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 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  16 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
  17 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
  18 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
  19 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/MachineBranchProbabilityInfo.h"
  21 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
  22 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/MachineModuleInfo.h"
  24 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  25 #include "llvm/CodeGen/MachineSSAUpdater.h"
  26 #include "llvm/CodeGen/RegisterScavenging.h"
  27 #include "llvm/IR/Function.h"
  28 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  29 #include "llvm/Support/Debug.h"
  30 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  31 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  32 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  33 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
  34 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
  35 using namespace llvm;
  36
  37 #define DEBUG_TYPE "tailduplication"
  38
  39 STATISTIC(NumTails     , "Number of tails duplicated");
  40 STATISTIC(NumTailDups  , "Number of tail duplicated blocks");
  41 STATISTIC(NumInstrDups , "Additional instructions due to tail duplication");
  42 STATISTIC(NumDeadBlocks, "Number of dead blocks removed");
  43 STATISTIC(NumAddedPHIs , "Number of phis added");
  44
  45 // Heuristic for tail duplication.
  46 static cl::opt<unsigned>
  47 TailDuplicateSize("tail-dup-size",
  48                   cl::desc("Maximum instructions to consider tail duplicating"),
  49                   cl::init(2), cl::Hidden);
  50
  51 static cl::opt<bool>
  52 TailDupVerify("tail-dup-verify",
  53               cl::desc("Verify sanity of PHI instructions during taildup"),
  54               cl::init(false), cl::Hidden);
  55
  56 static cl::opt<unsigned>
  57 TailDupLimit("tail-dup-limit", cl::init(~0U), cl::Hidden);
  58
  59 typedef std::vector<std::pair<MachineBasicBlock*,unsigned> > AvailableValsTy;
  60
  61 namespace {
  62   /// Perform tail duplication.
  63   class TailDuplicatePass : public MachineFunctionPass {
  64     const TargetInstrInfo *TII;
  65     const TargetRegisterInfo *TRI;
  66     const MachineBranchProbabilityInfo *MBPI;
  67     MachineModuleInfo *MMI;
  68     MachineRegisterInfo *MRI;
  69     std::unique_ptr<RegScavenger> RS;
  70     bool PreRegAlloc;
  71
  72     // A list of virtual registers for which to update SSA form.
  73     SmallVector<unsigned, 16> SSAUpdateVRs;
  74
  75     // For each virtual register in SSAUpdateVals keep a list of source virtual
  76     // registers.
  77     DenseMap<unsigned, AvailableValsTy> SSAUpdateVals;
  78
  79   public:
  80     static char ID;
  81     explicit TailDuplicatePass() :
  82       MachineFunctionPass(ID), PreRegAlloc(false) {}
  83
  84     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override;
  85
  86     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
  87
  88   private:
  89     void AddSSAUpdateEntry(unsigned OrigReg, unsigned NewReg,
  90                            MachineBasicBlock *BB);
  91     void ProcessPHI(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *TailBB,
  92                     MachineBasicBlock *PredBB,
  93                     DenseMap<unsigned, unsigned> &LocalVRMap,
  94                     SmallVectorImpl<std::pair<unsigned,unsigned> > &Copies,
  95                     const DenseSet<unsigned> &UsedByPhi,
  96                     bool Remove);
  97     void DuplicateInstruction(MachineInstr *MI,
  98                               MachineBasicBlock *TailBB,
  99                               MachineBasicBlock *PredBB,
 100                               MachineFunction &MF,
 101                               DenseMap<unsigned, unsigned> &LocalVRMap,
 102                               const DenseSet<unsigned> &UsedByPhi);
 103     void UpdateSuccessorsPHIs(MachineBasicBlock *FromBB, bool isDead,
 104                               SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &TDBBs,
 105                               SmallSetVector<MachineBasicBlock*, 8> &Succs);
 106     bool TailDuplicateBlocks(MachineFunction &MF);
 107     bool shouldTailDuplicate(const MachineFunction &MF,
 108                              bool IsSimple, MachineBasicBlock &TailBB);
 109     bool isSimpleBB(MachineBasicBlock *TailBB);
 110     bool canCompletelyDuplicateBB(MachineBasicBlock &BB);
 111     bool duplicateSimpleBB(MachineBasicBlock *TailBB,
 112                            SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &TDBBs,
 113                            const DenseSet<unsigned> &RegsUsedByPhi,
 114                            SmallVectorImpl<MachineInstr *> &Copies);
 115     bool TailDuplicate(MachineBasicBlock *TailBB,
 116                        bool IsSimple,
 117                        MachineFunction &MF,
 118                        SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &TDBBs,
 119                        SmallVectorImpl<MachineInstr *> &Copies);
 120     bool TailDuplicateAndUpdate(MachineBasicBlock *MBB,
 121                                 bool IsSimple,
 122                                 MachineFunction &MF);
 123
 124     void RemoveDeadBlock(MachineBasicBlock *MBB);
 125   };
 126
 127   char TailDuplicatePass::ID = 0;
 128 }
 129
 130 char &llvm::TailDuplicateID = TailDuplicatePass::ID;
 131
 132 INITIALIZE_PASS(TailDuplicatePass, "tailduplication", "Tail Duplication",
 133                 false, false)
 134
 135 bool TailDuplicatePass::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
 136   if (skipOptnoneFunction(*MF.getFunction()))
 137     return false;
 138
 139   TII = MF.getSubtarget().getInstrInfo();
 140   TRI = MF.getSubtarget().getRegisterInfo();
 141   MRI = &MF.getRegInfo();
 142   MMI = getAnalysisIfAvailable<MachineModuleInfo>();
 143   MBPI = &getAnalysis<MachineBranchProbabilityInfo>();
 144
 145   PreRegAlloc = MRI->isSSA();
 146   RS.reset();
 147   if (MRI->tracksLiveness() && TRI->trackLivenessAfterRegAlloc(MF))
 148     RS.reset(new RegScavenger());
 149
 150   bool MadeChange = false;
 151   while (TailDuplicateBlocks(MF))
 152     MadeChange = true;
 153
 154   return MadeChange;
 155 }
 156
 157 void TailDuplicatePass::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 158   AU.addRequired<MachineBranchProbabilityInfo>();
 159   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
 160 }
 161
 162 static void VerifyPHIs(MachineFunction &MF, bool CheckExtra) {
 163   for (MachineFunction::iterator I = ++MF.begin(), E = MF.end(); I != E; ++I) {
 164     MachineBasicBlock *MBB = &*I;
 165     SmallSetVector<MachineBasicBlock*, 8> Preds(MBB->pred_begin(),
 166                                                 MBB->pred_end());
 167     MachineBasicBlock::iterator MI = MBB->begin();
 168     while (MI != MBB->end()) {
 169       if (!MI->isPHI())
 170         break;
 171       for (SmallSetVector<MachineBasicBlock *, 8>::iterator PI = Preds.begin(),
 172              PE = Preds.end(); PI != PE; ++PI) {
 173         MachineBasicBlock *PredBB = *PI;
 174         bool Found = false;
 175         for (unsigned i = 1, e = MI->getNumOperands(); i != e; i += 2) {
 176           MachineBasicBlock *PHIBB = MI->getOperand(i+1).getMBB();
 177           if (PHIBB == PredBB) {
 178             Found = true;
 179             break;
 180           }
 181         }
 182         if (!Found) {
 183           dbgs() << "Malformed PHI in BB#" << MBB->getNumber() << ": " << *MI;
 184           dbgs() << "  missing input from predecessor BB#"
 185                  << PredBB->getNumber() << '\n';
 186           llvm_unreachable(nullptr);
 187         }
 188       }
 189
 190       for (unsigned i = 1, e = MI->getNumOperands(); i != e; i += 2) {
 191         MachineBasicBlock *PHIBB = MI->getOperand(i+1).getMBB();
 192         if (CheckExtra && !Preds.count(PHIBB)) {
 193           dbgs() << "Warning: malformed PHI in BB#" << MBB->getNumber()
 194                  << ": " << *MI;
 195           dbgs() << "  extra input from predecessor BB#"
 196                  << PHIBB->getNumber() << '\n';
 197           llvm_unreachable(nullptr);
 198         }
 199         if (PHIBB->getNumber() < 0) {
 200           dbgs() << "Malformed PHI in BB#" << MBB->getNumber() << ": " << *MI;
 201           dbgs() << "  non-existing BB#" << PHIBB->getNumber() << '\n';
 202           llvm_unreachable(nullptr);
 203         }
 204       }
 205       ++MI;
 206     }
 207   }
 208 }
 209
 210 /// Tail duplicate the block and cleanup.
 211 bool
 212 TailDuplicatePass::TailDuplicateAndUpdate(MachineBasicBlock *MBB,
 213                                           bool IsSimple,
 214                                           MachineFunction &MF) {
 215   // Save the successors list.
 216   SmallSetVector<MachineBasicBlock*, 8> Succs(MBB->succ_begin(),
 217                                               MBB->succ_end());
 218
 219   SmallVector<MachineBasicBlock*, 8> TDBBs;
 220   SmallVector<MachineInstr*, 16> Copies;
 221   if (!TailDuplicate(MBB, IsSimple, MF, TDBBs, Copies))
 222     return false;
 223
 224   ++NumTails;
 225
 226   SmallVector<MachineInstr*, 8> NewPHIs;
 227   MachineSSAUpdater SSAUpdate(MF, &NewPHIs);
 228
 229   // TailBB's immediate successors are now successors of those predecessors
 230   // which duplicated TailBB. Add the predecessors as sources to the PHI
 231   // instructions.
 232   bool isDead = MBB->pred_empty() && !MBB->hasAddressTaken();
 233   if (PreRegAlloc)
 234     UpdateSuccessorsPHIs(MBB, isDead, TDBBs, Succs);
 235
 236   // If it is dead, remove it.
 237   if (isDead) {
 238     NumInstrDups -= MBB->size();
 239     RemoveDeadBlock(MBB);
 240     ++NumDeadBlocks;
 241   }
 242
 243   // Update SSA form.
 244   if (!SSAUpdateVRs.empty()) {
 245     for (unsigned i = 0, e = SSAUpdateVRs.size(); i != e; ++i) {
 246       unsigned VReg = SSAUpdateVRs[i];
 247       SSAUpdate.Initialize(VReg);
 248
 249       // If the original definition is still around, add it as an available
 250       // value.
 251       MachineInstr *DefMI = MRI->getVRegDef(VReg);
 252       MachineBasicBlock *DefBB = nullptr;
 253       if (DefMI) {
 254         DefBB = DefMI->getParent();
 255         SSAUpdate.AddAvailableValue(DefBB, VReg);
 256       }
 257
 258       // Add the new vregs as available values.
 259       DenseMap<unsigned, AvailableValsTy>::iterator LI =
 260         SSAUpdateVals.find(VReg);
 261       for (unsigned j = 0, ee = LI->second.size(); j != ee; ++j) {
 262         MachineBasicBlock *SrcBB = LI->second[j].first;
 263         unsigned SrcReg = LI->second[j].second;
 264         SSAUpdate.AddAvailableValue(SrcBB, SrcReg);
 265       }
 266
 267       // Rewrite uses that are outside of the original def's block.
 268       MachineRegisterInfo::use_iterator UI = MRI->use_begin(VReg);
 269       while (UI != MRI->use_end()) {
 270         MachineOperand &UseMO = *UI;
 271         MachineInstr *UseMI = UseMO.getParent();
 272         ++UI;
 273         if (UseMI->isDebugValue()) {
 274           // SSAUpdate can replace the use with an undef. That creates
 275           // a debug instruction that is a kill.
 276           // FIXME: Should it SSAUpdate job to delete debug instructions
 277           // instead of replacing the use with undef?
 278           UseMI->eraseFromParent();
 279           continue;
 280         }
 281         if (UseMI->getParent() == DefBB && !UseMI->isPHI())
 282           continue;
 283         SSAUpdate.RewriteUse(UseMO);
 284       }
 285     }
 286
 287     SSAUpdateVRs.clear();
 288     SSAUpdateVals.clear();
 289   }
 290
 291   // Eliminate some of the copies inserted by tail duplication to maintain
 292   // SSA form.
 293   for (unsigned i = 0, e = Copies.size(); i != e; ++i) {
 294     MachineInstr *Copy = Copies[i];
 295     if (!Copy->isCopy())
 296       continue;
 297     unsigned Dst = Copy->getOperand(0).getReg();
 298     unsigned Src = Copy->getOperand(1).getReg();
 299     if (MRI->hasOneNonDBGUse(Src) &&
 300         MRI->constrainRegClass(Src, MRI->getRegClass(Dst))) {
 301       // Copy is the only use. Do trivial copy propagation here.
 302       MRI->replaceRegWith(Dst, Src);
 303       Copy->eraseFromParent();
 304     }
 305   }
 306
 307   if (NewPHIs.size())
 308     NumAddedPHIs += NewPHIs.size();
 309
 310   return true;
 311 }
 312
 313 /// Look for small blocks that are unconditionally branched to and do not fall
 314 /// through. Tail-duplicate their instructions into their predecessors to
 315 /// eliminate (dynamic) branches.
 316 bool TailDuplicatePass::TailDuplicateBlocks(MachineFunction &MF) {
 317   bool MadeChange = false;
 318
 319   if (PreRegAlloc && TailDupVerify) {
 320     DEBUG(dbgs() << "\n*** Before tail-duplicating\n");
 321     VerifyPHIs(MF, true);
 322   }
 323
 324   for (MachineFunction::iterator I = ++MF.begin(), E = MF.end(); I != E; ) {
 325     MachineBasicBlock *MBB = &*I++;
 326
 327     if (NumTails == TailDupLimit)
 328       break;
 329
 330     bool IsSimple = isSimpleBB(MBB);
 331
 332     if (!shouldTailDuplicate(MF, IsSimple, *MBB))
 333       continue;
 334
 335     MadeChange |= TailDuplicateAndUpdate(MBB, IsSimple, MF);
 336   }
 337
 338   if (PreRegAlloc && TailDupVerify)
 339     VerifyPHIs(MF, false);
 340
 341   return MadeChange;
 342 }
 343
 344 static bool isDefLiveOut(unsigned Reg, MachineBasicBlock *BB,
 345                          const MachineRegisterInfo *MRI) {
 346   for (MachineInstr &UseMI : MRI->use_instructions(Reg)) {
 347     if (UseMI.isDebugValue())
 348       continue;
 349     if (UseMI.getParent() != BB)
 350       return true;
 351   }
 352   return false;
 353 }
 354
 355 static unsigned getPHISrcRegOpIdx(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *SrcBB) {
 356   for (unsigned i = 1, e = MI->getNumOperands(); i != e; i += 2)
 357     if (MI->getOperand(i+1).getMBB() == SrcBB)
 358       return i;
 359   return 0;
 360 }
 361
 362
 363 // Remember which registers are used by phis in this block. This is
 364 // used to determine which registers are liveout while modifying the
 365 // block (which is why we need to copy the information).
 366 static void getRegsUsedByPHIs(const MachineBasicBlock &BB,
 367                               DenseSet<unsigned> *UsedByPhi) {
 368   for (const auto &MI : BB) {
 369     if (!MI.isPHI())
 370       break;
 371     for (unsigned i = 1, e = MI.getNumOperands(); i != e; i += 2) {
 372       unsigned SrcReg = MI.getOperand(i).getReg();
 373       UsedByPhi->insert(SrcReg);
 374     }
 375   }
 376 }
 377
 378 /// Add a definition and source virtual registers pair for SSA update.
 379 void TailDuplicatePass::AddSSAUpdateEntry(unsigned OrigReg, unsigned NewReg,
 380                                           MachineBasicBlock *BB) {
 381   DenseMap<unsigned, AvailableValsTy>::iterator LI= SSAUpdateVals.find(OrigReg);
 382   if (LI != SSAUpdateVals.end())
 383     LI->second.push_back(std::make_pair(BB, NewReg));
 384   else {
 385     AvailableValsTy Vals;
 386     Vals.push_back(std::make_pair(BB, NewReg));
 387     SSAUpdateVals.insert(std::make_pair(OrigReg, Vals));
 388     SSAUpdateVRs.push_back(OrigReg);
 389   }
 390 }
 391
 392 /// Process PHI node in TailBB by turning it into a copy in PredBB. Remember the
 393 /// source register that's contributed by PredBB and update SSA update map.
 394 void TailDuplicatePass::ProcessPHI(
 395     MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *TailBB, MachineBasicBlock *PredBB,
 396     DenseMap<unsigned, unsigned> &LocalVRMap,
 397     SmallVectorImpl<std::pair<unsigned, unsigned> > &Copies,
 398     const DenseSet<unsigned> &RegsUsedByPhi, bool Remove) {
 399   unsigned DefReg = MI->getOperand(0).getReg();
 400   unsigned SrcOpIdx = getPHISrcRegOpIdx(MI, PredBB);
 401   assert(SrcOpIdx && "Unable to find matching PHI source?");
 402   unsigned SrcReg = MI->getOperand(SrcOpIdx).getReg();
 403   const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(DefReg);
 404   LocalVRMap.insert(std::make_pair(DefReg, SrcReg));
 405
 406   // Insert a copy from source to the end of the block. The def register is the
 407   // available value liveout of the block.
 408   unsigned NewDef = MRI->createVirtualRegister(RC);
 409   Copies.push_back(std::make_pair(NewDef, SrcReg));
 410   if (isDefLiveOut(DefReg, TailBB, MRI) || RegsUsedByPhi.count(DefReg))
 411     AddSSAUpdateEntry(DefReg, NewDef, PredBB);
 412
 413   if (!Remove)
 414     return;
 415
 416   // Remove PredBB from the PHI node.
 417   MI->RemoveOperand(SrcOpIdx+1);
 418   MI->RemoveOperand(SrcOpIdx);
 419   if (MI->getNumOperands() == 1)
 420     MI->eraseFromParent();
 421 }
 422
 423 /// Duplicate a TailBB instruction to PredBB and update
 424 /// the source operands due to earlier PHI translation.
 425 void TailDuplicatePass::DuplicateInstruction(MachineInstr *MI,
 426                                      MachineBasicBlock *TailBB,
 427                                      MachineBasicBlock *PredBB,
 428                                      MachineFunction &MF,
 429                                      DenseMap<unsigned, unsigned> &LocalVRMap,
 430                                      const DenseSet<unsigned> &UsedByPhi) {
 431   MachineInstr *NewMI = TII->duplicate(MI, MF);
 432   for (unsigned i = 0, e = NewMI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 433     MachineOperand &MO = NewMI->getOperand(i);
 434     if (!MO.isReg())
 435       continue;
 436     unsigned Reg = MO.getReg();
 437     if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
 438       continue;
 439     if (MO.isDef()) {
 440       const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(Reg);
 441       unsigned NewReg = MRI->createVirtualRegister(RC);
 442       MO.setReg(NewReg);
 443       LocalVRMap.insert(std::make_pair(Reg, NewReg));
 444       if (isDefLiveOut(Reg, TailBB, MRI) || UsedByPhi.count(Reg))
 445         AddSSAUpdateEntry(Reg, NewReg, PredBB);
 446     } else {
 447       DenseMap<unsigned, unsigned>::iterator VI = LocalVRMap.find(Reg);
 448       if (VI != LocalVRMap.end()) {
 449         MO.setReg(VI->second);
 450         // Clear any kill flags from this operand.  The new register could have
 451         // uses after this one, so kills are not valid here.
 452         MO.setIsKill(false);
 453         MRI->constrainRegClass(VI->second, MRI->getRegClass(Reg));
 454       }
 455     }
 456   }
 457   PredBB->insert(PredBB->instr_end(), NewMI);
 458 }
 459
 460 /// After FromBB is tail duplicated into its predecessor blocks, the successors
 461 /// have gained new predecessors. Update the PHI instructions in them
 462 /// accordingly.
 463 void
 464 TailDuplicatePass::UpdateSuccessorsPHIs(MachineBasicBlock *FromBB, bool isDead,
 465                                   SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &TDBBs,
 466                                   SmallSetVector<MachineBasicBlock*,8> &Succs) {
 467   for (SmallSetVector<MachineBasicBlock*, 8>::iterator SI = Succs.begin(),
 468          SE = Succs.end(); SI != SE; ++SI) {
 469     MachineBasicBlock *SuccBB = *SI;
 470     for (MachineBasicBlock::iterator II = SuccBB->begin(), EE = SuccBB->end();
 471          II != EE; ++II) {
 472       if (!II->isPHI())
 473         break;
 474       MachineInstrBuilder MIB(*FromBB->getParent(), II);
 475       unsigned Idx = 0;
 476       for (unsigned i = 1, e = II->getNumOperands(); i != e; i += 2) {
 477         MachineOperand &MO = II->getOperand(i+1);
 478         if (MO.getMBB() == FromBB) {
 479           Idx = i;
 480           break;
 481         }
 482       }
 483
 484       assert(Idx != 0);
 485       MachineOperand &MO0 = II->getOperand(Idx);
 486       unsigned Reg = MO0.getReg();
 487       if (isDead) {
 488         // Folded into the previous BB.
 489         // There could be duplicate phi source entries. FIXME: Should sdisel
 490         // or earlier pass fixed this?
 491         for (unsigned i = II->getNumOperands()-2; i != Idx; i -= 2) {
 492           MachineOperand &MO = II->getOperand(i+1);
 493           if (MO.getMBB() == FromBB) {
 494             II->RemoveOperand(i+1);
 495             II->RemoveOperand(i);
 496           }
 497         }
 498       } else
 499         Idx = 0;
 500
 501       // If Idx is set, the operands at Idx and Idx+1 must be removed.
 502       // We reuse the location to avoid expensive RemoveOperand calls.
 503
 504       DenseMap<unsigned,AvailableValsTy>::iterator LI=SSAUpdateVals.find(Reg);
 505       if (LI != SSAUpdateVals.end()) {
 506         // This register is defined in the tail block.
 507         for (unsigned j = 0, ee = LI->second.size(); j != ee; ++j) {
 508           MachineBasicBlock *SrcBB = LI->second[j].first;
 509           // If we didn't duplicate a bb into a particular predecessor, we
 510           // might still have added an entry to SSAUpdateVals to correcly
 511           // recompute SSA. If that case, avoid adding a dummy extra argument
 512           // this PHI.
 513           if (!SrcBB->isSuccessor(SuccBB))
 514             continue;
 515
 516           unsigned SrcReg = LI->second[j].second;
 517           if (Idx != 0) {
 518             II->getOperand(Idx).setReg(SrcReg);
 519             II->getOperand(Idx+1).setMBB(SrcBB);
 520             Idx = 0;
 521           } else {
 522             MIB.addReg(SrcReg).addMBB(SrcBB);
 523           }
 524         }
 525       } else {
 526         // Live in tail block, must also be live in predecessors.
 527         for (unsigned j = 0, ee = TDBBs.size(); j != ee; ++j) {
 528           MachineBasicBlock *SrcBB = TDBBs[j];
 529           if (Idx != 0) {
 530             II->getOperand(Idx).setReg(Reg);
 531             II->getOperand(Idx+1).setMBB(SrcBB);
 532             Idx = 0;
 533           } else {
 534             MIB.addReg(Reg).addMBB(SrcBB);
 535           }
 536         }
 537       }
 538       if (Idx != 0) {
 539         II->RemoveOperand(Idx+1);
 540         II->RemoveOperand(Idx);
 541       }
 542     }
 543   }
 544 }
 545
 546 /// Determine if it is profitable to duplicate this block.
 547 bool
 548 TailDuplicatePass::shouldTailDuplicate(const MachineFunction &MF,
 549                                        bool IsSimple,
 550                                        MachineBasicBlock &TailBB) {
 551   // Only duplicate blocks that end with unconditional branches.
 552   if (TailBB.canFallThrough())
 553     return false;
 554
 555   // Don't try to tail-duplicate single-block loops.
 556   if (TailBB.isSuccessor(&TailBB))
 557     return false;
 558
 559   // Set the limit on the cost to duplicate. When optimizing for size,
 560   // duplicate only one, because one branch instruction can be eliminated to
 561   // compensate for the duplication.
 562   unsigned MaxDuplicateCount;
 563   if (TailDuplicateSize.getNumOccurrences() == 0 &&
 564       // FIXME: Use Function::optForSize().
 565       MF.getFunction()->hasFnAttribute(Attribute::OptimizeForSize))
 566     MaxDuplicateCount = 1;
 567   else
 568     MaxDuplicateCount = TailDuplicateSize;
 569
 570   // If the target has hardware branch prediction that can handle indirect
 571   // branches, duplicating them can often make them predictable when there
 572   // are common paths through the code.  The limit needs to be high enough
 573   // to allow undoing the effects of tail merging and other optimizations
 574   // that rearrange the predecessors of the indirect branch.
 575
 576   bool HasIndirectbr = false;
 577   if (!TailBB.empty())
 578     HasIndirectbr = TailBB.back().isIndirectBranch();
 579
 580   if (HasIndirectbr && PreRegAlloc)
 581     MaxDuplicateCount = 20;
 582
 583   // Check the instructions in the block to determine whether tail-duplication
 584   // is invalid or unlikely to be profitable.
 585   unsigned InstrCount = 0;
 586   for (MachineInstr &MI : TailBB) {
 587     // Non-duplicable things shouldn't be tail-duplicated.
 588     if (MI.isNotDuplicable())
 589       return false;
 590
 591     // Do not duplicate 'return' instructions if this is a pre-regalloc run.
 592     // A return may expand into a lot more instructions (e.g. reload of callee
 593     // saved registers) after PEI.
 594     if (PreRegAlloc && MI.isReturn())
 595       return false;
 596
 597     // Avoid duplicating calls before register allocation. Calls presents a
 598     // barrier to register allocation so duplicating them may end up increasing
 599     // spills.
 600     if (PreRegAlloc && MI.isCall())
 601       return false;
 602
 603     if (!MI.isPHI() && !MI.isDebugValue())
 604       InstrCount += 1;
 605
 606     if (InstrCount > MaxDuplicateCount)
 607       return false;
 608   }
 609
 610   if (HasIndirectbr && PreRegAlloc)
 611     return true;
 612
 613   if (IsSimple)
 614     return true;
 615
 616   if (!PreRegAlloc)
 617     return true;
 618
 619   return canCompletelyDuplicateBB(TailBB);
 620 }
 621
 622 /// True if this BB has only one unconditional jump.
 623 bool
 624 TailDuplicatePass::isSimpleBB(MachineBasicBlock *TailBB) {
 625   if (TailBB->succ_size() != 1)
 626     return false;
 627   if (TailBB->pred_empty())
 628     return false;
 629   MachineBasicBlock::iterator I = TailBB->getFirstNonDebugInstr();
 630   if (I == TailBB->end())
 631     return true;
 632   return I->isUnconditionalBranch();
 633 }
 634
 635 static bool
 636 bothUsedInPHI(const MachineBasicBlock &A,
 637               SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 8> SuccsB) {
 638   for (MachineBasicBlock *BB : A.successors())
 639     if (SuccsB.count(BB) && !BB->empty() && BB->begin()->isPHI())
 640       return true;
 641
 642   return false;
 643 }
 644
 645 bool
 646 TailDuplicatePass::canCompletelyDuplicateBB(MachineBasicBlock &BB) {
 647   for (MachineBasicBlock *PredBB : BB.predecessors()) {
 648     if (PredBB->succ_size() > 1)
 649       return false;
 650
 651     MachineBasicBlock *PredTBB = nullptr, *PredFBB = nullptr;
 652     SmallVector<MachineOperand, 4> PredCond;
 653     if (TII->AnalyzeBranch(*PredBB, PredTBB, PredFBB, PredCond, true))
 654       return false;
 655
 656     if (!PredCond.empty())
 657       return false;
 658   }
 659   return true;
 660 }
 661
 662 bool
 663 TailDuplicatePass::duplicateSimpleBB(MachineBasicBlock *TailBB,
 664                                     SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &TDBBs,
 665                                     const DenseSet<unsigned> &UsedByPhi,
 666                                     SmallVectorImpl<MachineInstr *> &Copies) {
 667   SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 8> Succs(TailBB->succ_begin(),
 668                                            TailBB->succ_end());
 669   SmallVector<MachineBasicBlock*, 8> Preds(TailBB->pred_begin(),
 670                                            TailBB->pred_end());
 671   bool Changed = false;
 672   for (SmallSetVector<MachineBasicBlock *, 8>::iterator PI = Preds.begin(),
 673        PE = Preds.end(); PI != PE; ++PI) {
 674     MachineBasicBlock *PredBB = *PI;
 675
 676     if (PredBB->hasEHPadSuccessor())
 677       continue;
 678
 679     if (bothUsedInPHI(*PredBB, Succs))
 680       continue;
 681
 682     MachineBasicBlock *PredTBB = nullptr, *PredFBB = nullptr;
 683     SmallVector<MachineOperand, 4> PredCond;
 684     if (TII->AnalyzeBranch(*PredBB, PredTBB, PredFBB, PredCond, true))
 685       continue;
 686
 687     Changed = true;
 688     DEBUG(dbgs() << "\nTail-duplicating into PredBB: " << *PredBB
 689                  << "From simple Succ: " << *TailBB);
 690
 691     MachineBasicBlock *NewTarget = *TailBB->succ_begin();
 692     MachineBasicBlock *NextBB = &*std::next(PredBB->getIterator());
 693
 694     // Make PredFBB explicit.
 695     if (PredCond.empty())
 696       PredFBB = PredTBB;
 697
 698     // Make fall through explicit.
 699     if (!PredTBB)
 700       PredTBB = NextBB;
 701     if (!PredFBB)
 702       PredFBB = NextBB;
 703
 704     // Redirect
 705     if (PredFBB == TailBB)
 706       PredFBB = NewTarget;
 707     if (PredTBB == TailBB)
 708       PredTBB = NewTarget;
 709
 710     // Make the branch unconditional if possible
 711     if (PredTBB == PredFBB) {
 712       PredCond.clear();
 713       PredFBB = nullptr;
 714     }
 715
 716     // Avoid adding fall through branches.
 717     if (PredFBB == NextBB)
 718       PredFBB = nullptr;
 719     if (PredTBB == NextBB && PredFBB == nullptr)
 720       PredTBB = nullptr;
 721
 722     TII->RemoveBranch(*PredBB);
 723
 724     if (PredTBB)
 725       TII->InsertBranch(*PredBB, PredTBB, PredFBB, PredCond, DebugLoc());
 726
 727     uint32_t Weight = MBPI->getEdgeWeight(PredBB, TailBB);
 728     PredBB->removeSuccessor(TailBB);
 729     unsigned NumSuccessors = PredBB->succ_size();
 730     assert(NumSuccessors <= 1);
 731     if (NumSuccessors == 0 || *PredBB->succ_begin() != NewTarget)
 732       PredBB->addSuccessor(NewTarget, Weight);
 733
 734     TDBBs.push_back(PredBB);
 735   }
 736   return Changed;
 737 }
 738
 739 /// If it is profitable, duplicate TailBB's contents in each
 740 /// of its predecessors.
 741 bool
 742 TailDuplicatePass::TailDuplicate(MachineBasicBlock *TailBB,
 743                                  bool IsSimple,
 744                                  MachineFunction &MF,
 745                                  SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &TDBBs,
 746                                  SmallVectorImpl<MachineInstr *> &Copies) {
 747   DEBUG(dbgs() << "\n*** Tail-duplicating BB#" << TailBB->getNumber() << '\n');
 748
 749   DenseSet<unsigned> UsedByPhi;
 750   getRegsUsedByPHIs(*TailBB, &UsedByPhi);
 751
 752   if (IsSimple)
 753     return duplicateSimpleBB(TailBB, TDBBs, UsedByPhi, Copies);
 754
 755   // Iterate through all the unique predecessors and tail-duplicate this
 756   // block into them, if possible. Copying the list ahead of time also
 757   // avoids trouble with the predecessor list reallocating.
 758   bool Changed = false;
 759   SmallSetVector<MachineBasicBlock*, 8> Preds(TailBB->pred_begin(),
 760                                               TailBB->pred_end());
 761   for (SmallSetVector<MachineBasicBlock *, 8>::iterator PI = Preds.begin(),
 762        PE = Preds.end(); PI != PE; ++PI) {
 763     MachineBasicBlock *PredBB = *PI;
 764
 765     assert(TailBB != PredBB &&
 766            "Single-block loop should have been rejected earlier!");
 767     // EH edges are ignored by AnalyzeBranch.
 768     if (PredBB->succ_size() > 1)
 769       continue;
 770
 771     MachineBasicBlock *PredTBB, *PredFBB;
 772     SmallVector<MachineOperand, 4> PredCond;
 773     if (TII->AnalyzeBranch(*PredBB, PredTBB, PredFBB, PredCond, true))
 774       continue;
 775     if (!PredCond.empty())
 776       continue;
 777     // Don't duplicate into a fall-through predecessor (at least for now).
 778     if (PredBB->isLayoutSuccessor(TailBB) && PredBB->canFallThrough())
 779       continue;
 780
 781     DEBUG(dbgs() << "\nTail-duplicating into PredBB: " << *PredBB
 782                  << "From Succ: " << *TailBB);
 783
 784     TDBBs.push_back(PredBB);
 785
 786     // Remove PredBB's unconditional branch.
 787     TII->RemoveBranch(*PredBB);
 788
 789     if (RS && !TailBB->livein_empty()) {
 790       // Update PredBB livein.
 791       RS->enterBasicBlock(PredBB);
 792       if (!PredBB->empty())
 793         RS->forward(std::prev(PredBB->end()));
 794       for (const auto &LI : TailBB->liveins()) {
 795         if (!RS->isRegUsed(LI.PhysReg, false))
 796           // If a register is previously livein to the tail but it's not live
 797           // at the end of predecessor BB, then it should be added to its
 798           // livein list.
 799           PredBB->addLiveIn(LI);
 800       }
 801     }
 802
 803     // Clone the contents of TailBB into PredBB.
 804     DenseMap<unsigned, unsigned> LocalVRMap;
 805     SmallVector<std::pair<unsigned,unsigned>, 4> CopyInfos;
 806     // Use instr_iterator here to properly handle bundles, e.g.
 807     // ARM Thumb2 IT block.
 808     MachineBasicBlock::instr_iterator I = TailBB->instr_begin();
 809     while (I != TailBB->instr_end()) {
 810       MachineInstr *MI = &*I;
 811       ++I;
 812       if (MI->isPHI()) {
 813         // Replace the uses of the def of the PHI with the register coming
 814         // from PredBB.
 815         ProcessPHI(MI, TailBB, PredBB, LocalVRMap, CopyInfos, UsedByPhi, true);
 816       } else {
 817         // Replace def of virtual registers with new registers, and update
 818         // uses with PHI source register or the new registers.
 819         DuplicateInstruction(MI, TailBB, PredBB, MF, LocalVRMap, UsedByPhi);
 820       }
 821     }
 822     MachineBasicBlock::iterator Loc = PredBB->getFirstTerminator();
 823     for (unsigned i = 0, e = CopyInfos.size(); i != e; ++i) {
 824       Copies.push_back(BuildMI(*PredBB, Loc, DebugLoc(),
 825                                TII->get(TargetOpcode::COPY),
 826                                CopyInfos[i].first).addReg(CopyInfos[i].second));
 827     }
 828
 829     // Simplify
 830     TII->AnalyzeBranch(*PredBB, PredTBB, PredFBB, PredCond, true);
 831
 832     NumInstrDups += TailBB->size() - 1; // subtract one for removed branch
 833
 834     // Update the CFG.
 835     PredBB->removeSuccessor(PredBB->succ_begin());
 836     assert(PredBB->succ_empty() &&
 837            "TailDuplicate called on block with multiple successors!");
 838     for (MachineBasicBlock::succ_iterator I = TailBB->succ_begin(),
 839            E = TailBB->succ_end(); I != E; ++I)
 840       PredBB->addSuccessor(*I, MBPI->getEdgeWeight(TailBB, I));
 841
 842     Changed = true;
 843     ++NumTailDups;
 844   }
 845
 846   // If TailBB was duplicated into all its predecessors except for the prior
 847   // block, which falls through unconditionally, move the contents of this
 848   // block into the prior block.
 849   MachineBasicBlock *PrevBB = &*std::prev(TailBB->getIterator());
 850   MachineBasicBlock *PriorTBB = nullptr, *PriorFBB = nullptr;
 851   SmallVector<MachineOperand, 4> PriorCond;
 852   // This has to check PrevBB->succ_size() because EH edges are ignored by
 853   // AnalyzeBranch.
 854   if (PrevBB->succ_size() == 1 &&
 855       !TII->AnalyzeBranch(*PrevBB, PriorTBB, PriorFBB, PriorCond, true) &&
 856       PriorCond.empty() && !PriorTBB && TailBB->pred_size() == 1 &&
 857       !TailBB->hasAddressTaken()) {
 858     DEBUG(dbgs() << "\nMerging into block: " << *PrevBB
 859           << "From MBB: " << *TailBB);
 860     if (PreRegAlloc) {
 861       DenseMap<unsigned, unsigned> LocalVRMap;
 862       SmallVector<std::pair<unsigned,unsigned>, 4> CopyInfos;
 863       MachineBasicBlock::iterator I = TailBB->begin();
 864       // Process PHI instructions first.
 865       while (I != TailBB->end() && I->isPHI()) {
 866         // Replace the uses of the def of the PHI with the register coming
 867         // from PredBB.
 868         MachineInstr *MI = &*I++;
 869         ProcessPHI(MI, TailBB, PrevBB, LocalVRMap, CopyInfos, UsedByPhi, true);
 870         if (MI->getParent())
 871           MI->eraseFromParent();
 872       }
 873
 874       // Now copy the non-PHI instructions.
 875       while (I != TailBB->end()) {
 876         // Replace def of virtual registers with new registers, and update
 877         // uses with PHI source register or the new registers.
 878         MachineInstr *MI = &*I++;
 879         assert(!MI->isBundle() && "Not expecting bundles before regalloc!");
 880         DuplicateInstruction(MI, TailBB, PrevBB, MF, LocalVRMap, UsedByPhi);
 881         MI->eraseFromParent();
 882       }
 883       MachineBasicBlock::iterator Loc = PrevBB->getFirstTerminator();
 884       for (unsigned i = 0, e = CopyInfos.size(); i != e; ++i) {
 885         Copies.push_back(BuildMI(*PrevBB, Loc, DebugLoc(),
 886                                  TII->get(TargetOpcode::COPY),
 887                                  CopyInfos[i].first)
 888                            .addReg(CopyInfos[i].second));
 889       }
 890     } else {
 891       // No PHIs to worry about, just splice the instructions over.
 892       PrevBB->splice(PrevBB->end(), TailBB, TailBB->begin(), TailBB->end());
 893     }
 894     PrevBB->removeSuccessor(PrevBB->succ_begin());
 895     assert(PrevBB->succ_empty());
 896     PrevBB->transferSuccessors(TailBB);
 897     TDBBs.push_back(PrevBB);
 898     Changed = true;
 899   }
 900
 901   // If this is after register allocation, there are no phis to fix.
 902   if (!PreRegAlloc)
 903     return Changed;
 904
 905   // If we made no changes so far, we are safe.
 906   if (!Changed)
 907     return Changed;
 908
 909
 910   // Handle the nasty case in that we duplicated a block that is part of a loop
 911   // into some but not all of its predecessors. For example:
 912   //    1 -> 2 <-> 3                 |
 913   //          \                      |
 914   //           \---> rest            |
 915   // if we duplicate 2 into 1 but not into 3, we end up with
 916   // 12 -> 3 <-> 2 -> rest           |
 917   //   \             /               |
 918   //    \----->-----/                |
 919   // If there was a "var = phi(1, 3)" in 2, it has to be ultimately replaced
 920   // with a phi in 3 (which now dominates 2).
 921   // What we do here is introduce a copy in 3 of the register defined by the
 922   // phi, just like when we are duplicating 2 into 3, but we don't copy any
 923   // real instructions or remove the 3 -> 2 edge from the phi in 2.
 924   for (SmallSetVector<MachineBasicBlock *, 8>::iterator PI = Preds.begin(),
 925        PE = Preds.end(); PI != PE; ++PI) {
 926     MachineBasicBlock *PredBB = *PI;
 927     if (std::find(TDBBs.begin(), TDBBs.end(), PredBB) != TDBBs.end())
 928       continue;
 929
 930     // EH edges
 931     if (PredBB->succ_size() != 1)
 932       continue;
 933
 934     DenseMap<unsigned, unsigned> LocalVRMap;
 935     SmallVector<std::pair<unsigned,unsigned>, 4> CopyInfos;
 936     MachineBasicBlock::iterator I = TailBB->begin();
 937     // Process PHI instructions first.
 938     while (I != TailBB->end() && I->isPHI()) {
 939       // Replace the uses of the def of the PHI with the register coming
 940       // from PredBB.
 941       MachineInstr *MI = &*I++;
 942       ProcessPHI(MI, TailBB, PredBB, LocalVRMap, CopyInfos, UsedByPhi, false);
 943     }
 944     MachineBasicBlock::iterator Loc = PredBB->getFirstTerminator();
 945     for (unsigned i = 0, e = CopyInfos.size(); i != e; ++i) {
 946       Copies.push_back(BuildMI(*PredBB, Loc, DebugLoc(),
 947                                TII->get(TargetOpcode::COPY),
 948                                CopyInfos[i].first).addReg(CopyInfos[i].second));
 949     }
 950   }
 951
 952   return Changed;
 953 }
 954
 955 /// Remove the specified dead machine basic block from the function, updating
 956 /// the CFG.
 957 void TailDuplicatePass::RemoveDeadBlock(MachineBasicBlock *MBB) {
 958   assert(MBB->pred_empty() && "MBB must be dead!");
 959   DEBUG(dbgs() << "\nRemoving MBB: " << *MBB);
 960
 961   // Remove all successors.
 962   while (!MBB->succ_empty())
 963     MBB->removeSuccessor(MBB->succ_end()-1);
 964
 965   // Remove the block.
 966   MBB->eraseFromParent();
 967 }