lib/CodeGen/TailDuplication.cpp

   1 //===-- TailDuplication.cpp - Duplicate blocks into predecessors' tails ---===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This pass duplicates basic blocks ending in unconditional branches into
  11 // the tails of their predecessors.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #define DEBUG_TYPE "tailduplication"
  16 #include "llvm/Function.h"
  17 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  18 #include "llvm/CodeGen/MachineModuleInfo.h"
  19 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
  20 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  21 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  22 #include "llvm/Support/Debug.h"
  23 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  24 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
  25 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
  26 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  27 using namespace llvm;
  28
  29 STATISTIC(NumTailDups  , "Number of tail duplicated blocks");
  30 STATISTIC(NumInstrDups , "Additional instructions due to tail duplication");
  31 STATISTIC(NumDeadBlocks, "Number of dead blocks removed");
  32
  33 // Heuristic for tail duplication.
  34 static cl::opt<unsigned>
  35 TailDuplicateSize("tail-dup-size",
  36                   cl::desc("Maximum instructions to consider tail duplicating"),
  37                   cl::init(2), cl::Hidden);
  38
  39 namespace {
  40   /// TailDuplicatePass - Perform tail duplication.
  41   class TailDuplicatePass : public MachineFunctionPass {
  42     const TargetInstrInfo *TII;
  43     MachineModuleInfo *MMI;
  44
  45   public:
  46     static char ID;
  47     explicit TailDuplicatePass() : MachineFunctionPass(&ID) {}
  48
  49     virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
  50     virtual const char *getPassName() const { return "Tail Duplication"; }
  51
  52   private:
  53     bool TailDuplicateBlocks(MachineFunction &MF);
  54     bool TailDuplicate(MachineBasicBlock *TailBB, MachineFunction &MF);
  55     void RemoveDeadBlock(MachineBasicBlock *MBB);
  56   };
  57
  58   char TailDuplicatePass::ID = 0;
  59 }
  60
  61 FunctionPass *llvm::createTailDuplicatePass() {
  62   return new TailDuplicatePass();
  63 }
  64
  65 bool TailDuplicatePass::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
  66   TII = MF.getTarget().getInstrInfo();
  67   MMI = getAnalysisIfAvailable<MachineModuleInfo>();
  68
  69   bool MadeChange = false;
  70   bool MadeChangeThisIteration = true;
  71   while (MadeChangeThisIteration) {
  72     MadeChangeThisIteration = false;
  73     MadeChangeThisIteration |= TailDuplicateBlocks(MF);
  74     MadeChange |= MadeChangeThisIteration;
  75   }
  76
  77   return MadeChange;
  78 }
  79
  80 /// TailDuplicateBlocks - Look for small blocks that are unconditionally
  81 /// branched to and do not fall through. Tail-duplicate their instructions
  82 /// into their predecessors to eliminate (dynamic) branches.
  83 bool TailDuplicatePass::TailDuplicateBlocks(MachineFunction &MF) {
  84   bool MadeChange = false;
  85
  86   for (MachineFunction::iterator I = ++MF.begin(), E = MF.end(); I != E; ) {
  87     MachineBasicBlock *MBB = I++;
  88
  89     // Only duplicate blocks that end with unconditional branches.
  90     if (MBB->canFallThrough())
  91       continue;
  92
  93     MadeChange |= TailDuplicate(MBB, MF);
  94
  95     // If it is dead, remove it.
  96     if (MBB->pred_empty()) {
  97       NumInstrDups -= MBB->size();
  98       RemoveDeadBlock(MBB);
  99       MadeChange = true;
 100       ++NumDeadBlocks;
 101     }
 102   }
 103   return MadeChange;
 104 }
 105
 106 /// TailDuplicate - If it is profitable, duplicate TailBB's contents in each
 107 /// of its predecessors.
 108 bool TailDuplicatePass::TailDuplicate(MachineBasicBlock *TailBB,
 109                                         MachineFunction &MF) {
 110   // Don't try to tail-duplicate single-block loops.
 111   if (TailBB->isSuccessor(TailBB))
 112     return false;
 113
 114   // Set the limit on the number of instructions to duplicate, with a default
 115   // of one less than the tail-merge threshold. When optimizing for size,
 116   // duplicate only one, because one branch instruction can be eliminated to
 117   // compensate for the duplication.
 118   unsigned MaxDuplicateCount;
 119   if (!TailBB->empty() && TailBB->back().getDesc().isIndirectBranch())
 120     // If the target has hardware branch prediction that can handle indirect
 121     // branches, duplicating them can often make them predictable when there
 122     // are common paths through the code.  The limit needs to be high enough
 123     // to allow undoing the effects of tail merging.
 124     MaxDuplicateCount = 20;
 125   else if (MF.getFunction()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize))
 126     MaxDuplicateCount = 1;
 127   else
 128     MaxDuplicateCount = TailDuplicateSize;
 129
 130   // Check the instructions in the block to determine whether tail-duplication
 131   // is invalid or unlikely to be profitable.
 132   unsigned i = 0;
 133   bool HasCall = false;
 134   for (MachineBasicBlock::iterator I = TailBB->begin();
 135        I != TailBB->end(); ++I, ++i) {
 136     // Non-duplicable things shouldn't be tail-duplicated.
 137     if (I->getDesc().isNotDuplicable()) return false;
 138     // Don't duplicate more than the threshold.
 139     if (i == MaxDuplicateCount) return false;
 140     // Remember if we saw a call.
 141     if (I->getDesc().isCall()) HasCall = true;
 142   }
 143   // Heuristically, don't tail-duplicate calls if it would expand code size,
 144   // as it's less likely to be worth the extra cost.
 145   if (i > 1 && HasCall)
 146     return false;
 147
 148   // Iterate through all the unique predecessors and tail-duplicate this
 149   // block into them, if possible. Copying the list ahead of time also
 150   // avoids trouble with the predecessor list reallocating.
 151   bool Changed = false;
 152   SmallSetVector<MachineBasicBlock *, 8> Preds(TailBB->pred_begin(),
 153                                                TailBB->pred_end());
 154   for (SmallSetVector<MachineBasicBlock *, 8>::iterator PI = Preds.begin(),
 155        PE = Preds.end(); PI != PE; ++PI) {
 156     MachineBasicBlock *PredBB = *PI;
 157
 158     assert(TailBB != PredBB &&
 159            "Single-block loop should have been rejected earlier!");
 160     if (PredBB->succ_size() > 1) continue;
 161
 162     MachineBasicBlock *PredTBB, *PredFBB;
 163     SmallVector<MachineOperand, 4> PredCond;
 164     if (TII->AnalyzeBranch(*PredBB, PredTBB, PredFBB, PredCond, true))
 165       continue;
 166     if (!PredCond.empty())
 167       continue;
 168     // EH edges are ignored by AnalyzeBranch.
 169     if (PredBB->succ_size() != 1)
 170       continue;
 171     // Don't duplicate into a fall-through predecessor (at least for now).
 172     if (PredBB->isLayoutSuccessor(TailBB) && PredBB->canFallThrough())
 173       continue;
 174
 175     DEBUG(errs() << "\nTail-duplicating into PredBB: " << *PredBB
 176                  << "From Succ: " << *TailBB);
 177
 178     // Remove PredBB's unconditional branch.
 179     TII->RemoveBranch(*PredBB);
 180     // Clone the contents of TailBB into PredBB.
 181     for (MachineBasicBlock::iterator I = TailBB->begin(), E = TailBB->end();
 182          I != E; ++I) {
 183       MachineInstr *NewMI = MF.CloneMachineInstr(I);
 184       PredBB->insert(PredBB->end(), NewMI);
 185     }
 186     NumInstrDups += TailBB->size() - 1; // subtract one for removed branch
 187
 188     // Update the CFG.
 189     PredBB->removeSuccessor(PredBB->succ_begin());
 190     assert(PredBB->succ_empty() &&
 191            "TailDuplicate called on block with multiple successors!");
 192     for (MachineBasicBlock::succ_iterator I = TailBB->succ_begin(),
 193          E = TailBB->succ_end(); I != E; ++I)
 194        PredBB->addSuccessor(*I);
 195
 196     Changed = true;
 197     ++NumTailDups;
 198   }
 199
 200   // If TailBB was duplicated into all its predecessors except for the prior
 201   // block, which falls through unconditionally, move the contents of this
 202   // block into the prior block.
 203   MachineBasicBlock &PrevBB = *prior(MachineFunction::iterator(TailBB));
 204   MachineBasicBlock *PriorTBB = 0, *PriorFBB = 0;
 205   SmallVector<MachineOperand, 4> PriorCond;
 206   bool PriorUnAnalyzable =
 207     TII->AnalyzeBranch(PrevBB, PriorTBB, PriorFBB, PriorCond, true);
 208   // This has to check PrevBB->succ_size() because EH edges are ignored by
 209   // AnalyzeBranch.
 210   if (!PriorUnAnalyzable && PriorCond.empty() && !PriorTBB &&
 211       TailBB->pred_size() == 1 && PrevBB.succ_size() == 1 &&
 212       !TailBB->hasAddressTaken()) {
 213     DEBUG(errs() << "\nMerging into block: " << PrevBB
 214           << "From MBB: " << *TailBB);
 215     PrevBB.splice(PrevBB.end(), TailBB, TailBB->begin(), TailBB->end());
 216     PrevBB.removeSuccessor(PrevBB.succ_begin());;
 217     assert(PrevBB.succ_empty());
 218     PrevBB.transferSuccessors(TailBB);
 219     Changed = true;
 220   }
 221
 222   return Changed;
 223 }
 224
 225 /// RemoveDeadBlock - Remove the specified dead machine basic block from the
 226 /// function, updating the CFG.
 227 void TailDuplicatePass::RemoveDeadBlock(MachineBasicBlock *MBB) {
 228   assert(MBB->pred_empty() && "MBB must be dead!");
 229   DEBUG(errs() << "\nRemoving MBB: " << *MBB);
 230
 231   // Remove all successors.
 232   while (!MBB->succ_empty())
 233     MBB->removeSuccessor(MBB->succ_end()-1);
 234
 235   // If there are any labels in the basic block, unregister them from
 236   // MachineModuleInfo.
 237   if (MMI && !MBB->empty()) {
 238     for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB->begin(), E = MBB->end();
 239          I != E; ++I) {
 240       if (I->isLabel())
 241         // The label ID # is always operand #0, an immediate.
 242         MMI->InvalidateLabel(I->getOperand(0).getImm());
 243     }
 244   }
 245
 246   // Remove the block.
 247   MBB->eraseFromParent();
 248 }
 249