lib/Transforms/Scalar/CodeGenPrepare.cpp

   1 //===- CodeGenPrepare.cpp - Prepare a function for code generation --------===//
   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 munges the code in the input function to better prepare it for
  11 // SelectionDAG-based code generation.  This works around limitations in it's
  12 // basic-block-at-a-time approach.  It should eventually be removed.
  13 //
  14 //===----------------------------------------------------------------------===//
  15
  16 #define DEBUG_TYPE "codegenprepare"
  17 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  18 #include "llvm/Constants.h"
  19 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  20 #include "llvm/Function.h"
  21 #include "llvm/Instructions.h"
  22 #include "llvm/Pass.h"
  23 #include "llvm/Target/TargetAsmInfo.h"
  24 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  25 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
  26 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  27 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
  28 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
  29 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  30 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
  31 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  32 #include "llvm/Support/Compiler.h"
  33 #include "llvm/Support/Debug.h"
  34 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
  35 using namespace llvm;
  36
  37 namespace {
  38   cl::opt<bool> OptExtUses("optimize-ext-uses",
  39                            cl::init(true), cl::Hidden);
  40 }
  41
  42 namespace {
  43   class VISIBILITY_HIDDEN CodeGenPrepare : public FunctionPass {
  44     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
  45     /// transformation profitability.
  46     const TargetLowering *TLI;
  47   public:
  48     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
  49     explicit CodeGenPrepare(const TargetLowering *tli = 0)
  50       : FunctionPass((intptr_t)&ID), TLI(tli) {}
  51     bool runOnFunction(Function &F);
  52
  53   private:
  54     bool EliminateMostlyEmptyBlocks(Function &F);
  55     bool CanMergeBlocks(const BasicBlock *BB, const BasicBlock *DestBB) const;
  56     void EliminateMostlyEmptyBlock(BasicBlock *BB);
  57     bool OptimizeBlock(BasicBlock &BB);
  58     bool OptimizeLoadStoreInst(Instruction *I, Value *Addr,
  59                                const Type *AccessTy,
  60                                DenseMap<Value*,Value*> &SunkAddrs);
  61     bool OptimizeExtUses(Instruction *I);
  62   };
  63 }
  64
  65 char CodeGenPrepare::ID = 0;
  66 static RegisterPass<CodeGenPrepare> X("codegenprepare",
  67                                       "Optimize for code generation");
  68
  69 FunctionPass *llvm::createCodeGenPreparePass(const TargetLowering *TLI) {
  70   return new CodeGenPrepare(TLI);
  71 }
  72
  73
  74 bool CodeGenPrepare::runOnFunction(Function &F) {
  75   bool EverMadeChange = false;
  76
  77   // First pass, eliminate blocks that contain only PHI nodes and an
  78   // unconditional branch.
  79   EverMadeChange |= EliminateMostlyEmptyBlocks(F);
  80
  81   bool MadeChange = true;
  82   while (MadeChange) {
  83     MadeChange = false;
  84     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB)
  85       MadeChange |= OptimizeBlock(*BB);
  86     EverMadeChange |= MadeChange;
  87   }
  88   return EverMadeChange;
  89 }
  90
  91 /// EliminateMostlyEmptyBlocks - eliminate blocks that contain only PHI nodes
  92 /// and an unconditional branch.  Passes before isel (e.g. LSR/loopsimplify)
  93 /// often split edges in ways that are non-optimal for isel.  Start by
  94 /// eliminating these blocks so we can split them the way we want them.
  95 bool CodeGenPrepare::EliminateMostlyEmptyBlocks(Function &F) {
  96   bool MadeChange = false;
  97   // Note that this intentionally skips the entry block.
  98   for (Function::iterator I = ++F.begin(), E = F.end(); I != E; ) {
  99     BasicBlock *BB = I++;
 100
 101     // If this block doesn't end with an uncond branch, ignore it.
 102     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
 103     if (!BI || !BI->isUnconditional())
 104       continue;
 105
 106     // If the instruction before the branch isn't a phi node, then other stuff
 107     // is happening here.
 108     BasicBlock::iterator BBI = BI;
 109     if (BBI != BB->begin()) {
 110       --BBI;
 111       if (!isa<PHINode>(BBI)) continue;
 112     }
 113
 114     // Do not break infinite loops.
 115     BasicBlock *DestBB = BI->getSuccessor(0);
 116     if (DestBB == BB)
 117       continue;
 118
 119     if (!CanMergeBlocks(BB, DestBB))
 120       continue;
 121
 122     EliminateMostlyEmptyBlock(BB);
 123     MadeChange = true;
 124   }
 125   return MadeChange;
 126 }
 127
 128 /// CanMergeBlocks - Return true if we can merge BB into DestBB if there is a
 129 /// single uncond branch between them, and BB contains no other non-phi
 130 /// instructions.
 131 bool CodeGenPrepare::CanMergeBlocks(const BasicBlock *BB,
 132                                     const BasicBlock *DestBB) const {
 133   // We only want to eliminate blocks whose phi nodes are used by phi nodes in
 134   // the successor.  If there are more complex condition (e.g. preheaders),
 135   // don't mess around with them.
 136   BasicBlock::const_iterator BBI = BB->begin();
 137   while (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++)) {
 138     for (Value::use_const_iterator UI = PN->use_begin(), E = PN->use_end();
 139          UI != E; ++UI) {
 140       const Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
 141       if (User->getParent() != DestBB || !isa<PHINode>(User))
 142         return false;
 143       // If User is inside DestBB block and it is a PHINode then check
 144       // incoming value. If incoming value is not from BB then this is
 145       // a complex condition (e.g. preheaders) we want to avoid here.
 146       if (User->getParent() == DestBB) {
 147         if (const PHINode *UPN = dyn_cast<PHINode>(User))
 148           for (unsigned I = 0, E = UPN->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
 149             Instruction *Insn = dyn_cast<Instruction>(UPN->getIncomingValue(I));
 150             if (Insn && Insn->getParent() == BB &&
 151                 Insn->getParent() != UPN->getIncomingBlock(I))
 152               return false;
 153           }
 154       }
 155     }
 156   }
 157
 158   // If BB and DestBB contain any common predecessors, then the phi nodes in BB
 159   // and DestBB may have conflicting incoming values for the block.  If so, we
 160   // can't merge the block.
 161   const PHINode *DestBBPN = dyn_cast<PHINode>(DestBB->begin());
 162   if (!DestBBPN) return true;  // no conflict.
 163
 164   // Collect the preds of BB.
 165   SmallPtrSet<const BasicBlock*, 16> BBPreds;
 166   if (const PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
 167     // It is faster to get preds from a PHI than with pred_iterator.
 168     for (unsigned i = 0, e = BBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 169       BBPreds.insert(BBPN->getIncomingBlock(i));
 170   } else {
 171     BBPreds.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
 172   }
 173
 174   // Walk the preds of DestBB.
 175   for (unsigned i = 0, e = DestBBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
 176     BasicBlock *Pred = DestBBPN->getIncomingBlock(i);
 177     if (BBPreds.count(Pred)) {   // Common predecessor?
 178       BBI = DestBB->begin();
 179       while (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++)) {
 180         const Value *V1 = PN->getIncomingValueForBlock(Pred);
 181         const Value *V2 = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
 182
 183         // If V2 is a phi node in BB, look up what the mapped value will be.
 184         if (const PHINode *V2PN = dyn_cast<PHINode>(V2))
 185           if (V2PN->getParent() == BB)
 186             V2 = V2PN->getIncomingValueForBlock(Pred);
 187
 188         // If there is a conflict, bail out.
 189         if (V1 != V2) return false;
 190       }
 191     }
 192   }
 193
 194   return true;
 195 }
 196
 197
 198 /// EliminateMostlyEmptyBlock - Eliminate a basic block that have only phi's and
 199 /// an unconditional branch in it.
 200 void CodeGenPrepare::EliminateMostlyEmptyBlock(BasicBlock *BB) {
 201   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
 202   BasicBlock *DestBB = BI->getSuccessor(0);
 203
 204   DOUT << "MERGING MOSTLY EMPTY BLOCKS - BEFORE:\n" << *BB << *DestBB;
 205
 206   // If the destination block has a single pred, then this is a trivial edge,
 207   // just collapse it.
 208   if (DestBB->getSinglePredecessor()) {
 209     // If DestBB has single-entry PHI nodes, fold them.
 210     while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(DestBB->begin())) {
 211       PN->replaceAllUsesWith(PN->getIncomingValue(0));
 212       PN->eraseFromParent();
 213     }
 214
 215     // Splice all the PHI nodes from BB over to DestBB.
 216     DestBB->getInstList().splice(DestBB->begin(), BB->getInstList(),
 217                                  BB->begin(), BI);
 218
 219     // Anything that branched to BB now branches to DestBB.
 220     BB->replaceAllUsesWith(DestBB);
 221
 222     // Nuke BB.
 223     BB->eraseFromParent();
 224
 225     DOUT << "AFTER:\n" << *DestBB << "\n\n\n";
 226     return;
 227   }
 228
 229   // Otherwise, we have multiple predecessors of BB.  Update the PHIs in DestBB
 230   // to handle the new incoming edges it is about to have.
 231   PHINode *PN;
 232   for (BasicBlock::iterator BBI = DestBB->begin();
 233        (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
 234     // Remove the incoming value for BB, and remember it.
 235     Value *InVal = PN->removeIncomingValue(BB, false);
 236
 237     // Two options: either the InVal is a phi node defined in BB or it is some
 238     // value that dominates BB.
 239     PHINode *InValPhi = dyn_cast<PHINode>(InVal);
 240     if (InValPhi && InValPhi->getParent() == BB) {
 241       // Add all of the input values of the input PHI as inputs of this phi.
 242       for (unsigned i = 0, e = InValPhi->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 243         PN->addIncoming(InValPhi->getIncomingValue(i),
 244                         InValPhi->getIncomingBlock(i));
 245     } else {
 246       // Otherwise, add one instance of the dominating value for each edge that
 247       // we will be adding.
 248       if (PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
 249         for (unsigned i = 0, e = BBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 250           PN->addIncoming(InVal, BBPN->getIncomingBlock(i));
 251       } else {
 252         for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
 253           PN->addIncoming(InVal, *PI);
 254       }
 255     }
 256   }
 257
 258   // The PHIs are now updated, change everything that refers to BB to use
 259   // DestBB and remove BB.
 260   BB->replaceAllUsesWith(DestBB);
 261   BB->eraseFromParent();
 262
 263   DOUT << "AFTER:\n" << *DestBB << "\n\n\n";
 264 }
 265
 266
 267 /// SplitEdgeNicely - Split the critical edge from TI to its specified
 268 /// successor if it will improve codegen.  We only do this if the successor has
 269 /// phi nodes (otherwise critical edges are ok).  If there is already another
 270 /// predecessor of the succ that is empty (and thus has no phi nodes), use it
 271 /// instead of introducing a new block.
 272 static void SplitEdgeNicely(TerminatorInst *TI, unsigned SuccNum, Pass *P) {
 273   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
 274   BasicBlock *Dest = TI->getSuccessor(SuccNum);
 275   assert(isa<PHINode>(Dest->begin()) &&
 276          "This should only be called if Dest has a PHI!");
 277
 278   // As a hack, never split backedges of loops.  Even though the copy for any
 279   // PHIs inserted on the backedge would be dead for exits from the loop, we
 280   // assume that the cost of *splitting* the backedge would be too high.
 281   if (Dest == TIBB)
 282     return;
 283
 284   /// TIPHIValues - This array is lazily computed to determine the values of
 285   /// PHIs in Dest that TI would provide.
 286   SmallVector<Value*, 32> TIPHIValues;
 287
 288   // Check to see if Dest has any blocks that can be used as a split edge for
 289   // this terminator.
 290   for (pred_iterator PI = pred_begin(Dest), E = pred_end(Dest); PI != E; ++PI) {
 291     BasicBlock *Pred = *PI;
 292     // To be usable, the pred has to end with an uncond branch to the dest.
 293     BranchInst *PredBr = dyn_cast<BranchInst>(Pred->getTerminator());
 294     if (!PredBr || !PredBr->isUnconditional() ||
 295         // Must be empty other than the branch.
 296         &Pred->front() != PredBr ||
 297         // Cannot be the entry block; its label does not get emitted.
 298         Pred == &(Dest->getParent()->getEntryBlock()))
 299       continue;
 300
 301     // Finally, since we know that Dest has phi nodes in it, we have to make
 302     // sure that jumping to Pred will have the same affect as going to Dest in
 303     // terms of PHI values.
 304     PHINode *PN;
 305     unsigned PHINo = 0;
 306     bool FoundMatch = true;
 307     for (BasicBlock::iterator I = Dest->begin();
 308          (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I, ++PHINo) {
 309       if (PHINo == TIPHIValues.size())
 310         TIPHIValues.push_back(PN->getIncomingValueForBlock(TIBB));
 311
 312       // If the PHI entry doesn't work, we can't use this pred.
 313       if (TIPHIValues[PHINo] != PN->getIncomingValueForBlock(Pred)) {
 314         FoundMatch = false;
 315         break;
 316       }
 317     }
 318
 319     // If we found a workable predecessor, change TI to branch to Succ.
 320     if (FoundMatch) {
 321       Dest->removePredecessor(TIBB);
 322       TI->setSuccessor(SuccNum, Pred);
 323       return;
 324     }
 325   }
 326
 327   SplitCriticalEdge(TI, SuccNum, P, true);
 328 }
 329
 330 /// OptimizeNoopCopyExpression - If the specified cast instruction is a noop
 331 /// copy (e.g. it's casting from one pointer type to another, int->uint, or
 332 /// int->sbyte on PPC), sink it into user blocks to reduce the number of virtual
 333 /// registers that must be created and coalesced.
 334 ///
 335 /// Return true if any changes are made.
 336 static bool OptimizeNoopCopyExpression(CastInst *CI, const TargetLowering &TLI){
 337   // If this is a noop copy,
 338   MVT::ValueType SrcVT = TLI.getValueType(CI->getOperand(0)->getType());
 339   MVT::ValueType DstVT = TLI.getValueType(CI->getType());
 340
 341   // This is an fp<->int conversion?
 342   if (MVT::isInteger(SrcVT) != MVT::isInteger(DstVT))
 343     return false;
 344
 345   // If this is an extension, it will be a zero or sign extension, which
 346   // isn't a noop.
 347   if (SrcVT < DstVT) return false;
 348
 349   // If these values will be promoted, find out what they will be promoted
 350   // to.  This helps us consider truncates on PPC as noop copies when they
 351   // are.
 352   if (TLI.getTypeAction(SrcVT) == TargetLowering::Promote)
 353     SrcVT = TLI.getTypeToTransformTo(SrcVT);
 354   if (TLI.getTypeAction(DstVT) == TargetLowering::Promote)
 355     DstVT = TLI.getTypeToTransformTo(DstVT);
 356
 357   // If, after promotion, these are the same types, this is a noop copy.
 358   if (SrcVT != DstVT)
 359     return false;
 360
 361   BasicBlock *DefBB = CI->getParent();
 362
 363   /// InsertedCasts - Only insert a cast in each block once.
 364   DenseMap<BasicBlock*, CastInst*> InsertedCasts;
 365
 366   bool MadeChange = false;
 367   for (Value::use_iterator UI = CI->use_begin(), E = CI->use_end();
 368        UI != E; ) {
 369     Use &TheUse = UI.getUse();
 370     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
 371
 372     // Figure out which BB this cast is used in.  For PHI's this is the
 373     // appropriate predecessor block.
 374     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
 375     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
 376       unsigned OpVal = UI.getOperandNo()/2;
 377       UserBB = PN->getIncomingBlock(OpVal);
 378     }
 379
 380     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
 381     ++UI;
 382
 383     // If this user is in the same block as the cast, don't change the cast.
 384     if (UserBB == DefBB) continue;
 385
 386     // If we have already inserted a cast into this block, use it.
 387     CastInst *&InsertedCast = InsertedCasts[UserBB];
 388
 389     if (!InsertedCast) {
 390       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->begin();
 391       while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
 392
 393       InsertedCast =
 394         CastInst::create(CI->getOpcode(), CI->getOperand(0), CI->getType(), "",
 395                          InsertPt);
 396       MadeChange = true;
 397     }
 398
 399     // Replace a use of the cast with a use of the new cast.
 400     TheUse = InsertedCast;
 401   }
 402
 403   // If we removed all uses, nuke the cast.
 404   if (CI->use_empty())
 405     CI->eraseFromParent();
 406
 407   return MadeChange;
 408 }
 409
 410 /// OptimizeCmpExpression - sink the given CmpInst into user blocks to reduce
 411 /// the number of virtual registers that must be created and coalesced.  This is
 412 /// a clear win except on targets with multiple condition code registers
 413 ///  (PowerPC), where it might lose; some adjustment may be wanted there.
 414 ///
 415 /// Return true if any changes are made.
 416 static bool OptimizeCmpExpression(CmpInst *CI){
 417
 418   BasicBlock *DefBB = CI->getParent();
 419
 420   /// InsertedCmp - Only insert a cmp in each block once.
 421   DenseMap<BasicBlock*, CmpInst*> InsertedCmps;
 422
 423   bool MadeChange = false;
 424   for (Value::use_iterator UI = CI->use_begin(), E = CI->use_end();
 425        UI != E; ) {
 426     Use &TheUse = UI.getUse();
 427     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
 428
 429     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
 430     ++UI;
 431
 432     // Don't bother for PHI nodes.
 433     if (isa<PHINode>(User))
 434       continue;
 435
 436     // Figure out which BB this cmp is used in.
 437     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
 438
 439     // If this user is in the same block as the cmp, don't change the cmp.
 440     if (UserBB == DefBB) continue;
 441
 442     // If we have already inserted a cmp into this block, use it.
 443     CmpInst *&InsertedCmp = InsertedCmps[UserBB];
 444
 445     if (!InsertedCmp) {
 446       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->begin();
 447       while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
 448
 449       InsertedCmp =
 450         CmpInst::create(CI->getOpcode(), CI->getPredicate(), CI->getOperand(0),
 451                         CI->getOperand(1), "", InsertPt);
 452       MadeChange = true;
 453     }
 454
 455     // Replace a use of the cmp with a use of the new cmp.
 456     TheUse = InsertedCmp;
 457   }
 458
 459   // If we removed all uses, nuke the cmp.
 460   if (CI->use_empty())
 461     CI->eraseFromParent();
 462
 463   return MadeChange;
 464 }
 465
 466 /// EraseDeadInstructions - Erase any dead instructions
 467 static void EraseDeadInstructions(Value *V) {
 468   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 469   if (!I || !I->use_empty()) return;
 470
 471   SmallPtrSet<Instruction*, 16> Insts;
 472   Insts.insert(I);
 473
 474   while (!Insts.empty()) {
 475     I = *Insts.begin();
 476     Insts.erase(I);
 477     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
 478       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
 479         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
 480           Insts.insert(U);
 481       I->eraseFromParent();
 482     }
 483   }
 484 }
 485
 486
 487 /// ExtAddrMode - This is an extended version of TargetLowering::AddrMode which
 488 /// holds actual Value*'s for register values.
 489 struct ExtAddrMode : public TargetLowering::AddrMode {
 490   Value *BaseReg;
 491   Value *ScaledReg;
 492   ExtAddrMode() : BaseReg(0), ScaledReg(0) {}
 493   void dump() const;
 494 };
 495
 496 static std::ostream &operator<<(std::ostream &OS, const ExtAddrMode &AM) {
 497   bool NeedPlus = false;
 498   OS << "[";
 499   if (AM.BaseGV)
 500     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
 501        << "GV:%" << AM.BaseGV->getName(), NeedPlus = true;
 502
 503   if (AM.BaseOffs)
 504     OS << (NeedPlus ? " + " : "") << AM.BaseOffs, NeedPlus = true;
 505
 506   if (AM.BaseReg)
 507     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
 508        << "Base:%" << AM.BaseReg->getName(), NeedPlus = true;
 509   if (AM.Scale)
 510     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
 511        << AM.Scale << "*%" << AM.ScaledReg->getName(), NeedPlus = true;
 512
 513   return OS << "]";
 514 }
 515
 516 void ExtAddrMode::dump() const {
 517   cerr << *this << "\n";
 518 }
 519
 520 static bool TryMatchingScaledValue(Value *ScaleReg, int64_t Scale,
 521                                    const Type *AccessTy, ExtAddrMode &AddrMode,
 522                                    SmallVector<Instruction*, 16> &AddrModeInsts,
 523                                    const TargetLowering &TLI, unsigned Depth);
 524
 525 /// FindMaximalLegalAddressingMode - If we can, try to merge the computation of
 526 /// Addr into the specified addressing mode.  If Addr can't be added to AddrMode
 527 /// this returns false.  This assumes that Addr is either a pointer type or
 528 /// intptr_t for the target.
 529 static bool FindMaximalLegalAddressingMode(Value *Addr, const Type *AccessTy,
 530                                            ExtAddrMode &AddrMode,
 531                                    SmallVector<Instruction*, 16> &AddrModeInsts,
 532                                            const TargetLowering &TLI,
 533                                            unsigned Depth) {
 534
 535   // If this is a global variable, fold it into the addressing mode if possible.
 536   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Addr)) {
 537     if (AddrMode.BaseGV == 0) {
 538       AddrMode.BaseGV = GV;
 539       if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy))
 540         return true;
 541       AddrMode.BaseGV = 0;
 542     }
 543   } else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Addr)) {
 544     AddrMode.BaseOffs += CI->getSExtValue();
 545     if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy))
 546       return true;
 547     AddrMode.BaseOffs -= CI->getSExtValue();
 548   } else if (isa<ConstantPointerNull>(Addr)) {
 549     return true;
 550   }
 551
 552   // Look through constant exprs and instructions.
 553   unsigned Opcode = ~0U;
 554   User *AddrInst = 0;
 555   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Addr)) {
 556     Opcode = I->getOpcode();
 557     AddrInst = I;
 558   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Addr)) {
 559     Opcode = CE->getOpcode();
 560     AddrInst = CE;
 561   }
 562
 563   // Limit recursion to avoid exponential behavior.
 564   if (Depth == 5) { AddrInst = 0; Opcode = ~0U; }
 565
 566   // If this is really an instruction, add it to our list of related
 567   // instructions.
 568   if (Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(AddrInst))
 569     AddrModeInsts.push_back(I);
 570
 571   switch (Opcode) {
 572   case Instruction::PtrToInt:
 573     // PtrToInt is always a noop, as we know that the int type is pointer sized.
 574     if (FindMaximalLegalAddressingMode(AddrInst->getOperand(0), AccessTy,
 575                                        AddrMode, AddrModeInsts, TLI, Depth))
 576       return true;
 577     break;
 578   case Instruction::IntToPtr:
 579     // This inttoptr is a no-op if the integer type is pointer sized.
 580     if (TLI.getValueType(AddrInst->getOperand(0)->getType()) ==
 581         TLI.getPointerTy()) {
 582       if (FindMaximalLegalAddressingMode(AddrInst->getOperand(0), AccessTy,
 583                                          AddrMode, AddrModeInsts, TLI, Depth))
 584         return true;
 585     }
 586     break;
 587   case Instruction::Add: {
 588     // Check to see if we can merge in the RHS then the LHS.  If so, we win.
 589     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
 590     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
 591     if (FindMaximalLegalAddressingMode(AddrInst->getOperand(1), AccessTy,
 592                                        AddrMode, AddrModeInsts, TLI, Depth+1) &&
 593         FindMaximalLegalAddressingMode(AddrInst->getOperand(0), AccessTy,
 594                                        AddrMode, AddrModeInsts, TLI, Depth+1))
 595       return true;
 596
 597     // Restore the old addr mode info.
 598     AddrMode = BackupAddrMode;
 599     AddrModeInsts.resize(OldSize);
 600
 601     // Otherwise this was over-aggressive.  Try merging in the LHS then the RHS.
 602     if (FindMaximalLegalAddressingMode(AddrInst->getOperand(0), AccessTy,
 603                                        AddrMode, AddrModeInsts, TLI, Depth+1) &&
 604         FindMaximalLegalAddressingMode(AddrInst->getOperand(1), AccessTy,
 605                                        AddrMode, AddrModeInsts, TLI, Depth+1))
 606       return true;
 607
 608     // Otherwise we definitely can't merge the ADD in.
 609     AddrMode = BackupAddrMode;
 610     AddrModeInsts.resize(OldSize);
 611     break;
 612   }
 613   case Instruction::Or: {
 614     ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(1));
 615     if (!RHS) break;
 616     // TODO: We can handle "Or Val, Imm" iff this OR is equivalent to an ADD.
 617     break;
 618   }
 619   case Instruction::Mul:
 620   case Instruction::Shl: {
 621     // Can only handle X*C and X << C, and can only handle this when the scale
 622     // field is available.
 623     ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(1));
 624     if (!RHS) break;
 625     int64_t Scale = RHS->getSExtValue();
 626     if (Opcode == Instruction::Shl)
 627       Scale = 1 << Scale;
 628
 629     if (TryMatchingScaledValue(AddrInst->getOperand(0), Scale, AccessTy,
 630                                AddrMode, AddrModeInsts, TLI, Depth))
 631       return true;
 632     break;
 633   }
 634   case Instruction::GetElementPtr: {
 635     // Scan the GEP.  We check it if it contains constant offsets and at most
 636     // one variable offset.
 637     int VariableOperand = -1;
 638     unsigned VariableScale = 0;
 639
 640     int64_t ConstantOffset = 0;
 641     const TargetData *TD = TLI.getTargetData();
 642     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(AddrInst);
 643     for (unsigned i = 1, e = AddrInst->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
 644       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
 645         const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
 646         unsigned Idx =
 647           cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(i))->getZExtValue();
 648         ConstantOffset += SL->getElementOffset(Idx);
 649       } else {
 650         uint64_t TypeSize = TD->getABITypeSize(GTI.getIndexedType());
 651         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(i))) {
 652           ConstantOffset += CI->getSExtValue()*TypeSize;
 653         } else if (TypeSize) {  // Scales of zero don't do anything.
 654           // We only allow one variable index at the moment.
 655           if (VariableOperand != -1) {
 656             VariableOperand = -2;
 657             break;
 658           }
 659
 660           // Remember the variable index.
 661           VariableOperand = i;
 662           VariableScale = TypeSize;
 663         }
 664       }
 665     }
 666
 667     // If the GEP had multiple variable indices, punt.
 668     if (VariableOperand == -2)
 669       break;
 670
 671     // A common case is for the GEP to only do a constant offset.  In this case,
 672     // just add it to the disp field and check validity.
 673     if (VariableOperand == -1) {
 674       AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
 675       if (ConstantOffset == 0 || TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy)){
 676         // Check to see if we can fold the base pointer in too.
 677         if (FindMaximalLegalAddressingMode(AddrInst->getOperand(0), AccessTy,
 678                                            AddrMode, AddrModeInsts, TLI,
 679                                            Depth+1))
 680           return true;
 681       }
 682       AddrMode.BaseOffs -= ConstantOffset;
 683     } else {
 684       // Check that this has no base reg yet.  If so, we won't have a place to
 685       // put the base of the GEP (assuming it is not a null ptr).
 686       bool SetBaseReg = false;
 687       if (AddrMode.HasBaseReg) {
 688         if (!isa<ConstantPointerNull>(AddrInst->getOperand(0)))
 689           break;
 690       } else {
 691         AddrMode.HasBaseReg = true;
 692         AddrMode.BaseReg = AddrInst->getOperand(0);
 693         SetBaseReg = true;
 694       }
 695
 696       // See if the scale amount is valid for this target.
 697       AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
 698       if (TryMatchingScaledValue(AddrInst->getOperand(VariableOperand),
 699                                  VariableScale, AccessTy, AddrMode,
 700                                  AddrModeInsts, TLI, Depth)) {
 701         if (!SetBaseReg) return true;
 702
 703         // If this match succeeded, we know that we can form an address with the
 704         // GepBase as the basereg.  See if we can match *more*.
 705         AddrMode.HasBaseReg = false;
 706         AddrMode.BaseReg = 0;
 707         if (FindMaximalLegalAddressingMode(AddrInst->getOperand(0), AccessTy,
 708                                            AddrMode, AddrModeInsts, TLI,
 709                                            Depth+1))
 710           return true;
 711         // Strange, shouldn't happen.  Restore the base reg and succeed the easy
 712         // way.
 713         AddrMode.HasBaseReg = true;
 714         AddrMode.BaseReg = AddrInst->getOperand(0);
 715         return true;
 716       }
 717
 718       AddrMode.BaseOffs -= ConstantOffset;
 719       if (SetBaseReg) {
 720         AddrMode.HasBaseReg = false;
 721         AddrMode.BaseReg = 0;
 722       }
 723     }
 724     break;
 725   }
 726   }
 727
 728   if (Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(AddrInst)) {
 729     assert(AddrModeInsts.back() == I && "Stack imbalance");
 730     AddrModeInsts.pop_back();
 731   }
 732
 733   // Worse case, the target should support [reg] addressing modes. :)
 734   if (!AddrMode.HasBaseReg) {
 735     AddrMode.HasBaseReg = true;
 736     // Still check for legality in case the target supports [imm] but not [i+r].
 737     if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy)) {
 738       AddrMode.BaseReg = Addr;
 739       return true;
 740     }
 741     AddrMode.HasBaseReg = false;
 742   }
 743
 744   // If the base register is already taken, see if we can do [r+r].
 745   if (AddrMode.Scale == 0) {
 746     AddrMode.Scale = 1;
 747     if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy)) {
 748       AddrMode.ScaledReg = Addr;
 749       return true;
 750     }
 751     AddrMode.Scale = 0;
 752   }
 753   // Couldn't match.
 754   return false;
 755 }
 756
 757 /// TryMatchingScaledValue - Try adding ScaleReg*Scale to the specified
 758 /// addressing mode.  Return true if this addr mode is legal for the target,
 759 /// false if not.
 760 static bool TryMatchingScaledValue(Value *ScaleReg, int64_t Scale,
 761                                    const Type *AccessTy, ExtAddrMode &AddrMode,
 762                                    SmallVector<Instruction*, 16> &AddrModeInsts,
 763                                    const TargetLowering &TLI, unsigned Depth) {
 764   // If we already have a scale of this value, we can add to it, otherwise, we
 765   // need an available scale field.
 766   if (AddrMode.Scale != 0 && AddrMode.ScaledReg != ScaleReg)
 767     return false;
 768
 769   ExtAddrMode InputAddrMode = AddrMode;
 770
 771   // Add scale to turn X*4+X*3 -> X*7.  This could also do things like
 772   // [A+B + A*7] -> [B+A*8].
 773   AddrMode.Scale += Scale;
 774   AddrMode.ScaledReg = ScaleReg;
 775
 776   if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy)) {
 777     // Okay, we decided that we can add ScaleReg+Scale to AddrMode.  Check now
 778     // to see if ScaleReg is actually X+C.  If so, we can turn this into adding
 779     // X*Scale + C*Scale to addr mode.
 780     BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(ScaleReg);
 781     if (BinOp && BinOp->getOpcode() == Instruction::Add &&
 782         isa<ConstantInt>(BinOp->getOperand(1)) && InputAddrMode.ScaledReg ==0) {
 783
 784       InputAddrMode.Scale = Scale;
 785       InputAddrMode.ScaledReg = BinOp->getOperand(0);
 786       InputAddrMode.BaseOffs +=
 787         cast<ConstantInt>(BinOp->getOperand(1))->getSExtValue()*Scale;
 788       if (TLI.isLegalAddressingMode(InputAddrMode, AccessTy)) {
 789         AddrModeInsts.push_back(BinOp);
 790         AddrMode = InputAddrMode;
 791         return true;
 792       }
 793     }
 794
 795     // Otherwise, not (x+c)*scale, just return what we have.
 796     return true;
 797   }
 798
 799   // Otherwise, back this attempt out.
 800   AddrMode.Scale -= Scale;
 801   if (AddrMode.Scale == 0) AddrMode.ScaledReg = 0;
 802
 803   return false;
 804 }
 805
 806
 807 /// IsNonLocalValue - Return true if the specified values are defined in a
 808 /// different basic block than BB.
 809 static bool IsNonLocalValue(Value *V, BasicBlock *BB) {
 810   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 811     return I->getParent() != BB;
 812   return false;
 813 }
 814
 815 /// OptimizeLoadStoreInst - Load and Store Instructions have often have
 816 /// addressing modes that can do significant amounts of computation.  As such,
 817 /// instruction selection will try to get the load or store to do as much
 818 /// computation as possible for the program.  The problem is that isel can only
 819 /// see within a single block.  As such, we sink as much legal addressing mode
 820 /// stuff into the block as possible.
 821 bool CodeGenPrepare::OptimizeLoadStoreInst(Instruction *LdStInst, Value *Addr,
 822                                            const Type *AccessTy,
 823                                            DenseMap<Value*,Value*> &SunkAddrs) {
 824   // Figure out what addressing mode will be built up for this operation.
 825   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
 826   ExtAddrMode AddrMode;
 827   bool Success = FindMaximalLegalAddressingMode(Addr, AccessTy, AddrMode,
 828                                                 AddrModeInsts, *TLI, 0);
 829   Success = Success; assert(Success && "Couldn't select *anything*?");
 830
 831   // Check to see if any of the instructions supersumed by this addr mode are
 832   // non-local to I's BB.
 833   bool AnyNonLocal = false;
 834   for (unsigned i = 0, e = AddrModeInsts.size(); i != e; ++i) {
 835     if (IsNonLocalValue(AddrModeInsts[i], LdStInst->getParent())) {
 836       AnyNonLocal = true;
 837       break;
 838     }
 839   }
 840
 841   // If all the instructions matched are already in this BB, don't do anything.
 842   if (!AnyNonLocal) {
 843     DEBUG(cerr << "CGP: Found      local addrmode: " << AddrMode << "\n");
 844     return false;
 845   }
 846
 847   // Insert this computation right after this user.  Since our caller is
 848   // scanning from the top of the BB to the bottom, reuse of the expr are
 849   // guaranteed to happen later.
 850   BasicBlock::iterator InsertPt = LdStInst;
 851
 852   // Now that we determined the addressing expression we want to use and know
 853   // that we have to sink it into this block.  Check to see if we have already
 854   // done this for some other load/store instr in this block.  If so, reuse the
 855   // computation.
 856   Value *&SunkAddr = SunkAddrs[Addr];
 857   if (SunkAddr) {
 858     DEBUG(cerr << "CGP: Reusing nonlocal addrmode: " << AddrMode << "\n");
 859     if (SunkAddr->getType() != Addr->getType())
 860       SunkAddr = new BitCastInst(SunkAddr, Addr->getType(), "tmp", InsertPt);
 861   } else {
 862     DEBUG(cerr << "CGP: SINKING nonlocal addrmode: " << AddrMode << "\n");
 863     const Type *IntPtrTy = TLI->getTargetData()->getIntPtrType();
 864
 865     Value *Result = 0;
 866     // Start with the scale value.
 867     if (AddrMode.Scale) {
 868       Value *V = AddrMode.ScaledReg;
 869       if (V->getType() == IntPtrTy) {
 870         // done.
 871       } else if (isa<PointerType>(V->getType())) {
 872         V = new PtrToIntInst(V, IntPtrTy, "sunkaddr", InsertPt);
 873       } else if (cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() <
 874                  cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth()) {
 875         V = new TruncInst(V, IntPtrTy, "sunkaddr", InsertPt);
 876       } else {
 877         V = new SExtInst(V, IntPtrTy, "sunkaddr", InsertPt);
 878       }
 879       if (AddrMode.Scale != 1)
 880         V = BinaryOperator::createMul(V, ConstantInt::get(IntPtrTy,
 881                                                           AddrMode.Scale),
 882                                       "sunkaddr", InsertPt);
 883       Result = V;
 884     }
 885
 886     // Add in the base register.
 887     if (AddrMode.BaseReg) {
 888       Value *V = AddrMode.BaseReg;
 889       if (V->getType() != IntPtrTy)
 890         V = new PtrToIntInst(V, IntPtrTy, "sunkaddr", InsertPt);
 891       if (Result)
 892         Result = BinaryOperator::createAdd(Result, V, "sunkaddr", InsertPt);
 893       else
 894         Result = V;
 895     }
 896
 897     // Add in the BaseGV if present.
 898     if (AddrMode.BaseGV) {
 899       Value *V = new PtrToIntInst(AddrMode.BaseGV, IntPtrTy, "sunkaddr",
 900                                   InsertPt);
 901       if (Result)
 902         Result = BinaryOperator::createAdd(Result, V, "sunkaddr", InsertPt);
 903       else
 904         Result = V;
 905     }
 906
 907     // Add in the Base Offset if present.
 908     if (AddrMode.BaseOffs) {
 909       Value *V = ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.BaseOffs);
 910       if (Result)
 911         Result = BinaryOperator::createAdd(Result, V, "sunkaddr", InsertPt);
 912       else
 913         Result = V;
 914     }
 915
 916     if (Result == 0)
 917       SunkAddr = Constant::getNullValue(Addr->getType());
 918     else
 919       SunkAddr = new IntToPtrInst(Result, Addr->getType(), "sunkaddr",InsertPt);
 920   }
 921
 922   LdStInst->replaceUsesOfWith(Addr, SunkAddr);
 923
 924   if (Addr->use_empty())
 925     EraseDeadInstructions(Addr);
 926   return true;
 927 }
 928
 929 bool CodeGenPrepare::OptimizeExtUses(Instruction *I) {
 930   BasicBlock *DefBB = I->getParent();
 931
 932   // If both result of the {s|z}xt and its source are live out, rewrite all
 933   // other uses of the source with result of extension.
 934   Value *Src = I->getOperand(0);
 935   if (Src->hasOneUse())
 936     return false;
 937
 938   // Only do this xform if truncating is free.
 939   if (!TLI->isTruncateFree(I->getType(), Src->getType()))
 940     return false;
 941
 942   // Only safe to perform the optimization if the source is also defined in
 943   // this block.
 944   if (!isa<Instruction>(Src) || DefBB != cast<Instruction>(Src)->getParent())
 945     return false;
 946
 947   bool DefIsLiveOut = false;
 948   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
 949        UI != E; ++UI) {
 950     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
 951
 952     // Figure out which BB this ext is used in.
 953     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
 954     if (UserBB == DefBB) continue;
 955     DefIsLiveOut = true;
 956     break;
 957   }
 958   if (!DefIsLiveOut)
 959     return false;
 960
 961   // Make sure non of the uses are PHI nodes.
 962   for (Value::use_iterator UI = Src->use_begin(), E = Src->use_end();
 963        UI != E; ++UI) {
 964     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
 965     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
 966     if (UserBB == DefBB) continue;
 967     // Be conservative. We don't want this xform to end up introducing
 968     // reloads just before load / store instructions.
 969     if (isa<PHINode>(User) || isa<LoadInst>(User) || isa<StoreInst>(User))
 970       return false;
 971   }
 972
 973   // InsertedTruncs - Only insert one trunc in each block once.
 974   DenseMap<BasicBlock*, Instruction*> InsertedTruncs;
 975
 976   bool MadeChange = false;
 977   for (Value::use_iterator UI = Src->use_begin(), E = Src->use_end();
 978        UI != E; ++UI) {
 979     Use &TheUse = UI.getUse();
 980     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
 981
 982     // Figure out which BB this ext is used in.
 983     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
 984     if (UserBB == DefBB) continue;
 985
 986     // Both src and def are live in this block. Rewrite the use.
 987     Instruction *&InsertedTrunc = InsertedTruncs[UserBB];
 988
 989     if (!InsertedTrunc) {
 990       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->begin();
 991       while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
 992
 993       InsertedTrunc = new TruncInst(I, Src->getType(), "", InsertPt);
 994     }
 995
 996     // Replace a use of the {s|z}ext source with a use of the result.
 997     TheUse = InsertedTrunc;
 998
 999     MadeChange = true;
1000   }
1001
1002   return MadeChange;
1003 }
1004
1005 // In this pass we look for GEP and cast instructions that are used
1006 // across basic blocks and rewrite them to improve basic-block-at-a-time
1007 // selection.
1008 bool CodeGenPrepare::OptimizeBlock(BasicBlock &BB) {
1009   bool MadeChange = false;
1010
1011   // Split all critical edges where the dest block has a PHI and where the phi
1012   // has shared immediate operands.
1013   TerminatorInst *BBTI = BB.getTerminator();
1014   if (BBTI->getNumSuccessors() > 1) {
1015     for (unsigned i = 0, e = BBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1016       if (isa<PHINode>(BBTI->getSuccessor(i)->begin()) &&
1017           isCriticalEdge(BBTI, i, true))
1018         SplitEdgeNicely(BBTI, i, this);
1019   }
1020
1021
1022   // Keep track of non-local addresses that have been sunk into this block.
1023   // This allows us to avoid inserting duplicate code for blocks with multiple
1024   // load/stores of the same address.
1025   DenseMap<Value*, Value*> SunkAddrs;
1026
1027   for (BasicBlock::iterator BBI = BB.begin(), E = BB.end(); BBI != E; ) {
1028     Instruction *I = BBI++;
1029
1030     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
1031       // If the source of the cast is a constant, then this should have
1032       // already been constant folded.  The only reason NOT to constant fold
1033       // it is if something (e.g. LSR) was careful to place the constant
1034       // evaluation in a block other than then one that uses it (e.g. to hoist
1035       // the address of globals out of a loop).  If this is the case, we don't
1036       // want to forward-subst the cast.
1037       if (isa<Constant>(CI->getOperand(0)))
1038         continue;
1039
1040       bool Change = false;
1041       if (TLI) {
1042         Change = OptimizeNoopCopyExpression(CI, *TLI);
1043         MadeChange |= Change;
1044       }
1045
1046       if (OptExtUses && !Change && (isa<ZExtInst>(I) || isa<SExtInst>(I)))
1047         MadeChange |= OptimizeExtUses(I);
1048     } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
1049       MadeChange |= OptimizeCmpExpression(CI);
1050     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
1051       if (TLI)
1052         MadeChange |= OptimizeLoadStoreInst(I, I->getOperand(0), LI->getType(),
1053                                             SunkAddrs);
1054     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
1055       if (TLI)
1056         MadeChange |= OptimizeLoadStoreInst(I, SI->getOperand(1),
1057                                             SI->getOperand(0)->getType(),
1058                                             SunkAddrs);
1059     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
1060       if (GEPI->hasAllZeroIndices()) {
1061         /// The GEP operand must be a pointer, so must its result -> BitCast
1062         Instruction *NC = new BitCastInst(GEPI->getOperand(0), GEPI->getType(),
1063                                           GEPI->getName(), GEPI);
1064         GEPI->replaceAllUsesWith(NC);
1065         GEPI->eraseFromParent();
1066         MadeChange = true;
1067         BBI = NC;
1068       }
1069     } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
1070       // If we found an inline asm expession, and if the target knows how to
1071       // lower it to normal LLVM code, do so now.
1072       if (TLI && isa<InlineAsm>(CI->getCalledValue()))
1073         if (const TargetAsmInfo *TAI =
1074             TLI->getTargetMachine().getTargetAsmInfo()) {
1075           if (TAI->ExpandInlineAsm(CI))
1076             BBI = BB.begin();
1077         }
1078     }
1079   }
1080
1081   return MadeChange;
1082 }
1083