ef213e4347fd0ee477cfe3096933d1ecd28a6fcd
[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 STATISTIC(NumReuse,      "Number of extension results reused");
102 STATISTIC(NumCmps,       "Number of compares eliminated");
103 STATISTIC(NumImmFold,    "Number of move immediate folded");
104 STATISTIC(NumLoadFold,   "Number of loads folded");
105 STATISTIC(NumSelects,    "Number of selects optimized");
106 STATISTIC(NumUncoalescableCopies, "Number of uncoalescable copies optimized");
107 STATISTIC(NumRewrittenCopies, "Number of copies rewritten");
108
109 namespace {
110   class ValueTrackerResult;
111
112   class PeepholeOptimizer : public MachineFunctionPass {
113     const TargetInstrInfo *TII;
114     const TargetRegisterInfo *TRI;
115     MachineRegisterInfo   *MRI;
116     MachineDominatorTree  *DT;  // Machine dominator tree
117
118   public:
119     static char ID; // Pass identification
120     PeepholeOptimizer() : MachineFunctionPass(ID) {
121       initializePeepholeOptimizerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
122     }
123
124     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override;
125
126     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
127       AU.setPreservesCFG();
128       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
129       if (Aggressive) {
130         AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
131         AU.addPreserved<MachineDominatorTree>();
132       }
133     }
134
135   private:
136     bool optimizeCmpInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB);
137     bool optimizeExtInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
138                           SmallPtrSetImpl<MachineInstr*> &LocalMIs);
139     bool optimizeSelect(MachineInstr *MI,
140                         SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs);
141     bool optimizeCondBranch(MachineInstr *MI);
142     bool optimizeCopyOrBitcast(MachineInstr *MI);
143     bool optimizeCoalescableCopy(MachineInstr *MI);
144     bool optimizeUncoalescableCopy(MachineInstr *MI,
145                                    SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs);
146     bool findNextSource(unsigned &Reg, unsigned &SubReg);
147     bool isMoveImmediate(MachineInstr *MI,
148                          SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
149                          DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs);
150     bool foldImmediate(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
151                        SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
152                        DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs);
153     bool isLoadFoldable(MachineInstr *MI,
154                         SmallSet<unsigned, 16> &FoldAsLoadDefCandidates);
155
156     /// \brief Check whether \p MI is understood by the register coalescer
157     /// but may require some rewriting.
158     bool isCoalescableCopy(const MachineInstr &MI) {
159       // SubregToRegs are not interesting, because they are already register
160       // coalescer friendly.
161       return MI.isCopy() || (!DisableAdvCopyOpt &&
162                              (MI.isRegSequence() || MI.isInsertSubreg() ||
163                               MI.isExtractSubreg()));
164     }
165
166     /// \brief Check whether \p MI is a copy like instruction that is
167     /// not recognized by the register coalescer.
168     bool isUncoalescableCopy(const MachineInstr &MI) {
169       return MI.isBitcast() ||
170              (!DisableAdvCopyOpt &&
171               (MI.isRegSequenceLike() || MI.isInsertSubregLike() ||
172                MI.isExtractSubregLike()));
173     }
174   };
175
176   /// \brief Helper class to hold a reply for ValueTracker queries. Contains the
177   /// returned sources for a given search and the instructions where the sources
178   /// were tracked from.
179   class ValueTrackerResult {
180   private:
181     /// Track all sources found by one ValueTracker query.
182     SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, 2> RegSrcs;
183
184     /// Instruction using the sources in 'RegSrcs'.
185     const MachineInstr *Inst;
186
187   public:
188     ValueTrackerResult() : Inst(nullptr) {}
189     ValueTrackerResult(unsigned Reg, unsigned SubReg) : Inst(nullptr) {
190       addSource(Reg, SubReg);
191     }
192
193     bool isValid() const { return getNumSources() > 0; }
194
195     void setInst(const MachineInstr *I) { Inst = I; }
196     const MachineInstr *getInst() const { return Inst; }
197
198     void clear() {
199       RegSrcs.clear();
200       Inst = nullptr;
201     }
202
203     void addSource(unsigned SrcReg, unsigned SrcSubReg) {
204       RegSrcs.push_back(TargetInstrInfo::RegSubRegPair(SrcReg, SrcSubReg));
205     }
206
207     void setSource(int Idx, unsigned SrcReg, unsigned SrcSubReg) {
208       assert(Idx < getNumSources() && "Reg pair source out of index");
209       RegSrcs[Idx] = TargetInstrInfo::RegSubRegPair(SrcReg, SrcSubReg);
210     }
211
212     int getNumSources() const { return RegSrcs.size(); }
213
214     unsigned getSrcReg(int Idx) const {
215       assert(Idx < getNumSources() && "Reg source out of index");
216       return RegSrcs[Idx].Reg;
217     }
218
219     unsigned getSrcSubReg(int Idx) const {
220       assert(Idx < getNumSources() && "SubReg source out of index");
221       return RegSrcs[Idx].SubReg;
222     }
223   };
224
225   /// \brief Helper class to track the possible sources of a value defined by
226   /// a (chain of) copy related instructions.
227   /// Given a definition (instruction and definition index), this class
228   /// follows the use-def chain to find successive suitable sources.
229   /// The given source can be used to rewrite the definition into
230   /// def = COPY src.
231   ///
232   /// For instance, let us consider the following snippet:
233   /// v0 =
234   /// v2 = INSERT_SUBREG v1, v0, sub0
235   /// def = COPY v2.sub0
236   ///
237   /// Using a ValueTracker for def = COPY v2.sub0 will give the following
238   /// suitable sources:
239   /// v2.sub0 and v0.
240   /// Then, def can be rewritten into def = COPY v0.
241   class ValueTracker {
242   private:
243     /// The current point into the use-def chain.
244     const MachineInstr *Def;
245     /// The index of the definition in Def.
246     unsigned DefIdx;
247     /// The sub register index of the definition.
248     unsigned DefSubReg;
249     /// The register where the value can be found.
250     unsigned Reg;
251     /// Specifiy whether or not the value tracking looks through
252     /// complex instructions. When this is false, the value tracker
253     /// bails on everything that is not a copy or a bitcast.
254     ///
255     /// Note: This could have been implemented as a specialized version of
256     /// the ValueTracker class but that would have complicated the code of
257     /// the users of this class.
258     bool UseAdvancedTracking;
259     /// MachineRegisterInfo used to perform tracking.
260     const MachineRegisterInfo &MRI;
261     /// Optional TargetInstrInfo used to perform some complex
262     /// tracking.
263     const TargetInstrInfo *TII;
264
265     /// \brief Dispatcher to the right underlying implementation of
266     /// getNextSource.
267     ValueTrackerResult getNextSourceImpl();
268     /// \brief Specialized version of getNextSource for Copy instructions.
269     ValueTrackerResult getNextSourceFromCopy();
270     /// \brief Specialized version of getNextSource for Bitcast instructions.
271     ValueTrackerResult getNextSourceFromBitcast();
272     /// \brief Specialized version of getNextSource for RegSequence
273     /// instructions.
274     ValueTrackerResult getNextSourceFromRegSequence();
275     /// \brief Specialized version of getNextSource for InsertSubreg
276     /// instructions.
277     ValueTrackerResult getNextSourceFromInsertSubreg();
278     /// \brief Specialized version of getNextSource for ExtractSubreg
279     /// instructions.
280     ValueTrackerResult getNextSourceFromExtractSubreg();
281     /// \brief Specialized version of getNextSource for SubregToReg
282     /// instructions.
283     ValueTrackerResult getNextSourceFromSubregToReg();
284
285   public:
286     /// \brief Create a ValueTracker instance for the value defined by \p Reg.
287     /// \p DefSubReg represents the sub register index the value tracker will
288     /// track. It does not need to match the sub register index used in the
289     /// definition of \p Reg.
290     /// \p UseAdvancedTracking specifies whether or not the value tracker looks
291     /// through complex instructions. By default (false), it handles only copy
292     /// and bitcast instructions.
293     /// If \p Reg is a physical register, a value tracker constructed with
294     /// this constructor will not find any alternative source.
295     /// Indeed, when \p Reg is a physical register that constructor does not
296     /// know which definition of \p Reg it should track.
297     /// Use the next constructor to track a physical register.
298     ValueTracker(unsigned Reg, unsigned DefSubReg,
299                  const MachineRegisterInfo &MRI,
300                  bool UseAdvancedTracking = false,
301                  const TargetInstrInfo *TII = nullptr)
302         : Def(nullptr), DefIdx(0), DefSubReg(DefSubReg), Reg(Reg),
303           UseAdvancedTracking(UseAdvancedTracking), MRI(MRI), TII(TII) {
304       if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) {
305         Def = MRI.getVRegDef(Reg);
306         DefIdx = MRI.def_begin(Reg).getOperandNo();
307       }
308     }
309
310     /// \brief Create a ValueTracker instance for the value defined by
311     /// the pair \p MI, \p DefIdx.
312     /// Unlike the other constructor, the value tracker produced by this one
313     /// may be able to find a new source when the definition is a physical
314     /// register.
315     /// This could be useful to rewrite target specific instructions into
316     /// generic copy instructions.
317     ValueTracker(const MachineInstr &MI, unsigned DefIdx, unsigned DefSubReg,
318                  const MachineRegisterInfo &MRI,
319                  bool UseAdvancedTracking = false,
320                  const TargetInstrInfo *TII = nullptr)
321         : Def(&MI), DefIdx(DefIdx), DefSubReg(DefSubReg),
322           UseAdvancedTracking(UseAdvancedTracking), MRI(MRI), TII(TII) {
323       assert(DefIdx < Def->getDesc().getNumDefs() &&
324              Def->getOperand(DefIdx).isReg() && "Invalid definition");
325       Reg = Def->getOperand(DefIdx).getReg();
326     }
327
328     /// \brief Following the use-def chain, get the next available source
329     /// for the tracked value.
330     /// \return A ValueTrackerResult containing the a set of registers
331     /// and sub registers with tracked values. A ValueTrackerResult with
332     /// an empty set of registers means no source was found.
333     ValueTrackerResult getNextSource();
334
335     /// \brief Get the last register where the initial value can be found.
336     /// Initially this is the register of the definition.
337     /// Then, after each successful call to getNextSource, this is the
338     /// register of the last source.
339     unsigned getReg() const { return Reg; }
340   };
341 }
342
343 char PeepholeOptimizer::ID = 0;
344 char &llvm::PeepholeOptimizerID = PeepholeOptimizer::ID;
345 INITIALIZE_PASS_BEGIN(PeepholeOptimizer, "peephole-opts",
346                 "Peephole Optimizations", false, false)
347 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineDominatorTree)
348 INITIALIZE_PASS_END(PeepholeOptimizer, "peephole-opts",
349                 "Peephole Optimizations", false, false)
350
351 /// optimizeExtInstr - If instruction is a copy-like instruction, i.e. it reads
352 /// a single register and writes a single register and it does not modify the
353 /// source, and if the source value is preserved as a sub-register of the
354 /// result, then replace all reachable uses of the source with the subreg of the
355 /// result.
356 ///
357 /// Do not generate an EXTRACT that is used only in a debug use, as this changes
358 /// the code. Since this code does not currently share EXTRACTs, just ignore all
359 /// debug uses.
360 bool PeepholeOptimizer::
361 optimizeExtInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
362                  SmallPtrSetImpl<MachineInstr*> &LocalMIs) {
363   unsigned SrcReg, DstReg, SubIdx;
364   if (!TII->isCoalescableExtInstr(*MI, SrcReg, DstReg, SubIdx))
365     return false;
366
367   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DstReg) ||
368       TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg))
369     return false;
370
371   if (MRI->hasOneNonDBGUse(SrcReg))
372     // No other uses.
373     return false;
374
375   // Ensure DstReg can get a register class that actually supports
376   // sub-registers. Don't change the class until we commit.
377   const TargetRegisterClass *DstRC = MRI->getRegClass(DstReg);
378   DstRC = TRI->getSubClassWithSubReg(DstRC, SubIdx);
379   if (!DstRC)
380     return false;
381
382   // The ext instr may be operating on a sub-register of SrcReg as well.
383   // PPC::EXTSW is a 32 -> 64-bit sign extension, but it reads a 64-bit
384   // register.
385   // If UseSrcSubIdx is Set, SubIdx also applies to SrcReg, and only uses of
386   // SrcReg:SubIdx should be replaced.
387   bool UseSrcSubIdx =
388       TRI->getSubClassWithSubReg(MRI->getRegClass(SrcReg), SubIdx) != nullptr;
389
390   // The source has other uses. See if we can replace the other uses with use of
391   // the result of the extension.
392   SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 4> ReachedBBs;
393   for (MachineInstr &UI : MRI->use_nodbg_instructions(DstReg))
394     ReachedBBs.insert(UI.getParent());
395
396   // Uses that are in the same BB of uses of the result of the instruction.
397   SmallVector<MachineOperand*, 8> Uses;
398
399   // Uses that the result of the instruction can reach.
400   SmallVector<MachineOperand*, 8> ExtendedUses;
401
402   bool ExtendLife = true;
403   for (MachineOperand &UseMO : MRI->use_nodbg_operands(SrcReg)) {
404     MachineInstr *UseMI = UseMO.getParent();
405     if (UseMI == MI)
406       continue;
407
408     if (UseMI->isPHI()) {
409       ExtendLife = false;
410       continue;
411     }
412
413     // Only accept uses of SrcReg:SubIdx.
414     if (UseSrcSubIdx && UseMO.getSubReg() != SubIdx)
415       continue;
416
417     // It's an error to translate this:
418     //
419     //    %reg1025 = <sext> %reg1024
420     //     ...
421     //    %reg1026 = SUBREG_TO_REG 0, %reg1024, 4
422     //
423     // into this:
424     //
425     //    %reg1025 = <sext> %reg1024
426     //     ...
427     //    %reg1027 = COPY %reg1025:4
428     //    %reg1026 = SUBREG_TO_REG 0, %reg1027, 4
429     //
430     // The problem here is that SUBREG_TO_REG is there to assert that an
431     // implicit zext occurs. It doesn't insert a zext instruction. If we allow
432     // the COPY here, it will give us the value after the <sext>, not the
433     // original value of %reg1024 before <sext>.
434     if (UseMI->getOpcode() == TargetOpcode::SUBREG_TO_REG)
435       continue;
436
437     MachineBasicBlock *UseMBB = UseMI->getParent();
438     if (UseMBB == MBB) {
439       // Local uses that come after the extension.
440       if (!LocalMIs.count(UseMI))
441         Uses.push_back(&UseMO);
442     } else if (ReachedBBs.count(UseMBB)) {
443       // Non-local uses where the result of the extension is used. Always
444       // replace these unless it's a PHI.
445       Uses.push_back(&UseMO);
446     } else if (Aggressive && DT->dominates(MBB, UseMBB)) {
447       // We may want to extend the live range of the extension result in order
448       // to replace these uses.
449       ExtendedUses.push_back(&UseMO);
450     } else {
451       // Both will be live out of the def MBB anyway. Don't extend live range of
452       // the extension result.
453       ExtendLife = false;
454       break;
455     }
456   }
457
458   if (ExtendLife && !ExtendedUses.empty())
459     // Extend the liveness of the extension result.
460     Uses.append(ExtendedUses.begin(), ExtendedUses.end());
461
462   // Now replace all uses.
463   bool Changed = false;
464   if (!Uses.empty()) {
465     SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 4> PHIBBs;
466
467     // Look for PHI uses of the extended result, we don't want to extend the
468     // liveness of a PHI input. It breaks all kinds of assumptions down
469     // stream. A PHI use is expected to be the kill of its source values.
470     for (MachineInstr &UI : MRI->use_nodbg_instructions(DstReg))
471       if (UI.isPHI())
472         PHIBBs.insert(UI.getParent());
473
474     const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(SrcReg);
475     for (unsigned i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
476       MachineOperand *UseMO = Uses[i];
477       MachineInstr *UseMI = UseMO->getParent();
478       MachineBasicBlock *UseMBB = UseMI->getParent();
479       if (PHIBBs.count(UseMBB))
480         continue;
481
482       // About to add uses of DstReg, clear DstReg's kill flags.
483       if (!Changed) {
484         MRI->clearKillFlags(DstReg);
485         MRI->constrainRegClass(DstReg, DstRC);
486       }
487
488       unsigned NewVR = MRI->createVirtualRegister(RC);
489       MachineInstr *Copy = BuildMI(*UseMBB, UseMI, UseMI->getDebugLoc(),
490                                    TII->get(TargetOpcode::COPY), NewVR)
491         .addReg(DstReg, 0, SubIdx);
492       // SubIdx applies to both SrcReg and DstReg when UseSrcSubIdx is set.
493       if (UseSrcSubIdx) {
494         Copy->getOperand(0).setSubReg(SubIdx);
495         Copy->getOperand(0).setIsUndef();
496       }
497       UseMO->setReg(NewVR);
498       ++NumReuse;
499       Changed = true;
500     }
501   }
502
503   return Changed;
504 }
505
506 /// optimizeCmpInstr - If the instruction is a compare and the previous
507 /// instruction it's comparing against all ready sets (or could be modified to
508 /// set) the same flag as the compare, then we can remove the comparison and use
509 /// the flag from the previous instruction.
510 bool PeepholeOptimizer::optimizeCmpInstr(MachineInstr *MI,
511                                          MachineBasicBlock *MBB) {
512   // If this instruction is a comparison against zero and isn't comparing a
513   // physical register, we can try to optimize it.
514   unsigned SrcReg, SrcReg2;
515   int CmpMask, CmpValue;
516   if (!TII->analyzeCompare(MI, SrcReg, SrcReg2, CmpMask, CmpValue) ||
517       TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg) ||
518       (SrcReg2 != 0 && TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg2)))
519     return false;
520
521   // Attempt to optimize the comparison instruction.
522   if (TII->optimizeCompareInstr(MI, SrcReg, SrcReg2, CmpMask, CmpValue, MRI)) {
523     ++NumCmps;
524     return true;
525   }
526
527   return false;
528 }
529
530 /// Optimize a select instruction.
531 bool PeepholeOptimizer::optimizeSelect(MachineInstr *MI,
532                             SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs) {
533   unsigned TrueOp = 0;
534   unsigned FalseOp = 0;
535   bool Optimizable = false;
536   SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
537   if (TII->analyzeSelect(MI, Cond, TrueOp, FalseOp, Optimizable))
538     return false;
539   if (!Optimizable)
540     return false;
541   if (!TII->optimizeSelect(MI, LocalMIs))
542     return false;
543   MI->eraseFromParent();
544   ++NumSelects;
545   return true;
546 }
547
548 /// \brief Check if a simpler conditional branch can be
549 // generated
550 bool PeepholeOptimizer::optimizeCondBranch(MachineInstr *MI) {
551   return TII->optimizeCondBranch(MI);
552 }
553
554 /// \brief Check if the registers defined by the pair (RegisterClass, SubReg)
555 /// share the same register file.
556 static bool shareSameRegisterFile(const TargetRegisterInfo &TRI,
557                                   const TargetRegisterClass *DefRC,
558                                   unsigned DefSubReg,
559                                   const TargetRegisterClass *SrcRC,
560                                   unsigned SrcSubReg) {
561   // Same register class.
562   if (DefRC == SrcRC)
563     return true;
564
565   // Both operands are sub registers. Check if they share a register class.
566   unsigned SrcIdx, DefIdx;
567   if (SrcSubReg && DefSubReg)
568     return TRI.getCommonSuperRegClass(SrcRC, SrcSubReg, DefRC, DefSubReg,
569                                       SrcIdx, DefIdx) != nullptr;
570   // At most one of the register is a sub register, make it Src to avoid
571   // duplicating the test.
572   if (!SrcSubReg) {
573     std::swap(DefSubReg, SrcSubReg);
574     std::swap(DefRC, SrcRC);
575   }
576
577   // One of the register is a sub register, check if we can get a superclass.
578   if (SrcSubReg)
579     return TRI.getMatchingSuperRegClass(SrcRC, DefRC, SrcSubReg) != nullptr;
580   // Plain copy.
581   return TRI.getCommonSubClass(DefRC, SrcRC) != nullptr;
582 }
583
584 /// \brief Try to find the next source that share the same register file
585 /// for the value defined by \p Reg and \p SubReg.
586 /// When true is returned, \p Reg and \p SubReg are updated with the
587 /// register number and sub-register index of the new source.
588 /// \return False if no alternative sources are available. True otherwise.
589 bool PeepholeOptimizer::findNextSource(unsigned &Reg, unsigned &SubReg) {
590   // Do not try to find a new source for a physical register.
591   // So far we do not have any motivating example for doing that.
592   // Thus, instead of maintaining untested code, we will revisit that if
593   // that changes at some point.
594   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
595     return false;
596
597   const TargetRegisterClass *DefRC = MRI->getRegClass(Reg);
598   unsigned DefSubReg = SubReg;
599
600   unsigned Src;
601   unsigned SrcSubReg;
602   bool ShouldRewrite = false;
603
604   // Follow the chain of copies until we reach the top of the use-def chain
605   // or find a more suitable source.
606   ValueTracker ValTracker(Reg, DefSubReg, *MRI, !DisableAdvCopyOpt, TII);
607   do {
608     ValueTrackerResult Res = ValTracker.getNextSource();
609     if (!Res.isValid())
610       break;
611     Src = Res.getSrcReg(0);
612     SrcSubReg = Res.getSrcSubReg(0);
613
614     // Do not extend the live-ranges of physical registers as they add
615     // constraints to the register allocator.
616     // Moreover, if we want to extend the live-range of a physical register,
617     // unlike SSA virtual register, we will have to check that they are not
618     // redefine before the related use.
619     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Src))
620       break;
621
622     const TargetRegisterClass *SrcRC = MRI->getRegClass(Src);
623
624     // If this source does not incur a cross register bank copy, use it.
625     ShouldRewrite = shareSameRegisterFile(*TRI, DefRC, DefSubReg, SrcRC,
626                                           SrcSubReg);
627   } while (!ShouldRewrite);
628
629   // If we did not find a more suitable source, there is nothing to optimize.
630   if (!ShouldRewrite || Src == Reg)
631     return false;
632
633   Reg = Src;
634   SubReg = SrcSubReg;
635   return true;
636 }
637
638 namespace {
639 /// \brief Helper class to rewrite the arguments of a copy-like instruction.
640 class CopyRewriter {
641 protected:
642   /// The copy-like instruction.
643   MachineInstr &CopyLike;
644   /// The index of the source being rewritten.
645   unsigned CurrentSrcIdx;
646
647 public:
648   CopyRewriter(MachineInstr &MI) : CopyLike(MI), CurrentSrcIdx(0) {}
649
650   virtual ~CopyRewriter() {}
651
652   /// \brief Get the next rewritable source (SrcReg, SrcSubReg) and
653   /// the related value that it affects (TrackReg, TrackSubReg).
654   /// A source is considered rewritable if its register class and the
655   /// register class of the related TrackReg may not be register
656   /// coalescer friendly. In other words, given a copy-like instruction
657   /// not all the arguments may be returned at rewritable source, since
658   /// some arguments are none to be register coalescer friendly.
659   ///
660   /// Each call of this method moves the current source to the next
661   /// rewritable source.
662   /// For instance, let CopyLike be the instruction to rewrite.
663   /// CopyLike has one definition and one source:
664   /// dst.dstSubIdx = CopyLike src.srcSubIdx.
665   ///
666   /// The first call will give the first rewritable source, i.e.,
667   /// the only source this instruction has:
668   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (src, srcSubIdx).
669   /// This source defines the whole definition, i.e.,
670   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, dstSubIdx).
671   ///
672   /// The second and subsequent calls will return false, has there is only one
673   /// rewritable source.
674   ///
675   /// \return True if a rewritable source has been found, false otherwise.
676   /// The output arguments are valid if and only if true is returned.
677   virtual bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
678                                        unsigned &TrackReg,
679                                        unsigned &TrackSubReg) {
680     // If CurrentSrcIdx == 1, this means this function has already been
681     // called once. CopyLike has one defintiion and one argument, thus,
682     // there is nothing else to rewrite.
683     if (!CopyLike.isCopy() || CurrentSrcIdx == 1)
684       return false;
685     // This is the first call to getNextRewritableSource.
686     // Move the CurrentSrcIdx to remember that we made that call.
687     CurrentSrcIdx = 1;
688     // The rewritable source is the argument.
689     const MachineOperand &MOSrc = CopyLike.getOperand(1);
690     SrcReg = MOSrc.getReg();
691     SrcSubReg = MOSrc.getSubReg();
692     // What we track are the alternative sources of the definition.
693     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
694     TrackReg = MODef.getReg();
695     TrackSubReg = MODef.getSubReg();
696     return true;
697   }
698
699   /// \brief Rewrite the current source with \p NewReg and \p NewSubReg
700   /// if possible.
701   /// \return True if the rewriting was possible, false otherwise.
702   virtual bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) {
703     if (!CopyLike.isCopy() || CurrentSrcIdx != 1)
704       return false;
705     MachineOperand &MOSrc = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
706     MOSrc.setReg(NewReg);
707     MOSrc.setSubReg(NewSubReg);
708     return true;
709   }
710
711   /// \brief Rewrite the current source with \p NewSrcReg and \p NewSecSubReg
712   /// by creating a new COPY instruction. \p DefReg and \p DefSubReg contain the
713   /// definition to be rewritten from the original copylike instruction.
714   /// \return The new COPY if the rewriting was possible, nullptr otherwise.
715   /// This is needed to handle Uncoalescable copies, since they are copy
716   /// like instructions that aren't recognized by the register allocator.
717   virtual MachineInstr *RewriteCurrentSource(unsigned DefReg,
718                                              unsigned DefSubReg,
719                                              unsigned NewSrcReg,
720                                              unsigned NewSrcSubReg) {
721     return nullptr;
722   }
723 };
724
725 /// \brief Helper class to rewrite uncoalescable copy like instructions
726 /// into new COPY (coalescable friendly) instructions.
727 class UncoalescableRewriter : public CopyRewriter {
728 protected:
729   const TargetInstrInfo &TII;
730   MachineRegisterInfo   &MRI;
731   /// The number of defs in the bitcast
732   unsigned NumDefs;
733
734 public:
735   UncoalescableRewriter(MachineInstr &MI, const TargetInstrInfo &TII,
736                          MachineRegisterInfo &MRI)
737       : CopyRewriter(MI), TII(TII), MRI(MRI) {
738     NumDefs = MI.getDesc().getNumDefs();
739   }
740
741   /// \brief Get the next rewritable def source (TrackReg, TrackSubReg)
742   /// All such sources need to be considered rewritable in order to
743   /// rewrite a uncoalescable copy-like instruction. This method return
744   /// each definition that must be checked if rewritable.
745   ///
746   bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
747                                unsigned &TrackReg,
748                                unsigned &TrackSubReg) override {
749     // Find the next non-dead definition and continue from there.
750     if (CurrentSrcIdx == NumDefs)
751       return false;
752
753     while (CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx).isDead()) {
754       ++CurrentSrcIdx;
755       if (CurrentSrcIdx == NumDefs)
756         return false;
757     }
758
759     // What we track are the alternative sources of the definition.
760     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
761     TrackReg = MODef.getReg();
762     TrackSubReg = MODef.getSubReg();
763
764     CurrentSrcIdx++;
765     return true;
766   }
767
768   /// \brief Rewrite the current source with \p NewSrcReg and \p NewSrcSubReg
769   /// by creating a new COPY instruction. \p DefReg and \p DefSubReg contain the
770   /// definition to be rewritten from the original copylike instruction.
771   /// \return The new COPY if the rewriting was possible, nullptr otherwise.
772   MachineInstr *RewriteCurrentSource(unsigned DefReg, unsigned DefSubReg,
773                                      unsigned NewSrcReg,
774                                      unsigned NewSrcSubReg) override {
775     assert(!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DefReg) &&
776            "We do not rewrite physical registers");
777
778     const TargetRegisterClass *DefRC = MRI.getRegClass(DefReg);
779     unsigned NewVR = MRI.createVirtualRegister(DefRC);
780
781     MachineInstr *NewCopy =
782         BuildMI(*CopyLike.getParent(), &CopyLike, CopyLike.getDebugLoc(),
783                 TII.get(TargetOpcode::COPY), NewVR)
784             .addReg(NewSrcReg, 0, NewSrcSubReg);
785
786     NewCopy->getOperand(0).setSubReg(DefSubReg);
787     if (DefSubReg)
788       NewCopy->getOperand(0).setIsUndef();
789
790     MRI.replaceRegWith(DefReg, NewVR);
791     MRI.clearKillFlags(NewVR);
792
793     return NewCopy;
794   }
795 };
796
797 /// \brief Specialized rewriter for INSERT_SUBREG instruction.
798 class InsertSubregRewriter : public CopyRewriter {
799 public:
800   InsertSubregRewriter(MachineInstr &MI) : CopyRewriter(MI) {
801     assert(MI.isInsertSubreg() && "Invalid instruction");
802   }
803
804   /// \brief See CopyRewriter::getNextRewritableSource.
805   /// Here CopyLike has the following form:
806   /// dst = INSERT_SUBREG Src1, Src2.src2SubIdx, subIdx.
807   /// Src1 has the same register class has dst, hence, there is
808   /// nothing to rewrite.
809   /// Src2.src2SubIdx, may not be register coalescer friendly.
810   /// Therefore, the first call to this method returns:
811   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src2, src2SubIdx).
812   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, subIdx).
813   ///
814   /// Subsequence calls will return false.
815   bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
816                                unsigned &TrackReg,
817                                unsigned &TrackSubReg) override {
818     // If we already get the only source we can rewrite, return false.
819     if (CurrentSrcIdx == 2)
820       return false;
821     // We are looking at v2 = INSERT_SUBREG v0, v1, sub0.
822     CurrentSrcIdx = 2;
823     const MachineOperand &MOInsertedReg = CopyLike.getOperand(2);
824     SrcReg = MOInsertedReg.getReg();
825     SrcSubReg = MOInsertedReg.getSubReg();
826     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
827
828     // We want to track something that is compatible with the
829     // partial definition.
830     TrackReg = MODef.getReg();
831     if (MODef.getSubReg())
832       // Bails if we have to compose sub-register indices.
833       return false;
834     TrackSubReg = (unsigned)CopyLike.getOperand(3).getImm();
835     return true;
836   }
837   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
838     if (CurrentSrcIdx != 2)
839       return false;
840     // We are rewriting the inserted reg.
841     MachineOperand &MO = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
842     MO.setReg(NewReg);
843     MO.setSubReg(NewSubReg);
844     return true;
845   }
846 };
847
848 /// \brief Specialized rewriter for EXTRACT_SUBREG instruction.
849 class ExtractSubregRewriter : public CopyRewriter {
850   const TargetInstrInfo &TII;
851
852 public:
853   ExtractSubregRewriter(MachineInstr &MI, const TargetInstrInfo &TII)
854       : CopyRewriter(MI), TII(TII) {
855     assert(MI.isExtractSubreg() && "Invalid instruction");
856   }
857
858   /// \brief See CopyRewriter::getNextRewritableSource.
859   /// Here CopyLike has the following form:
860   /// dst.dstSubIdx = EXTRACT_SUBREG Src, subIdx.
861   /// There is only one rewritable source: Src.subIdx,
862   /// which defines dst.dstSubIdx.
863   bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
864                                unsigned &TrackReg,
865                                unsigned &TrackSubReg) override {
866     // If we already get the only source we can rewrite, return false.
867     if (CurrentSrcIdx == 1)
868       return false;
869     // We are looking at v1 = EXTRACT_SUBREG v0, sub0.
870     CurrentSrcIdx = 1;
871     const MachineOperand &MOExtractedReg = CopyLike.getOperand(1);
872     SrcReg = MOExtractedReg.getReg();
873     // If we have to compose sub-register indices, bails out.
874     if (MOExtractedReg.getSubReg())
875       return false;
876
877     SrcSubReg = CopyLike.getOperand(2).getImm();
878
879     // We want to track something that is compatible with the definition.
880     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
881     TrackReg = MODef.getReg();
882     TrackSubReg = MODef.getSubReg();
883     return true;
884   }
885
886   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
887     // The only source we can rewrite is the input register.
888     if (CurrentSrcIdx != 1)
889       return false;
890
891     CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx).setReg(NewReg);
892
893     // If we find a source that does not require to extract something,
894     // rewrite the operation with a copy.
895     if (!NewSubReg) {
896       // Move the current index to an invalid position.
897       // We do not want another call to this method to be able
898       // to do any change.
899       CurrentSrcIdx = -1;
900       // Rewrite the operation as a COPY.
901       // Get rid of the sub-register index.
902       CopyLike.RemoveOperand(2);
903       // Morph the operation into a COPY.
904       CopyLike.setDesc(TII.get(TargetOpcode::COPY));
905       return true;
906     }
907     CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx + 1).setImm(NewSubReg);
908     return true;
909   }
910 };
911
912 /// \brief Specialized rewriter for REG_SEQUENCE instruction.
913 class RegSequenceRewriter : public CopyRewriter {
914 public:
915   RegSequenceRewriter(MachineInstr &MI) : CopyRewriter(MI) {
916     assert(MI.isRegSequence() && "Invalid instruction");
917   }
918
919   /// \brief See CopyRewriter::getNextRewritableSource.
920   /// Here CopyLike has the following form:
921   /// dst = REG_SEQUENCE Src1.src1SubIdx, subIdx1, Src2.src2SubIdx, subIdx2.
922   /// Each call will return a different source, walking all the available
923   /// source.
924   ///
925   /// The first call returns:
926   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src1, src1SubIdx).
927   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, subIdx1).
928   ///
929   /// The second call returns:
930   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src2, src2SubIdx).
931   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, subIdx2).
932   ///
933   /// And so on, until all the sources have been traversed, then
934   /// it returns false.
935   bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
936                                unsigned &TrackReg,
937                                unsigned &TrackSubReg) override {
938     // We are looking at v0 = REG_SEQUENCE v1, sub1, v2, sub2, etc.
939
940     // If this is the first call, move to the first argument.
941     if (CurrentSrcIdx == 0) {
942       CurrentSrcIdx = 1;
943     } else {
944       // Otherwise, move to the next argument and check that it is valid.
945       CurrentSrcIdx += 2;
946       if (CurrentSrcIdx >= CopyLike.getNumOperands())
947         return false;
948     }
949     const MachineOperand &MOInsertedReg = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
950     SrcReg = MOInsertedReg.getReg();
951     // If we have to compose sub-register indices, bails out.
952     if ((SrcSubReg = MOInsertedReg.getSubReg()))
953       return false;
954
955     // We want to track something that is compatible with the related
956     // partial definition.
957     TrackSubReg = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx + 1).getImm();
958
959     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
960     TrackReg = MODef.getReg();
961     // If we have to compose sub-registers, bails.
962     return MODef.getSubReg() == 0;
963   }
964
965   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
966     // We cannot rewrite out of bound operands.
967     // Moreover, rewritable sources are at odd positions.
968     if ((CurrentSrcIdx & 1) != 1 || CurrentSrcIdx > CopyLike.getNumOperands())
969       return false;
970
971     MachineOperand &MO = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
972     MO.setReg(NewReg);
973     MO.setSubReg(NewSubReg);
974     return true;
975   }
976 };
977 } // End namespace.
978
979 /// \brief Get the appropriated CopyRewriter for \p MI.
980 /// \return A pointer to a dynamically allocated CopyRewriter or nullptr
981 /// if no rewriter works for \p MI.
982 static CopyRewriter *getCopyRewriter(MachineInstr &MI,
983                                      const TargetInstrInfo &TII,
984                                      MachineRegisterInfo &MRI) {
985   // Handle uncoalescable copy-like instructions.
986   if (MI.isBitcast() || (MI.isRegSequenceLike() || MI.isInsertSubregLike() ||
987                          MI.isExtractSubregLike()))
988     return new UncoalescableRewriter(MI, TII, MRI);
989
990   switch (MI.getOpcode()) {
991   default:
992     return nullptr;
993   case TargetOpcode::COPY:
994     return new CopyRewriter(MI);
995   case TargetOpcode::INSERT_SUBREG:
996     return new InsertSubregRewriter(MI);
997   case TargetOpcode::EXTRACT_SUBREG:
998     return new ExtractSubregRewriter(MI, TII);
999   case TargetOpcode::REG_SEQUENCE:
1000     return new RegSequenceRewriter(MI);
1001   }
1002   llvm_unreachable(nullptr);
1003 }
1004
1005 /// \brief Optimize generic copy instructions to avoid cross
1006 /// register bank copy. The optimization looks through a chain of
1007 /// copies and tries to find a source that has a compatible register
1008 /// class.
1009 /// Two register classes are considered to be compatible if they share
1010 /// the same register bank.
1011 /// New copies issued by this optimization are register allocator
1012 /// friendly. This optimization does not remove any copy as it may
1013 /// overconstraint the register allocator, but replaces some operands
1014 /// when possible.
1015 /// \pre isCoalescableCopy(*MI) is true.
1016 /// \return True, when \p MI has been rewritten. False otherwise.
1017 bool PeepholeOptimizer::optimizeCoalescableCopy(MachineInstr *MI) {
1018   assert(MI && isCoalescableCopy(*MI) && "Invalid argument");
1019   assert(MI->getDesc().getNumDefs() == 1 &&
1020          "Coalescer can understand multiple defs?!");
1021   const MachineOperand &MODef = MI->getOperand(0);
1022   // Do not rewrite physical definitions.
1023   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MODef.getReg()))
1024     return false;
1025
1026   bool Changed = false;
1027   // Get the right rewriter for the current copy.
1028   std::unique_ptr<CopyRewriter> CpyRewriter(getCopyRewriter(*MI, *TII, *MRI));
1029   // If none exists, bails out.
1030   if (!CpyRewriter)
1031     return false;
1032   // Rewrite each rewritable source.
1033   unsigned SrcReg, SrcSubReg, TrackReg, TrackSubReg;
1034   while (CpyRewriter->getNextRewritableSource(SrcReg, SrcSubReg, TrackReg,
1035                                               TrackSubReg)) {
1036     unsigned NewSrc = TrackReg;
1037     unsigned NewSubReg = TrackSubReg;
1038     // Try to find a more suitable source. If we failed to do so, or get the
1039     // actual source, move to the next source.
1040     if (!findNextSource(NewSrc, NewSubReg) || SrcReg == NewSrc)
1041       continue;
1042     // Rewrite source.
1043     if (CpyRewriter->RewriteCurrentSource(NewSrc, NewSubReg)) {
1044       // We may have extended the live-range of NewSrc, account for that.
1045       MRI->clearKillFlags(NewSrc);
1046       Changed = true;
1047     }
1048   }
1049   // TODO: We could have a clean-up method to tidy the instruction.
1050   // E.g., v0 = INSERT_SUBREG v1, v1.sub0, sub0
1051   // => v0 = COPY v1
1052   // Currently we haven't seen motivating example for that and we
1053   // want to avoid untested code.
1054   NumRewrittenCopies += Changed;
1055   return Changed;
1056 }
1057
1058 /// \brief Optimize copy-like instructions to create
1059 /// register coalescer friendly instruction.
1060 /// The optimization tries to kill-off the \p MI by looking
1061 /// through a chain of copies to find a source that has a compatible
1062 /// register class.
1063 /// If such a source is found, it replace \p MI by a generic COPY
1064 /// operation.
1065 /// \pre isUncoalescableCopy(*MI) is true.
1066 /// \return True, when \p MI has been optimized. In that case, \p MI has
1067 /// been removed from its parent.
1068 /// All COPY instructions created, are inserted in \p LocalMIs.
1069 bool PeepholeOptimizer::optimizeUncoalescableCopy(
1070     MachineInstr *MI, SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs) {
1071   assert(MI && isUncoalescableCopy(*MI) && "Invalid argument");
1072
1073   // Check if we can rewrite all the values defined by this instruction.
1074   SmallVector<
1075       std::pair<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, TargetInstrInfo::RegSubRegPair>,
1076       4> RewritePairs;
1077   // Get the right rewriter for the current copy.
1078   std::unique_ptr<CopyRewriter> CpyRewriter(getCopyRewriter(*MI, *TII, *MRI));
1079   // If none exists, bails out.
1080   if (!CpyRewriter)
1081     return false;
1082
1083   // Rewrite each rewritable source by generating new COPYs. This works
1084   // differently from optimizeCoalescableCopy since it first makes sure that all
1085   // definitions can be rewritten.
1086   unsigned SrcReg, SrcSubReg, TrackReg, TrackSubReg;
1087   while (CpyRewriter->getNextRewritableSource(SrcReg, SrcSubReg, TrackReg,
1088                                               TrackSubReg)) {
1089     // If a physical register is here, this is probably for a good reason.
1090     // Do not rewrite that.
1091     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(TrackReg))
1092       return false;
1093
1094     // If we do not know how to rewrite this definition, there is no point
1095     // in trying to kill this instruction.
1096     TargetInstrInfo::RegSubRegPair Def(TrackReg, TrackSubReg);
1097     TargetInstrInfo::RegSubRegPair Src = Def;
1098     if (!findNextSource(Src.Reg, Src.SubReg))
1099       return false;
1100
1101     RewritePairs.push_back(std::make_pair(Def, Src));
1102   }
1103
1104   // The change is possible for all defs, do it.
1105   for (const auto &PairDefSrc : RewritePairs) {
1106     const auto &Def = PairDefSrc.first;
1107     const auto &Src = PairDefSrc.second;
1108
1109     // Rewrite the "copy" in a way the register coalescer understands.
1110     MachineInstr *NewCopy = CpyRewriter->RewriteCurrentSource(
1111         Def.Reg, Def.SubReg, Src.Reg, Src.SubReg);
1112     assert(NewCopy && "Should be able to always generate a new copy");
1113
1114     // We extended the lifetime of Src and clear the kill flags to
1115     // account for that.
1116     MRI->clearKillFlags(Src.Reg);
1117     LocalMIs.insert(NewCopy);
1118   }
1119   // MI is now dead.
1120   MI->eraseFromParent();
1121   ++NumUncoalescableCopies;
1122   return true;
1123 }
1124
1125 /// isLoadFoldable - Check whether MI is a candidate for folding into a later
1126 /// instruction. We only fold loads to virtual registers and the virtual
1127 /// register defined has a single use.
1128 bool PeepholeOptimizer::isLoadFoldable(
1129                               MachineInstr *MI,
1130                               SmallSet<unsigned, 16> &FoldAsLoadDefCandidates) {
1131   if (!MI->canFoldAsLoad() || !MI->mayLoad())
1132     return false;
1133   const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
1134   if (MCID.getNumDefs() != 1)
1135     return false;
1136
1137   unsigned Reg = MI->getOperand(0).getReg();
1138   // To reduce compilation time, we check MRI->hasOneNonDBGUse when inserting
1139   // loads. It should be checked when processing uses of the load, since
1140   // uses can be removed during peephole.
1141   if (!MI->getOperand(0).getSubReg() &&
1142       TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) &&
1143       MRI->hasOneNonDBGUse(Reg)) {
1144     FoldAsLoadDefCandidates.insert(Reg);
1145     return true;
1146   }
1147   return false;
1148 }
1149
1150 bool PeepholeOptimizer::isMoveImmediate(MachineInstr *MI,
1151                                         SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
1152                                  DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs) {
1153   const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
1154   if (!MI->isMoveImmediate())
1155     return false;
1156   if (MCID.getNumDefs() != 1)
1157     return false;
1158   unsigned Reg = MI->getOperand(0).getReg();
1159   if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg)) {
1160     ImmDefMIs.insert(std::make_pair(Reg, MI));
1161     ImmDefRegs.insert(Reg);
1162     return true;
1163   }
1164
1165   return false;
1166 }
1167
1168 /// foldImmediate - Try folding register operands that are defined by move
1169 /// immediate instructions, i.e. a trivial constant folding optimization, if
1170 /// and only if the def and use are in the same BB.
1171 bool PeepholeOptimizer::foldImmediate(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
1172                                       SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
1173                                  DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs) {
1174   for (unsigned i = 0, e = MI->getDesc().getNumOperands(); i != e; ++i) {
1175     MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
1176     if (!MO.isReg() || MO.isDef())
1177       continue;
1178     unsigned Reg = MO.getReg();
1179     if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
1180       continue;
1181     if (ImmDefRegs.count(Reg) == 0)
1182       continue;
1183     DenseMap<unsigned, MachineInstr*>::iterator II = ImmDefMIs.find(Reg);
1184     assert(II != ImmDefMIs.end());
1185     if (TII->FoldImmediate(MI, II->second, Reg, MRI)) {
1186       ++NumImmFold;
1187       return true;
1188     }
1189   }
1190   return false;
1191 }
1192
1193 bool PeepholeOptimizer::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
1194   if (skipOptnoneFunction(*MF.getFunction()))
1195     return false;
1196
1197   DEBUG(dbgs() << "********** PEEPHOLE OPTIMIZER **********\n");
1198   DEBUG(dbgs() << "********** Function: " << MF.getName() << '\n');
1199
1200   if (DisablePeephole)
1201     return false;
1202
1203   TII = MF.getSubtarget().getInstrInfo();
1204   TRI = MF.getSubtarget().getRegisterInfo();
1205   MRI = &MF.getRegInfo();
1206   DT  = Aggressive ? &getAnalysis<MachineDominatorTree>() : nullptr;
1207
1208   bool Changed = false;
1209
1210   for (MachineFunction::iterator I = MF.begin(), E = MF.end(); I != E; ++I) {
1211     MachineBasicBlock *MBB = &*I;
1212
1213     bool SeenMoveImm = false;
1214
1215     // During this forward scan, at some point it needs to answer the question
1216     // "given a pointer to an MI in the current BB, is it located before or
1217     // after the current instruction".
1218     // To perform this, the following set keeps track of the MIs already seen
1219     // during the scan, if a MI is not in the set, it is assumed to be located
1220     // after. Newly created MIs have to be inserted in the set as well.
1221     SmallPtrSet<MachineInstr*, 16> LocalMIs;
1222     SmallSet<unsigned, 4> ImmDefRegs;
1223     DenseMap<unsigned, MachineInstr*> ImmDefMIs;
1224     SmallSet<unsigned, 16> FoldAsLoadDefCandidates;
1225
1226     for (MachineBasicBlock::iterator
1227            MII = I->begin(), MIE = I->end(); MII != MIE; ) {
1228       MachineInstr *MI = &*MII;
1229       // We may be erasing MI below, increment MII now.
1230       ++MII;
1231       LocalMIs.insert(MI);
1232
1233       // Skip debug values. They should not affect this peephole optimization.
1234       if (MI->isDebugValue())
1235           continue;
1236
1237       // If there exists an instruction which belongs to the following
1238       // categories, we will discard the load candidates.
1239       if (MI->isPosition() || MI->isPHI() || MI->isImplicitDef() ||
1240           MI->isKill() || MI->isInlineAsm() ||
1241           MI->hasUnmodeledSideEffects()) {
1242         FoldAsLoadDefCandidates.clear();
1243         continue;
1244       }
1245       if (MI->mayStore() || MI->isCall())
1246         FoldAsLoadDefCandidates.clear();
1247
1248       if ((isUncoalescableCopy(*MI) &&
1249            optimizeUncoalescableCopy(MI, LocalMIs)) ||
1250           (MI->isCompare() && optimizeCmpInstr(MI, MBB)) ||
1251           (MI->isSelect() && optimizeSelect(MI, LocalMIs))) {
1252         // MI is deleted.
1253         LocalMIs.erase(MI);
1254         Changed = true;
1255         continue;
1256       }
1257
1258       if (MI->isConditionalBranch() && optimizeCondBranch(MI)) {
1259         Changed = true;
1260         continue;
1261       }
1262
1263       if (isCoalescableCopy(*MI) && optimizeCoalescableCopy(MI)) {
1264         // MI is just rewritten.
1265         Changed = true;
1266         continue;
1267       }
1268
1269       if (isMoveImmediate(MI, ImmDefRegs, ImmDefMIs)) {
1270         SeenMoveImm = true;
1271       } else {
1272         Changed |= optimizeExtInstr(MI, MBB, LocalMIs);
1273         // optimizeExtInstr might have created new instructions after MI
1274         // and before the already incremented MII. Adjust MII so that the
1275         // next iteration sees the new instructions.
1276         MII = MI;
1277         ++MII;
1278         if (SeenMoveImm)
1279           Changed |= foldImmediate(MI, MBB, ImmDefRegs, ImmDefMIs);
1280       }
1281
1282       // Check whether MI is a load candidate for folding into a later
1283       // instruction. If MI is not a candidate, check whether we can fold an
1284       // earlier load into MI.
1285       if (!isLoadFoldable(MI, FoldAsLoadDefCandidates) &&
1286           !FoldAsLoadDefCandidates.empty()) {
1287         const MCInstrDesc &MIDesc = MI->getDesc();
1288         for (unsigned i = MIDesc.getNumDefs(); i != MIDesc.getNumOperands();
1289              ++i) {
1290           const MachineOperand &MOp = MI->getOperand(i);
1291           if (!MOp.isReg())
1292             continue;
1293           unsigned FoldAsLoadDefReg = MOp.getReg();
1294           if (FoldAsLoadDefCandidates.count(FoldAsLoadDefReg)) {
1295             // We need to fold load after optimizeCmpInstr, since
1296             // optimizeCmpInstr can enable folding by converting SUB to CMP.
1297             // Save FoldAsLoadDefReg because optimizeLoadInstr() resets it and
1298             // we need it for markUsesInDebugValueAsUndef().
1299             unsigned FoldedReg = FoldAsLoadDefReg;
1300             MachineInstr *DefMI = nullptr;
1301             MachineInstr *FoldMI = TII->optimizeLoadInstr(MI, MRI,
1302                                                           FoldAsLoadDefReg,
1303                                                           DefMI);
1304             if (FoldMI) {
1305               // Update LocalMIs since we replaced MI with FoldMI and deleted
1306               // DefMI.
1307               DEBUG(dbgs() << "Replacing: " << *MI);
1308               DEBUG(dbgs() << "     With: " << *FoldMI);
1309               LocalMIs.erase(MI);
1310               LocalMIs.erase(DefMI);
1311               LocalMIs.insert(FoldMI);
1312               MI->eraseFromParent();
1313               DefMI->eraseFromParent();
1314               MRI->markUsesInDebugValueAsUndef(FoldedReg);
1315               FoldAsLoadDefCandidates.erase(FoldedReg);
1316               ++NumLoadFold;
1317               // MI is replaced with FoldMI.
1318               Changed = true;
1319               break;
1320             }
1321           }
1322         }
1323       }
1324     }
1325   }
1326
1327   return Changed;
1328 }
1329
1330 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromCopy() {
1331   assert(Def->isCopy() && "Invalid definition");
1332   // Copy instruction are supposed to be: Def = Src.
1333   // If someone breaks this assumption, bad things will happen everywhere.
1334   assert(Def->getNumOperands() == 2 && "Invalid number of operands");
1335
1336   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg() != DefSubReg)
1337     // If we look for a different subreg, it means we want a subreg of src.
1338     // Bails as we do not support composing subreg yet.
1339     return ValueTrackerResult();
1340   // Otherwise, we want the whole source.
1341   const MachineOperand &Src = Def->getOperand(1);
1342   return ValueTrackerResult(Src.getReg(), Src.getSubReg());
1343 }
1344
1345 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromBitcast() {
1346   assert(Def->isBitcast() && "Invalid definition");
1347
1348   // Bail if there are effects that a plain copy will not expose.
1349   if (Def->hasUnmodeledSideEffects())
1350     return ValueTrackerResult();
1351
1352   // Bitcasts with more than one def are not supported.
1353   if (Def->getDesc().getNumDefs() != 1)
1354     return ValueTrackerResult();
1355   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg() != DefSubReg)
1356     // If we look for a different subreg, it means we want a subreg of the src.
1357     // Bails as we do not support composing subreg yet.
1358     return ValueTrackerResult();
1359
1360   unsigned SrcIdx = Def->getNumOperands();
1361   for (unsigned OpIdx = DefIdx + 1, EndOpIdx = SrcIdx; OpIdx != EndOpIdx;
1362        ++OpIdx) {
1363     const MachineOperand &MO = Def->getOperand(OpIdx);
1364     if (!MO.isReg() || !MO.getReg())
1365       continue;
1366     assert(!MO.isDef() && "We should have skipped all the definitions by now");
1367     if (SrcIdx != EndOpIdx)
1368       // Multiple sources?
1369       return ValueTrackerResult();
1370     SrcIdx = OpIdx;
1371   }
1372   const MachineOperand &Src = Def->getOperand(SrcIdx);
1373   return ValueTrackerResult(Src.getReg(), Src.getSubReg());
1374 }
1375
1376 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromRegSequence() {
1377   assert((Def->isRegSequence() || Def->isRegSequenceLike()) &&
1378          "Invalid definition");
1379
1380   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg())
1381     // If we are composing subreg, bails out.
1382     // The case we are checking is Def.<subreg> = REG_SEQUENCE.
1383     // This should almost never happen as the SSA property is tracked at
1384     // the register level (as opposed to the subreg level).
1385     // I.e.,
1386     // Def.sub0 =
1387     // Def.sub1 =
1388     // is a valid SSA representation for Def.sub0 and Def.sub1, but not for
1389     // Def. Thus, it must not be generated.
1390     // However, some code could theoretically generates a single
1391     // Def.sub0 (i.e, not defining the other subregs) and we would
1392     // have this case.
1393     // If we can ascertain (or force) that this never happens, we could
1394     // turn that into an assertion.
1395     return ValueTrackerResult();
1396
1397   if (!TII)
1398     // We could handle the REG_SEQUENCE here, but we do not want to
1399     // duplicate the code from the generic TII.
1400     return ValueTrackerResult();
1401
1402   SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPairAndIdx, 8> RegSeqInputRegs;
1403   if (!TII->getRegSequenceInputs(*Def, DefIdx, RegSeqInputRegs))
1404     return ValueTrackerResult();
1405
1406   // We are looking at:
1407   // Def = REG_SEQUENCE v0, sub0, v1, sub1, ...
1408   // Check if one of the operand defines the subreg we are interested in.
1409   for (auto &RegSeqInput : RegSeqInputRegs) {
1410     if (RegSeqInput.SubIdx == DefSubReg) {
1411       if (RegSeqInput.SubReg)
1412         // Bails if we have to compose sub registers.
1413         return ValueTrackerResult();
1414
1415       return ValueTrackerResult(RegSeqInput.Reg, RegSeqInput.SubReg);
1416     }
1417   }
1418
1419   // If the subreg we are tracking is super-defined by another subreg,
1420   // we could follow this value. However, this would require to compose
1421   // the subreg and we do not do that for now.
1422   return ValueTrackerResult();
1423 }
1424
1425 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromInsertSubreg() {
1426   assert((Def->isInsertSubreg() || Def->isInsertSubregLike()) &&
1427          "Invalid definition");
1428
1429   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg())
1430     // If we are composing subreg, bails out.
1431     // Same remark as getNextSourceFromRegSequence.
1432     // I.e., this may be turned into an assert.
1433     return ValueTrackerResult();
1434
1435   if (!TII)
1436     // We could handle the REG_SEQUENCE here, but we do not want to
1437     // duplicate the code from the generic TII.
1438     return ValueTrackerResult();
1439
1440   TargetInstrInfo::RegSubRegPair BaseReg;
1441   TargetInstrInfo::RegSubRegPairAndIdx InsertedReg;
1442   if (!TII->getInsertSubregInputs(*Def, DefIdx, BaseReg, InsertedReg))
1443     return ValueTrackerResult();
1444
1445   // We are looking at:
1446   // Def = INSERT_SUBREG v0, v1, sub1
1447   // There are two cases:
1448   // 1. DefSubReg == sub1, get v1.
1449   // 2. DefSubReg != sub1, the value may be available through v0.
1450
1451   // #1 Check if the inserted register matches the required sub index.
1452   if (InsertedReg.SubIdx == DefSubReg) {
1453     return ValueTrackerResult(InsertedReg.Reg, InsertedReg.SubReg);
1454   }
1455   // #2 Otherwise, if the sub register we are looking for is not partial
1456   // defined by the inserted element, we can look through the main
1457   // register (v0).
1458   const MachineOperand &MODef = Def->getOperand(DefIdx);
1459   // If the result register (Def) and the base register (v0) do not
1460   // have the same register class or if we have to compose
1461   // subregisters, bails out.
1462   if (MRI.getRegClass(MODef.getReg()) != MRI.getRegClass(BaseReg.Reg) ||
1463       BaseReg.SubReg)
1464     return ValueTrackerResult();
1465
1466   // Get the TRI and check if the inserted sub-register overlaps with the
1467   // sub-register we are tracking.
1468   const TargetRegisterInfo *TRI = MRI.getTargetRegisterInfo();
1469   if (!TRI ||
1470       (TRI->getSubRegIndexLaneMask(DefSubReg) &
1471        TRI->getSubRegIndexLaneMask(InsertedReg.SubIdx)) != 0)
1472     return ValueTrackerResult();
1473   // At this point, the value is available in v0 via the same subreg
1474   // we used for Def.
1475   return ValueTrackerResult(BaseReg.Reg, DefSubReg);
1476 }
1477
1478 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromExtractSubreg() {
1479   assert((Def->isExtractSubreg() ||
1480           Def->isExtractSubregLike()) && "Invalid definition");
1481   // We are looking at:
1482   // Def = EXTRACT_SUBREG v0, sub0
1483
1484   // Bails if we have to compose sub registers.
1485   // Indeed, if DefSubReg != 0, we would have to compose it with sub0.
1486   if (DefSubReg)
1487     return ValueTrackerResult();
1488
1489   if (!TII)
1490     // We could handle the EXTRACT_SUBREG here, but we do not want to
1491     // duplicate the code from the generic TII.
1492     return ValueTrackerResult();
1493
1494   TargetInstrInfo::RegSubRegPairAndIdx ExtractSubregInputReg;
1495   if (!TII->getExtractSubregInputs(*Def, DefIdx, ExtractSubregInputReg))
1496     return ValueTrackerResult();
1497
1498   // Bails if we have to compose sub registers.
1499   // Likewise, if v0.subreg != 0, we would have to compose v0.subreg with sub0.
1500   if (ExtractSubregInputReg.SubReg)
1501     return ValueTrackerResult();
1502   // Otherwise, the value is available in the v0.sub0.
1503   return ValueTrackerResult(ExtractSubregInputReg.Reg, ExtractSubregInputReg.SubIdx);
1504 }
1505
1506 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromSubregToReg() {
1507   assert(Def->isSubregToReg() && "Invalid definition");
1508   // We are looking at:
1509   // Def = SUBREG_TO_REG Imm, v0, sub0
1510
1511   // Bails if we have to compose sub registers.
1512   // If DefSubReg != sub0, we would have to check that all the bits
1513   // we track are included in sub0 and if yes, we would have to
1514   // determine the right subreg in v0.
1515   if (DefSubReg != Def->getOperand(3).getImm())
1516     return ValueTrackerResult();
1517   // Bails if we have to compose sub registers.
1518   // Likewise, if v0.subreg != 0, we would have to compose it with sub0.
1519   if (Def->getOperand(2).getSubReg())
1520     return ValueTrackerResult();
1521
1522   return ValueTrackerResult(Def->getOperand(2).getReg(),
1523                             Def->getOperand(3).getImm());
1524 }
1525
1526 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceImpl() {
1527   assert(Def && "This method needs a valid definition");
1528
1529   assert(
1530       (DefIdx < Def->getDesc().getNumDefs() || Def->getDesc().isVariadic()) &&
1531       Def->getOperand(DefIdx).isDef() && "Invalid DefIdx");
1532   if (Def->isCopy())
1533     return getNextSourceFromCopy();
1534   if (Def->isBitcast())
1535     return getNextSourceFromBitcast();
1536   // All the remaining cases involve "complex" instructions.
1537   // Bails if we did not ask for the advanced tracking.
1538   if (!UseAdvancedTracking)
1539     return ValueTrackerResult();
1540   if (Def->isRegSequence() || Def->isRegSequenceLike())
1541     return getNextSourceFromRegSequence();
1542   if (Def->isInsertSubreg() || Def->isInsertSubregLike())
1543     return getNextSourceFromInsertSubreg();
1544   if (Def->isExtractSubreg() || Def->isExtractSubregLike())
1545     return getNextSourceFromExtractSubreg();
1546   if (Def->isSubregToReg())
1547     return getNextSourceFromSubregToReg();
1548   return ValueTrackerResult();
1549 }
1550
1551 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSource() {
1552   // If we reach a point where we cannot move up in the use-def chain,
1553   // there is nothing we can get.
1554   if (!Def)
1555     return ValueTrackerResult();
1556
1557   ValueTrackerResult Res = getNextSourceImpl();
1558   if (Res.isValid()) {
1559     // Update definition, definition index, and subregister for the
1560     // next call of getNextSource.
1561     // Update the current register.
1562     bool OneRegSrc = Res.getNumSources() == 1;
1563     if (OneRegSrc)
1564       Reg = Res.getSrcReg(0);
1565     // Update the result before moving up in the use-def chain
1566     // with the instruction containing the last found sources.
1567     Res.setInst(Def);
1568
1569     // If we can still move up in the use-def chain, move to the next
1570     // defintion.
1571     if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg) && OneRegSrc) {
1572       Def = MRI.getVRegDef(Reg);
1573       DefIdx = MRI.def_begin(Reg).getOperandNo();
1574       DefSubReg = Res.getSrcSubReg(0);
1575       return Res;
1576     }
1577   }
1578   // If we end up here, this means we will not be able to find another source
1579   // for the next iteration. Make sure any new call to getNextSource bails out
1580   // early by cutting the use-def chain.
1581   Def = nullptr;
1582   return Res;
1583 }