Reduce indentation with early exit.
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / TwoAddressInstructionPass.cpp
1 //===-- TwoAddressInstructionPass.cpp - Two-Address instruction pass ------===//
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 file implements the TwoAddress instruction pass which is used
11 // by most register allocators. Two-Address instructions are rewritten
12 // from:
13 //
14 //     A = B op C
15 //
16 // to:
17 //
18 //     A = B
19 //     A op= C
20 //
21 // Note that if a register allocator chooses to use this pass, that it
22 // has to be capable of handling the non-SSA nature of these rewritten
23 // virtual registers.
24 //
25 // It is also worth noting that the duplicate operand of the two
26 // address instruction is removed.
27 //
28 //===----------------------------------------------------------------------===//
29
30 #define DEBUG_TYPE "twoaddrinstr"
31 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
32 #include "llvm/Function.h"
33 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
34 #include "llvm/CodeGen/LiveVariables.h"
35 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
36 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
37 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
38 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
39 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
40 #include "llvm/MC/MCInstrItineraries.h"
41 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
42 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
43 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
44 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
45 #include "llvm/Support/Debug.h"
46 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
47 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
48 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
49 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
50 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
51 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
52 using namespace llvm;
53
54 STATISTIC(NumTwoAddressInstrs, "Number of two-address instructions");
55 STATISTIC(NumCommuted        , "Number of instructions commuted to coalesce");
56 STATISTIC(NumAggrCommuted    , "Number of instructions aggressively commuted");
57 STATISTIC(NumConvertedTo3Addr, "Number of instructions promoted to 3-address");
58 STATISTIC(Num3AddrSunk,        "Number of 3-address instructions sunk");
59 STATISTIC(NumReSchedUps,       "Number of instructions re-scheduled up");
60 STATISTIC(NumReSchedDowns,     "Number of instructions re-scheduled down");
61
62 namespace {
63 class TwoAddressInstructionPass : public MachineFunctionPass {
64   MachineFunction *MF;
65   const TargetInstrInfo *TII;
66   const TargetRegisterInfo *TRI;
67   const InstrItineraryData *InstrItins;
68   MachineRegisterInfo *MRI;
69   LiveVariables *LV;
70   SlotIndexes *Indexes;
71   LiveIntervals *LIS;
72   AliasAnalysis *AA;
73   CodeGenOpt::Level OptLevel;
74
75   // The current basic block being processed.
76   MachineBasicBlock *MBB;
77
78   // DistanceMap - Keep track the distance of a MI from the start of the
79   // current basic block.
80   DenseMap<MachineInstr*, unsigned> DistanceMap;
81
82   // Set of already processed instructions in the current block.
83   SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> Processed;
84
85   // SrcRegMap - A map from virtual registers to physical registers which are
86   // likely targets to be coalesced to due to copies from physical registers to
87   // virtual registers. e.g. v1024 = move r0.
88   DenseMap<unsigned, unsigned> SrcRegMap;
89
90   // DstRegMap - A map from virtual registers to physical registers which are
91   // likely targets to be coalesced to due to copies to physical registers from
92   // virtual registers. e.g. r1 = move v1024.
93   DenseMap<unsigned, unsigned> DstRegMap;
94
95   /// RegSequences - Keep track the list of REG_SEQUENCE instructions seen
96   /// during the initial walk of the machine function.
97   SmallVector<MachineInstr*, 16> RegSequences;
98
99   bool sink3AddrInstruction(MachineInstr *MI, unsigned Reg,
100                             MachineBasicBlock::iterator OldPos);
101
102   bool noUseAfterLastDef(unsigned Reg, unsigned Dist, unsigned &LastDef);
103
104   bool isProfitableToCommute(unsigned regA, unsigned regB, unsigned regC,
105                              MachineInstr *MI, unsigned Dist);
106
107   bool commuteInstruction(MachineBasicBlock::iterator &mi,
108                           unsigned RegB, unsigned RegC, unsigned Dist);
109
110   bool isProfitableToConv3Addr(unsigned RegA, unsigned RegB);
111
112   bool convertInstTo3Addr(MachineBasicBlock::iterator &mi,
113                           MachineBasicBlock::iterator &nmi,
114                           unsigned RegA, unsigned RegB, unsigned Dist);
115
116   bool isDefTooClose(unsigned Reg, unsigned Dist, MachineInstr *MI);
117
118   bool rescheduleMIBelowKill(MachineBasicBlock::iterator &mi,
119                              MachineBasicBlock::iterator &nmi,
120                              unsigned Reg);
121   bool rescheduleKillAboveMI(MachineBasicBlock::iterator &mi,
122                              MachineBasicBlock::iterator &nmi,
123                              unsigned Reg);
124
125   bool tryInstructionTransform(MachineBasicBlock::iterator &mi,
126                                MachineBasicBlock::iterator &nmi,
127                                unsigned SrcIdx, unsigned DstIdx,
128                                unsigned Dist);
129
130   void scanUses(unsigned DstReg);
131
132   void processCopy(MachineInstr *MI);
133
134   typedef SmallVector<std::pair<unsigned, unsigned>, 4> TiedPairList;
135   typedef SmallDenseMap<unsigned, TiedPairList> TiedOperandMap;
136   bool collectTiedOperands(MachineInstr *MI, TiedOperandMap&);
137   void processTiedPairs(MachineInstr *MI, TiedPairList&, unsigned &Dist);
138
139   /// eliminateRegSequences - Eliminate REG_SEQUENCE instructions as part of
140   /// the de-ssa process. This replaces sources of REG_SEQUENCE as sub-register
141   /// references of the register defined by REG_SEQUENCE.
142   bool eliminateRegSequences();
143
144 public:
145   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
146   TwoAddressInstructionPass() : MachineFunctionPass(ID) {
147     initializeTwoAddressInstructionPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
148   }
149
150   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
151     AU.setPreservesCFG();
152     AU.addRequired<AliasAnalysis>();
153     AU.addPreserved<LiveVariables>();
154     AU.addPreserved<SlotIndexes>();
155     AU.addPreserved<LiveIntervals>();
156     AU.addPreservedID(MachineLoopInfoID);
157     AU.addPreservedID(MachineDominatorsID);
158     MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
159   }
160
161   /// runOnMachineFunction - Pass entry point.
162   bool runOnMachineFunction(MachineFunction&);
163 };
164 } // end anonymous namespace
165
166 char TwoAddressInstructionPass::ID = 0;
167 INITIALIZE_PASS_BEGIN(TwoAddressInstructionPass, "twoaddressinstruction",
168                 "Two-Address instruction pass", false, false)
169 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
170 INITIALIZE_PASS_END(TwoAddressInstructionPass, "twoaddressinstruction",
171                 "Two-Address instruction pass", false, false)
172
173 char &llvm::TwoAddressInstructionPassID = TwoAddressInstructionPass::ID;
174
175 /// sink3AddrInstruction - A two-address instruction has been converted to a
176 /// three-address instruction to avoid clobbering a register. Try to sink it
177 /// past the instruction that would kill the above mentioned register to reduce
178 /// register pressure.
179 bool TwoAddressInstructionPass::
180 sink3AddrInstruction(MachineInstr *MI, unsigned SavedReg,
181                      MachineBasicBlock::iterator OldPos) {
182   // FIXME: Shouldn't we be trying to do this before we three-addressify the
183   // instruction?  After this transformation is done, we no longer need
184   // the instruction to be in three-address form.
185
186   // Check if it's safe to move this instruction.
187   bool SeenStore = true; // Be conservative.
188   if (!MI->isSafeToMove(TII, AA, SeenStore))
189     return false;
190
191   unsigned DefReg = 0;
192   SmallSet<unsigned, 4> UseRegs;
193
194   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
195     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
196     if (!MO.isReg())
197       continue;
198     unsigned MOReg = MO.getReg();
199     if (!MOReg)
200       continue;
201     if (MO.isUse() && MOReg != SavedReg)
202       UseRegs.insert(MO.getReg());
203     if (!MO.isDef())
204       continue;
205     if (MO.isImplicit())
206       // Don't try to move it if it implicitly defines a register.
207       return false;
208     if (DefReg)
209       // For now, don't move any instructions that define multiple registers.
210       return false;
211     DefReg = MO.getReg();
212   }
213
214   // Find the instruction that kills SavedReg.
215   MachineInstr *KillMI = NULL;
216   for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator
217          UI = MRI->use_nodbg_begin(SavedReg),
218          UE = MRI->use_nodbg_end(); UI != UE; ++UI) {
219     MachineOperand &UseMO = UI.getOperand();
220     if (!UseMO.isKill())
221       continue;
222     KillMI = UseMO.getParent();
223     break;
224   }
225
226   // If we find the instruction that kills SavedReg, and it is in an
227   // appropriate location, we can try to sink the current instruction
228   // past it.
229   if (!KillMI || KillMI->getParent() != MBB || KillMI == MI ||
230       KillMI == OldPos || KillMI->isTerminator())
231     return false;
232
233   // If any of the definitions are used by another instruction between the
234   // position and the kill use, then it's not safe to sink it.
235   //
236   // FIXME: This can be sped up if there is an easy way to query whether an
237   // instruction is before or after another instruction. Then we can use
238   // MachineRegisterInfo def / use instead.
239   MachineOperand *KillMO = NULL;
240   MachineBasicBlock::iterator KillPos = KillMI;
241   ++KillPos;
242
243   unsigned NumVisited = 0;
244   for (MachineBasicBlock::iterator I = llvm::next(OldPos); I != KillPos; ++I) {
245     MachineInstr *OtherMI = I;
246     // DBG_VALUE cannot be counted against the limit.
247     if (OtherMI->isDebugValue())
248       continue;
249     if (NumVisited > 30)  // FIXME: Arbitrary limit to reduce compile time cost.
250       return false;
251     ++NumVisited;
252     for (unsigned i = 0, e = OtherMI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
253       MachineOperand &MO = OtherMI->getOperand(i);
254       if (!MO.isReg())
255         continue;
256       unsigned MOReg = MO.getReg();
257       if (!MOReg)
258         continue;
259       if (DefReg == MOReg)
260         return false;
261
262       if (MO.isKill()) {
263         if (OtherMI == KillMI && MOReg == SavedReg)
264           // Save the operand that kills the register. We want to unset the kill
265           // marker if we can sink MI past it.
266           KillMO = &MO;
267         else if (UseRegs.count(MOReg))
268           // One of the uses is killed before the destination.
269           return false;
270       }
271     }
272   }
273   assert(KillMO && "Didn't find kill");
274
275   // Update kill and LV information.
276   KillMO->setIsKill(false);
277   KillMO = MI->findRegisterUseOperand(SavedReg, false, TRI);
278   KillMO->setIsKill(true);
279
280   if (LV)
281     LV->replaceKillInstruction(SavedReg, KillMI, MI);
282
283   // Move instruction to its destination.
284   MBB->remove(MI);
285   MBB->insert(KillPos, MI);
286
287   if (LIS)
288     LIS->handleMove(MI);
289
290   ++Num3AddrSunk;
291   return true;
292 }
293
294 /// noUseAfterLastDef - Return true if there are no intervening uses between the
295 /// last instruction in the MBB that defines the specified register and the
296 /// two-address instruction which is being processed. It also returns the last
297 /// def location by reference
298 bool TwoAddressInstructionPass::noUseAfterLastDef(unsigned Reg, unsigned Dist,
299                                                   unsigned &LastDef) {
300   LastDef = 0;
301   unsigned LastUse = Dist;
302   for (MachineRegisterInfo::reg_iterator I = MRI->reg_begin(Reg),
303          E = MRI->reg_end(); I != E; ++I) {
304     MachineOperand &MO = I.getOperand();
305     MachineInstr *MI = MO.getParent();
306     if (MI->getParent() != MBB || MI->isDebugValue())
307       continue;
308     DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DI = DistanceMap.find(MI);
309     if (DI == DistanceMap.end())
310       continue;
311     if (MO.isUse() && DI->second < LastUse)
312       LastUse = DI->second;
313     if (MO.isDef() && DI->second > LastDef)
314       LastDef = DI->second;
315   }
316
317   return !(LastUse > LastDef && LastUse < Dist);
318 }
319
320 /// isCopyToReg - Return true if the specified MI is a copy instruction or
321 /// a extract_subreg instruction. It also returns the source and destination
322 /// registers and whether they are physical registers by reference.
323 static bool isCopyToReg(MachineInstr &MI, const TargetInstrInfo *TII,
324                         unsigned &SrcReg, unsigned &DstReg,
325                         bool &IsSrcPhys, bool &IsDstPhys) {
326   SrcReg = 0;
327   DstReg = 0;
328   if (MI.isCopy()) {
329     DstReg = MI.getOperand(0).getReg();
330     SrcReg = MI.getOperand(1).getReg();
331   } else if (MI.isInsertSubreg() || MI.isSubregToReg()) {
332     DstReg = MI.getOperand(0).getReg();
333     SrcReg = MI.getOperand(2).getReg();
334   } else
335     return false;
336
337   IsSrcPhys = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg);
338   IsDstPhys = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DstReg);
339   return true;
340 }
341
342 /// isKilled - Test if the given register value, which is used by the given
343 /// instruction, is killed by the given instruction. This looks through
344 /// coalescable copies to see if the original value is potentially not killed.
345 ///
346 /// For example, in this code:
347 ///
348 ///   %reg1034 = copy %reg1024
349 ///   %reg1035 = copy %reg1025<kill>
350 ///   %reg1036 = add %reg1034<kill>, %reg1035<kill>
351 ///
352 /// %reg1034 is not considered to be killed, since it is copied from a
353 /// register which is not killed. Treating it as not killed lets the
354 /// normal heuristics commute the (two-address) add, which lets
355 /// coalescing eliminate the extra copy.
356 ///
357 static bool isKilled(MachineInstr &MI, unsigned Reg,
358                      const MachineRegisterInfo *MRI,
359                      const TargetInstrInfo *TII) {
360   MachineInstr *DefMI = &MI;
361   for (;;) {
362     if (!DefMI->killsRegister(Reg))
363       return false;
364     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
365       return true;
366     MachineRegisterInfo::def_iterator Begin = MRI->def_begin(Reg);
367     // If there are multiple defs, we can't do a simple analysis, so just
368     // go with what the kill flag says.
369     if (llvm::next(Begin) != MRI->def_end())
370       return true;
371     DefMI = &*Begin;
372     bool IsSrcPhys, IsDstPhys;
373     unsigned SrcReg,  DstReg;
374     // If the def is something other than a copy, then it isn't going to
375     // be coalesced, so follow the kill flag.
376     if (!isCopyToReg(*DefMI, TII, SrcReg, DstReg, IsSrcPhys, IsDstPhys))
377       return true;
378     Reg = SrcReg;
379   }
380 }
381
382 /// isTwoAddrUse - Return true if the specified MI uses the specified register
383 /// as a two-address use. If so, return the destination register by reference.
384 static bool isTwoAddrUse(MachineInstr &MI, unsigned Reg, unsigned &DstReg) {
385   const MCInstrDesc &MCID = MI.getDesc();
386   unsigned NumOps = MI.isInlineAsm()
387     ? MI.getNumOperands() : MCID.getNumOperands();
388   for (unsigned i = 0; i != NumOps; ++i) {
389     const MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
390     if (!MO.isReg() || !MO.isUse() || MO.getReg() != Reg)
391       continue;
392     unsigned ti;
393     if (MI.isRegTiedToDefOperand(i, &ti)) {
394       DstReg = MI.getOperand(ti).getReg();
395       return true;
396     }
397   }
398   return false;
399 }
400
401 /// findOnlyInterestingUse - Given a register, if has a single in-basic block
402 /// use, return the use instruction if it's a copy or a two-address use.
403 static
404 MachineInstr *findOnlyInterestingUse(unsigned Reg, MachineBasicBlock *MBB,
405                                      MachineRegisterInfo *MRI,
406                                      const TargetInstrInfo *TII,
407                                      bool &IsCopy,
408                                      unsigned &DstReg, bool &IsDstPhys) {
409   if (!MRI->hasOneNonDBGUse(Reg))
410     // None or more than one use.
411     return 0;
412   MachineInstr &UseMI = *MRI->use_nodbg_begin(Reg);
413   if (UseMI.getParent() != MBB)
414     return 0;
415   unsigned SrcReg;
416   bool IsSrcPhys;
417   if (isCopyToReg(UseMI, TII, SrcReg, DstReg, IsSrcPhys, IsDstPhys)) {
418     IsCopy = true;
419     return &UseMI;
420   }
421   IsDstPhys = false;
422   if (isTwoAddrUse(UseMI, Reg, DstReg)) {
423     IsDstPhys = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DstReg);
424     return &UseMI;
425   }
426   return 0;
427 }
428
429 /// getMappedReg - Return the physical register the specified virtual register
430 /// might be mapped to.
431 static unsigned
432 getMappedReg(unsigned Reg, DenseMap<unsigned, unsigned> &RegMap) {
433   while (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))  {
434     DenseMap<unsigned, unsigned>::iterator SI = RegMap.find(Reg);
435     if (SI == RegMap.end())
436       return 0;
437     Reg = SI->second;
438   }
439   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
440     return Reg;
441   return 0;
442 }
443
444 /// regsAreCompatible - Return true if the two registers are equal or aliased.
445 ///
446 static bool
447 regsAreCompatible(unsigned RegA, unsigned RegB, const TargetRegisterInfo *TRI) {
448   if (RegA == RegB)
449     return true;
450   if (!RegA || !RegB)
451     return false;
452   return TRI->regsOverlap(RegA, RegB);
453 }
454
455
456 /// isProfitableToCommute - Return true if it's potentially profitable to commute
457 /// the two-address instruction that's being processed.
458 bool
459 TwoAddressInstructionPass::
460 isProfitableToCommute(unsigned regA, unsigned regB, unsigned regC,
461                       MachineInstr *MI, unsigned Dist) {
462   if (OptLevel == CodeGenOpt::None)
463     return false;
464
465   // Determine if it's profitable to commute this two address instruction. In
466   // general, we want no uses between this instruction and the definition of
467   // the two-address register.
468   // e.g.
469   // %reg1028<def> = EXTRACT_SUBREG %reg1027<kill>, 1
470   // %reg1029<def> = MOV8rr %reg1028
471   // %reg1029<def> = SHR8ri %reg1029, 7, %EFLAGS<imp-def,dead>
472   // insert => %reg1030<def> = MOV8rr %reg1028
473   // %reg1030<def> = ADD8rr %reg1028<kill>, %reg1029<kill>, %EFLAGS<imp-def,dead>
474   // In this case, it might not be possible to coalesce the second MOV8rr
475   // instruction if the first one is coalesced. So it would be profitable to
476   // commute it:
477   // %reg1028<def> = EXTRACT_SUBREG %reg1027<kill>, 1
478   // %reg1029<def> = MOV8rr %reg1028
479   // %reg1029<def> = SHR8ri %reg1029, 7, %EFLAGS<imp-def,dead>
480   // insert => %reg1030<def> = MOV8rr %reg1029
481   // %reg1030<def> = ADD8rr %reg1029<kill>, %reg1028<kill>, %EFLAGS<imp-def,dead>
482
483   if (!MI->killsRegister(regC))
484     return false;
485
486   // Ok, we have something like:
487   // %reg1030<def> = ADD8rr %reg1028<kill>, %reg1029<kill>, %EFLAGS<imp-def,dead>
488   // let's see if it's worth commuting it.
489
490   // Look for situations like this:
491   // %reg1024<def> = MOV r1
492   // %reg1025<def> = MOV r0
493   // %reg1026<def> = ADD %reg1024, %reg1025
494   // r0            = MOV %reg1026
495   // Commute the ADD to hopefully eliminate an otherwise unavoidable copy.
496   unsigned ToRegA = getMappedReg(regA, DstRegMap);
497   if (ToRegA) {
498     unsigned FromRegB = getMappedReg(regB, SrcRegMap);
499     unsigned FromRegC = getMappedReg(regC, SrcRegMap);
500     bool BComp = !FromRegB || regsAreCompatible(FromRegB, ToRegA, TRI);
501     bool CComp = !FromRegC || regsAreCompatible(FromRegC, ToRegA, TRI);
502     if (BComp != CComp)
503       return !BComp && CComp;
504   }
505
506   // If there is a use of regC between its last def (could be livein) and this
507   // instruction, then bail.
508   unsigned LastDefC = 0;
509   if (!noUseAfterLastDef(regC, Dist, LastDefC))
510     return false;
511
512   // If there is a use of regB between its last def (could be livein) and this
513   // instruction, then go ahead and make this transformation.
514   unsigned LastDefB = 0;
515   if (!noUseAfterLastDef(regB, Dist, LastDefB))
516     return true;
517
518   // Since there are no intervening uses for both registers, then commute
519   // if the def of regC is closer. Its live interval is shorter.
520   return LastDefB && LastDefC && LastDefC > LastDefB;
521 }
522
523 /// commuteInstruction - Commute a two-address instruction and update the basic
524 /// block, distance map, and live variables if needed. Return true if it is
525 /// successful.
526 bool TwoAddressInstructionPass::
527 commuteInstruction(MachineBasicBlock::iterator &mi,
528                    unsigned RegB, unsigned RegC, unsigned Dist) {
529   MachineInstr *MI = mi;
530   DEBUG(dbgs() << "2addr: COMMUTING  : " << *MI);
531   MachineInstr *NewMI = TII->commuteInstruction(MI);
532
533   if (NewMI == 0) {
534     DEBUG(dbgs() << "2addr: COMMUTING FAILED!\n");
535     return false;
536   }
537
538   DEBUG(dbgs() << "2addr: COMMUTED TO: " << *NewMI);
539   // If the instruction changed to commute it, update livevar.
540   if (NewMI != MI) {
541     if (LV)
542       // Update live variables
543       LV->replaceKillInstruction(RegC, MI, NewMI);
544     if (Indexes)
545       Indexes->replaceMachineInstrInMaps(MI, NewMI);
546
547     MBB->insert(mi, NewMI);           // Insert the new inst
548     MBB->erase(mi);                   // Nuke the old inst.
549     mi = NewMI;
550     DistanceMap.insert(std::make_pair(NewMI, Dist));
551   }
552
553   // Update source register map.
554   unsigned FromRegC = getMappedReg(RegC, SrcRegMap);
555   if (FromRegC) {
556     unsigned RegA = MI->getOperand(0).getReg();
557     SrcRegMap[RegA] = FromRegC;
558   }
559
560   return true;
561 }
562
563 /// isProfitableToConv3Addr - Return true if it is profitable to convert the
564 /// given 2-address instruction to a 3-address one.
565 bool
566 TwoAddressInstructionPass::isProfitableToConv3Addr(unsigned RegA,unsigned RegB){
567   // Look for situations like this:
568   // %reg1024<def> = MOV r1
569   // %reg1025<def> = MOV r0
570   // %reg1026<def> = ADD %reg1024, %reg1025
571   // r2            = MOV %reg1026
572   // Turn ADD into a 3-address instruction to avoid a copy.
573   unsigned FromRegB = getMappedReg(RegB, SrcRegMap);
574   if (!FromRegB)
575     return false;
576   unsigned ToRegA = getMappedReg(RegA, DstRegMap);
577   return (ToRegA && !regsAreCompatible(FromRegB, ToRegA, TRI));
578 }
579
580 /// convertInstTo3Addr - Convert the specified two-address instruction into a
581 /// three address one. Return true if this transformation was successful.
582 bool
583 TwoAddressInstructionPass::convertInstTo3Addr(MachineBasicBlock::iterator &mi,
584                                               MachineBasicBlock::iterator &nmi,
585                                               unsigned RegA, unsigned RegB,
586                                               unsigned Dist) {
587   // FIXME: Why does convertToThreeAddress() need an iterator reference?
588   MachineFunction::iterator MFI = MBB;
589   MachineInstr *NewMI = TII->convertToThreeAddress(MFI, mi, LV);
590   assert(MBB == MFI && "convertToThreeAddress changed iterator reference");
591   if (!NewMI)
592     return false;
593
594   DEBUG(dbgs() << "2addr: CONVERTING 2-ADDR: " << *mi);
595   DEBUG(dbgs() << "2addr:         TO 3-ADDR: " << *NewMI);
596   bool Sunk = false;
597
598   if (Indexes)
599     Indexes->replaceMachineInstrInMaps(mi, NewMI);
600
601   if (NewMI->findRegisterUseOperand(RegB, false, TRI))
602     // FIXME: Temporary workaround. If the new instruction doesn't
603     // uses RegB, convertToThreeAddress must have created more
604     // then one instruction.
605     Sunk = sink3AddrInstruction(NewMI, RegB, mi);
606
607   MBB->erase(mi); // Nuke the old inst.
608
609   if (!Sunk) {
610     DistanceMap.insert(std::make_pair(NewMI, Dist));
611     mi = NewMI;
612     nmi = llvm::next(mi);
613   }
614
615   // Update source and destination register maps.
616   SrcRegMap.erase(RegA);
617   DstRegMap.erase(RegB);
618   return true;
619 }
620
621 /// scanUses - Scan forward recursively for only uses, update maps if the use
622 /// is a copy or a two-address instruction.
623 void
624 TwoAddressInstructionPass::scanUses(unsigned DstReg) {
625   SmallVector<unsigned, 4> VirtRegPairs;
626   bool IsDstPhys;
627   bool IsCopy = false;
628   unsigned NewReg = 0;
629   unsigned Reg = DstReg;
630   while (MachineInstr *UseMI = findOnlyInterestingUse(Reg, MBB, MRI, TII,IsCopy,
631                                                       NewReg, IsDstPhys)) {
632     if (IsCopy && !Processed.insert(UseMI))
633       break;
634
635     DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DI = DistanceMap.find(UseMI);
636     if (DI != DistanceMap.end())
637       // Earlier in the same MBB.Reached via a back edge.
638       break;
639
640     if (IsDstPhys) {
641       VirtRegPairs.push_back(NewReg);
642       break;
643     }
644     bool isNew = SrcRegMap.insert(std::make_pair(NewReg, Reg)).second;
645     if (!isNew)
646       assert(SrcRegMap[NewReg] == Reg && "Can't map to two src registers!");
647     VirtRegPairs.push_back(NewReg);
648     Reg = NewReg;
649   }
650
651   if (!VirtRegPairs.empty()) {
652     unsigned ToReg = VirtRegPairs.back();
653     VirtRegPairs.pop_back();
654     while (!VirtRegPairs.empty()) {
655       unsigned FromReg = VirtRegPairs.back();
656       VirtRegPairs.pop_back();
657       bool isNew = DstRegMap.insert(std::make_pair(FromReg, ToReg)).second;
658       if (!isNew)
659         assert(DstRegMap[FromReg] == ToReg &&"Can't map to two dst registers!");
660       ToReg = FromReg;
661     }
662     bool isNew = DstRegMap.insert(std::make_pair(DstReg, ToReg)).second;
663     if (!isNew)
664       assert(DstRegMap[DstReg] == ToReg && "Can't map to two dst registers!");
665   }
666 }
667
668 /// processCopy - If the specified instruction is not yet processed, process it
669 /// if it's a copy. For a copy instruction, we find the physical registers the
670 /// source and destination registers might be mapped to. These are kept in
671 /// point-to maps used to determine future optimizations. e.g.
672 /// v1024 = mov r0
673 /// v1025 = mov r1
674 /// v1026 = add v1024, v1025
675 /// r1    = mov r1026
676 /// If 'add' is a two-address instruction, v1024, v1026 are both potentially
677 /// coalesced to r0 (from the input side). v1025 is mapped to r1. v1026 is
678 /// potentially joined with r1 on the output side. It's worthwhile to commute
679 /// 'add' to eliminate a copy.
680 void TwoAddressInstructionPass::processCopy(MachineInstr *MI) {
681   if (Processed.count(MI))
682     return;
683
684   bool IsSrcPhys, IsDstPhys;
685   unsigned SrcReg, DstReg;
686   if (!isCopyToReg(*MI, TII, SrcReg, DstReg, IsSrcPhys, IsDstPhys))
687     return;
688
689   if (IsDstPhys && !IsSrcPhys)
690     DstRegMap.insert(std::make_pair(SrcReg, DstReg));
691   else if (!IsDstPhys && IsSrcPhys) {
692     bool isNew = SrcRegMap.insert(std::make_pair(DstReg, SrcReg)).second;
693     if (!isNew)
694       assert(SrcRegMap[DstReg] == SrcReg &&
695              "Can't map to two src physical registers!");
696
697     scanUses(DstReg);
698   }
699
700   Processed.insert(MI);
701   return;
702 }
703
704 /// rescheduleMIBelowKill - If there is one more local instruction that reads
705 /// 'Reg' and it kills 'Reg, consider moving the instruction below the kill
706 /// instruction in order to eliminate the need for the copy.
707 bool TwoAddressInstructionPass::
708 rescheduleMIBelowKill(MachineBasicBlock::iterator &mi,
709                       MachineBasicBlock::iterator &nmi,
710                       unsigned Reg) {
711   // Bail immediately if we don't have LV available. We use it to find kills
712   // efficiently.
713   if (!LV)
714     return false;
715
716   MachineInstr *MI = &*mi;
717   DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DI = DistanceMap.find(MI);
718   if (DI == DistanceMap.end())
719     // Must be created from unfolded load. Don't waste time trying this.
720     return false;
721
722   MachineInstr *KillMI = LV->getVarInfo(Reg).findKill(MBB);
723   if (!KillMI || MI == KillMI || KillMI->isCopy() || KillMI->isCopyLike())
724     // Don't mess with copies, they may be coalesced later.
725     return false;
726
727   if (KillMI->hasUnmodeledSideEffects() || KillMI->isCall() ||
728       KillMI->isBranch() || KillMI->isTerminator())
729     // Don't move pass calls, etc.
730     return false;
731
732   unsigned DstReg;
733   if (isTwoAddrUse(*KillMI, Reg, DstReg))
734     return false;
735
736   bool SeenStore = true;
737   if (!MI->isSafeToMove(TII, AA, SeenStore))
738     return false;
739
740   if (TII->getInstrLatency(InstrItins, MI) > 1)
741     // FIXME: Needs more sophisticated heuristics.
742     return false;
743
744   SmallSet<unsigned, 2> Uses;
745   SmallSet<unsigned, 2> Kills;
746   SmallSet<unsigned, 2> Defs;
747   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
748     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
749     if (!MO.isReg())
750       continue;
751     unsigned MOReg = MO.getReg();
752     if (!MOReg)
753       continue;
754     if (MO.isDef())
755       Defs.insert(MOReg);
756     else {
757       Uses.insert(MOReg);
758       if (MO.isKill() && MOReg != Reg)
759         Kills.insert(MOReg);
760     }
761   }
762
763   // Move the copies connected to MI down as well.
764   MachineBasicBlock::iterator From = MI;
765   MachineBasicBlock::iterator To = llvm::next(From);
766   while (To->isCopy() && Defs.count(To->getOperand(1).getReg())) {
767     Defs.insert(To->getOperand(0).getReg());
768     ++To;
769   }
770
771   // Check if the reschedule will not break depedencies.
772   unsigned NumVisited = 0;
773   MachineBasicBlock::iterator KillPos = KillMI;
774   ++KillPos;
775   for (MachineBasicBlock::iterator I = To; I != KillPos; ++I) {
776     MachineInstr *OtherMI = I;
777     // DBG_VALUE cannot be counted against the limit.
778     if (OtherMI->isDebugValue())
779       continue;
780     if (NumVisited > 10)  // FIXME: Arbitrary limit to reduce compile time cost.
781       return false;
782     ++NumVisited;
783     if (OtherMI->hasUnmodeledSideEffects() || OtherMI->isCall() ||
784         OtherMI->isBranch() || OtherMI->isTerminator())
785       // Don't move pass calls, etc.
786       return false;
787     for (unsigned i = 0, e = OtherMI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
788       const MachineOperand &MO = OtherMI->getOperand(i);
789       if (!MO.isReg())
790         continue;
791       unsigned MOReg = MO.getReg();
792       if (!MOReg)
793         continue;
794       if (MO.isDef()) {
795         if (Uses.count(MOReg))
796           // Physical register use would be clobbered.
797           return false;
798         if (!MO.isDead() && Defs.count(MOReg))
799           // May clobber a physical register def.
800           // FIXME: This may be too conservative. It's ok if the instruction
801           // is sunken completely below the use.
802           return false;
803       } else {
804         if (Defs.count(MOReg))
805           return false;
806         if (MOReg != Reg &&
807             ((MO.isKill() && Uses.count(MOReg)) || Kills.count(MOReg)))
808           // Don't want to extend other live ranges and update kills.
809           return false;
810         if (MOReg == Reg && !MO.isKill())
811           // We can't schedule across a use of the register in question.
812           return false;
813         // Ensure that if this is register in question, its the kill we expect.
814         assert((MOReg != Reg || OtherMI == KillMI) &&
815                "Found multiple kills of a register in a basic block");
816       }
817     }
818   }
819
820   // Move debug info as well.
821   while (From != MBB->begin() && llvm::prior(From)->isDebugValue())
822     --From;
823
824   // Copies following MI may have been moved as well.
825   nmi = To;
826   MBB->splice(KillPos, MBB, From, To);
827   DistanceMap.erase(DI);
828
829   // Update live variables
830   LV->removeVirtualRegisterKilled(Reg, KillMI);
831   LV->addVirtualRegisterKilled(Reg, MI);
832   if (LIS)
833     LIS->handleMove(MI);
834
835   DEBUG(dbgs() << "\trescheduled below kill: " << *KillMI);
836   return true;
837 }
838
839 /// isDefTooClose - Return true if the re-scheduling will put the given
840 /// instruction too close to the defs of its register dependencies.
841 bool TwoAddressInstructionPass::isDefTooClose(unsigned Reg, unsigned Dist,
842                                               MachineInstr *MI) {
843   for (MachineRegisterInfo::def_iterator DI = MRI->def_begin(Reg),
844          DE = MRI->def_end(); DI != DE; ++DI) {
845     MachineInstr *DefMI = &*DI;
846     if (DefMI->getParent() != MBB || DefMI->isCopy() || DefMI->isCopyLike())
847       continue;
848     if (DefMI == MI)
849       return true; // MI is defining something KillMI uses
850     DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DDI = DistanceMap.find(DefMI);
851     if (DDI == DistanceMap.end())
852       return true;  // Below MI
853     unsigned DefDist = DDI->second;
854     assert(Dist > DefDist && "Visited def already?");
855     if (TII->getInstrLatency(InstrItins, DefMI) > (Dist - DefDist))
856       return true;
857   }
858   return false;
859 }
860
861 /// rescheduleKillAboveMI - If there is one more local instruction that reads
862 /// 'Reg' and it kills 'Reg, consider moving the kill instruction above the
863 /// current two-address instruction in order to eliminate the need for the
864 /// copy.
865 bool TwoAddressInstructionPass::
866 rescheduleKillAboveMI(MachineBasicBlock::iterator &mi,
867                       MachineBasicBlock::iterator &nmi,
868                       unsigned Reg) {
869   // Bail immediately if we don't have LV available. We use it to find kills
870   // efficiently.
871   if (!LV)
872     return false;
873
874   MachineInstr *MI = &*mi;
875   DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DI = DistanceMap.find(MI);
876   if (DI == DistanceMap.end())
877     // Must be created from unfolded load. Don't waste time trying this.
878     return false;
879
880   MachineInstr *KillMI = LV->getVarInfo(Reg).findKill(MBB);
881   if (!KillMI || MI == KillMI || KillMI->isCopy() || KillMI->isCopyLike())
882     // Don't mess with copies, they may be coalesced later.
883     return false;
884
885   unsigned DstReg;
886   if (isTwoAddrUse(*KillMI, Reg, DstReg))
887     return false;
888
889   bool SeenStore = true;
890   if (!KillMI->isSafeToMove(TII, AA, SeenStore))
891     return false;
892
893   SmallSet<unsigned, 2> Uses;
894   SmallSet<unsigned, 2> Kills;
895   SmallSet<unsigned, 2> Defs;
896   SmallSet<unsigned, 2> LiveDefs;
897   for (unsigned i = 0, e = KillMI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
898     const MachineOperand &MO = KillMI->getOperand(i);
899     if (!MO.isReg())
900       continue;
901     unsigned MOReg = MO.getReg();
902     if (MO.isUse()) {
903       if (!MOReg)
904         continue;
905       if (isDefTooClose(MOReg, DI->second, MI))
906         return false;
907       if (MOReg == Reg && !MO.isKill())
908         return false;
909       Uses.insert(MOReg);
910       if (MO.isKill() && MOReg != Reg)
911         Kills.insert(MOReg);
912     } else if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MOReg)) {
913       Defs.insert(MOReg);
914       if (!MO.isDead())
915         LiveDefs.insert(MOReg);
916     }
917   }
918
919   // Check if the reschedule will not break depedencies.
920   unsigned NumVisited = 0;
921   MachineBasicBlock::iterator KillPos = KillMI;
922   for (MachineBasicBlock::iterator I = mi; I != KillPos; ++I) {
923     MachineInstr *OtherMI = I;
924     // DBG_VALUE cannot be counted against the limit.
925     if (OtherMI->isDebugValue())
926       continue;
927     if (NumVisited > 10)  // FIXME: Arbitrary limit to reduce compile time cost.
928       return false;
929     ++NumVisited;
930     if (OtherMI->hasUnmodeledSideEffects() || OtherMI->isCall() ||
931         OtherMI->isBranch() || OtherMI->isTerminator())
932       // Don't move pass calls, etc.
933       return false;
934     SmallVector<unsigned, 2> OtherDefs;
935     for (unsigned i = 0, e = OtherMI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
936       const MachineOperand &MO = OtherMI->getOperand(i);
937       if (!MO.isReg())
938         continue;
939       unsigned MOReg = MO.getReg();
940       if (!MOReg)
941         continue;
942       if (MO.isUse()) {
943         if (Defs.count(MOReg))
944           // Moving KillMI can clobber the physical register if the def has
945           // not been seen.
946           return false;
947         if (Kills.count(MOReg))
948           // Don't want to extend other live ranges and update kills.
949           return false;
950         if (OtherMI != MI && MOReg == Reg && !MO.isKill())
951           // We can't schedule across a use of the register in question.
952           return false;
953       } else {
954         OtherDefs.push_back(MOReg);
955       }
956     }
957
958     for (unsigned i = 0, e = OtherDefs.size(); i != e; ++i) {
959       unsigned MOReg = OtherDefs[i];
960       if (Uses.count(MOReg))
961         return false;
962       if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MOReg) &&
963           LiveDefs.count(MOReg))
964         return false;
965       // Physical register def is seen.
966       Defs.erase(MOReg);
967     }
968   }
969
970   // Move the old kill above MI, don't forget to move debug info as well.
971   MachineBasicBlock::iterator InsertPos = mi;
972   while (InsertPos != MBB->begin() && llvm::prior(InsertPos)->isDebugValue())
973     --InsertPos;
974   MachineBasicBlock::iterator From = KillMI;
975   MachineBasicBlock::iterator To = llvm::next(From);
976   while (llvm::prior(From)->isDebugValue())
977     --From;
978   MBB->splice(InsertPos, MBB, From, To);
979
980   nmi = llvm::prior(InsertPos); // Backtrack so we process the moved instr.
981   DistanceMap.erase(DI);
982
983   // Update live variables
984   LV->removeVirtualRegisterKilled(Reg, KillMI);
985   LV->addVirtualRegisterKilled(Reg, MI);
986   if (LIS)
987     LIS->handleMove(KillMI);
988
989   DEBUG(dbgs() << "\trescheduled kill: " << *KillMI);
990   return true;
991 }
992
993 /// tryInstructionTransform - For the case where an instruction has a single
994 /// pair of tied register operands, attempt some transformations that may
995 /// either eliminate the tied operands or improve the opportunities for
996 /// coalescing away the register copy.  Returns true if no copy needs to be
997 /// inserted to untie mi's operands (either because they were untied, or
998 /// because mi was rescheduled, and will be visited again later).
999 bool TwoAddressInstructionPass::
1000 tryInstructionTransform(MachineBasicBlock::iterator &mi,
1001                         MachineBasicBlock::iterator &nmi,
1002                         unsigned SrcIdx, unsigned DstIdx, unsigned Dist) {
1003   if (OptLevel == CodeGenOpt::None)
1004     return false;
1005
1006   MachineInstr &MI = *mi;
1007   unsigned regA = MI.getOperand(DstIdx).getReg();
1008   unsigned regB = MI.getOperand(SrcIdx).getReg();
1009
1010   assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(regB) &&
1011          "cannot make instruction into two-address form");
1012   bool regBKilled = isKilled(MI, regB, MRI, TII);
1013
1014   if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(regA))
1015     scanUses(regA);
1016
1017   // Check if it is profitable to commute the operands.
1018   unsigned SrcOp1, SrcOp2;
1019   unsigned regC = 0;
1020   unsigned regCIdx = ~0U;
1021   bool TryCommute = false;
1022   bool AggressiveCommute = false;
1023   if (MI.isCommutable() && MI.getNumOperands() >= 3 &&
1024       TII->findCommutedOpIndices(&MI, SrcOp1, SrcOp2)) {
1025     if (SrcIdx == SrcOp1)
1026       regCIdx = SrcOp2;
1027     else if (SrcIdx == SrcOp2)
1028       regCIdx = SrcOp1;
1029
1030     if (regCIdx != ~0U) {
1031       regC = MI.getOperand(regCIdx).getReg();
1032       if (!regBKilled && isKilled(MI, regC, MRI, TII))
1033         // If C dies but B does not, swap the B and C operands.
1034         // This makes the live ranges of A and C joinable.
1035         TryCommute = true;
1036       else if (isProfitableToCommute(regA, regB, regC, &MI, Dist)) {
1037         TryCommute = true;
1038         AggressiveCommute = true;
1039       }
1040     }
1041   }
1042
1043   // If it's profitable to commute, try to do so.
1044   if (TryCommute && commuteInstruction(mi, regB, regC, Dist)) {
1045     ++NumCommuted;
1046     if (AggressiveCommute)
1047       ++NumAggrCommuted;
1048     return false;
1049   }
1050
1051   // If there is one more use of regB later in the same MBB, consider
1052   // re-schedule this MI below it.
1053   if (rescheduleMIBelowKill(mi, nmi, regB)) {
1054     ++NumReSchedDowns;
1055     return true;
1056   }
1057
1058   if (MI.isConvertibleTo3Addr()) {
1059     // This instruction is potentially convertible to a true
1060     // three-address instruction.  Check if it is profitable.
1061     if (!regBKilled || isProfitableToConv3Addr(regA, regB)) {
1062       // Try to convert it.
1063       if (convertInstTo3Addr(mi, nmi, regA, regB, Dist)) {
1064         ++NumConvertedTo3Addr;
1065         return true; // Done with this instruction.
1066       }
1067     }
1068   }
1069
1070   // If there is one more use of regB later in the same MBB, consider
1071   // re-schedule it before this MI if it's legal.
1072   if (rescheduleKillAboveMI(mi, nmi, regB)) {
1073     ++NumReSchedUps;
1074     return true;
1075   }
1076
1077   // If this is an instruction with a load folded into it, try unfolding
1078   // the load, e.g. avoid this:
1079   //   movq %rdx, %rcx
1080   //   addq (%rax), %rcx
1081   // in favor of this:
1082   //   movq (%rax), %rcx
1083   //   addq %rdx, %rcx
1084   // because it's preferable to schedule a load than a register copy.
1085   if (MI.mayLoad() && !regBKilled) {
1086     // Determine if a load can be unfolded.
1087     unsigned LoadRegIndex;
1088     unsigned NewOpc =
1089       TII->getOpcodeAfterMemoryUnfold(MI.getOpcode(),
1090                                       /*UnfoldLoad=*/true,
1091                                       /*UnfoldStore=*/false,
1092                                       &LoadRegIndex);
1093     if (NewOpc != 0) {
1094       const MCInstrDesc &UnfoldMCID = TII->get(NewOpc);
1095       if (UnfoldMCID.getNumDefs() == 1) {
1096         // Unfold the load.
1097         DEBUG(dbgs() << "2addr:   UNFOLDING: " << MI);
1098         const TargetRegisterClass *RC =
1099           TRI->getAllocatableClass(
1100             TII->getRegClass(UnfoldMCID, LoadRegIndex, TRI, *MF));
1101         unsigned Reg = MRI->createVirtualRegister(RC);
1102         SmallVector<MachineInstr *, 2> NewMIs;
1103         if (!TII->unfoldMemoryOperand(*MF, &MI, Reg,
1104                                       /*UnfoldLoad=*/true,/*UnfoldStore=*/false,
1105                                       NewMIs)) {
1106           DEBUG(dbgs() << "2addr: ABANDONING UNFOLD\n");
1107           return false;
1108         }
1109         assert(NewMIs.size() == 2 &&
1110                "Unfolded a load into multiple instructions!");
1111         // The load was previously folded, so this is the only use.
1112         NewMIs[1]->addRegisterKilled(Reg, TRI);
1113
1114         // Tentatively insert the instructions into the block so that they
1115         // look "normal" to the transformation logic.
1116         MBB->insert(mi, NewMIs[0]);
1117         MBB->insert(mi, NewMIs[1]);
1118
1119         DEBUG(dbgs() << "2addr:    NEW LOAD: " << *NewMIs[0]
1120                      << "2addr:    NEW INST: " << *NewMIs[1]);
1121
1122         // Transform the instruction, now that it no longer has a load.
1123         unsigned NewDstIdx = NewMIs[1]->findRegisterDefOperandIdx(regA);
1124         unsigned NewSrcIdx = NewMIs[1]->findRegisterUseOperandIdx(regB);
1125         MachineBasicBlock::iterator NewMI = NewMIs[1];
1126         bool TransformSuccess =
1127           tryInstructionTransform(NewMI, mi, NewSrcIdx, NewDstIdx, Dist);
1128         if (TransformSuccess ||
1129             NewMIs[1]->getOperand(NewSrcIdx).isKill()) {
1130           // Success, or at least we made an improvement. Keep the unfolded
1131           // instructions and discard the original.
1132           if (LV) {
1133             for (unsigned i = 0, e = MI.getNumOperands(); i != e; ++i) {
1134               MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
1135               if (MO.isReg() &&
1136                   TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg())) {
1137                 if (MO.isUse()) {
1138                   if (MO.isKill()) {
1139                     if (NewMIs[0]->killsRegister(MO.getReg()))
1140                       LV->replaceKillInstruction(MO.getReg(), &MI, NewMIs[0]);
1141                     else {
1142                       assert(NewMIs[1]->killsRegister(MO.getReg()) &&
1143                              "Kill missing after load unfold!");
1144                       LV->replaceKillInstruction(MO.getReg(), &MI, NewMIs[1]);
1145                     }
1146                   }
1147                 } else if (LV->removeVirtualRegisterDead(MO.getReg(), &MI)) {
1148                   if (NewMIs[1]->registerDefIsDead(MO.getReg()))
1149                     LV->addVirtualRegisterDead(MO.getReg(), NewMIs[1]);
1150                   else {
1151                     assert(NewMIs[0]->registerDefIsDead(MO.getReg()) &&
1152                            "Dead flag missing after load unfold!");
1153                     LV->addVirtualRegisterDead(MO.getReg(), NewMIs[0]);
1154                   }
1155                 }
1156               }
1157             }
1158             LV->addVirtualRegisterKilled(Reg, NewMIs[1]);
1159           }
1160           MI.eraseFromParent();
1161           mi = NewMIs[1];
1162           if (TransformSuccess)
1163             return true;
1164         } else {
1165           // Transforming didn't eliminate the tie and didn't lead to an
1166           // improvement. Clean up the unfolded instructions and keep the
1167           // original.
1168           DEBUG(dbgs() << "2addr: ABANDONING UNFOLD\n");
1169           NewMIs[0]->eraseFromParent();
1170           NewMIs[1]->eraseFromParent();
1171         }
1172       }
1173     }
1174   }
1175
1176   return false;
1177 }
1178
1179 // Collect tied operands of MI that need to be handled.
1180 // Rewrite trivial cases immediately.
1181 // Return true if any tied operands where found, including the trivial ones.
1182 bool TwoAddressInstructionPass::
1183 collectTiedOperands(MachineInstr *MI, TiedOperandMap &TiedOperands) {
1184   const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
1185   bool AnyOps = false;
1186   unsigned NumOps = MI->getNumOperands();
1187
1188   for (unsigned SrcIdx = 0; SrcIdx < NumOps; ++SrcIdx) {
1189     unsigned DstIdx = 0;
1190     if (!MI->isRegTiedToDefOperand(SrcIdx, &DstIdx))
1191       continue;
1192     AnyOps = true;
1193     MachineOperand &SrcMO = MI->getOperand(SrcIdx);
1194     MachineOperand &DstMO = MI->getOperand(DstIdx);
1195     unsigned SrcReg = SrcMO.getReg();
1196     unsigned DstReg = DstMO.getReg();
1197     // Tied constraint already satisfied?
1198     if (SrcReg == DstReg)
1199       continue;
1200
1201     assert(SrcReg && SrcMO.isUse() && "two address instruction invalid");
1202
1203     // Deal with <undef> uses immediately - simply rewrite the src operand.
1204     if (SrcMO.isUndef()) {
1205       // Constrain the DstReg register class if required.
1206       if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(DstReg))
1207         if (const TargetRegisterClass *RC = TII->getRegClass(MCID, SrcIdx,
1208                                                              TRI, *MF))
1209           MRI->constrainRegClass(DstReg, RC);
1210       SrcMO.setReg(DstReg);
1211       DEBUG(dbgs() << "\t\trewrite undef:\t" << *MI);
1212       continue;
1213     }
1214     TiedOperands[SrcReg].push_back(std::make_pair(SrcIdx, DstIdx));
1215   }
1216   return AnyOps;
1217 }
1218
1219 // Process a list of tied MI operands that all use the same source register.
1220 // The tied pairs are of the form (SrcIdx, DstIdx).
1221 void
1222 TwoAddressInstructionPass::processTiedPairs(MachineInstr *MI,
1223                                             TiedPairList &TiedPairs,
1224                                             unsigned &Dist) {
1225   bool IsEarlyClobber = false;
1226   bool RemovedKillFlag = false;
1227   bool AllUsesCopied = true;
1228   unsigned LastCopiedReg = 0;
1229   unsigned RegB = 0;
1230   for (unsigned tpi = 0, tpe = TiedPairs.size(); tpi != tpe; ++tpi) {
1231     unsigned SrcIdx = TiedPairs[tpi].first;
1232     unsigned DstIdx = TiedPairs[tpi].second;
1233
1234     const MachineOperand &DstMO = MI->getOperand(DstIdx);
1235     unsigned RegA = DstMO.getReg();
1236     IsEarlyClobber |= DstMO.isEarlyClobber();
1237
1238     // Grab RegB from the instruction because it may have changed if the
1239     // instruction was commuted.
1240     RegB = MI->getOperand(SrcIdx).getReg();
1241
1242     if (RegA == RegB) {
1243       // The register is tied to multiple destinations (or else we would
1244       // not have continued this far), but this use of the register
1245       // already matches the tied destination.  Leave it.
1246       AllUsesCopied = false;
1247       continue;
1248     }
1249     LastCopiedReg = RegA;
1250
1251     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(RegB) &&
1252            "cannot make instruction into two-address form");
1253
1254 #ifndef NDEBUG
1255     // First, verify that we don't have a use of "a" in the instruction
1256     // (a = b + a for example) because our transformation will not
1257     // work. This should never occur because we are in SSA form.
1258     for (unsigned i = 0; i != MI->getNumOperands(); ++i)
1259       assert(i == DstIdx ||
1260              !MI->getOperand(i).isReg() ||
1261              MI->getOperand(i).getReg() != RegA);
1262 #endif
1263
1264     // Emit a copy.
1265     BuildMI(*MI->getParent(), MI, MI->getDebugLoc(),
1266             TII->get(TargetOpcode::COPY), RegA).addReg(RegB);
1267
1268     // Update DistanceMap.
1269     MachineBasicBlock::iterator PrevMI = MI;
1270     --PrevMI;
1271     DistanceMap.insert(std::make_pair(PrevMI, Dist));
1272     DistanceMap[MI] = ++Dist;
1273
1274     SlotIndex CopyIdx;
1275     if (Indexes)
1276       CopyIdx = Indexes->insertMachineInstrInMaps(PrevMI).getRegSlot();
1277
1278     DEBUG(dbgs() << "\t\tprepend:\t" << *PrevMI);
1279
1280     MachineOperand &MO = MI->getOperand(SrcIdx);
1281     assert(MO.isReg() && MO.getReg() == RegB && MO.isUse() &&
1282            "inconsistent operand info for 2-reg pass");
1283     if (MO.isKill()) {
1284       MO.setIsKill(false);
1285       RemovedKillFlag = true;
1286     }
1287
1288     // Make sure regA is a legal regclass for the SrcIdx operand.
1289     if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(RegA) &&
1290         TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(RegB))
1291       MRI->constrainRegClass(RegA, MRI->getRegClass(RegB));
1292
1293     MO.setReg(RegA);
1294
1295     // Propagate SrcRegMap.
1296     SrcRegMap[RegA] = RegB;
1297   }
1298
1299
1300   if (AllUsesCopied) {
1301     if (!IsEarlyClobber) {
1302       // Replace other (un-tied) uses of regB with LastCopiedReg.
1303       for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1304         MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
1305         if (MO.isReg() && MO.getReg() == RegB && MO.isUse()) {
1306           if (MO.isKill()) {
1307             MO.setIsKill(false);
1308             RemovedKillFlag = true;
1309           }
1310           MO.setReg(LastCopiedReg);
1311         }
1312       }
1313     }
1314
1315     // Update live variables for regB.
1316     if (RemovedKillFlag && LV && LV->getVarInfo(RegB).removeKill(MI)) {
1317       MachineBasicBlock::iterator PrevMI = MI;
1318       --PrevMI;
1319       LV->addVirtualRegisterKilled(RegB, PrevMI);
1320     }
1321
1322   } else if (RemovedKillFlag) {
1323     // Some tied uses of regB matched their destination registers, so
1324     // regB is still used in this instruction, but a kill flag was
1325     // removed from a different tied use of regB, so now we need to add
1326     // a kill flag to one of the remaining uses of regB.
1327     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1328       MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
1329       if (MO.isReg() && MO.getReg() == RegB && MO.isUse()) {
1330         MO.setIsKill(true);
1331         break;
1332       }
1333     }
1334   }
1335 }
1336
1337 /// runOnMachineFunction - Reduce two-address instructions to two operands.
1338 ///
1339 bool TwoAddressInstructionPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &Func) {
1340   MF = &Func;
1341   const TargetMachine &TM = MF->getTarget();
1342   MRI = &MF->getRegInfo();
1343   TII = TM.getInstrInfo();
1344   TRI = TM.getRegisterInfo();
1345   InstrItins = TM.getInstrItineraryData();
1346   Indexes = getAnalysisIfAvailable<SlotIndexes>();
1347   LV = getAnalysisIfAvailable<LiveVariables>();
1348   LIS = getAnalysisIfAvailable<LiveIntervals>();
1349   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
1350   OptLevel = TM.getOptLevel();
1351
1352   bool MadeChange = false;
1353
1354   DEBUG(dbgs() << "********** REWRITING TWO-ADDR INSTRS **********\n");
1355   DEBUG(dbgs() << "********** Function: "
1356         << MF->getName() << '\n');
1357
1358   // This pass takes the function out of SSA form.
1359   MRI->leaveSSA();
1360
1361   TiedOperandMap TiedOperands;
1362   for (MachineFunction::iterator MBBI = MF->begin(), MBBE = MF->end();
1363        MBBI != MBBE; ++MBBI) {
1364     MBB = MBBI;
1365     unsigned Dist = 0;
1366     DistanceMap.clear();
1367     SrcRegMap.clear();
1368     DstRegMap.clear();
1369     Processed.clear();
1370     for (MachineBasicBlock::iterator mi = MBB->begin(), me = MBB->end();
1371          mi != me; ) {
1372       MachineBasicBlock::iterator nmi = llvm::next(mi);
1373       if (mi->isDebugValue()) {
1374         mi = nmi;
1375         continue;
1376       }
1377
1378       // Remember REG_SEQUENCE instructions, we'll deal with them later.
1379       if (mi->isRegSequence())
1380         RegSequences.push_back(&*mi);
1381
1382       DistanceMap.insert(std::make_pair(mi, ++Dist));
1383
1384       processCopy(&*mi);
1385
1386       // First scan through all the tied register uses in this instruction
1387       // and record a list of pairs of tied operands for each register.
1388       if (!collectTiedOperands(mi, TiedOperands)) {
1389         mi = nmi;
1390         continue;
1391       }
1392
1393       ++NumTwoAddressInstrs;
1394       MadeChange = true;
1395       DEBUG(dbgs() << '\t' << *mi);
1396
1397       // If the instruction has a single pair of tied operands, try some
1398       // transformations that may either eliminate the tied operands or
1399       // improve the opportunities for coalescing away the register copy.
1400       if (TiedOperands.size() == 1) {
1401         SmallVector<std::pair<unsigned, unsigned>, 4> &TiedPairs
1402           = TiedOperands.begin()->second;
1403         if (TiedPairs.size() == 1) {
1404           unsigned SrcIdx = TiedPairs[0].first;
1405           unsigned DstIdx = TiedPairs[0].second;
1406           unsigned SrcReg = mi->getOperand(SrcIdx).getReg();
1407           unsigned DstReg = mi->getOperand(DstIdx).getReg();
1408           if (SrcReg != DstReg &&
1409               tryInstructionTransform(mi, nmi, SrcIdx, DstIdx, Dist)) {
1410             // The tied operands have been eliminated or shifted further down the
1411             // block to ease elimination. Continue processing with 'nmi'.
1412             TiedOperands.clear();
1413             mi = nmi;
1414             continue;
1415           }
1416         }
1417       }
1418
1419       // Now iterate over the information collected above.
1420       for (TiedOperandMap::iterator OI = TiedOperands.begin(),
1421              OE = TiedOperands.end(); OI != OE; ++OI) {
1422         processTiedPairs(mi, OI->second, Dist);
1423         DEBUG(dbgs() << "\t\trewrite to:\t" << *mi);
1424       }
1425
1426       // Rewrite INSERT_SUBREG as COPY now that we no longer need SSA form.
1427       if (mi->isInsertSubreg()) {
1428         // From %reg = INSERT_SUBREG %reg, %subreg, subidx
1429         // To   %reg:subidx = COPY %subreg
1430         unsigned SubIdx = mi->getOperand(3).getImm();
1431         mi->RemoveOperand(3);
1432         assert(mi->getOperand(0).getSubReg() == 0 && "Unexpected subreg idx");
1433         mi->getOperand(0).setSubReg(SubIdx);
1434         mi->getOperand(0).setIsUndef(mi->getOperand(1).isUndef());
1435         mi->RemoveOperand(1);
1436         mi->setDesc(TII->get(TargetOpcode::COPY));
1437         DEBUG(dbgs() << "\t\tconvert to:\t" << *mi);
1438       }
1439
1440       // Clear TiedOperands here instead of at the top of the loop
1441       // since most instructions do not have tied operands.
1442       TiedOperands.clear();
1443       mi = nmi;
1444     }
1445   }
1446
1447   // Eliminate REG_SEQUENCE instructions. Their whole purpose was to preseve
1448   // SSA form. It's now safe to de-SSA.
1449   MadeChange |= eliminateRegSequences();
1450
1451   return MadeChange;
1452 }
1453
1454 static void UpdateRegSequenceSrcs(unsigned SrcReg,
1455                                   unsigned DstReg, unsigned SubIdx,
1456                                   MachineRegisterInfo *MRI,
1457                                   const TargetRegisterInfo &TRI) {
1458   for (MachineRegisterInfo::reg_iterator RI = MRI->reg_begin(SrcReg),
1459          RE = MRI->reg_end(); RI != RE; ) {
1460     MachineOperand &MO = RI.getOperand();
1461     ++RI;
1462     MO.substVirtReg(DstReg, SubIdx, TRI);
1463   }
1464 }
1465
1466 // Find the first def of Reg, assuming they are all in the same basic block.
1467 static MachineInstr *findFirstDef(unsigned Reg, MachineRegisterInfo *MRI) {
1468   SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> Defs;
1469   MachineInstr *First = 0;
1470   for (MachineRegisterInfo::def_iterator RI = MRI->def_begin(Reg);
1471        MachineInstr *MI = RI.skipInstruction(); Defs.insert(MI))
1472     First = MI;
1473   if (!First)
1474     return 0;
1475
1476   MachineBasicBlock *MBB = First->getParent();
1477   MachineBasicBlock::iterator A = First, B = First;
1478   bool Moving;
1479   do {
1480     Moving = false;
1481     if (A != MBB->begin()) {
1482       Moving = true;
1483       --A;
1484       if (Defs.erase(A)) First = A;
1485     }
1486     if (B != MBB->end()) {
1487       Defs.erase(B);
1488       ++B;
1489       Moving = true;
1490     }
1491   } while (Moving && !Defs.empty());
1492   assert(Defs.empty() && "Instructions outside basic block!");
1493   return First;
1494 }
1495
1496 static bool HasOtherRegSequenceUses(unsigned Reg, MachineInstr *RegSeq,
1497                                     MachineRegisterInfo *MRI) {
1498   for (MachineRegisterInfo::use_iterator UI = MRI->use_begin(Reg),
1499          UE = MRI->use_end(); UI != UE; ++UI) {
1500     MachineInstr *UseMI = &*UI;
1501     if (UseMI != RegSeq && UseMI->isRegSequence())
1502       return true;
1503   }
1504   return false;
1505 }
1506
1507 /// eliminateRegSequences - Eliminate REG_SEQUENCE instructions as part
1508 /// of the de-ssa process. This replaces sources of REG_SEQUENCE as
1509 /// sub-register references of the register defined by REG_SEQUENCE. e.g.
1510 ///
1511 /// %reg1029<def>, %reg1030<def> = VLD1q16 %reg1024<kill>, ...
1512 /// %reg1031<def> = REG_SEQUENCE %reg1029<kill>, 5, %reg1030<kill>, 6
1513 /// =>
1514 /// %reg1031:5<def>, %reg1031:6<def> = VLD1q16 %reg1024<kill>, ...
1515 bool TwoAddressInstructionPass::eliminateRegSequences() {
1516   if (RegSequences.empty())
1517     return false;
1518
1519   for (unsigned i = 0, e = RegSequences.size(); i != e; ++i) {
1520     MachineInstr *MI = RegSequences[i];
1521     unsigned DstReg = MI->getOperand(0).getReg();
1522     if (MI->getOperand(0).getSubReg() ||
1523         TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DstReg) ||
1524         !(MI->getNumOperands() & 1)) {
1525       DEBUG(dbgs() << "Illegal REG_SEQUENCE instruction:" << *MI);
1526       llvm_unreachable(0);
1527     }
1528
1529     bool IsImpDef = true;
1530     SmallVector<unsigned, 4> RealSrcs;
1531     SmallSet<unsigned, 4> Seen;
1532     for (unsigned i = 1, e = MI->getNumOperands(); i < e; i += 2) {
1533       // Nothing needs to be inserted for <undef> operands.
1534       if (MI->getOperand(i).isUndef()) {
1535         MI->getOperand(i).setReg(0);
1536         continue;
1537       }
1538       unsigned SrcReg = MI->getOperand(i).getReg();
1539       unsigned SrcSubIdx = MI->getOperand(i).getSubReg();
1540       unsigned SubIdx = MI->getOperand(i+1).getImm();
1541       // DefMI of NULL means the value does not have a vreg in this block
1542       // i.e., its a physical register or a subreg.
1543       // In either case we force a copy to be generated.
1544       MachineInstr *DefMI = NULL;
1545       if (!MI->getOperand(i).getSubReg() &&
1546           !TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg)) {
1547         DefMI = MRI->getUniqueVRegDef(SrcReg);
1548       }
1549
1550       if (DefMI && DefMI->isImplicitDef()) {
1551         DefMI->eraseFromParent();
1552         continue;
1553       }
1554       IsImpDef = false;
1555
1556       // Remember COPY sources. These might be candidate for coalescing.
1557       if (DefMI && DefMI->isCopy() && DefMI->getOperand(1).getSubReg())
1558         RealSrcs.push_back(DefMI->getOperand(1).getReg());
1559
1560       bool isKill = MI->getOperand(i).isKill();
1561       if (!DefMI || !Seen.insert(SrcReg) ||
1562           MI->getParent() != DefMI->getParent() ||
1563           !isKill || HasOtherRegSequenceUses(SrcReg, MI, MRI) ||
1564           !TRI->getMatchingSuperRegClass(MRI->getRegClass(DstReg),
1565                                          MRI->getRegClass(SrcReg), SubIdx)) {
1566         // REG_SEQUENCE cannot have duplicated operands, add a copy.
1567         // Also add an copy if the source is live-in the block. We don't want
1568         // to end up with a partial-redef of a livein, e.g.
1569         // BB0:
1570         // reg1051:10<def> =
1571         // ...
1572         // BB1:
1573         // ... = reg1051:10
1574         // BB2:
1575         // reg1051:9<def> =
1576         // LiveIntervalAnalysis won't like it.
1577         //
1578         // If the REG_SEQUENCE doesn't kill its source, keeping live variables
1579         // correctly up to date becomes very difficult. Insert a copy.
1580
1581         // Defer any kill flag to the last operand using SrcReg. Otherwise, we
1582         // might insert a COPY that uses SrcReg after is was killed.
1583         if (isKill)
1584           for (unsigned j = i + 2; j < e; j += 2)
1585             if (MI->getOperand(j).getReg() == SrcReg) {
1586               MI->getOperand(j).setIsKill();
1587               isKill = false;
1588               break;
1589             }
1590
1591         MachineBasicBlock::iterator InsertLoc = MI;
1592         MachineInstr *CopyMI = BuildMI(*MI->getParent(), InsertLoc,
1593                                 MI->getDebugLoc(), TII->get(TargetOpcode::COPY))
1594             .addReg(DstReg, RegState::Define, SubIdx)
1595             .addReg(SrcReg, getKillRegState(isKill), SrcSubIdx);
1596         MI->getOperand(i).setReg(0);
1597         if (LV && isKill && !TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg))
1598           LV->replaceKillInstruction(SrcReg, MI, CopyMI);
1599         DEBUG(dbgs() << "Inserted: " << *CopyMI);
1600       }
1601     }
1602
1603     for (unsigned i = 1, e = MI->getNumOperands(); i < e; i += 2) {
1604       unsigned SrcReg = MI->getOperand(i).getReg();
1605       if (!SrcReg) continue;
1606       unsigned SubIdx = MI->getOperand(i+1).getImm();
1607       UpdateRegSequenceSrcs(SrcReg, DstReg, SubIdx, MRI, *TRI);
1608     }
1609
1610     // Set <def,undef> flags on the first DstReg def in the basic block.
1611     // It marks the beginning of the live range. All the other defs are
1612     // read-modify-write.
1613     if (MachineInstr *Def = findFirstDef(DstReg, MRI)) {
1614       for (unsigned i = 0, e = Def->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1615         MachineOperand &MO = Def->getOperand(i);
1616         if (MO.isReg() && MO.isDef() && MO.getReg() == DstReg)
1617           MO.setIsUndef();
1618       }
1619       DEBUG(dbgs() << "First def: " << *Def);
1620     }
1621
1622     if (IsImpDef) {
1623       DEBUG(dbgs() << "Turned: " << *MI << " into an IMPLICIT_DEF");
1624       MI->setDesc(TII->get(TargetOpcode::IMPLICIT_DEF));
1625       for (int j = MI->getNumOperands() - 1, ee = 0; j > ee; --j)
1626         MI->RemoveOperand(j);
1627     } else {
1628       DEBUG(dbgs() << "Eliminated: " << *MI);
1629       MI->eraseFromParent();
1630     }
1631   }
1632
1633   RegSequences.clear();
1634   return true;
1635 }