Instead of the TargetMachine cache the MachineFunction
[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/Target/TargetInstrInfo.h"
80 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
81 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
82 #include <utility>
83 using namespace llvm;
84
85 #define DEBUG_TYPE "peephole-opt"
86
87 // Optimize Extensions
88 static cl::opt<bool>
89 Aggressive("aggressive-ext-opt", cl::Hidden,
90            cl::desc("Aggressive extension optimization"));
91
92 static cl::opt<bool>
93 DisablePeephole("disable-peephole", cl::Hidden, cl::init(false),
94                 cl::desc("Disable the peephole optimizer"));
95
96 static cl::opt<bool>
97 DisableAdvCopyOpt("disable-adv-copy-opt", cl::Hidden, cl::init(false),
98                   cl::desc("Disable advanced copy optimization"));
99
100 STATISTIC(NumReuse,      "Number of extension results reused");
101 STATISTIC(NumCmps,       "Number of compares eliminated");
102 STATISTIC(NumImmFold,    "Number of move immediate folded");
103 STATISTIC(NumLoadFold,   "Number of loads folded");
104 STATISTIC(NumSelects,    "Number of selects optimized");
105 STATISTIC(NumUncoalescableCopies, "Number of uncoalescable copies optimized");
106 STATISTIC(NumRewrittenCopies, "Number of copies rewritten");
107
108 namespace {
109   class PeepholeOptimizer : public MachineFunctionPass {
110     MachineFunction *MF;
111     const TargetInstrInfo *TII;
112     const TargetRegisterInfo *TRI;
113     MachineRegisterInfo   *MRI;
114     MachineDominatorTree  *DT;  // Machine dominator tree
115
116   public:
117     static char ID; // Pass identification
118     PeepholeOptimizer() : MachineFunctionPass(ID) {
119       initializePeepholeOptimizerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
120     }
121
122     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override;
123
124     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
125       AU.setPreservesCFG();
126       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
127       if (Aggressive) {
128         AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
129         AU.addPreserved<MachineDominatorTree>();
130       }
131     }
132
133   private:
134     bool optimizeCmpInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB);
135     bool optimizeExtInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
136                           SmallPtrSetImpl<MachineInstr*> &LocalMIs);
137     bool optimizeSelect(MachineInstr *MI);
138     bool optimizeCopyOrBitcast(MachineInstr *MI);
139     bool optimizeCoalescableCopy(MachineInstr *MI);
140     bool optimizeUncoalescableCopy(MachineInstr *MI,
141                                    SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs);
142     bool findNextSource(unsigned &Reg, unsigned &SubReg);
143     bool isMoveImmediate(MachineInstr *MI,
144                          SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
145                          DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs);
146     bool foldImmediate(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
147                        SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
148                        DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs);
149     bool isLoadFoldable(MachineInstr *MI,
150                         SmallSet<unsigned, 16> &FoldAsLoadDefCandidates);
151
152     /// \brief Check whether \p MI is understood by the register coalescer
153     /// but may require some rewriting.
154     bool isCoalescableCopy(const MachineInstr &MI) {
155       // SubregToRegs are not interesting, because they are already register
156       // coalescer friendly.
157       return MI.isCopy() || (!DisableAdvCopyOpt &&
158                              (MI.isRegSequence() || MI.isInsertSubreg() ||
159                               MI.isExtractSubreg()));
160     }
161
162     /// \brief Check whether \p MI is a copy like instruction that is
163     /// not recognized by the register coalescer.
164     bool isUncoalescableCopy(const MachineInstr &MI) {
165       return MI.isBitcast() ||
166              (!DisableAdvCopyOpt &&
167               (MI.isRegSequenceLike() || MI.isInsertSubregLike() ||
168                MI.isExtractSubregLike()));
169     }
170   };
171
172   /// \brief Helper class to track the possible sources of a value defined by
173   /// a (chain of) copy related instructions.
174   /// Given a definition (instruction and definition index), this class
175   /// follows the use-def chain to find successive suitable sources.
176   /// The given source can be used to rewrite the definition into
177   /// def = COPY src.
178   ///
179   /// For instance, let us consider the following snippet:
180   /// v0 =
181   /// v2 = INSERT_SUBREG v1, v0, sub0
182   /// def = COPY v2.sub0
183   ///
184   /// Using a ValueTracker for def = COPY v2.sub0 will give the following
185   /// suitable sources:
186   /// v2.sub0 and v0.
187   /// Then, def can be rewritten into def = COPY v0.
188   class ValueTracker {
189   private:
190     /// The current point into the use-def chain.
191     const MachineInstr *Def;
192     /// The index of the definition in Def.
193     unsigned DefIdx;
194     /// The sub register index of the definition.
195     unsigned DefSubReg;
196     /// The register where the value can be found.
197     unsigned Reg;
198     /// Specifiy whether or not the value tracking looks through
199     /// complex instructions. When this is false, the value tracker
200     /// bails on everything that is not a copy or a bitcast.
201     ///
202     /// Note: This could have been implemented as a specialized version of
203     /// the ValueTracker class but that would have complicated the code of
204     /// the users of this class.
205     bool UseAdvancedTracking;
206     /// MachineRegisterInfo used to perform tracking.
207     const MachineRegisterInfo &MRI;
208     /// Optional TargetInstrInfo used to perform some complex
209     /// tracking.
210     const TargetInstrInfo *TII;
211
212     /// \brief Dispatcher to the right underlying implementation of
213     /// getNextSource.
214     bool getNextSourceImpl(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg);
215     /// \brief Specialized version of getNextSource for Copy instructions.
216     bool getNextSourceFromCopy(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg);
217     /// \brief Specialized version of getNextSource for Bitcast instructions.
218     bool getNextSourceFromBitcast(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg);
219     /// \brief Specialized version of getNextSource for RegSequence
220     /// instructions.
221     bool getNextSourceFromRegSequence(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg);
222     /// \brief Specialized version of getNextSource for InsertSubreg
223     /// instructions.
224     bool getNextSourceFromInsertSubreg(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg);
225     /// \brief Specialized version of getNextSource for ExtractSubreg
226     /// instructions.
227     bool getNextSourceFromExtractSubreg(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg);
228     /// \brief Specialized version of getNextSource for SubregToReg
229     /// instructions.
230     bool getNextSourceFromSubregToReg(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg);
231
232   public:
233     /// \brief Create a ValueTracker instance for the value defined by \p Reg.
234     /// \p DefSubReg represents the sub register index the value tracker will
235     /// track. It does not need to match the sub register index used in the
236     /// definition of \p Reg.
237     /// \p UseAdvancedTracking specifies whether or not the value tracker looks
238     /// through complex instructions. By default (false), it handles only copy
239     /// and bitcast instructions.
240     /// If \p Reg is a physical register, a value tracker constructed with
241     /// this constructor will not find any alternative source.
242     /// Indeed, when \p Reg is a physical register that constructor does not
243     /// know which definition of \p Reg it should track.
244     /// Use the next constructor to track a physical register.
245     ValueTracker(unsigned Reg, unsigned DefSubReg,
246                  const MachineRegisterInfo &MRI,
247                  bool UseAdvancedTracking = false,
248                  const TargetInstrInfo *TII = nullptr)
249         : Def(nullptr), DefIdx(0), DefSubReg(DefSubReg), Reg(Reg),
250           UseAdvancedTracking(UseAdvancedTracking), MRI(MRI), TII(TII) {
251       if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) {
252         Def = MRI.getVRegDef(Reg);
253         DefIdx = MRI.def_begin(Reg).getOperandNo();
254       }
255     }
256
257     /// \brief Create a ValueTracker instance for the value defined by
258     /// the pair \p MI, \p DefIdx.
259     /// Unlike the other constructor, the value tracker produced by this one
260     /// may be able to find a new source when the definition is a physical
261     /// register.
262     /// This could be useful to rewrite target specific instructions into
263     /// generic copy instructions.
264     ValueTracker(const MachineInstr &MI, unsigned DefIdx, unsigned DefSubReg,
265                  const MachineRegisterInfo &MRI,
266                  bool UseAdvancedTracking = false,
267                  const TargetInstrInfo *TII = nullptr)
268         : Def(&MI), DefIdx(DefIdx), DefSubReg(DefSubReg),
269           UseAdvancedTracking(UseAdvancedTracking), MRI(MRI), TII(TII) {
270       assert(DefIdx < Def->getDesc().getNumDefs() &&
271              Def->getOperand(DefIdx).isReg() && "Invalid definition");
272       Reg = Def->getOperand(DefIdx).getReg();
273     }
274
275     /// \brief Following the use-def chain, get the next available source
276     /// for the tracked value.
277     /// When the returned value is not nullptr, \p SrcReg gives the register
278     /// that contain the tracked value.
279     /// \note The sub register index returned in \p SrcSubReg must be used
280     /// on \p SrcReg to access the actual value.
281     /// \return Unless the returned value is nullptr (i.e., no source found),
282     /// \p SrcReg gives the register of the next source used in the returned
283     /// instruction and \p SrcSubReg the sub-register index to be used on that
284     /// source to get the tracked value. When nullptr is returned, no
285     /// alternative source has been found.
286     const MachineInstr *getNextSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg);
287
288     /// \brief Get the last register where the initial value can be found.
289     /// Initially this is the register of the definition.
290     /// Then, after each successful call to getNextSource, this is the
291     /// register of the last source.
292     unsigned getReg() const { return Reg; }
293   };
294 }
295
296 char PeepholeOptimizer::ID = 0;
297 char &llvm::PeepholeOptimizerID = PeepholeOptimizer::ID;
298 INITIALIZE_PASS_BEGIN(PeepholeOptimizer, "peephole-opts",
299                 "Peephole Optimizations", false, false)
300 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineDominatorTree)
301 INITIALIZE_PASS_END(PeepholeOptimizer, "peephole-opts",
302                 "Peephole Optimizations", false, false)
303
304 /// optimizeExtInstr - If instruction is a copy-like instruction, i.e. it reads
305 /// a single register and writes a single register and it does not modify the
306 /// source, and if the source value is preserved as a sub-register of the
307 /// result, then replace all reachable uses of the source with the subreg of the
308 /// result.
309 ///
310 /// Do not generate an EXTRACT that is used only in a debug use, as this changes
311 /// the code. Since this code does not currently share EXTRACTs, just ignore all
312 /// debug uses.
313 bool PeepholeOptimizer::
314 optimizeExtInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
315                  SmallPtrSetImpl<MachineInstr*> &LocalMIs) {
316   unsigned SrcReg, DstReg, SubIdx;
317   if (!TII->isCoalescableExtInstr(*MI, SrcReg, DstReg, SubIdx))
318     return false;
319
320   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DstReg) ||
321       TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg))
322     return false;
323
324   if (MRI->hasOneNonDBGUse(SrcReg))
325     // No other uses.
326     return false;
327
328   // Ensure DstReg can get a register class that actually supports
329   // sub-registers. Don't change the class until we commit.
330   const TargetRegisterClass *DstRC = MRI->getRegClass(DstReg);
331   DstRC = TRI->getSubClassWithSubReg(DstRC, SubIdx);
332   if (!DstRC)
333     return false;
334
335   // The ext instr may be operating on a sub-register of SrcReg as well.
336   // PPC::EXTSW is a 32 -> 64-bit sign extension, but it reads a 64-bit
337   // register.
338   // If UseSrcSubIdx is Set, SubIdx also applies to SrcReg, and only uses of
339   // SrcReg:SubIdx should be replaced.
340   bool UseSrcSubIdx =
341       TRI->getSubClassWithSubReg(MRI->getRegClass(SrcReg), SubIdx) != nullptr;
342
343   // The source has other uses. See if we can replace the other uses with use of
344   // the result of the extension.
345   SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 4> ReachedBBs;
346   for (MachineInstr &UI : MRI->use_nodbg_instructions(DstReg))
347     ReachedBBs.insert(UI.getParent());
348
349   // Uses that are in the same BB of uses of the result of the instruction.
350   SmallVector<MachineOperand*, 8> Uses;
351
352   // Uses that the result of the instruction can reach.
353   SmallVector<MachineOperand*, 8> ExtendedUses;
354
355   bool ExtendLife = true;
356   for (MachineOperand &UseMO : MRI->use_nodbg_operands(SrcReg)) {
357     MachineInstr *UseMI = UseMO.getParent();
358     if (UseMI == MI)
359       continue;
360
361     if (UseMI->isPHI()) {
362       ExtendLife = false;
363       continue;
364     }
365
366     // Only accept uses of SrcReg:SubIdx.
367     if (UseSrcSubIdx && UseMO.getSubReg() != SubIdx)
368       continue;
369
370     // It's an error to translate this:
371     //
372     //    %reg1025 = <sext> %reg1024
373     //     ...
374     //    %reg1026 = SUBREG_TO_REG 0, %reg1024, 4
375     //
376     // into this:
377     //
378     //    %reg1025 = <sext> %reg1024
379     //     ...
380     //    %reg1027 = COPY %reg1025:4
381     //    %reg1026 = SUBREG_TO_REG 0, %reg1027, 4
382     //
383     // The problem here is that SUBREG_TO_REG is there to assert that an
384     // implicit zext occurs. It doesn't insert a zext instruction. If we allow
385     // the COPY here, it will give us the value after the <sext>, not the
386     // original value of %reg1024 before <sext>.
387     if (UseMI->getOpcode() == TargetOpcode::SUBREG_TO_REG)
388       continue;
389
390     MachineBasicBlock *UseMBB = UseMI->getParent();
391     if (UseMBB == MBB) {
392       // Local uses that come after the extension.
393       if (!LocalMIs.count(UseMI))
394         Uses.push_back(&UseMO);
395     } else if (ReachedBBs.count(UseMBB)) {
396       // Non-local uses where the result of the extension is used. Always
397       // replace these unless it's a PHI.
398       Uses.push_back(&UseMO);
399     } else if (Aggressive && DT->dominates(MBB, UseMBB)) {
400       // We may want to extend the live range of the extension result in order
401       // to replace these uses.
402       ExtendedUses.push_back(&UseMO);
403     } else {
404       // Both will be live out of the def MBB anyway. Don't extend live range of
405       // the extension result.
406       ExtendLife = false;
407       break;
408     }
409   }
410
411   if (ExtendLife && !ExtendedUses.empty())
412     // Extend the liveness of the extension result.
413     std::copy(ExtendedUses.begin(), ExtendedUses.end(),
414               std::back_inserter(Uses));
415
416   // Now replace all uses.
417   bool Changed = false;
418   if (!Uses.empty()) {
419     SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 4> PHIBBs;
420
421     // Look for PHI uses of the extended result, we don't want to extend the
422     // liveness of a PHI input. It breaks all kinds of assumptions down
423     // stream. A PHI use is expected to be the kill of its source values.
424     for (MachineInstr &UI : MRI->use_nodbg_instructions(DstReg))
425       if (UI.isPHI())
426         PHIBBs.insert(UI.getParent());
427
428     const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(SrcReg);
429     for (unsigned i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
430       MachineOperand *UseMO = Uses[i];
431       MachineInstr *UseMI = UseMO->getParent();
432       MachineBasicBlock *UseMBB = UseMI->getParent();
433       if (PHIBBs.count(UseMBB))
434         continue;
435
436       // About to add uses of DstReg, clear DstReg's kill flags.
437       if (!Changed) {
438         MRI->clearKillFlags(DstReg);
439         MRI->constrainRegClass(DstReg, DstRC);
440       }
441
442       unsigned NewVR = MRI->createVirtualRegister(RC);
443       MachineInstr *Copy = BuildMI(*UseMBB, UseMI, UseMI->getDebugLoc(),
444                                    TII->get(TargetOpcode::COPY), NewVR)
445         .addReg(DstReg, 0, SubIdx);
446       // SubIdx applies to both SrcReg and DstReg when UseSrcSubIdx is set.
447       if (UseSrcSubIdx) {
448         Copy->getOperand(0).setSubReg(SubIdx);
449         Copy->getOperand(0).setIsUndef();
450       }
451       UseMO->setReg(NewVR);
452       ++NumReuse;
453       Changed = true;
454     }
455   }
456
457   return Changed;
458 }
459
460 /// optimizeCmpInstr - If the instruction is a compare and the previous
461 /// instruction it's comparing against all ready sets (or could be modified to
462 /// set) the same flag as the compare, then we can remove the comparison and use
463 /// the flag from the previous instruction.
464 bool PeepholeOptimizer::optimizeCmpInstr(MachineInstr *MI,
465                                          MachineBasicBlock *MBB) {
466   // If this instruction is a comparison against zero and isn't comparing a
467   // physical register, we can try to optimize it.
468   unsigned SrcReg, SrcReg2;
469   int CmpMask, CmpValue;
470   if (!TII->analyzeCompare(MI, SrcReg, SrcReg2, CmpMask, CmpValue) ||
471       TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg) ||
472       (SrcReg2 != 0 && TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg2)))
473     return false;
474
475   // Attempt to optimize the comparison instruction.
476   if (TII->optimizeCompareInstr(MI, SrcReg, SrcReg2, CmpMask, CmpValue, MRI)) {
477     ++NumCmps;
478     return true;
479   }
480
481   return false;
482 }
483
484 /// Optimize a select instruction.
485 bool PeepholeOptimizer::optimizeSelect(MachineInstr *MI) {
486   unsigned TrueOp = 0;
487   unsigned FalseOp = 0;
488   bool Optimizable = false;
489   SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
490   if (TII->analyzeSelect(MI, Cond, TrueOp, FalseOp, Optimizable))
491     return false;
492   if (!Optimizable)
493     return false;
494   if (!TII->optimizeSelect(MI))
495     return false;
496   MI->eraseFromParent();
497   ++NumSelects;
498   return true;
499 }
500
501 /// \brief Check if the registers defined by the pair (RegisterClass, SubReg)
502 /// share the same register file.
503 static bool shareSameRegisterFile(const TargetRegisterInfo &TRI,
504                                   const TargetRegisterClass *DefRC,
505                                   unsigned DefSubReg,
506                                   const TargetRegisterClass *SrcRC,
507                                   unsigned SrcSubReg) {
508   // Same register class.
509   if (DefRC == SrcRC)
510     return true;
511
512   // Both operands are sub registers. Check if they share a register class.
513   unsigned SrcIdx, DefIdx;
514   if (SrcSubReg && DefSubReg)
515     return TRI.getCommonSuperRegClass(SrcRC, SrcSubReg, DefRC, DefSubReg,
516                                       SrcIdx, DefIdx) != nullptr;
517   // At most one of the register is a sub register, make it Src to avoid
518   // duplicating the test.
519   if (!SrcSubReg) {
520     std::swap(DefSubReg, SrcSubReg);
521     std::swap(DefRC, SrcRC);
522   }
523
524   // One of the register is a sub register, check if we can get a superclass.
525   if (SrcSubReg)
526     return TRI.getMatchingSuperRegClass(SrcRC, DefRC, SrcSubReg) != nullptr;
527   // Plain copy.
528   return TRI.getCommonSubClass(DefRC, SrcRC) != nullptr;
529 }
530
531 /// \brief Try to find the next source that share the same register file
532 /// for the value defined by \p Reg and \p SubReg.
533 /// When true is returned, \p Reg and \p SubReg are updated with the
534 /// register number and sub-register index of the new source.
535 /// \return False if no alternative sources are available. True otherwise.
536 bool PeepholeOptimizer::findNextSource(unsigned &Reg, unsigned &SubReg) {
537   // Do not try to find a new source for a physical register.
538   // So far we do not have any motivating example for doing that.
539   // Thus, instead of maintaining untested code, we will revisit that if
540   // that changes at some point.
541   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
542     return false;
543
544   const TargetRegisterClass *DefRC = MRI->getRegClass(Reg);
545   unsigned DefSubReg = SubReg;
546
547   unsigned Src;
548   unsigned SrcSubReg;
549   bool ShouldRewrite = false;
550
551   // Follow the chain of copies until we reach the top of the use-def chain
552   // or find a more suitable source.
553   ValueTracker ValTracker(Reg, DefSubReg, *MRI, !DisableAdvCopyOpt, TII);
554   do {
555     unsigned CopySrcReg, CopySrcSubReg;
556     if (!ValTracker.getNextSource(CopySrcReg, CopySrcSubReg))
557       break;
558     Src = CopySrcReg;
559     SrcSubReg = CopySrcSubReg;
560
561     // Do not extend the live-ranges of physical registers as they add
562     // constraints to the register allocator.
563     // Moreover, if we want to extend the live-range of a physical register,
564     // unlike SSA virtual register, we will have to check that they are not
565     // redefine before the related use.
566     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Src))
567       break;
568
569     const TargetRegisterClass *SrcRC = MRI->getRegClass(Src);
570
571     // If this source does not incur a cross register bank copy, use it.
572     ShouldRewrite = shareSameRegisterFile(*TRI, DefRC, DefSubReg, SrcRC,
573                                           SrcSubReg);
574   } while (!ShouldRewrite);
575
576   // If we did not find a more suitable source, there is nothing to optimize.
577   if (!ShouldRewrite || Src == Reg)
578     return false;
579
580   Reg = Src;
581   SubReg = SrcSubReg;
582   return true;
583 }
584
585 namespace {
586 /// \brief Helper class to rewrite the arguments of a copy-like instruction.
587 class CopyRewriter {
588 protected:
589   /// The copy-like instruction.
590   MachineInstr &CopyLike;
591   /// The index of the source being rewritten.
592   unsigned CurrentSrcIdx;
593
594 public:
595   CopyRewriter(MachineInstr &MI) : CopyLike(MI), CurrentSrcIdx(0) {}
596
597   virtual ~CopyRewriter() {}
598
599   /// \brief Get the next rewritable source (SrcReg, SrcSubReg) and
600   /// the related value that it affects (TrackReg, TrackSubReg).
601   /// A source is considered rewritable if its register class and the
602   /// register class of the related TrackReg may not be register
603   /// coalescer friendly. In other words, given a copy-like instruction
604   /// not all the arguments may be returned at rewritable source, since
605   /// some arguments are none to be register coalescer friendly.
606   ///
607   /// Each call of this method moves the current source to the next
608   /// rewritable source.
609   /// For instance, let CopyLike be the instruction to rewrite.
610   /// CopyLike has one definition and one source:
611   /// dst.dstSubIdx = CopyLike src.srcSubIdx.
612   ///
613   /// The first call will give the first rewritable source, i.e.,
614   /// the only source this instruction has:
615   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (src, srcSubIdx).
616   /// This source defines the whole definition, i.e.,
617   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, dstSubIdx).
618   ///
619   /// The second and subsequent calls will return false, has there is only one
620   /// rewritable source.
621   ///
622   /// \return True if a rewritable source has been found, false otherwise.
623   /// The output arguments are valid if and only if true is returned.
624   virtual bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
625                                        unsigned &TrackReg,
626                                        unsigned &TrackSubReg) {
627     // If CurrentSrcIdx == 1, this means this function has already been
628     // called once. CopyLike has one defintiion and one argument, thus,
629     // there is nothing else to rewrite.
630     if (!CopyLike.isCopy() || CurrentSrcIdx == 1)
631       return false;
632     // This is the first call to getNextRewritableSource.
633     // Move the CurrentSrcIdx to remember that we made that call.
634     CurrentSrcIdx = 1;
635     // The rewritable source is the argument.
636     const MachineOperand &MOSrc = CopyLike.getOperand(1);
637     SrcReg = MOSrc.getReg();
638     SrcSubReg = MOSrc.getSubReg();
639     // What we track are the alternative sources of the definition.
640     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
641     TrackReg = MODef.getReg();
642     TrackSubReg = MODef.getSubReg();
643     return true;
644   }
645
646   /// \brief Rewrite the current source with \p NewReg and \p NewSubReg
647   /// if possible.
648   /// \return True if the rewritting was possible, false otherwise.
649   virtual bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) {
650     if (!CopyLike.isCopy() || CurrentSrcIdx != 1)
651       return false;
652     MachineOperand &MOSrc = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
653     MOSrc.setReg(NewReg);
654     MOSrc.setSubReg(NewSubReg);
655     return true;
656   }
657 };
658
659 /// \brief Specialized rewriter for INSERT_SUBREG instruction.
660 class InsertSubregRewriter : public CopyRewriter {
661 public:
662   InsertSubregRewriter(MachineInstr &MI) : CopyRewriter(MI) {
663     assert(MI.isInsertSubreg() && "Invalid instruction");
664   }
665
666   /// \brief See CopyRewriter::getNextRewritableSource.
667   /// Here CopyLike has the following form:
668   /// dst = INSERT_SUBREG Src1, Src2.src2SubIdx, subIdx.
669   /// Src1 has the same register class has dst, hence, there is
670   /// nothing to rewrite.
671   /// Src2.src2SubIdx, may not be register coalescer friendly.
672   /// Therefore, the first call to this method returns:
673   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src2, src2SubIdx).
674   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, subIdx).
675   ///
676   /// Subsequence calls will return false.
677   bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
678                                unsigned &TrackReg,
679                                unsigned &TrackSubReg) override {
680     // If we already get the only source we can rewrite, return false.
681     if (CurrentSrcIdx == 2)
682       return false;
683     // We are looking at v2 = INSERT_SUBREG v0, v1, sub0.
684     CurrentSrcIdx = 2;
685     const MachineOperand &MOInsertedReg = CopyLike.getOperand(2);
686     SrcReg = MOInsertedReg.getReg();
687     SrcSubReg = MOInsertedReg.getSubReg();
688     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
689
690     // We want to track something that is compatible with the
691     // partial definition.
692     TrackReg = MODef.getReg();
693     if (MODef.getSubReg())
694       // Bails if we have to compose sub-register indices.
695       return false;
696     TrackSubReg = (unsigned)CopyLike.getOperand(3).getImm();
697     return true;
698   }
699   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
700     if (CurrentSrcIdx != 2)
701       return false;
702     // We are rewriting the inserted reg.
703     MachineOperand &MO = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
704     MO.setReg(NewReg);
705     MO.setSubReg(NewSubReg);
706     return true;
707   }
708 };
709
710 /// \brief Specialized rewriter for EXTRACT_SUBREG instruction.
711 class ExtractSubregRewriter : public CopyRewriter {
712   const TargetInstrInfo &TII;
713
714 public:
715   ExtractSubregRewriter(MachineInstr &MI, const TargetInstrInfo &TII)
716       : CopyRewriter(MI), TII(TII) {
717     assert(MI.isExtractSubreg() && "Invalid instruction");
718   }
719
720   /// \brief See CopyRewriter::getNextRewritableSource.
721   /// Here CopyLike has the following form:
722   /// dst.dstSubIdx = EXTRACT_SUBREG Src, subIdx.
723   /// There is only one rewritable source: Src.subIdx,
724   /// which defines dst.dstSubIdx.
725   bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
726                                unsigned &TrackReg,
727                                unsigned &TrackSubReg) override {
728     // If we already get the only source we can rewrite, return false.
729     if (CurrentSrcIdx == 1)
730       return false;
731     // We are looking at v1 = EXTRACT_SUBREG v0, sub0.
732     CurrentSrcIdx = 1;
733     const MachineOperand &MOExtractedReg = CopyLike.getOperand(1);
734     SrcReg = MOExtractedReg.getReg();
735     // If we have to compose sub-register indices, bails out.
736     if (MOExtractedReg.getSubReg())
737       return false;
738
739     SrcSubReg = CopyLike.getOperand(2).getImm();
740
741     // We want to track something that is compatible with the definition.
742     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
743     TrackReg = MODef.getReg();
744     TrackSubReg = MODef.getSubReg();
745     return true;
746   }
747
748   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
749     // The only source we can rewrite is the input register.
750     if (CurrentSrcIdx != 1)
751       return false;
752
753     CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx).setReg(NewReg);
754
755     // If we find a source that does not require to extract something,
756     // rewrite the operation with a copy.
757     if (!NewSubReg) {
758       // Move the current index to an invalid position.
759       // We do not want another call to this method to be able
760       // to do any change.
761       CurrentSrcIdx = -1;
762       // Rewrite the operation as a COPY.
763       // Get rid of the sub-register index.
764       CopyLike.RemoveOperand(2);
765       // Morph the operation into a COPY.
766       CopyLike.setDesc(TII.get(TargetOpcode::COPY));
767       return true;
768     }
769     CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx + 1).setImm(NewSubReg);
770     return true;
771   }
772 };
773
774 /// \brief Specialized rewriter for REG_SEQUENCE instruction.
775 class RegSequenceRewriter : public CopyRewriter {
776 public:
777   RegSequenceRewriter(MachineInstr &MI) : CopyRewriter(MI) {
778     assert(MI.isRegSequence() && "Invalid instruction");
779   }
780
781   /// \brief See CopyRewriter::getNextRewritableSource.
782   /// Here CopyLike has the following form:
783   /// dst = REG_SEQUENCE Src1.src1SubIdx, subIdx1, Src2.src2SubIdx, subIdx2.
784   /// Each call will return a different source, walking all the available
785   /// source.
786   ///
787   /// The first call returns:
788   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src1, src1SubIdx).
789   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, subIdx1).
790   ///
791   /// The second call returns:
792   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src2, src2SubIdx).
793   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, subIdx2).
794   ///
795   /// And so on, until all the sources have been traversed, then
796   /// it returns false.
797   bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
798                                unsigned &TrackReg,
799                                unsigned &TrackSubReg) override {
800     // We are looking at v0 = REG_SEQUENCE v1, sub1, v2, sub2, etc.
801
802     // If this is the first call, move to the first argument.
803     if (CurrentSrcIdx == 0) {
804       CurrentSrcIdx = 1;
805     } else {
806       // Otherwise, move to the next argument and check that it is valid.
807       CurrentSrcIdx += 2;
808       if (CurrentSrcIdx >= CopyLike.getNumOperands())
809         return false;
810     }
811     const MachineOperand &MOInsertedReg = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
812     SrcReg = MOInsertedReg.getReg();
813     // If we have to compose sub-register indices, bails out.
814     if ((SrcSubReg = MOInsertedReg.getSubReg()))
815       return false;
816
817     // We want to track something that is compatible with the related
818     // partial definition.
819     TrackSubReg = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx + 1).getImm();
820
821     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
822     TrackReg = MODef.getReg();
823     // If we have to compose sub-registers, bails.
824     return MODef.getSubReg() == 0;
825   }
826
827   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
828     // We cannot rewrite out of bound operands.
829     // Moreover, rewritable sources are at odd positions.
830     if ((CurrentSrcIdx & 1) != 1 || CurrentSrcIdx > CopyLike.getNumOperands())
831       return false;
832
833     MachineOperand &MO = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
834     MO.setReg(NewReg);
835     MO.setSubReg(NewSubReg);
836     return true;
837   }
838 };
839 } // End namespace.
840
841 /// \brief Get the appropriated CopyRewriter for \p MI.
842 /// \return A pointer to a dynamically allocated CopyRewriter or nullptr
843 /// if no rewriter works for \p MI.
844 static CopyRewriter *getCopyRewriter(MachineInstr &MI,
845                                      const TargetInstrInfo &TII) {
846   switch (MI.getOpcode()) {
847   default:
848     return nullptr;
849   case TargetOpcode::COPY:
850     return new CopyRewriter(MI);
851   case TargetOpcode::INSERT_SUBREG:
852     return new InsertSubregRewriter(MI);
853   case TargetOpcode::EXTRACT_SUBREG:
854     return new ExtractSubregRewriter(MI, TII);
855   case TargetOpcode::REG_SEQUENCE:
856     return new RegSequenceRewriter(MI);
857   }
858   llvm_unreachable(nullptr);
859 }
860
861 /// \brief Optimize generic copy instructions to avoid cross
862 /// register bank copy. The optimization looks through a chain of
863 /// copies and tries to find a source that has a compatible register
864 /// class.
865 /// Two register classes are considered to be compatible if they share
866 /// the same register bank.
867 /// New copies issued by this optimization are register allocator
868 /// friendly. This optimization does not remove any copy as it may
869 /// overconstraint the register allocator, but replaces some operands
870 /// when possible.
871 /// \pre isCoalescableCopy(*MI) is true.
872 /// \return True, when \p MI has been rewritten. False otherwise.
873 bool PeepholeOptimizer::optimizeCoalescableCopy(MachineInstr *MI) {
874   assert(MI && isCoalescableCopy(*MI) && "Invalid argument");
875   assert(MI->getDesc().getNumDefs() == 1 &&
876          "Coalescer can understand multiple defs?!");
877   const MachineOperand &MODef = MI->getOperand(0);
878   // Do not rewrite physical definitions.
879   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MODef.getReg()))
880     return false;
881
882   bool Changed = false;
883   // Get the right rewriter for the current copy.
884   std::unique_ptr<CopyRewriter> CpyRewriter(getCopyRewriter(*MI, *TII));
885   // If none exists, bails out.
886   if (!CpyRewriter)
887     return false;
888   // Rewrite each rewritable source.
889   unsigned SrcReg, SrcSubReg, TrackReg, TrackSubReg;
890   while (CpyRewriter->getNextRewritableSource(SrcReg, SrcSubReg, TrackReg,
891                                               TrackSubReg)) {
892     unsigned NewSrc = TrackReg;
893     unsigned NewSubReg = TrackSubReg;
894     // Try to find a more suitable source.
895     // If we failed to do so, or get the actual source,
896     // move to the next source.
897     if (!findNextSource(NewSrc, NewSubReg) || SrcReg == NewSrc)
898       continue;
899     // Rewrite source.
900     if (CpyRewriter->RewriteCurrentSource(NewSrc, NewSubReg)) {
901       // We may have extended the live-range of NewSrc, account for that.
902       MRI->clearKillFlags(NewSrc);
903       Changed = true;
904     }
905   }
906   // TODO: We could have a clean-up method to tidy the instruction.
907   // E.g., v0 = INSERT_SUBREG v1, v1.sub0, sub0
908   // => v0 = COPY v1
909   // Currently we haven't seen motivating example for that and we
910   // want to avoid untested code.
911   NumRewrittenCopies += Changed == true;
912   return Changed;
913 }
914
915 /// \brief Optimize copy-like instructions to create
916 /// register coalescer friendly instruction.
917 /// The optimization tries to kill-off the \p MI by looking
918 /// through a chain of copies to find a source that has a compatible
919 /// register class.
920 /// If such a source is found, it replace \p MI by a generic COPY
921 /// operation.
922 /// \pre isUncoalescableCopy(*MI) is true.
923 /// \return True, when \p MI has been optimized. In that case, \p MI has
924 /// been removed from its parent.
925 /// All COPY instructions created, are inserted in \p LocalMIs.
926 bool PeepholeOptimizer::optimizeUncoalescableCopy(
927     MachineInstr *MI, SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs) {
928   assert(MI && isUncoalescableCopy(*MI) && "Invalid argument");
929
930   // Check if we can rewrite all the values defined by this instruction.
931   SmallVector<
932       std::pair<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, TargetInstrInfo::RegSubRegPair>,
933       4> RewritePairs;
934   for (const MachineOperand &MODef : MI->defs()) {
935     if (MODef.isDead())
936       // We can ignore those.
937       continue;
938
939     // If a physical register is here, this is probably for a good reason.
940     // Do not rewrite that.
941     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MODef.getReg()))
942       return false;
943
944     // If we do not know how to rewrite this definition, there is no point
945     // in trying to kill this instruction.
946     TargetInstrInfo::RegSubRegPair Def(MODef.getReg(), MODef.getSubReg());
947     TargetInstrInfo::RegSubRegPair Src = Def;
948     if (!findNextSource(Src.Reg, Src.SubReg))
949       return false;
950     RewritePairs.push_back(std::make_pair(Def, Src));
951   }
952   // The change is possible for all defs, do it.
953   for (const auto &PairDefSrc : RewritePairs) {
954     const auto &Def = PairDefSrc.first;
955     const auto &Src = PairDefSrc.second;
956     // Rewrite the "copy" in a way the register coalescer understands.
957     assert(!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Def.Reg) &&
958            "We do not rewrite physical registers");
959     const TargetRegisterClass *DefRC = MRI->getRegClass(Def.Reg);
960     unsigned NewVR = MRI->createVirtualRegister(DefRC);
961     MachineInstr *NewCopy = BuildMI(*MI->getParent(), MI, MI->getDebugLoc(),
962                                     TII->get(TargetOpcode::COPY),
963                                     NewVR).addReg(Src.Reg, 0, Src.SubReg);
964     NewCopy->getOperand(0).setSubReg(Def.SubReg);
965     if (Def.SubReg)
966       NewCopy->getOperand(0).setIsUndef();
967     LocalMIs.insert(NewCopy);
968     MRI->replaceRegWith(Def.Reg, NewVR);
969     MRI->clearKillFlags(NewVR);
970     // We extended the lifetime of Src.
971     // Clear the kill flags to account for that.
972     MRI->clearKillFlags(Src.Reg);
973   }
974   // MI is now dead.
975   MI->eraseFromParent();
976   ++NumUncoalescableCopies;
977   return true;
978 }
979
980 /// isLoadFoldable - Check whether MI is a candidate for folding into a later
981 /// instruction. We only fold loads to virtual registers and the virtual
982 /// register defined has a single use.
983 bool PeepholeOptimizer::isLoadFoldable(
984                               MachineInstr *MI,
985                               SmallSet<unsigned, 16> &FoldAsLoadDefCandidates) {
986   if (!MI->canFoldAsLoad() || !MI->mayLoad())
987     return false;
988   const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
989   if (MCID.getNumDefs() != 1)
990     return false;
991
992   unsigned Reg = MI->getOperand(0).getReg();
993   // To reduce compilation time, we check MRI->hasOneNonDBGUse when inserting
994   // loads. It should be checked when processing uses of the load, since
995   // uses can be removed during peephole.
996   if (!MI->getOperand(0).getSubReg() &&
997       TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) &&
998       MRI->hasOneNonDBGUse(Reg)) {
999     FoldAsLoadDefCandidates.insert(Reg);
1000     return true;
1001   }
1002   return false;
1003 }
1004
1005 bool PeepholeOptimizer::isMoveImmediate(MachineInstr *MI,
1006                                         SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
1007                                  DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs) {
1008   const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
1009   if (!MI->isMoveImmediate())
1010     return false;
1011   if (MCID.getNumDefs() != 1)
1012     return false;
1013   unsigned Reg = MI->getOperand(0).getReg();
1014   if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg)) {
1015     ImmDefMIs.insert(std::make_pair(Reg, MI));
1016     ImmDefRegs.insert(Reg);
1017     return true;
1018   }
1019
1020   return false;
1021 }
1022
1023 /// foldImmediate - Try folding register operands that are defined by move
1024 /// immediate instructions, i.e. a trivial constant folding optimization, if
1025 /// and only if the def and use are in the same BB.
1026 bool PeepholeOptimizer::foldImmediate(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
1027                                       SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
1028                                  DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs) {
1029   for (unsigned i = 0, e = MI->getDesc().getNumOperands(); i != e; ++i) {
1030     MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
1031     if (!MO.isReg() || MO.isDef())
1032       continue;
1033     unsigned Reg = MO.getReg();
1034     if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
1035       continue;
1036     if (ImmDefRegs.count(Reg) == 0)
1037       continue;
1038     DenseMap<unsigned, MachineInstr*>::iterator II = ImmDefMIs.find(Reg);
1039     assert(II != ImmDefMIs.end());
1040     if (TII->FoldImmediate(MI, II->second, Reg, MRI)) {
1041       ++NumImmFold;
1042       return true;
1043     }
1044   }
1045   return false;
1046 }
1047
1048 bool PeepholeOptimizer::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
1049   if (skipOptnoneFunction(*mf.getFunction()))
1050     return false;
1051
1052   DEBUG(dbgs() << "********** PEEPHOLE OPTIMIZER **********\n");
1053   DEBUG(dbgs() << "********** Function: " << mf.getName() << '\n');
1054
1055   if (DisablePeephole)
1056     return false;
1057
1058   MF = &mf;
1059   TII = MF->getSubtarget().getInstrInfo();
1060   TRI = MF->getSubtarget().getRegisterInfo();
1061   MRI = &MF->getRegInfo();
1062   DT  = Aggressive ? &getAnalysis<MachineDominatorTree>() : nullptr;
1063
1064   bool Changed = false;
1065
1066   for (MachineFunction::iterator I = MF->begin(), E = MF->end(); I != E; ++I) {
1067     MachineBasicBlock *MBB = &*I;
1068
1069     bool SeenMoveImm = false;
1070     SmallPtrSet<MachineInstr*, 16> LocalMIs;
1071     SmallSet<unsigned, 4> ImmDefRegs;
1072     DenseMap<unsigned, MachineInstr*> ImmDefMIs;
1073     SmallSet<unsigned, 16> FoldAsLoadDefCandidates;
1074
1075     for (MachineBasicBlock::iterator
1076            MII = I->begin(), MIE = I->end(); MII != MIE; ) {
1077       MachineInstr *MI = &*MII;
1078       // We may be erasing MI below, increment MII now.
1079       ++MII;
1080       LocalMIs.insert(MI);
1081
1082       // Skip debug values. They should not affect this peephole optimization.
1083       if (MI->isDebugValue())
1084           continue;
1085
1086       // If there exists an instruction which belongs to the following
1087       // categories, we will discard the load candidates.
1088       if (MI->isPosition() || MI->isPHI() || MI->isImplicitDef() ||
1089           MI->isKill() || MI->isInlineAsm() ||
1090           MI->hasUnmodeledSideEffects()) {
1091         FoldAsLoadDefCandidates.clear();
1092         continue;
1093       }
1094       if (MI->mayStore() || MI->isCall())
1095         FoldAsLoadDefCandidates.clear();
1096
1097       if ((isUncoalescableCopy(*MI) &&
1098            optimizeUncoalescableCopy(MI, LocalMIs)) ||
1099           (MI->isCompare() && optimizeCmpInstr(MI, MBB)) ||
1100           (MI->isSelect() && optimizeSelect(MI))) {
1101         // MI is deleted.
1102         LocalMIs.erase(MI);
1103         Changed = true;
1104         continue;
1105       }
1106
1107       if (isCoalescableCopy(*MI) && optimizeCoalescableCopy(MI)) {
1108         // MI is just rewritten.
1109         Changed = true;
1110         continue;
1111       }
1112
1113       if (isMoveImmediate(MI, ImmDefRegs, ImmDefMIs)) {
1114         SeenMoveImm = true;
1115       } else {
1116         Changed |= optimizeExtInstr(MI, MBB, LocalMIs);
1117         // optimizeExtInstr might have created new instructions after MI
1118         // and before the already incremented MII. Adjust MII so that the
1119         // next iteration sees the new instructions.
1120         MII = MI;
1121         ++MII;
1122         if (SeenMoveImm)
1123           Changed |= foldImmediate(MI, MBB, ImmDefRegs, ImmDefMIs);
1124       }
1125
1126       // Check whether MI is a load candidate for folding into a later
1127       // instruction. If MI is not a candidate, check whether we can fold an
1128       // earlier load into MI.
1129       if (!isLoadFoldable(MI, FoldAsLoadDefCandidates) &&
1130           !FoldAsLoadDefCandidates.empty()) {
1131         const MCInstrDesc &MIDesc = MI->getDesc();
1132         for (unsigned i = MIDesc.getNumDefs(); i != MIDesc.getNumOperands();
1133              ++i) {
1134           const MachineOperand &MOp = MI->getOperand(i);
1135           if (!MOp.isReg())
1136             continue;
1137           unsigned FoldAsLoadDefReg = MOp.getReg();
1138           if (FoldAsLoadDefCandidates.count(FoldAsLoadDefReg)) {
1139             // We need to fold load after optimizeCmpInstr, since
1140             // optimizeCmpInstr can enable folding by converting SUB to CMP.
1141             // Save FoldAsLoadDefReg because optimizeLoadInstr() resets it and
1142             // we need it for markUsesInDebugValueAsUndef().
1143             unsigned FoldedReg = FoldAsLoadDefReg;
1144             MachineInstr *DefMI = nullptr;
1145             MachineInstr *FoldMI = TII->optimizeLoadInstr(MI, MRI,
1146                                                           FoldAsLoadDefReg,
1147                                                           DefMI);
1148             if (FoldMI) {
1149               // Update LocalMIs since we replaced MI with FoldMI and deleted
1150               // DefMI.
1151               DEBUG(dbgs() << "Replacing: " << *MI);
1152               DEBUG(dbgs() << "     With: " << *FoldMI);
1153               LocalMIs.erase(MI);
1154               LocalMIs.erase(DefMI);
1155               LocalMIs.insert(FoldMI);
1156               MI->eraseFromParent();
1157               DefMI->eraseFromParent();
1158               MRI->markUsesInDebugValueAsUndef(FoldedReg);
1159               FoldAsLoadDefCandidates.erase(FoldedReg);
1160               ++NumLoadFold;
1161               // MI is replaced with FoldMI.
1162               Changed = true;
1163               break;
1164             }
1165           }
1166         }
1167       }
1168     }
1169   }
1170
1171   return Changed;
1172 }
1173
1174 bool ValueTracker::getNextSourceFromCopy(unsigned &SrcReg,
1175                                          unsigned &SrcSubReg) {
1176   assert(Def->isCopy() && "Invalid definition");
1177   // Copy instruction are supposed to be: Def = Src.
1178   // If someone breaks this assumption, bad things will happen everywhere.
1179   assert(Def->getNumOperands() == 2 && "Invalid number of operands");
1180
1181   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg() != DefSubReg)
1182     // If we look for a different subreg, it means we want a subreg of src.
1183     // Bails as we do not support composing subreg yet.
1184     return false;
1185   // Otherwise, we want the whole source.
1186   const MachineOperand &Src = Def->getOperand(1);
1187   SrcReg = Src.getReg();
1188   SrcSubReg = Src.getSubReg();
1189   return true;
1190 }
1191
1192 bool ValueTracker::getNextSourceFromBitcast(unsigned &SrcReg,
1193                                             unsigned &SrcSubReg) {
1194   assert(Def->isBitcast() && "Invalid definition");
1195
1196   // Bail if there are effects that a plain copy will not expose.
1197   if (Def->hasUnmodeledSideEffects())
1198     return false;
1199
1200   // Bitcasts with more than one def are not supported.
1201   if (Def->getDesc().getNumDefs() != 1)
1202     return false;
1203   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg() != DefSubReg)
1204     // If we look for a different subreg, it means we want a subreg of the src.
1205     // Bails as we do not support composing subreg yet.
1206     return false;
1207
1208   unsigned SrcIdx = Def->getNumOperands();
1209   for (unsigned OpIdx = DefIdx + 1, EndOpIdx = SrcIdx; OpIdx != EndOpIdx;
1210        ++OpIdx) {
1211     const MachineOperand &MO = Def->getOperand(OpIdx);
1212     if (!MO.isReg() || !MO.getReg())
1213       continue;
1214     assert(!MO.isDef() && "We should have skipped all the definitions by now");
1215     if (SrcIdx != EndOpIdx)
1216       // Multiple sources?
1217       return false;
1218     SrcIdx = OpIdx;
1219   }
1220   const MachineOperand &Src = Def->getOperand(SrcIdx);
1221   SrcReg = Src.getReg();
1222   SrcSubReg = Src.getSubReg();
1223   return true;
1224 }
1225
1226 bool ValueTracker::getNextSourceFromRegSequence(unsigned &SrcReg,
1227                                                 unsigned &SrcSubReg) {
1228   assert((Def->isRegSequence() || Def->isRegSequenceLike()) &&
1229          "Invalid definition");
1230
1231   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg())
1232     // If we are composing subreg, bails out.
1233     // The case we are checking is Def.<subreg> = REG_SEQUENCE.
1234     // This should almost never happen as the SSA property is tracked at
1235     // the register level (as opposed to the subreg level).
1236     // I.e.,
1237     // Def.sub0 =
1238     // Def.sub1 =
1239     // is a valid SSA representation for Def.sub0 and Def.sub1, but not for
1240     // Def. Thus, it must not be generated.
1241     // However, some code could theoretically generates a single
1242     // Def.sub0 (i.e, not defining the other subregs) and we would
1243     // have this case.
1244     // If we can ascertain (or force) that this never happens, we could
1245     // turn that into an assertion.
1246     return false;
1247
1248   if (!TII)
1249     // We could handle the REG_SEQUENCE here, but we do not want to
1250     // duplicate the code from the generic TII.
1251     return false;
1252
1253   SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPairAndIdx, 8> RegSeqInputRegs;
1254   if (!TII->getRegSequenceInputs(*Def, DefIdx, RegSeqInputRegs))
1255     return false;
1256
1257   // We are looking at:
1258   // Def = REG_SEQUENCE v0, sub0, v1, sub1, ...
1259   // Check if one of the operand defines the subreg we are interested in.
1260   for (auto &RegSeqInput : RegSeqInputRegs) {
1261     if (RegSeqInput.SubIdx == DefSubReg) {
1262       if (RegSeqInput.SubReg)
1263         // Bails if we have to compose sub registers.
1264         return false;
1265
1266       SrcReg = RegSeqInput.Reg;
1267       SrcSubReg = RegSeqInput.SubReg;
1268       return true;
1269     }
1270   }
1271
1272   // If the subreg we are tracking is super-defined by another subreg,
1273   // we could follow this value. However, this would require to compose
1274   // the subreg and we do not do that for now.
1275   return false;
1276 }
1277
1278 bool ValueTracker::getNextSourceFromInsertSubreg(unsigned &SrcReg,
1279                                                  unsigned &SrcSubReg) {
1280   assert((Def->isInsertSubreg() || Def->isInsertSubregLike()) &&
1281          "Invalid definition");
1282
1283   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg())
1284     // If we are composing subreg, bails out.
1285     // Same remark as getNextSourceFromRegSequence.
1286     // I.e., this may be turned into an assert.
1287     return false;
1288
1289   if (!TII)
1290     // We could handle the REG_SEQUENCE here, but we do not want to
1291     // duplicate the code from the generic TII.
1292     return false;
1293
1294   TargetInstrInfo::RegSubRegPair BaseReg;
1295   TargetInstrInfo::RegSubRegPairAndIdx InsertedReg;
1296   if (!TII->getInsertSubregInputs(*Def, DefIdx, BaseReg, InsertedReg))
1297     return false;
1298
1299   // We are looking at:
1300   // Def = INSERT_SUBREG v0, v1, sub1
1301   // There are two cases:
1302   // 1. DefSubReg == sub1, get v1.
1303   // 2. DefSubReg != sub1, the value may be available through v0.
1304
1305   // #1 Check if the inserted register matches the required sub index.
1306   if (InsertedReg.SubIdx == DefSubReg) {
1307     SrcReg = InsertedReg.Reg;
1308     SrcSubReg = InsertedReg.SubReg;
1309     return true;
1310   }
1311   // #2 Otherwise, if the sub register we are looking for is not partial
1312   // defined by the inserted element, we can look through the main
1313   // register (v0).
1314   const MachineOperand &MODef = Def->getOperand(DefIdx);
1315   // If the result register (Def) and the base register (v0) do not
1316   // have the same register class or if we have to compose
1317   // subregisters, bails out.
1318   if (MRI.getRegClass(MODef.getReg()) != MRI.getRegClass(BaseReg.Reg) ||
1319       BaseReg.SubReg)
1320     return false;
1321
1322   // Get the TRI and check if the inserted sub-register overlaps with the
1323   // sub-register we are tracking.
1324   const TargetRegisterInfo *TRI = MRI.getTargetRegisterInfo();
1325   if (!TRI ||
1326       (TRI->getSubRegIndexLaneMask(DefSubReg) &
1327        TRI->getSubRegIndexLaneMask(InsertedReg.SubIdx)) != 0)
1328     return false;
1329   // At this point, the value is available in v0 via the same subreg
1330   // we used for Def.
1331   SrcReg = BaseReg.Reg;
1332   SrcSubReg = DefSubReg;
1333   return true;
1334 }
1335
1336 bool ValueTracker::getNextSourceFromExtractSubreg(unsigned &SrcReg,
1337                                                   unsigned &SrcSubReg) {
1338   assert((Def->isExtractSubreg() ||
1339           Def->isExtractSubregLike()) && "Invalid definition");
1340   // We are looking at:
1341   // Def = EXTRACT_SUBREG v0, sub0
1342
1343   // Bails if we have to compose sub registers.
1344   // Indeed, if DefSubReg != 0, we would have to compose it with sub0.
1345   if (DefSubReg)
1346     return false;
1347
1348   if (!TII)
1349     // We could handle the EXTRACT_SUBREG here, but we do not want to
1350     // duplicate the code from the generic TII.
1351     return false;
1352
1353   TargetInstrInfo::RegSubRegPairAndIdx ExtractSubregInputReg;
1354   if (!TII->getExtractSubregInputs(*Def, DefIdx, ExtractSubregInputReg))
1355     return false;
1356
1357   // Bails if we have to compose sub registers.
1358   // Likewise, if v0.subreg != 0, we would have to compose v0.subreg with sub0.
1359   if (ExtractSubregInputReg.SubReg)
1360     return false;
1361   // Otherwise, the value is available in the v0.sub0.
1362   SrcReg = ExtractSubregInputReg.Reg;
1363   SrcSubReg = ExtractSubregInputReg.SubIdx;
1364   return true;
1365 }
1366
1367 bool ValueTracker::getNextSourceFromSubregToReg(unsigned &SrcReg,
1368                                                 unsigned &SrcSubReg) {
1369   assert(Def->isSubregToReg() && "Invalid definition");
1370   // We are looking at:
1371   // Def = SUBREG_TO_REG Imm, v0, sub0
1372
1373   // Bails if we have to compose sub registers.
1374   // If DefSubReg != sub0, we would have to check that all the bits
1375   // we track are included in sub0 and if yes, we would have to
1376   // determine the right subreg in v0.
1377   if (DefSubReg != Def->getOperand(3).getImm())
1378     return false;
1379   // Bails if we have to compose sub registers.
1380   // Likewise, if v0.subreg != 0, we would have to compose it with sub0.
1381   if (Def->getOperand(2).getSubReg())
1382     return false;
1383
1384   SrcReg = Def->getOperand(2).getReg();
1385   SrcSubReg = Def->getOperand(3).getImm();
1386   return true;
1387 }
1388
1389 bool ValueTracker::getNextSourceImpl(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg) {
1390   assert(Def && "This method needs a valid definition");
1391
1392   assert(
1393       (DefIdx < Def->getDesc().getNumDefs() || Def->getDesc().isVariadic()) &&
1394       Def->getOperand(DefIdx).isDef() && "Invalid DefIdx");
1395   if (Def->isCopy())
1396     return getNextSourceFromCopy(SrcReg, SrcSubReg);
1397   if (Def->isBitcast())
1398     return getNextSourceFromBitcast(SrcReg, SrcSubReg);
1399   // All the remaining cases involve "complex" instructions.
1400   // Bails if we did not ask for the advanced tracking.
1401   if (!UseAdvancedTracking)
1402     return false;
1403   if (Def->isRegSequence() || Def->isRegSequenceLike())
1404     return getNextSourceFromRegSequence(SrcReg, SrcSubReg);
1405   if (Def->isInsertSubreg() || Def->isInsertSubregLike())
1406     return getNextSourceFromInsertSubreg(SrcReg, SrcSubReg);
1407   if (Def->isExtractSubreg() || Def->isExtractSubregLike())
1408     return getNextSourceFromExtractSubreg(SrcReg, SrcSubReg);
1409   if (Def->isSubregToReg())
1410     return getNextSourceFromSubregToReg(SrcReg, SrcSubReg);
1411   return false;
1412 }
1413
1414 const MachineInstr *ValueTracker::getNextSource(unsigned &SrcReg,
1415                                                 unsigned &SrcSubReg) {
1416   // If we reach a point where we cannot move up in the use-def chain,
1417   // there is nothing we can get.
1418   if (!Def)
1419     return nullptr;
1420
1421   const MachineInstr *PrevDef = nullptr;
1422   // Try to find the next source.
1423   if (getNextSourceImpl(SrcReg, SrcSubReg)) {
1424     // Update definition, definition index, and subregister for the
1425     // next call of getNextSource.
1426     // Update the current register.
1427     Reg = SrcReg;
1428     // Update the return value before moving up in the use-def chain.
1429     PrevDef = Def;
1430     // If we can still move up in the use-def chain, move to the next
1431     // defintion.
1432     if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) {
1433       Def = MRI.getVRegDef(Reg);
1434       DefIdx = MRI.def_begin(Reg).getOperandNo();
1435       DefSubReg = SrcSubReg;
1436       return PrevDef;
1437     }
1438   }
1439   // If we end up here, this means we will not be able to find another source
1440   // for the next iteration.
1441   // Make sure any new call to getNextSource bails out early by cutting the
1442   // use-def chain.
1443   Def = nullptr;
1444   return PrevDef;
1445 }