Revert "Introduce a string_ostream string builder facilty"
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / MachineBlockPlacement.cpp
index 638d89577022054d2360f9f2d430273265e4e897..74af1e2d64b02d2acc15c0acb98ca05a4378c2cf 100644 (file)
@@ -11,7 +11,7 @@
 // structure and branch probability estimates.
 //
 // The pass strives to preserve the structure of the CFG (that is, retain
-// a topological ordering of basic blocks) in the absense of a *strong* signal
+// a topological ordering of basic blocks) in the absence of a *strong* signal
 // to the contrary from probabilities. However, within the CFG structure, it
 // attempts to choose an ordering which favors placing more likely sequences of
 // blocks adjacent to each other.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#define DEBUG_TYPE "block-placement2"
+#include "llvm/CodeGen/Passes.h"
+#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
+#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
+#include "llvm/ADT/SmallVector.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineBlockFrequencyInfo.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineBranchProbabilityInfo.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineModuleInfo.h"
-#include "llvm/CodeGen/Passes.h"
 #include "llvm/Support/Allocator.h"
+#include "llvm/Support/CommandLine.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
-#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
-#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
-#include "llvm/ADT/SmallVector.h"
-#include "llvm/ADT/Statistic.h"
 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
 #include <algorithm>
 using namespace llvm;
 
+#define DEBUG_TYPE "block-placement2"
+
 STATISTIC(NumCondBranches, "Number of conditional branches");
 STATISTIC(NumUncondBranches, "Number of uncondittional branches");
 STATISTIC(CondBranchTakenFreq,
@@ -52,6 +54,18 @@ STATISTIC(CondBranchTakenFreq,
 STATISTIC(UncondBranchTakenFreq,
           "Potential frequency of taking unconditional branches");
 
+static cl::opt<unsigned> AlignAllBlock("align-all-blocks",
+                                       cl::desc("Force the alignment of all "
+                                                "blocks in the function."),
+                                       cl::init(0), cl::Hidden);
+
+// FIXME: Find a good default for this flag and remove the flag.
+static cl::opt<unsigned>
+ExitBlockBias("block-placement-exit-block-bias",
+              cl::desc("Block frequency percentage a loop exit block needs "
+                       "over the original exit to be considered the new exit."),
+              cl::init(0), cl::Hidden);
+
 namespace {
 class BlockChain;
 /// \brief Type for our function-wide basic block -> block chain mapping.
@@ -63,17 +77,13 @@ namespace {
 ///
 /// This is the datastructure representing a chain of consecutive blocks that
 /// are profitable to layout together in order to maximize fallthrough
-/// probabilities. We also can use a block chain to represent a sequence of
-/// basic blocks which have some external (correctness) requirement for
-/// sequential layout.
+/// probabilities and code locality. We also can use a block chain to represent
+/// a sequence of basic blocks which have some external (correctness)
+/// requirement for sequential layout.
 ///
-/// Eventually, the block chains will form a directed graph over the function.
-/// We provide an SCC-supporting-iterator in order to quicky build and walk the
-/// SCCs of block chains within a function.
-///
-/// The block chains also have support for calculating and caching probability
-/// information related to the chain itself versus other chains. This is used
-/// for ranking during the final layout of block chains.
+/// Chains can be built around a single basic block and can be merged to grow
+/// them. They participate in a block-to-chain mapping, which is updated
+/// automatically as chains are merged together.
 class BlockChain {
   /// \brief The sequence of blocks belonging to this chain.
   ///
@@ -102,13 +112,13 @@ public:
   }
 
   /// \brief Iterator over blocks within the chain.
-  typedef SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *>::const_iterator iterator;
+  typedef SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *>::iterator iterator;
 
   /// \brief Beginning of blocks within the chain.
-  iterator begin() const { return Blocks.begin(); }
+  iterator begin() { return Blocks.begin(); }
 
   /// \brief End of blocks within the chain.
-  iterator end() const { return Blocks.end(); }
+  iterator end() { return Blocks.end(); }
 
   /// \brief Merge a block chain into this one.
   ///
@@ -141,6 +151,14 @@ public:
     }
   }
 
+#ifndef NDEBUG
+  /// \brief Dump the blocks in this chain.
+  LLVM_DUMP_METHOD void dump() {
+    for (iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
+      (*I)->dump();
+  }
+#endif // NDEBUG
+
   /// \brief Count of predecessors within the loop currently being processed.
   ///
   /// This count is updated at each loop we process to represent the number of
@@ -167,14 +185,15 @@ class MachineBlockPlacement : public MachineFunctionPass {
   const TargetInstrInfo *TII;
 
   /// \brief A handle to the target's lowering info.
-  const TargetLowering *TLI;
+  const TargetLoweringBase *TLI;
 
   /// \brief Allocator and owner of BlockChain structures.
   ///
-  /// We build BlockChains lazily by merging together high probability BB
-  /// sequences acording to the "Algo2" in the paper mentioned at the top of
-  /// the file. To reduce malloc traffic, we allocate them using this slab-like
-  /// allocator, and destroy them after the pass completes.
+  /// We build BlockChains lazily while processing the loop structure of
+  /// a function. To reduce malloc traffic, we allocate them using this
+  /// slab-like allocator, and destroy them after the pass completes. An
+  /// important guarantee is that this allocator produces stable pointers to
+  /// the chains.
   SpecificBumpPtrAllocator<BlockChain> ChainAllocator;
 
   /// \brief Function wide BasicBlock to BlockChain mapping.
@@ -188,7 +207,7 @@ class MachineBlockPlacement : public MachineFunctionPass {
   void markChainSuccessors(BlockChain &Chain,
                            MachineBasicBlock *LoopHeaderBB,
                            SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &BlockWorkList,
-                           const BlockFilterSet *BlockFilter = 0);
+                           const BlockFilterSet *BlockFilter = nullptr);
   MachineBasicBlock *selectBestSuccessor(MachineBasicBlock *BB,
                                          BlockChain &Chain,
                                          const BlockFilterSet *BlockFilter);
@@ -202,13 +221,16 @@ class MachineBlockPlacement : public MachineFunctionPass {
       const BlockFilterSet *BlockFilter);
   void buildChain(MachineBasicBlock *BB, BlockChain &Chain,
                   SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &BlockWorkList,
-                  const BlockFilterSet *BlockFilter = 0);
-  MachineBasicBlock *findBestLoopTop(MachineFunction &F,
-                                     MachineLoop &L,
+                  const BlockFilterSet *BlockFilter = nullptr);
+  MachineBasicBlock *findBestLoopTop(MachineLoop &L,
                                      const BlockFilterSet &LoopBlockSet);
+  MachineBasicBlock *findBestLoopExit(MachineFunction &F,
+                                      MachineLoop &L,
+                                      const BlockFilterSet &LoopBlockSet);
   void buildLoopChains(MachineFunction &F, MachineLoop &L);
+  void rotateLoop(BlockChain &LoopChain, MachineBasicBlock *ExitingBB,
+                  const BlockFilterSet &LoopBlockSet);
   void buildCFGChains(MachineFunction &F);
-  void AlignLoops(MachineFunction &F);
 
 public:
   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
@@ -216,20 +238,19 @@ public:
     initializeMachineBlockPlacementPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
   }
 
-  bool runOnMachineFunction(MachineFunction &F);
+  bool runOnMachineFunction(MachineFunction &F) override;
 
-  void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+  void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
     AU.addRequired<MachineBranchProbabilityInfo>();
     AU.addRequired<MachineBlockFrequencyInfo>();
     AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
     MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
   }
-
-  const char *getPassName() const { return "Block Placement"; }
 };
 }
 
 char MachineBlockPlacement::ID = 0;
+char &llvm::MachineBlockPlacementID = MachineBlockPlacement::ID;
 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineBlockPlacement, "block-placement2",
                       "Branch Probability Basic Block Placement", false, false)
 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineBranchProbabilityInfo)
@@ -238,10 +259,6 @@ INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineLoopInfo)
 INITIALIZE_PASS_END(MachineBlockPlacement, "block-placement2",
                     "Branch Probability Basic Block Placement", false, false)
 
-FunctionPass *llvm::createMachineBlockPlacementPass() {
-  return new MachineBlockPlacement();
-}
-
 #ifndef NDEBUG
 /// \brief Helper to print the name of a MBB.
 ///
@@ -318,12 +335,12 @@ MachineBasicBlock *MachineBlockPlacement::selectBestSuccessor(
     const BlockFilterSet *BlockFilter) {
   const BranchProbability HotProb(4, 5); // 80%
 
-  MachineBasicBlock *BestSucc = 0;
+  MachineBasicBlock *BestSucc = nullptr;
   // FIXME: Due to the performance of the probability and weight routines in
   // the MBPI analysis, we manually compute probabilities using the edge
   // weights. This is suboptimal as it means that the somewhat subtle
   // definition of edge weight semantics is encoded here as well. We should
-  // improve the MBPI interface to effeciently support query patterns such as
+  // improve the MBPI interface to efficiently support query patterns such as
   // this.
   uint32_t BestWeight = 0;
   uint32_t WeightScale = 0;
@@ -351,7 +368,8 @@ MachineBasicBlock *MachineBlockPlacement::selectBestSuccessor(
     // any CFG constraints.
     if (SuccChain.LoopPredecessors != 0) {
       if (SuccProb < HotProb) {
-        DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(*SI) << " -> CFG conflict\n");
+        DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(*SI) << " -> " << SuccProb
+                     << " (prob) (CFG conflict)\n");
         continue;
       }
 
@@ -374,8 +392,8 @@ MachineBasicBlock *MachineBlockPlacement::selectBestSuccessor(
         }
       }
       if (BadCFGConflict) {
-        DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(*SI)
-                               << " -> non-cold CFG conflict\n");
+        DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(*SI) << " -> " << SuccProb
+                     << " (prob) (non-cold CFG conflict)\n");
         continue;
       }
     }
@@ -392,23 +410,6 @@ MachineBasicBlock *MachineBlockPlacement::selectBestSuccessor(
   return BestSucc;
 }
 
-namespace {
-/// \brief Predicate struct to detect blocks already placed.
-class IsBlockPlaced {
-  const BlockChain &PlacedChain;
-  const BlockToChainMapType &BlockToChain;
-
-public:
-  IsBlockPlaced(const BlockChain &PlacedChain,
-                const BlockToChainMapType &BlockToChain)
-      : PlacedChain(PlacedChain), BlockToChain(BlockToChain) {}
-
-  bool operator()(MachineBasicBlock *BB) const {
-    return BlockToChain.lookup(BB) == &PlacedChain;
-  }
-};
-}
-
 /// \brief Select the best block from a worklist.
 ///
 /// This looks through the provided worklist as a list of candidate basic
@@ -427,15 +428,16 @@ MachineBasicBlock *MachineBlockPlacement::selectBestCandidateBlock(
   // FIXME: If this shows up on profiles, it could be folded (at the cost of
   // some code complexity) into the loop below.
   WorkList.erase(std::remove_if(WorkList.begin(), WorkList.end(),
-                                IsBlockPlaced(Chain, BlockToChain)),
+                                [&](MachineBasicBlock *BB) {
+                   return BlockToChain.lookup(BB) == &Chain;
+                 }),
                  WorkList.end());
 
-  MachineBasicBlock *BestBlock = 0;
+  MachineBasicBlock *BestBlock = nullptr;
   BlockFrequency BestFreq;
   for (SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *>::iterator WBI = WorkList.begin(),
                                                       WBE = WorkList.end();
        WBI != WBE; ++WBI) {
-    assert(!BlockFilter || BlockFilter->count(*WBI));
     BlockChain &SuccChain = *BlockToChain[*WBI];
     if (&SuccChain == &Chain) {
       DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(*WBI)
@@ -445,8 +447,8 @@ MachineBasicBlock *MachineBlockPlacement::selectBestCandidateBlock(
     assert(SuccChain.LoopPredecessors == 0 && "Found CFG-violating block");
 
     BlockFrequency CandidateFreq = MBFI->getBlockFreq(*WBI);
-    DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(*WBI) << " -> " << CandidateFreq
-                 << " (freq)\n");
+    DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(*WBI) << " -> ";
+                 MBFI->printBlockFreq(dbgs(), CandidateFreq) << " (freq)\n");
     if (BestBlock && BestFreq >= CandidateFreq)
       continue;
     BestBlock = *WBI;
@@ -478,7 +480,7 @@ MachineBasicBlock *MachineBlockPlacement::getFirstUnplacedBlock(
       return *BlockToChain[I]->begin();
     }
   }
-  return 0;
+  return nullptr;
 }
 
 void MachineBlockPlacement::buildChain(
@@ -493,16 +495,15 @@ void MachineBlockPlacement::buildChain(
 
   MachineBasicBlock *LoopHeaderBB = BB;
   markChainSuccessors(Chain, LoopHeaderBB, BlockWorkList, BlockFilter);
-  BB = *llvm::prior(Chain.end());
+  BB = *std::prev(Chain.end());
   for (;;) {
     assert(BB);
     assert(BlockToChain[BB] == &Chain);
-    assert(*llvm::prior(Chain.end()) == BB);
-    MachineBasicBlock *BestSucc = 0;
+    assert(*std::prev(Chain.end()) == BB);
 
     // Look for the best viable successor if there is one to place immediately
     // after this block.
-    BestSucc = selectBestSuccessor(BB, Chain, BlockFilter);
+    MachineBasicBlock *BestSucc = selectBestSuccessor(BB, Chain, BlockFilter);
 
     // If an immediate successor isn't available, look for the best viable
     // block among those we've identified as not violating the loop's CFG at
@@ -529,7 +530,7 @@ void MachineBlockPlacement::buildChain(
                  << " to " << getBlockNum(BestSucc) << "\n");
     markChainSuccessors(SuccChain, LoopHeaderBB, BlockWorkList, BlockFilter);
     Chain.merge(BestSucc, &SuccChain);
-    BB = *llvm::prior(Chain.end());
+    BB = *std::prev(Chain.end());
   }
 
   DEBUG(dbgs() << "Finished forming chain for header block "
@@ -538,16 +539,89 @@ void MachineBlockPlacement::buildChain(
 
 /// \brief Find the best loop top block for layout.
 ///
+/// Look for a block which is strictly better than the loop header for laying
+/// out at the top of the loop. This looks for one and only one pattern:
+/// a latch block with no conditional exit. This block will cause a conditional
+/// jump around it or will be the bottom of the loop if we lay it out in place,
+/// but if it it doesn't end up at the bottom of the loop for any reason,
+/// rotation alone won't fix it. Because such a block will always result in an
+/// unconditional jump (for the backedge) rotating it in front of the loop
+/// header is always profitable.
+MachineBasicBlock *
+MachineBlockPlacement::findBestLoopTop(MachineLoop &L,
+                                       const BlockFilterSet &LoopBlockSet) {
+  // Check that the header hasn't been fused with a preheader block due to
+  // crazy branches. If it has, we need to start with the header at the top to
+  // prevent pulling the preheader into the loop body.
+  BlockChain &HeaderChain = *BlockToChain[L.getHeader()];
+  if (!LoopBlockSet.count(*HeaderChain.begin()))
+    return L.getHeader();
+
+  DEBUG(dbgs() << "Finding best loop top for: "
+               << getBlockName(L.getHeader()) << "\n");
+
+  BlockFrequency BestPredFreq;
+  MachineBasicBlock *BestPred = nullptr;
+  for (MachineBasicBlock::pred_iterator PI = L.getHeader()->pred_begin(),
+                                        PE = L.getHeader()->pred_end();
+       PI != PE; ++PI) {
+    MachineBasicBlock *Pred = *PI;
+    if (!LoopBlockSet.count(Pred))
+      continue;
+    DEBUG(dbgs() << "    header pred: " << getBlockName(Pred) << ", "
+                 << Pred->succ_size() << " successors, ";
+                 MBFI->printBlockFreq(dbgs(), Pred) << " freq\n");
+    if (Pred->succ_size() > 1)
+      continue;
+
+    BlockFrequency PredFreq = MBFI->getBlockFreq(Pred);
+    if (!BestPred || PredFreq > BestPredFreq ||
+        (!(PredFreq < BestPredFreq) &&
+         Pred->isLayoutSuccessor(L.getHeader()))) {
+      BestPred = Pred;
+      BestPredFreq = PredFreq;
+    }
+  }
+
+  // If no direct predecessor is fine, just use the loop header.
+  if (!BestPred)
+    return L.getHeader();
+
+  // Walk backwards through any straight line of predecessors.
+  while (BestPred->pred_size() == 1 &&
+         (*BestPred->pred_begin())->succ_size() == 1 &&
+         *BestPred->pred_begin() != L.getHeader())
+    BestPred = *BestPred->pred_begin();
+
+  DEBUG(dbgs() << "    final top: " << getBlockName(BestPred) << "\n");
+  return BestPred;
+}
+
+
+/// \brief Find the best loop exiting block for layout.
+///
 /// This routine implements the logic to analyze the loop looking for the best
 /// block to layout at the top of the loop. Typically this is done to maximize
 /// fallthrough opportunities.
 MachineBasicBlock *
-MachineBlockPlacement::findBestLoopTop(MachineFunction &F,
-                                       MachineLoop &L,
-                                       const BlockFilterSet &LoopBlockSet) {
+MachineBlockPlacement::findBestLoopExit(MachineFunction &F,
+                                        MachineLoop &L,
+                                        const BlockFilterSet &LoopBlockSet) {
+  // We don't want to layout the loop linearly in all cases. If the loop header
+  // is just a normal basic block in the loop, we want to look for what block
+  // within the loop is the best one to layout at the top. However, if the loop
+  // header has be pre-merged into a chain due to predecessors not having
+  // analyzable branches, *and* the predecessor it is merged with is *not* part
+  // of the loop, rotating the header into the middle of the loop will create
+  // a non-contiguous range of blocks which is Very Bad. So start with the
+  // header and only rotate if safe.
+  BlockChain &HeaderChain = *BlockToChain[L.getHeader()];
+  if (!LoopBlockSet.count(*HeaderChain.begin()))
+    return nullptr;
+
   BlockFrequency BestExitEdgeFreq;
-  MachineBasicBlock *ExitingBB = 0;
-  MachineBasicBlock *LoopingBB = 0;
+  unsigned BestExitLoopDepth = 0;
+  MachineBasicBlock *ExitingBB = nullptr;
   // If there are exits to outer loops, loop rotation can severely limit
   // fallthrough opportunites unless it selects such an exit. Keep a set of
   // blocks where rotating to exit with that block will reach an outer loop.
@@ -561,7 +635,7 @@ MachineBlockPlacement::findBestLoopTop(MachineFunction &F,
     BlockChain &Chain = *BlockToChain[*I];
     // Ensure that this block is at the end of a chain; otherwise it could be
     // mid-way through an inner loop or a successor of an analyzable branch.
-    if (*I != *llvm::prior(Chain.end()))
+    if (*I != *std::prev(Chain.end()))
       continue;
 
     // Now walk the successors. We need to establish whether this has a viable
@@ -570,15 +644,10 @@ MachineBlockPlacement::findBestLoopTop(MachineFunction &F,
     // successor isn't found.
     MachineBasicBlock *OldExitingBB = ExitingBB;
     BlockFrequency OldBestExitEdgeFreq = BestExitEdgeFreq;
-    // We also compute and store the best looping successor for use in layout.
-    MachineBasicBlock *BestLoopSucc = 0;
+    bool HasLoopingSucc = false;
     // FIXME: Due to the performance of the probability and weight routines in
-    // the MBPI analysis, we use the internal weights. This is only valid
-    // because it is purely a ranking function, we don't care about anything
-    // but the relative values.
-    uint32_t BestLoopSuccWeight = 0;
-    // FIXME: We also manually compute the probabilities to avoid quadratic
-    // behavior.
+    // the MBPI analysis, we use the internal weights and manually compute the
+    // probabilities to avoid quadratic behavior.
     uint32_t WeightScale = 0;
     uint32_t SumWeight = MBPI->getSumForBlock(*I, WeightScale);
     for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = (*I)->succ_begin(),
@@ -590,10 +659,8 @@ MachineBlockPlacement::findBestLoopTop(MachineFunction &F,
         continue;
       BlockChain &SuccChain = *BlockToChain[*SI];
       // Don't split chains, either this chain or the successor's chain.
-      if (&Chain == &SuccChain || *SI != *SuccChain.begin()) {
-        DEBUG(dbgs() << "    " << (LoopBlockSet.count(*SI) ? "looping: "
-                                                           : "exiting: ")
-                     << getBlockName(*I) << " -> "
+      if (&Chain == &SuccChain) {
+        DEBUG(dbgs() << "    exiting: " << getBlockName(*I) << " -> "
                      << getBlockName(*SI) << " (chain conflict)\n");
         continue;
       }
@@ -602,60 +669,106 @@ MachineBlockPlacement::findBestLoopTop(MachineFunction &F,
       if (LoopBlockSet.count(*SI)) {
         DEBUG(dbgs() << "    looping: " << getBlockName(*I) << " -> "
                      << getBlockName(*SI) << " (" << SuccWeight << ")\n");
-        if (BestLoopSucc && BestLoopSuccWeight >= SuccWeight)
-          continue;
-
-        BestLoopSucc = *SI;
-        BestLoopSuccWeight = SuccWeight;
+        HasLoopingSucc = true;
         continue;
       }
 
+      unsigned SuccLoopDepth = 0;
+      if (MachineLoop *ExitLoop = MLI->getLoopFor(*SI)) {
+        SuccLoopDepth = ExitLoop->getLoopDepth();
+        if (ExitLoop->contains(&L))
+          BlocksExitingToOuterLoop.insert(*I);
+      }
+
       BranchProbability SuccProb(SuccWeight / WeightScale, SumWeight);
       BlockFrequency ExitEdgeFreq = MBFI->getBlockFreq(*I) * SuccProb;
       DEBUG(dbgs() << "    exiting: " << getBlockName(*I) << " -> "
-                   << getBlockName(*SI) << " (" << ExitEdgeFreq << ")\n");
-      // Note that we slightly bias this toward an existing layout successor to
-      // retain incoming order in the absence of better information.
-      // FIXME: Should we bias this more strongly? It's pretty weak.
-      if (!ExitingBB || ExitEdgeFreq > BestExitEdgeFreq ||
+                   << getBlockName(*SI) << " [L:" << SuccLoopDepth
+                   << "] (";
+                   MBFI->printBlockFreq(dbgs(), ExitEdgeFreq) << ")\n");
+      // Note that we bias this toward an existing layout successor to retain
+      // incoming order in the absence of better information. The exit must have
+      // a frequency higher than the current exit before we consider breaking
+      // the layout.
+      BranchProbability Bias(100 - ExitBlockBias, 100);
+      if (!ExitingBB || BestExitLoopDepth < SuccLoopDepth ||
+          ExitEdgeFreq > BestExitEdgeFreq ||
           ((*I)->isLayoutSuccessor(*SI) &&
-           !(ExitEdgeFreq < BestExitEdgeFreq))) {
+           !(ExitEdgeFreq < BestExitEdgeFreq * Bias))) {
         BestExitEdgeFreq = ExitEdgeFreq;
         ExitingBB = *I;
       }
-
-      if (MachineLoop *ExitLoop = MLI->getLoopFor(*SI))
-        if (ExitLoop->contains(&L))
-          BlocksExitingToOuterLoop.insert(*I);
     }
 
     // Restore the old exiting state, no viable looping successor was found.
-    if (!BestLoopSucc) {
+    if (!HasLoopingSucc) {
       ExitingBB = OldExitingBB;
       BestExitEdgeFreq = OldBestExitEdgeFreq;
       continue;
     }
-
-    // If this was best exiting block thus far, also record the looping block.
-    if (ExitingBB == *I)
-      LoopingBB = BestLoopSucc;
   }
-  // Without a candidate exitting block or with only a single block in the
+  // Without a candidate exiting block or with only a single block in the
   // loop, just use the loop header to layout the loop.
   if (!ExitingBB || L.getNumBlocks() == 1)
-    return L.getHeader();
+    return nullptr;
 
   // Also, if we have exit blocks which lead to outer loops but didn't select
   // one of them as the exiting block we are rotating toward, disable loop
   // rotation altogether.
   if (!BlocksExitingToOuterLoop.empty() &&
       !BlocksExitingToOuterLoop.count(ExitingBB))
-    return L.getHeader();
+    return nullptr;
 
-  assert(LoopingBB && "All successors of a loop block are exit blocks!");
   DEBUG(dbgs() << "  Best exiting block: " << getBlockName(ExitingBB) << "\n");
-  DEBUG(dbgs() << "  Best top block: " << getBlockName(LoopingBB) << "\n");
-  return LoopingBB;
+  return ExitingBB;
+}
+
+/// \brief Attempt to rotate an exiting block to the bottom of the loop.
+///
+/// Once we have built a chain, try to rotate it to line up the hot exit block
+/// with fallthrough out of the loop if doing so doesn't introduce unnecessary
+/// branches. For example, if the loop has fallthrough into its header and out
+/// of its bottom already, don't rotate it.
+void MachineBlockPlacement::rotateLoop(BlockChain &LoopChain,
+                                       MachineBasicBlock *ExitingBB,
+                                       const BlockFilterSet &LoopBlockSet) {
+  if (!ExitingBB)
+    return;
+
+  MachineBasicBlock *Top = *LoopChain.begin();
+  bool ViableTopFallthrough = false;
+  for (MachineBasicBlock::pred_iterator PI = Top->pred_begin(),
+                                        PE = Top->pred_end();
+       PI != PE; ++PI) {
+    BlockChain *PredChain = BlockToChain[*PI];
+    if (!LoopBlockSet.count(*PI) &&
+        (!PredChain || *PI == *std::prev(PredChain->end()))) {
+      ViableTopFallthrough = true;
+      break;
+    }
+  }
+
+  // If the header has viable fallthrough, check whether the current loop
+  // bottom is a viable exiting block. If so, bail out as rotating will
+  // introduce an unnecessary branch.
+  if (ViableTopFallthrough) {
+    MachineBasicBlock *Bottom = *std::prev(LoopChain.end());
+    for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = Bottom->succ_begin(),
+                                          SE = Bottom->succ_end();
+         SI != SE; ++SI) {
+      BlockChain *SuccChain = BlockToChain[*SI];
+      if (!LoopBlockSet.count(*SI) &&
+          (!SuccChain || *SI == *SuccChain->begin()))
+        return;
+    }
+  }
+
+  BlockChain::iterator ExitIt = std::find(LoopChain.begin(), LoopChain.end(),
+                                          ExitingBB);
+  if (ExitIt == LoopChain.end())
+    return;
+
+  std::rotate(LoopChain.begin(), std::next(ExitIt), LoopChain.end());
 }
 
 /// \brief Forms basic block chains from the natural loop structures.
@@ -674,8 +787,20 @@ void MachineBlockPlacement::buildLoopChains(MachineFunction &F,
   SmallVector<MachineBasicBlock *, 16> BlockWorkList;
   BlockFilterSet LoopBlockSet(L.block_begin(), L.block_end());
 
-  MachineBasicBlock *LayoutTop = findBestLoopTop(F, L, LoopBlockSet);
-  BlockChain &LoopChain = *BlockToChain[LayoutTop];
+  // First check to see if there is an obviously preferable top block for the
+  // loop. This will default to the header, but may end up as one of the
+  // predecessors to the header if there is one which will result in strictly
+  // fewer branches in the loop body.
+  MachineBasicBlock *LoopTop = findBestLoopTop(L, LoopBlockSet);
+
+  // If we selected just the header for the loop top, look for a potentially
+  // profitable exit block in the event that rotating the loop can eliminate
+  // branches by placing an exit edge at the bottom.
+  MachineBasicBlock *ExitingBB = nullptr;
+  if (LoopTop == L.getHeader())
+    ExitingBB = findBestLoopExit(F, L, LoopBlockSet);
+
+  BlockChain &LoopChain = *BlockToChain[LoopTop];
 
   // FIXME: This is a really lame way of walking the chains in the loop: we
   // walk the blocks, and use a set to prevent visiting a particular chain
@@ -707,7 +832,8 @@ void MachineBlockPlacement::buildLoopChains(MachineFunction &F,
       BlockWorkList.push_back(*Chain.begin());
   }
 
-  buildChain(LayoutTop, LoopChain, BlockWorkList, &LoopBlockSet);
+  buildChain(LoopTop, LoopChain, BlockWorkList, &LoopBlockSet);
+  rotateLoop(LoopChain, ExitingBB, LoopBlockSet);
 
   DEBUG({
     // Crash at the end so we get all of the debugging output first.
@@ -719,7 +845,8 @@ void MachineBlockPlacement::buildLoopChains(MachineFunction &F,
              << "  Chain header: " << getBlockName(*LoopChain.begin()) << "\n";
     }
     for (BlockChain::iterator BCI = LoopChain.begin(), BCE = LoopChain.end();
-         BCI != BCE; ++BCI)
+         BCI != BCE; ++BCI) {
+      dbgs() << "          ... " << getBlockName(*BCI) << "\n";
       if (!LoopBlockSet.erase(*BCI)) {
         // We don't mark the loop as bad here because there are real situations
         // where this can occur. For example, with an unanalyzable fallthrough
@@ -729,6 +856,7 @@ void MachineBlockPlacement::buildLoopChains(MachineFunction &F,
                << "  Chain header: " << getBlockName(*LoopChain.begin()) << "\n"
                << "  Bad block:    " << getBlockName(*BCI) << "\n";
       }
+    }
 
     if (!LoopBlockSet.empty()) {
       BadLoop = true;
@@ -756,11 +884,11 @@ void MachineBlockPlacement::buildCFGChains(MachineFunction &F) {
     // the exact fallthrough behavior for.
     for (;;) {
       Cond.clear();
-      MachineBasicBlock *TBB = 0, *FBB = 0; // For AnalyzeBranch.
+      MachineBasicBlock *TBB = nullptr, *FBB = nullptr; // For AnalyzeBranch.
       if (!TII->AnalyzeBranch(*BB, TBB, FBB, Cond) || !FI->canFallThrough())
         break;
 
-      MachineFunction::iterator NextFI(llvm::next(FI));
+      MachineFunction::iterator NextFI(std::next(FI));
       MachineBasicBlock *NextBB = NextFI;
       // Ensure that the layout successor is a viable block, as we know that
       // fallthrough is a possibility.
@@ -768,7 +896,7 @@ void MachineBlockPlacement::buildCFGChains(MachineFunction &F) {
       DEBUG(dbgs() << "Pre-merging due to unanalyzable fallthrough: "
                    << getBlockName(BB) << " -> " << getBlockName(NextBB)
                    << "\n");
-      Chain->merge(NextBB, 0);
+      Chain->merge(NextBB, nullptr);
       FI = NextFI;
       BB = NextBB;
     }
@@ -808,7 +936,9 @@ void MachineBlockPlacement::buildCFGChains(MachineFunction &F) {
   BlockChain &FunctionChain = *BlockToChain[&F.front()];
   buildChain(&F.front(), FunctionChain, BlockWorkList);
 
+#ifndef NDEBUG
   typedef SmallPtrSet<MachineBasicBlock *, 16> FunctionBlockSetType;
+#endif
   DEBUG({
     // Crash at the end so we get all of the debugging output first.
     bool BadFunc = false;
@@ -852,49 +982,130 @@ void MachineBlockPlacement::buildCFGChains(MachineFunction &F) {
     // Update the terminator of the previous block.
     if (BI == FunctionChain.begin())
       continue;
-    MachineBasicBlock *PrevBB = llvm::prior(MachineFunction::iterator(*BI));
+    MachineBasicBlock *PrevBB = std::prev(MachineFunction::iterator(*BI));
 
     // FIXME: It would be awesome of updateTerminator would just return rather
     // than assert when the branch cannot be analyzed in order to remove this
     // boiler plate.
     Cond.clear();
-    MachineBasicBlock *TBB = 0, *FBB = 0; // For AnalyzeBranch.
-    if (!TII->AnalyzeBranch(*PrevBB, TBB, FBB, Cond))
-      PrevBB->updateTerminator();
+    MachineBasicBlock *TBB = nullptr, *FBB = nullptr; // For AnalyzeBranch.
+    if (!TII->AnalyzeBranch(*PrevBB, TBB, FBB, Cond)) {
+      // The "PrevBB" is not yet updated to reflect current code layout, so,
+      //   o. it may fall-through to a block without explict "goto" instruction
+      //      before layout, and no longer fall-through it after layout; or 
+      //   o. just opposite.
+      // 
+      // AnalyzeBranch() may return erroneous value for FBB when these two
+      // situations take place. For the first scenario FBB is mistakenly set
+      // NULL; for the 2nd scenario, the FBB, which is expected to be NULL,
+      // is mistakenly pointing to "*BI".
+      //
+      bool needUpdateBr = true;
+      if (!Cond.empty() && (!FBB || FBB == *BI)) {
+        PrevBB->updateTerminator();
+        needUpdateBr = false;
+        Cond.clear();
+        TBB = FBB = nullptr;
+        if (TII->AnalyzeBranch(*PrevBB, TBB, FBB, Cond)) {
+          // FIXME: This should never take place.
+          TBB = FBB = nullptr;
+        }
+      }
+
+      // If PrevBB has a two-way branch, try to re-order the branches
+      // such that we branch to the successor with higher weight first.
+      if (TBB && !Cond.empty() && FBB &&
+          MBPI->getEdgeWeight(PrevBB, FBB) > MBPI->getEdgeWeight(PrevBB, TBB) &&
+          !TII->ReverseBranchCondition(Cond)) {
+        DEBUG(dbgs() << "Reverse order of the two branches: "
+                     << getBlockName(PrevBB) << "\n");
+        DEBUG(dbgs() << "    Edge weight: " << MBPI->getEdgeWeight(PrevBB, FBB)
+                     << " vs " << MBPI->getEdgeWeight(PrevBB, TBB) << "\n");
+        DebugLoc dl;  // FIXME: this is nowhere
+        TII->RemoveBranch(*PrevBB);
+        TII->InsertBranch(*PrevBB, FBB, TBB, Cond, dl);
+        needUpdateBr = true;
+      }
+      if (needUpdateBr)
+        PrevBB->updateTerminator();
+    }
   }
 
   // Fixup the last block.
   Cond.clear();
-  MachineBasicBlock *TBB = 0, *FBB = 0; // For AnalyzeBranch.
+  MachineBasicBlock *TBB = nullptr, *FBB = nullptr; // For AnalyzeBranch.
   if (!TII->AnalyzeBranch(F.back(), TBB, FBB, Cond))
     F.back().updateTerminator();
-}
-
-/// \brief Recursive helper to align a loop and any nested loops.
-static void AlignLoop(MachineFunction &F, MachineLoop *L, unsigned Align) {
-  // Recurse through nested loops.
-  for (MachineLoop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
-    AlignLoop(F, *I, Align);
-
-  L->getTopBlock()->setAlignment(Align);
-}
 
-/// \brief Align loop headers to target preferred alignments.
-void MachineBlockPlacement::AlignLoops(MachineFunction &F) {
-  if (F.getFunction()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize))
+  // Walk through the backedges of the function now that we have fully laid out
+  // the basic blocks and align the destination of each backedge. We don't rely
+  // exclusively on the loop info here so that we can align backedges in
+  // unnatural CFGs and backedges that were introduced purely because of the
+  // loop rotations done during this layout pass.
+  if (F.getFunction()->getAttributes().
+        hasAttribute(AttributeSet::FunctionIndex, Attribute::OptimizeForSize))
     return;
-
   unsigned Align = TLI->getPrefLoopAlignment();
   if (!Align)
     return;  // Don't care about loop alignment.
+  if (FunctionChain.begin() == FunctionChain.end())
+    return;  // Empty chain.
+
+  const BranchProbability ColdProb(1, 5); // 20%
+  BlockFrequency EntryFreq = MBFI->getBlockFreq(F.begin());
+  BlockFrequency WeightedEntryFreq = EntryFreq * ColdProb;
+  for (BlockChain::iterator BI = std::next(FunctionChain.begin()),
+                            BE = FunctionChain.end();
+       BI != BE; ++BI) {
+    // Don't align non-looping basic blocks. These are unlikely to execute
+    // enough times to matter in practice. Note that we'll still handle
+    // unnatural CFGs inside of a natural outer loop (the common case) and
+    // rotated loops.
+    MachineLoop *L = MLI->getLoopFor(*BI);
+    if (!L)
+      continue;
+
+    // If the block is cold relative to the function entry don't waste space
+    // aligning it.
+    BlockFrequency Freq = MBFI->getBlockFreq(*BI);
+    if (Freq < WeightedEntryFreq)
+      continue;
+
+    // If the block is cold relative to its loop header, don't align it
+    // regardless of what edges into the block exist.
+    MachineBasicBlock *LoopHeader = L->getHeader();
+    BlockFrequency LoopHeaderFreq = MBFI->getBlockFreq(LoopHeader);
+    if (Freq < (LoopHeaderFreq * ColdProb))
+      continue;
+
+    // Check for the existence of a non-layout predecessor which would benefit
+    // from aligning this block.
+    MachineBasicBlock *LayoutPred = *std::prev(BI);
+
+    // Force alignment if all the predecessors are jumps. We already checked
+    // that the block isn't cold above.
+    if (!LayoutPred->isSuccessor(*BI)) {
+      (*BI)->setAlignment(Align);
+      continue;
+    }
 
-  for (MachineLoopInfo::iterator I = MLI->begin(), E = MLI->end(); I != E; ++I)
-    AlignLoop(F, *I, Align);
+    // Align this block if the layout predecessor's edge into this block is
+    // cold relative to the block. When this is true, other predecessors make up
+    // all of the hot entries into the block and thus alignment is likely to be
+    // important.
+    BranchProbability LayoutProb = MBPI->getEdgeProbability(LayoutPred, *BI);
+    BlockFrequency LayoutEdgeFreq = MBFI->getBlockFreq(LayoutPred) * LayoutProb;
+    if (LayoutEdgeFreq <= (Freq * ColdProb))
+      (*BI)->setAlignment(Align);
+  }
 }
 
 bool MachineBlockPlacement::runOnMachineFunction(MachineFunction &F) {
   // Check for single-block functions and skip them.
-  if (llvm::next(F.begin()) == F.end())
+  if (std::next(F.begin()) == F.end())
+    return false;
+
+  if (skipOptnoneFunction(*F.getFunction()))
     return false;
 
   MBPI = &getAnalysis<MachineBranchProbabilityInfo>();
@@ -905,11 +1116,16 @@ bool MachineBlockPlacement::runOnMachineFunction(MachineFunction &F) {
   assert(BlockToChain.empty());
 
   buildCFGChains(F);
-  AlignLoops(F);
 
   BlockToChain.clear();
   ChainAllocator.DestroyAll();
 
+  if (AlignAllBlock)
+    // Align all of the blocks in the function to a specific alignment.
+    for (MachineFunction::iterator FI = F.begin(), FE = F.end();
+         FI != FE; ++FI)
+      FI->setAlignment(AlignAllBlock);
+
   // We always return true as we have no way to track whether the final order
   // differs from the original order.
   return true;
@@ -920,7 +1136,7 @@ namespace {
 ///
 /// A separate pass to compute interesting statistics for evaluating block
 /// placement. This is separate from the actual placement pass so that they can
-/// be computed in the absense of any placement transformations or when using
+/// be computed in the absence of any placement transformations or when using
 /// alternative placement strategies.
 class MachineBlockPlacementStats : public MachineFunctionPass {
   /// \brief A handle to the branch probability pass.
@@ -935,20 +1151,19 @@ public:
     initializeMachineBlockPlacementStatsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
   }
 
-  bool runOnMachineFunction(MachineFunction &F);
+  bool runOnMachineFunction(MachineFunction &F) override;
 
-  void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+  void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
     AU.addRequired<MachineBranchProbabilityInfo>();
     AU.addRequired<MachineBlockFrequencyInfo>();
     AU.setPreservesAll();
     MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
   }
-
-  const char *getPassName() const { return "Block Placement Stats"; }
 };
 }
 
 char MachineBlockPlacementStats::ID = 0;
+char &llvm::MachineBlockPlacementStatsID = MachineBlockPlacementStats::ID;
 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineBlockPlacementStats, "block-placement-stats",
                       "Basic Block Placement Stats", false, false)
 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineBranchProbabilityInfo)
@@ -956,13 +1171,9 @@ INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineBlockFrequencyInfo)
 INITIALIZE_PASS_END(MachineBlockPlacementStats, "block-placement-stats",
                     "Basic Block Placement Stats", false, false)
 
-FunctionPass *llvm::createMachineBlockPlacementStatsPass() {
-  return new MachineBlockPlacementStats();
-}
-
 bool MachineBlockPlacementStats::runOnMachineFunction(MachineFunction &F) {
   // Check for single-block functions and skip them.
-  if (llvm::next(F.begin()) == F.end())
+  if (std::next(F.begin()) == F.end())
     return false;
 
   MBPI = &getAnalysis<MachineBranchProbabilityInfo>();