA property is tracked at
1729     // the register level (as opposed to the subreg level).
1730     // I.e.,
1731     // Def.sub0 =
1732     // Def.sub1 =
1733     // is a valid SSA representation for Def.sub0 and Def.sub1, but not for
1734     // Def. Thus, it must not be generated.
1735     // However, some code could theoretically generates a single
1736     // Def.sub0 (i.e, not defining the other subregs) and we would
1737     // have this case.
1738     // If we can ascertain (or force) that this never happens, we could
1739     // turn that into an assertion.
1740     return ValueTrackerResult();
1741
1742   if (!TII)
1743     // We could handle the REG_SEQUENCE here, but we do not want to
1744     // duplicate the code from the generic TII.
1745     return ValueTrackerResult();
1746
1747   SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPairAndIdx, 8> RegSeqInputRegs;
1748   if (!TII->getRegSequenceInputs(*Def, DefIdx, RegSeqInputRegs))
1749     return ValueTrackerResult();
1750
1751   // We are looking at:
1752   // Def = REG_SEQUENCE v0, sub0, v1, sub1, ...
1753   // Check if one of the operand defines the subreg we are interested in.
1754   for (auto &RegSeqInput : RegSeqInputRegs) {
1755     if (RegSeqInput.SubIdx == DefSubReg) {
1756       if (RegSeqInput.SubReg)
1757         // Bail if we have to compose sub registers.
1758         return ValueTrackerResult();
1759
1760       return ValueTrackerResult(RegSeqInput.Reg, RegSeqInput.SubReg);
1761     }
1762   }
1763
1764   // If the subreg we are tracking is super-defined by another subreg,
1765   // we could follow this value. However, this would require to compose
1766   // the subreg and we do not do that for now.
1767   return ValueTrackerResult();
1768 }
1769
1770 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromInsertSubreg() {
1771   assert((Def->isInsertSubreg() || Def->isInsertSubregLike()) &&
1772          "Invalid definition");
1773
1774   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg())
1775     // If we are composing subreg, bail out.
1776     // Same remark as getNextSourceFromRegSequence.
1777     // I.e., this may be turned into an assert.
1778     return ValueTrackerResult();
1779
1780   if (!TII)
1781     // We could handle the REG_SEQUENCE here, but we do not want to
1782     // duplicate the code from the generic TII.
1783     return ValueTrackerResult();
1784
1785   TargetInstrInfo::RegSubRegPair BaseReg;
1786   TargetInstrInfo::RegSubRegPairAndIdx InsertedReg;
1787   if (!TII->getInsertSubregInputs(*Def, DefIdx, BaseReg, InsertedReg))
1788     return ValueTrackerResult();
1789
1790   // We are looking at:
1791   // Def = INSERT_SUBREG v0, v1, sub1
1792   // There are two cases:
1793   // 1. DefSubReg == sub1, get v1.
1794   // 2. DefSubReg != sub1, the value may be available through v0.
1795
1796   // #1 Check if the inserted register matches the required sub index.
1797   if (InsertedReg.SubIdx == DefSubReg) {
1798     return ValueTrackerResult(InsertedReg.Reg, InsertedReg.SubReg);
1799   }
1800   // #2 Otherwise, if the sub register we are looking for is not partial
1801   // defined by the inserted element, we can look through the main
1802   // register (v0).
1803   const MachineOperand &MODef = Def->getOperand(DefIdx);
1804   // If the result register (Def) and the base register (v0) do not
1805   // have the same register class or if we have to compose
1806   // subregisters, bail out.
1807   if (MRI.getRegClass(MODef.getReg()) != MRI.getRegClass(BaseReg.Reg) ||
1808       BaseReg.SubReg)
1809     return ValueTrackerResult();
1810
1811   // Get the TRI and check if the inserted sub-register overlaps with the
1812   // sub-register we are tracking.
1813   const TargetRegisterInfo *TRI = MRI.getTargetRegisterInfo();
1814   if (!TRI ||
1815       (TRI->getSubRegIndexLaneMask(DefSubReg) &
1816        TRI->getSubRegIndexLaneMask(InsertedReg.SubIdx)) != 0)
1817     return ValueTrackerResult();
1818   // At this point, the value is available in v0 via the same subreg
1819   // we used for Def.
1820   return ValueTrackerResult(BaseReg.Reg, DefSubReg);
1821 }
1822
1823 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromExtractSubreg() {
1824   assert((Def->isExtractSubreg() ||
1825           Def->isExtractSubregLike()) && "Invalid definition");
1826   // We are looking at:
1827   // Def = EXTRACT_SUBREG v0, sub0
1828
1829   // Bail if we have to compose sub registers.
1830   // Indeed, if DefSubReg != 0, we would have to compose it with sub0.
1831   if (DefSubReg)
1832     return ValueTrackerResult();
1833
1834   if (!TII)
1835     // We could handle the EXTRACT_SUBREG here, but we do not want to
1836     // duplicate the code from the generic TII.
1837     return ValueTrackerResult();
1838
1839   TargetInstrInfo::RegSubRegPairAndIdx ExtractSubregInputReg;
1840   if (!TII->getExtractSubregInputs(*Def, DefIdx, ExtractSubregInputReg))
1841     return ValueTrackerResult();
1842
1843   // Bail if we have to compose sub registers.
1844   // Likewise, if v0.subreg != 0, we would have to compose v0.subreg with sub0.
1845   if (ExtractSubregInputReg.SubReg)
1846     return ValueTrackerResult();
1847   // Otherwise, the value is available in the v0.sub0.
1848   return ValueTrackerResult(ExtractSubregInputReg.Reg, ExtractSubregInputReg.SubIdx);
1849 }
1850
1851 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromSubregToReg() {
1852   assert(Def->isSubregToReg() && "Invalid definition");
1853   // We are looking at:
1854   // Def = SUBREG_TO_REG Imm, v0, sub0
1855
1856   // Bail if we have to compose sub registers.
1857   // If DefSubReg != sub0, we would have to check that all the bits
1858   // we track are included in sub0 and if yes, we would have to
1859   // determine the right subreg in v0.
1860   if (DefSubReg != Def->getOperand(3).getImm())
1861     return ValueTrackerResult();
1862   // Bail if we have to compose sub registers.
1863   // Likewise, if v0.subreg != 0, we would have to compose it with sub0.
1864   if (Def->getOperand(2).getSubReg())
1865     return ValueTrackerResult();
1866
1867   return ValueTrackerResult(Def->getOperand(2).getReg(),
1868                             Def->getOperand(3).getImm());
1869 }
1870
1871 /// \brief Explore each PHI incoming operand and return its sources
1872 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromPHI() {
1873   assert(Def->isPHI() && "Invalid definition");
1874   ValueTrackerResult Res;
1875
1876   // If we look for a different subreg, bail as we do not support composing
1877   // subregs yet.
1878   if (Def->getOperand(0).getSubReg() != DefSubReg)
1879     return ValueTrackerResult();
1880
1881   // Return all register sources for PHI instructions.
1882   for (unsigned i = 1, e = Def->getNumOperands(); i < e; i += 2) {
1883     auto &MO = Def->getOperand(i);
1884     assert(MO.isReg() && "Invalid PHI instruction");
1885     Res.addSource(MO.getReg(), MO.getSubReg());
1886   }
1887
1888   return Res;
1889 }
1890
1891 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceImpl() {
1892   assert(Def && "This method needs a valid definition");
1893
1894   assert(
1895       (DefIdx < Def->getDesc().getNumDefs() || Def->getDesc().isVariadic()) &&
1896       Def->getOperand(DefIdx).isDef() && "Invalid DefIdx");
1897   if (Def->isCopy())
1898     return getNextSourceFromCopy();
1899   if (Def->isBitcast())
1900     return getNextSourceFromBitcast();
1901   // All the remaining cases involve "complex" instructions.
1902   // Bail if we did not ask for the advanced tracking.
1903   if (!UseAdvancedTracking)
1904     return ValueTrackerResult();
1905   if (Def->isRegSequence() || Def->isRegSequenceLike())
1906     return getNextSourceFromRegSequence();
1907   if (Def->isInsertSubreg() || Def->isInsertSubregLike())
1908     return getNextSourceFromInsertSubreg();
1909   if (Def->isExtractSubreg() || Def->isExtractSubregLike())
1910     return getNextSourceFromExtractSubreg();
1911   if (Def->isSubregToReg())
1912     return getNextSourceFromSubregToReg();
1913   if (Def->isPHI())
1914     return getNextSourceFromPHI();
1915   return ValueTrackerResult();
1916 }
1917
1918 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSource() {
1919   // If we reach a point where we cannot move up in the use-def chain,
1920   // there is nothing we can get.
1921   if (!Def)
1922     return ValueTrackerResult();
1923
1924   ValueTrackerResult Res = getNextSourceImpl();
1925   if (Res.isValid()) {
1926     // Update definition, definition index, and subregister for the
1927     // next call of getNextSource.
1928     // Update the current register.
1929     bool OneRegSrc = Res.getNumSources() == 1;
1930     if (OneRegSrc)
1931       Reg = Res.getSrcReg(0);
1932     // Update the result before moving up in the use-def chain
1933     // with the instruction containing the last found sources.
1934     Res.setInst(Def);
1935
1936     // If we can still move up in the use-def chain, move to the next
1937     // definition.
1938     if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg) && OneRegSrc) {
1939       Def = MRI.getVRegDef(Reg);
1940       DefIdx = MRI.def_begin(Reg).getOperandNo();
1941       DefSubReg = Res.getSrcSubReg(0);
1942       return Res;
1943     }
1944   }
1945   // If we end up here, this means we will not be able to find another source
1946   // for the next iteration. Make sure any new call to getNextSource bails out
1947   // early by cutting the use-def chain.
1948   Def = nullptr;
1949   return Res;
1950 }