Mark vector pow, ctpop, cttz, and ctlz as Expand on PowerPC.
[oota-llvm.git] / lib / Target / README.txt
1 Target Independent Opportunities:
2
3 //===---------------------------------------------------------------------===//
4
5 With the recent changes to make the implicit def/use set explicit in
6 machineinstrs, we should change the target descriptions for 'call' instructions
7 so that the .td files don't list all the call-clobbered registers as implicit
8 defs.  Instead, these should be added by the code generator (e.g. on the dag).
9
10 This has a number of uses:
11
12 1. PPC32/64 and X86 32/64 can avoid having multiple copies of call instructions
13    for their different impdef sets.
14 2. Targets with multiple calling convs (e.g. x86) which have different clobber
15    sets don't need copies of call instructions.
16 3. 'Interprocedural register allocation' can be done to reduce the clobber sets
17    of calls.
18
19 //===---------------------------------------------------------------------===//
20
21 Make the PPC branch selector target independant
22
23 //===---------------------------------------------------------------------===//
24
25 Get the C front-end to expand hypot(x,y) -> llvm.sqrt(x*x+y*y) when errno and
26 precision don't matter (ffastmath).  Misc/mandel will like this. :)
27
28 //===---------------------------------------------------------------------===//
29
30 Solve this DAG isel folding deficiency:
31
32 int X, Y;
33
34 void fn1(void)
35 {
36   X = X | (Y << 3);
37 }
38
39 compiles to
40
41 fn1:
42         movl Y, %eax
43         shll $3, %eax
44         orl X, %eax
45         movl %eax, X
46         ret
47
48 The problem is the store's chain operand is not the load X but rather
49 a TokenFactor of the load X and load Y, which prevents the folding.
50
51 There are two ways to fix this:
52
53 1. The dag combiner can start using alias analysis to realize that y/x
54    don't alias, making the store to X not dependent on the load from Y.
55 2. The generated isel could be made smarter in the case it can't
56    disambiguate the pointers.
57
58 Number 1 is the preferred solution.
59
60 This has been "fixed" by a TableGen hack. But that is a short term workaround
61 which will be removed once the proper fix is made.
62
63 //===---------------------------------------------------------------------===//
64
65 On targets with expensive 64-bit multiply, we could LSR this:
66
67 for (i = ...; ++i) {
68    x = 1ULL << i;
69
70 into:
71  long long tmp = 1;
72  for (i = ...; ++i, tmp+=tmp)
73    x = tmp;
74
75 This would be a win on ppc32, but not x86 or ppc64.
76
77 //===---------------------------------------------------------------------===//
78
79 Shrink: (setlt (loadi32 P), 0) -> (setlt (loadi8 Phi), 0)
80
81 //===---------------------------------------------------------------------===//
82
83 Reassociate should turn: X*X*X*X -> t=(X*X) (t*t) to eliminate a multiply.
84
85 //===---------------------------------------------------------------------===//
86
87 Interesting? testcase for add/shift/mul reassoc:
88
89 int bar(int x, int y) {
90   return x*x*x+y+x*x*x*x*x*y*y*y*y;
91 }
92 int foo(int z, int n) {
93   return bar(z, n) + bar(2*z, 2*n);
94 }
95
96 Reassociate should handle the example in GCC PR16157.
97
98 //===---------------------------------------------------------------------===//
99
100 These two functions should generate the same code on big-endian systems:
101
102 int g(int *j,int *l)  {  return memcmp(j,l,4);  }
103 int h(int *j, int *l) {  return *j - *l; }
104
105 this could be done in SelectionDAGISel.cpp, along with other special cases,
106 for 1,2,4,8 bytes.
107
108 //===---------------------------------------------------------------------===//
109
110 It would be nice to revert this patch:
111 http://lists.cs.uiuc.edu/pipermail/llvm-commits/Week-of-Mon-20060213/031986.html
112
113 And teach the dag combiner enough to simplify the code expanded before 
114 legalize.  It seems plausible that this knowledge would let it simplify other
115 stuff too.
116
117 //===---------------------------------------------------------------------===//
118
119 For vector types, TargetData.cpp::getTypeInfo() returns alignment that is equal
120 to the type size. It works but can be overly conservative as the alignment of
121 specific vector types are target dependent.
122
123 //===---------------------------------------------------------------------===//
124
125 We should add 'unaligned load/store' nodes, and produce them from code like
126 this:
127
128 v4sf example(float *P) {
129   return (v4sf){P[0], P[1], P[2], P[3] };
130 }
131
132 //===---------------------------------------------------------------------===//
133
134 We should constant fold vector type casts at the LLVM level, regardless of the
135 cast.  Currently we cannot fold some casts because we don't have TargetData
136 information in the constant folder, so we don't know the endianness of the 
137 target!
138
139 //===---------------------------------------------------------------------===//
140
141 Add support for conditional increments, and other related patterns.  Instead
142 of:
143
144         movl 136(%esp), %eax
145         cmpl $0, %eax
146         je LBB16_2      #cond_next
147 LBB16_1:        #cond_true
148         incl _foo
149 LBB16_2:        #cond_next
150
151 emit:
152         movl    _foo, %eax
153         cmpl    $1, %edi
154         sbbl    $-1, %eax
155         movl    %eax, _foo
156
157 //===---------------------------------------------------------------------===//
158
159 Combine: a = sin(x), b = cos(x) into a,b = sincos(x).
160
161 Expand these to calls of sin/cos and stores:
162       double sincos(double x, double *sin, double *cos);
163       float sincosf(float x, float *sin, float *cos);
164       long double sincosl(long double x, long double *sin, long double *cos);
165
166 Doing so could allow SROA of the destination pointers.  See also:
167 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=17687
168
169 //===---------------------------------------------------------------------===//
170
171 Scalar Repl cannot currently promote this testcase to 'ret long cst':
172
173         %struct.X = type { i32, i32 }
174         %struct.Y = type { %struct.X }
175
176 define i64 @bar() {
177         %retval = alloca %struct.Y, align 8
178         %tmp12 = getelementptr %struct.Y* %retval, i32 0, i32 0, i32 0
179         store i32 0, i32* %tmp12
180         %tmp15 = getelementptr %struct.Y* %retval, i32 0, i32 0, i32 1
181         store i32 1, i32* %tmp15
182         %retval.upgrd.1 = bitcast %struct.Y* %retval to i64*
183         %retval.upgrd.2 = load i64* %retval.upgrd.1
184         ret i64 %retval.upgrd.2
185 }
186
187 it should be extended to do so.
188
189 //===---------------------------------------------------------------------===//
190
191 -scalarrepl should promote this to be a vector scalar.
192
193         %struct..0anon = type { <4 x float> }
194
195 define void @test1(<4 x float> %V, float* %P) {
196         %u = alloca %struct..0anon, align 16
197         %tmp = getelementptr %struct..0anon* %u, i32 0, i32 0
198         store <4 x float> %V, <4 x float>* %tmp
199         %tmp1 = bitcast %struct..0anon* %u to [4 x float]*
200         %tmp.upgrd.1 = getelementptr [4 x float]* %tmp1, i32 0, i32 1
201         %tmp.upgrd.2 = load float* %tmp.upgrd.1
202         %tmp3 = mul float %tmp.upgrd.2, 2.000000e+00
203         store float %tmp3, float* %P
204         ret void
205 }
206
207 //===---------------------------------------------------------------------===//
208
209 Turn this into a single byte store with no load (the other 3 bytes are
210 unmodified):
211
212 void %test(uint* %P) {
213         %tmp = load uint* %P
214         %tmp14 = or uint %tmp, 3305111552
215         %tmp15 = and uint %tmp14, 3321888767
216         store uint %tmp15, uint* %P
217         ret void
218 }
219
220 //===---------------------------------------------------------------------===//
221
222 dag/inst combine "clz(x)>>5 -> x==0" for 32-bit x.
223
224 Compile:
225
226 int bar(int x)
227 {
228   int t = __builtin_clz(x);
229   return -(t>>5);
230 }
231
232 to:
233
234 _bar:   addic r3,r3,-1
235         subfe r3,r3,r3
236         blr
237
238 //===---------------------------------------------------------------------===//
239
240 Legalize should lower ctlz like this:
241   ctlz(x) = popcnt((x-1) & ~x)
242
243 on targets that have popcnt but not ctlz.  itanium, what else?
244
245 //===---------------------------------------------------------------------===//
246
247 quantum_sigma_x in 462.libquantum contains the following loop:
248
249       for(i=0; i<reg->size; i++)
250         {
251           /* Flip the target bit of each basis state */
252           reg->node[i].state ^= ((MAX_UNSIGNED) 1 << target);
253         } 
254
255 Where MAX_UNSIGNED/state is a 64-bit int.  On a 32-bit platform it would be just
256 so cool to turn it into something like:
257
258    long long Res = ((MAX_UNSIGNED) 1 << target);
259    if (target < 32) {
260      for(i=0; i<reg->size; i++)
261        reg->node[i].state ^= Res & 0xFFFFFFFFULL;
262    } else {
263      for(i=0; i<reg->size; i++)
264        reg->node[i].state ^= Res & 0xFFFFFFFF00000000ULL
265    }
266    
267 ... which would only do one 32-bit XOR per loop iteration instead of two.
268
269 It would also be nice to recognize the reg->size doesn't alias reg->node[i], but
270 alas...
271
272 //===---------------------------------------------------------------------===//
273
274 This isn't recognized as bswap by instcombine:
275
276 unsigned int swap_32(unsigned int v) {
277   v = ((v & 0x00ff00ffU) << 8)  | ((v & 0xff00ff00U) >> 8);
278   v = ((v & 0x0000ffffU) << 16) | ((v & 0xffff0000U) >> 16);
279   return v;
280 }
281
282 Nor is this (yes, it really is bswap):
283
284 unsigned long reverse(unsigned v) {
285     unsigned t;
286     t = v ^ ((v << 16) | (v >> 16));
287     t &= ~0xff0000;
288     v = (v << 24) | (v >> 8);
289     return v ^ (t >> 8);
290 }
291
292 //===---------------------------------------------------------------------===//
293
294 These should turn into single 16-bit (unaligned?) loads on little/big endian
295 processors.
296
297 unsigned short read_16_le(const unsigned char *adr) {
298   return adr[0] | (adr[1] << 8);
299 }
300 unsigned short read_16_be(const unsigned char *adr) {
301   return (adr[0] << 8) | adr[1];
302 }
303
304 //===---------------------------------------------------------------------===//
305
306 -instcombine should handle this transform:
307    icmp pred (sdiv X / C1 ), C2
308 when X, C1, and C2 are unsigned.  Similarly for udiv and signed operands. 
309
310 Currently InstCombine avoids this transform but will do it when the signs of
311 the operands and the sign of the divide match. See the FIXME in 
312 InstructionCombining.cpp in the visitSetCondInst method after the switch case 
313 for Instruction::UDiv (around line 4447) for more details.
314
315 The SingleSource/Benchmarks/Shootout-C++/hash and hash2 tests have examples of
316 this construct. 
317
318 //===---------------------------------------------------------------------===//
319
320 Instcombine misses several of these cases (see the testcase in the patch):
321 http://gcc.gnu.org/ml/gcc-patches/2006-10/msg01519.html
322
323 //===---------------------------------------------------------------------===//
324
325 viterbi speeds up *significantly* if the various "history" related copy loops
326 are turned into memcpy calls at the source level.  We need a "loops to memcpy"
327 pass.
328
329 //===---------------------------------------------------------------------===//
330
331 Consider:
332
333 typedef unsigned U32;
334 typedef unsigned long long U64;
335 int test (U32 *inst, U64 *regs) {
336     U64 effective_addr2;
337     U32 temp = *inst;
338     int r1 = (temp >> 20) & 0xf;
339     int b2 = (temp >> 16) & 0xf;
340     effective_addr2 = temp & 0xfff;
341     if (b2) effective_addr2 += regs[b2];
342     b2 = (temp >> 12) & 0xf;
343     if (b2) effective_addr2 += regs[b2];
344     effective_addr2 &= regs[4];
345      if ((effective_addr2 & 3) == 0)
346         return 1;
347     return 0;
348 }
349
350 Note that only the low 2 bits of effective_addr2 are used.  On 32-bit systems,
351 we don't eliminate the computation of the top half of effective_addr2 because
352 we don't have whole-function selection dags.  On x86, this means we use one
353 extra register for the function when effective_addr2 is declared as U64 than
354 when it is declared U32.
355
356 //===---------------------------------------------------------------------===//
357
358 Promote for i32 bswap can use i64 bswap + shr.  Useful on targets with 64-bit
359 regs and bswap, like itanium.
360
361 //===---------------------------------------------------------------------===//
362
363 LSR should know what GPR types a target has.  This code:
364
365 volatile short X, Y; // globals
366
367 void foo(int N) {
368   int i;
369   for (i = 0; i < N; i++) { X = i; Y = i*4; }
370 }
371
372 produces two identical IV's (after promotion) on PPC/ARM:
373
374 LBB1_1: @bb.preheader
375         mov r3, #0
376         mov r2, r3
377         mov r1, r3
378 LBB1_2: @bb
379         ldr r12, LCPI1_0
380         ldr r12, [r12]
381         strh r2, [r12]
382         ldr r12, LCPI1_1
383         ldr r12, [r12]
384         strh r3, [r12]
385         add r1, r1, #1    <- [0,+,1]
386         add r3, r3, #4
387         add r2, r2, #1    <- [0,+,1]
388         cmp r1, r0
389         bne LBB1_2      @bb
390
391
392 //===---------------------------------------------------------------------===//
393
394 Tail call elim should be more aggressive, checking to see if the call is
395 followed by an uncond branch to an exit block.
396
397 ; This testcase is due to tail-duplication not wanting to copy the return
398 ; instruction into the terminating blocks because there was other code
399 ; optimized out of the function after the taildup happened.
400 ;RUN: llvm-upgrade < %s | llvm-as | opt -tailcallelim | llvm-dis | not grep call
401
402 int %t4(int %a) {
403 entry:
404         %tmp.1 = and int %a, 1
405         %tmp.2 = cast int %tmp.1 to bool
406         br bool %tmp.2, label %then.0, label %else.0
407
408 then.0:
409         %tmp.5 = add int %a, -1
410         %tmp.3 = call int %t4( int %tmp.5 )
411         br label %return
412
413 else.0:
414         %tmp.7 = setne int %a, 0
415         br bool %tmp.7, label %then.1, label %return
416
417 then.1:
418         %tmp.11 = add int %a, -2
419         %tmp.9 = call int %t4( int %tmp.11 )
420         br label %return
421
422 return:
423         %result.0 = phi int [ 0, %else.0 ], [ %tmp.3, %then.0 ],
424                             [ %tmp.9, %then.1 ]
425         ret int %result.0
426 }
427
428 //===---------------------------------------------------------------------===//
429
430 Tail recursion elimination is not transforming this function, because it is
431 returning n, which fails the isDynamicConstant check in the accumulator 
432 recursion checks.
433
434 long long fib(const long long n) {
435   switch(n) {
436     case 0:
437     case 1:
438       return n;
439     default:
440       return fib(n-1) + fib(n-2);
441   }
442 }
443
444 //===---------------------------------------------------------------------===//
445
446 Argument promotion should promote arguments for recursive functions, like 
447 this:
448
449 ; RUN: llvm-upgrade < %s | llvm-as | opt -argpromotion | llvm-dis | grep x.val
450
451 implementation   ; Functions:
452
453 internal int %foo(int* %x) {
454 entry:
455         %tmp = load int* %x
456         %tmp.foo = call int %foo(int *%x)
457         ret int %tmp.foo
458 }
459
460 int %bar(int* %x) {
461 entry:
462         %tmp3 = call int %foo( int* %x)                ; <int>[#uses=1]
463         ret int %tmp3
464 }
465
466
467