DWARF Type Units: Avoid emitting type units under fission if the type requires an...
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / MachineBlockPlacement.cpp
index 7700efc6f9020d2cee21046f4ee1f7fc634d4f1c..74af1e2d64b02d2acc15c0acb98ca05a4378c2cf 100644 (file)
@@ -7,19 +7,29 @@
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
-// This file implements basic block placement transformations using branch
-// probability estimates. It is based around "Algo2" from Profile Guided Code
-// Positioning [http://portal.acm.org/citation.cfm?id=989433].
+// This file implements basic block placement transformations using the CFG
+// structure and branch probability estimates.
 //
-// We combine the BlockFrequencyInfo with BranchProbabilityInfo to simulate
-// measured edge-weights. The BlockFrequencyInfo effectively summarizes the
-// probability of starting from any particular block, and the
-// BranchProbabilityInfo the probability of exiting the block via a particular
-// edge. Combined they form a function-wide ordering of the edges.
+// The pass strives to preserve the structure of the CFG (that is, retain
+// 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.
+//
+// The algorithm works from the inner-most loop within a function outward, and
+// at each stage walks through the basic blocks, trying to coalesce them into
+// sequential chains where allowed by the CFG (or demanded by heavy
+// probabilities). Finally, it walks the blocks in topological order, and the
+// first time it reaches a chain of basic blocks, it schedules them in the
+// function in-order.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#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/ErrorHandling.h"
-#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
-#include "llvm/ADT/SCCIterator.h"
-#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
-#include "llvm/ADT/SmallVector.h"
-#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/Support/CommandLine.h"
+#include "llvm/Support/Debug.h"
 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
 #include <algorithm>
 using namespace llvm;
 
-namespace {
-/// \brief A structure for storing a weighted edge.
-///
-/// This stores an edge and its weight, computed as the product of the
-/// frequency that the starting block is entered with the probability of
-/// a particular exit block.
-struct WeightedEdge {
-  BlockFrequency EdgeFrequency;
-  MachineBasicBlock *From, *To;
-
-  bool operator<(const WeightedEdge &RHS) const {
-    return EdgeFrequency < RHS.EdgeFrequency;
-  }
-};
-}
+#define DEBUG_TYPE "block-placement2"
+
+STATISTIC(NumCondBranches, "Number of conditional branches");
+STATISTIC(NumUncondBranches, "Number of uncondittional branches");
+STATISTIC(CondBranchTakenFreq,
+          "Potential frequency of taking conditional branches");
+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 {
-struct BlockChain;
+class BlockChain;
 /// \brief Type for our function-wide basic block -> block chain mapping.
 typedef DenseMap<MachineBasicBlock *, BlockChain *> BlockToChainMapType;
 }
@@ -67,33 +77,19 @@ 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.
-struct BlockChain {
-  class SuccIterator;
-
-  /// \brief The first and last basic block that from this chain.
+/// 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.
   ///
-  /// The chain is stored within the existing function ilist of basic blocks.
-  /// When merging chains or otherwise manipulating them, we splice the blocks
-  /// within this ilist, giving us very cheap storage here and constant time
-  /// merge operations.
-  ///
-  /// It is extremely important to note that LastBB is the iterator pointing
-  /// *at* the last basic block in the chain. That is, the chain consists of
-  /// the *closed* range [FirstBB, LastBB]. We cannot use half-open ranges
-  /// because the next basic block may get relocated to a different part of the
-  /// function at any time during the run of this pass.
-  MachineFunction::iterator FirstBB, LastBB;
+  /// This is the sequence of blocks for a particular chain. These will be laid
+  /// out in-order within the function.
+  SmallVector<MachineBasicBlock *, 4> Blocks;
 
   /// \brief A handle to the function-wide basic block to block chain mapping.
   ///
@@ -103,158 +99,79 @@ struct BlockChain {
   /// structure.
   BlockToChainMapType &BlockToChain;
 
-  /// \brief The weight used to rank two block chains in the same SCC.
-  ///
-  /// This is used during SCC layout of block chains to cache and rank the
-  /// chains. It is supposed to represent the expected frequency with which
-  /// control reaches a block within this chain, has the option of branching to
-  /// a block in some other chain participating in the SCC, but instead
-  /// continues within this chain. The higher this is, the more costly we
-  /// expect mis-predicted branches between this chain and other chains within
-  /// the SCC to be. Thus, since we expect branches between chains to be
-  /// predicted when backwards and not predicted when forwards, the higher this
-  /// is the more important that this chain is laid out first among those
-  /// chains in the same SCC as it.
-  BlockFrequency InChainEdgeFrequency;
-
+public:
   /// \brief Construct a new BlockChain.
   ///
   /// This builds a new block chain representing a single basic block in the
   /// function. It also registers itself as the chain that block participates
   /// in with the BlockToChain mapping.
   BlockChain(BlockToChainMapType &BlockToChain, MachineBasicBlock *BB)
-    : FirstBB(BB), LastBB(BB), BlockToChain(BlockToChain) {
+    : Blocks(1, BB), BlockToChain(BlockToChain), LoopPredecessors(0) {
     assert(BB && "Cannot create a chain with a null basic block");
     BlockToChain[BB] = this;
   }
 
-  /// \brief Merge another block chain into this one.
+  /// \brief Iterator over blocks within the chain.
+  typedef SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *>::iterator iterator;
+
+  /// \brief Beginning of blocks within the chain.
+  iterator begin() { return Blocks.begin(); }
+
+  /// \brief End of blocks within the chain.
+  iterator end() { return Blocks.end(); }
+
+  /// \brief Merge a block chain into this one.
   ///
   /// This routine merges a block chain into this one. It takes care of forming
   /// a contiguous sequence of basic blocks, updating the edge list, and
   /// updating the block -> chain mapping. It does not free or tear down the
   /// old chain, but the old chain's block list is no longer valid.
-  void merge(BlockChain *Chain) {
-    assert(Chain && "Cannot merge a null chain");
-    MachineFunction::iterator EndBB = llvm::next(LastBB);
-    MachineFunction::iterator ChainEndBB = llvm::next(Chain->LastBB);
+  void merge(MachineBasicBlock *BB, BlockChain *Chain) {
+    assert(BB);
+    assert(!Blocks.empty());
+
+    // Fast path in case we don't have a chain already.
+    if (!Chain) {
+      assert(!BlockToChain[BB]);
+      Blocks.push_back(BB);
+      BlockToChain[BB] = this;
+      return;
+    }
+
+    assert(BB == *Chain->begin());
+    assert(Chain->begin() != Chain->end());
 
-    // Update the incoming blocks to point to this chain.
-    for (MachineFunction::iterator BI = Chain->FirstBB, BE = ChainEndBB;
+    // Update the incoming blocks to point to this chain, and add them to the
+    // chain structure.
+    for (BlockChain::iterator BI = Chain->begin(), BE = Chain->end();
          BI != BE; ++BI) {
-      assert(BlockToChain[BI] == Chain && "Incoming blocks not in chain");
-      BlockToChain[BI] = this;
+      Blocks.push_back(*BI);
+      assert(BlockToChain[*BI] == Chain && "Incoming blocks not in chain");
+      BlockToChain[*BI] = this;
     }
-
-    // We splice the blocks together within the function (unless they already
-    // are adjacent) so we can represent the new chain with a pair of pointers
-    // to basic blocks within the function. This is also useful as each chain
-    // of blocks will end up being laid out contiguously within the function.
-    if (EndBB != Chain->FirstBB)
-      FirstBB->getParent()->splice(EndBB, Chain->FirstBB, ChainEndBB);
-    LastBB = Chain->LastBB;
   }
-};
-}
-
-namespace {
-/// \brief Successor iterator for BlockChains.
-///
-/// This is an iterator that walks over the successor block chains by looking
-/// through its blocks successors and mapping those back to block chains. This
-/// iterator is not a fully-functioning iterator, it is designed specifically
-/// to support the interface required by SCCIterator when forming and walking
-/// SCCs of BlockChains.
-///
-/// Note that this iterator cannot be used while the chains are still being
-/// formed and/or merged. Unlike the chains themselves, it does store end
-/// iterators which could be moved if the chains are re-ordered. Once we begin
-/// forming and iterating over an SCC of chains, the order of blocks within the
-/// function must not change until we finish using the SCC iterators.
-class BlockChain::SuccIterator
-    : public std::iterator<std::forward_iterator_tag,
-                           BlockChain *, ptrdiff_t> {
-  BlockChain *Chain;
-  MachineFunction::iterator BI, BE;
-  MachineBasicBlock::succ_iterator SI;
 
-public:
-  explicit SuccIterator(BlockChain *Chain)
-    : Chain(Chain), BI(Chain->FirstBB), BE(llvm::next(Chain->LastBB)),
-      SI(BI->succ_begin()) {
-    while (BI != BE && BI->succ_begin() == BI->succ_end())
-      ++BI;
-    if (BI != BE)
-      SI = BI->succ_begin();
+#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 Helper function to create an end iterator for a particular chain.
+  /// \brief Count of predecessors within the loop currently being processed.
   ///
-  /// The "end" state is extremely arbitrary. We chose to have BI == BE, and SI
-  /// == Chain->FirstBB->succ_begin(). The value of SI doesn't really make any
-  /// sense, but rather than try to rationalize SI and our increment, when we
-  /// detect an "end" state, we just immediately call this function to build
-  /// the canonical end iterator.
-  static SuccIterator CreateEnd(BlockChain *Chain) {
-    SuccIterator It(Chain);
-    It.BI = It.BE;
-    return It;
-  }
-
-  bool operator==(const SuccIterator &RHS) const {
-    return (Chain == RHS.Chain && BI == RHS.BI && SI == RHS.SI);
-  }
-  bool operator!=(const SuccIterator &RHS) const {
-    return !operator==(RHS);
-  }
-
-  SuccIterator& operator++() {
-    assert(*this != CreateEnd(Chain) && "Cannot increment the end iterator");
-    // There may be null successor pointers, skip over them.
-    // FIXME: I don't understand *why* there are null successor pointers.
-    do {
-      ++SI;
-      if (SI != BI->succ_end() && *SI)
-        return *this;
-
-      // There may be a basic block without successors. Skip over them.
-      do {
-        ++BI;
-        if (BI == BE)
-          return *this = CreateEnd(Chain);
-      } while (BI->succ_begin() == BI->succ_end());
-      SI = BI->succ_begin();
-    } while (!*SI);
-    return *this;
-  }
-  SuccIterator operator++(int) {
-    SuccIterator tmp = *this;
-    ++*this;
-    return tmp;
-  }
-
-  BlockChain *operator*() const {
-    assert(Chain->BlockToChain.lookup(*SI) && "Missing chain");
-    return Chain->BlockToChain.lookup(*SI);
-  }
-};
-}
-
-namespace {
-/// \brief Sorter used with containers of BlockChain pointers.
-///
-/// Sorts based on the \see BlockChain::InChainEdgeFrequency -- see its
-/// comments for details on what this ordering represents.
-struct ChainPtrPrioritySorter {
-  bool operator()(const BlockChain *LHS, const BlockChain *RHS) const {
-    assert(LHS && RHS && "Null chain entry");
-    return LHS->InChainEdgeFrequency < RHS->InChainEdgeFrequency;
-  }
+  /// This count is updated at each loop we process to represent the number of
+  /// in-loop predecessors of this chain.
+  unsigned LoopPredecessors;
 };
 }
 
 namespace {
 class MachineBlockPlacement : public MachineFunctionPass {
+  /// \brief A typedef for a block filter set.
+  typedef SmallPtrSet<MachineBasicBlock *, 16> BlockFilterSet;
+
   /// \brief A handle to the branch probability pass.
   const MachineBranchProbabilityInfo *MBPI;
 
@@ -268,25 +185,15 @@ class MachineBlockPlacement : public MachineFunctionPass {
   const TargetInstrInfo *TII;
 
   /// \brief A handle to the target's lowering info.
-  const TargetLowering *TLI;
-
-  /// \brief A prioritized list of edges in the BB-graph.
-  ///
-  /// For each function, we insert all control flow edges between BBs, along
-  /// with their "global" frequency. The Frequency of an edge being taken is
-  /// defined as the frequency of entering the source BB (from MBFI) times the
-  /// probability of taking a particular branch out of that block (from MBPI).
-  ///
-  /// Once built, this list is sorted in ascending frequency, making the last
-  /// edge the hottest one in the function.
-  SmallVector<WeightedEdge, 64> Edges;
+  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.
@@ -297,25 +204,33 @@ class MachineBlockPlacement : public MachineFunctionPass {
   /// between basic blocks.
   DenseMap<MachineBasicBlock *, BlockChain *> BlockToChain;
 
-  /// \brief A prioritized sequence of chains.
-  ///
-  /// We build up the ideal sequence of basic block chains in reverse order
-  /// here, and then walk backwards to arrange the final function ordering.
-  SmallVector<BlockChain *, 16> PChains;
-
-#ifndef NDEBUG
-  /// \brief A set of active chains used to sanity-check the pass algorithm.
-  ///
-  /// All operations on this member should be wrapped in an assert or NDEBUG.
-  SmallPtrSet<BlockChain *, 16> ActiveChains;
-#endif
-
-  BlockChain *CreateChain(MachineBasicBlock *BB);
-  void PrioritizeEdges(MachineFunction &F);
-  void BuildBlockChains();
-  void PrioritizeChains(MachineFunction &F);
-  void PlaceBlockChains(MachineFunction &F);
-  void AlignLoops(MachineFunction &F);
+  void markChainSuccessors(BlockChain &Chain,
+                           MachineBasicBlock *LoopHeaderBB,
+                           SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &BlockWorkList,
+                           const BlockFilterSet *BlockFilter = nullptr);
+  MachineBasicBlock *selectBestSuccessor(MachineBasicBlock *BB,
+                                         BlockChain &Chain,
+                                         const BlockFilterSet *BlockFilter);
+  MachineBasicBlock *selectBestCandidateBlock(
+      BlockChain &Chain, SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &WorkList,
+      const BlockFilterSet *BlockFilter);
+  MachineBasicBlock *getFirstUnplacedBlock(
+      MachineFunction &F,
+      const BlockChain &PlacedChain,
+      MachineFunction::iterator &PrevUnplacedBlockIt,
+      const BlockFilterSet *BlockFilter);
+  void buildChain(MachineBasicBlock *BB, BlockChain &Chain,
+                  SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &BlockWorkList,
+                  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);
 
 public:
   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
@@ -323,20 +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)
@@ -345,292 +259,853 @@ 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.
+///
+/// Only used by debug logging.
+static std::string getBlockName(MachineBasicBlock *BB) {
+  std::string Result;
+  raw_string_ostream OS(Result);
+  OS << "BB#" << BB->getNumber()
+     << " (derived from LLVM BB '" << BB->getName() << "')";
+  OS.flush();
+  return Result;
 }
 
-namespace llvm {
-/// \brief GraphTraits specialization for our BlockChain graph.
-template <> struct GraphTraits<BlockChain *> {
-  typedef BlockChain NodeType;
-  typedef BlockChain::SuccIterator ChildIteratorType;
+/// \brief Helper to print the number of a MBB.
+///
+/// Only used by debug logging.
+static std::string getBlockNum(MachineBasicBlock *BB) {
+  std::string Result;
+  raw_string_ostream OS(Result);
+  OS << "BB#" << BB->getNumber();
+  OS.flush();
+  return Result;
+}
+#endif
 
-  static NodeType *getEntryNode(NodeType *N) { return N; }
-  static BlockChain::SuccIterator child_begin(NodeType *N) {
-    return BlockChain::SuccIterator(N);
+/// \brief Mark a chain's successors as having one fewer preds.
+///
+/// When a chain is being merged into the "placed" chain, this routine will
+/// quickly walk the successors of each block in the chain and mark them as
+/// having one fewer active predecessor. It also adds any successors of this
+/// chain which reach the zero-predecessor state to the worklist passed in.
+void MachineBlockPlacement::markChainSuccessors(
+    BlockChain &Chain,
+    MachineBasicBlock *LoopHeaderBB,
+    SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &BlockWorkList,
+    const BlockFilterSet *BlockFilter) {
+  // Walk all the blocks in this chain, marking their successors as having
+  // a predecessor placed.
+  for (BlockChain::iterator CBI = Chain.begin(), CBE = Chain.end();
+       CBI != CBE; ++CBI) {
+    // Add any successors for which this is the only un-placed in-loop
+    // predecessor to the worklist as a viable candidate for CFG-neutral
+    // placement. No subsequent placement of this block will violate the CFG
+    // shape, so we get to use heuristics to choose a favorable placement.
+    for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = (*CBI)->succ_begin(),
+                                          SE = (*CBI)->succ_end();
+         SI != SE; ++SI) {
+      if (BlockFilter && !BlockFilter->count(*SI))
+        continue;
+      BlockChain &SuccChain = *BlockToChain[*SI];
+      // Disregard edges within a fixed chain, or edges to the loop header.
+      if (&Chain == &SuccChain || *SI == LoopHeaderBB)
+        continue;
+
+      // This is a cross-chain edge that is within the loop, so decrement the
+      // loop predecessor count of the destination chain.
+      if (SuccChain.LoopPredecessors > 0 && --SuccChain.LoopPredecessors == 0)
+        BlockWorkList.push_back(*SuccChain.begin());
+    }
   }
-  static BlockChain::SuccIterator child_end(NodeType *N) {
-    return BlockChain::SuccIterator::CreateEnd(N);
+}
+
+/// \brief Select the best successor for a block.
+///
+/// This looks across all successors of a particular block and attempts to
+/// select the "best" one to be the layout successor. It only considers direct
+/// successors which also pass the block filter. It will attempt to avoid
+/// breaking CFG structure, but cave and break such structures in the case of
+/// very hot successor edges.
+///
+/// \returns The best successor block found, or null if none are viable.
+MachineBasicBlock *MachineBlockPlacement::selectBestSuccessor(
+    MachineBasicBlock *BB, BlockChain &Chain,
+    const BlockFilterSet *BlockFilter) {
+  const BranchProbability HotProb(4, 5); // 80%
+
+  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 efficiently support query patterns such as
+  // this.
+  uint32_t BestWeight = 0;
+  uint32_t WeightScale = 0;
+  uint32_t SumWeight = MBPI->getSumForBlock(BB, WeightScale);
+  DEBUG(dbgs() << "Attempting merge from: " << getBlockName(BB) << "\n");
+  for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = BB->succ_begin(),
+                                        SE = BB->succ_end();
+       SI != SE; ++SI) {
+    if (BlockFilter && !BlockFilter->count(*SI))
+      continue;
+    BlockChain &SuccChain = *BlockToChain[*SI];
+    if (&SuccChain == &Chain) {
+      DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(*SI) << " -> Already merged!\n");
+      continue;
+    }
+    if (*SI != *SuccChain.begin()) {
+      DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(*SI) << " -> Mid chain!\n");
+      continue;
+    }
+
+    uint32_t SuccWeight = MBPI->getEdgeWeight(BB, *SI);
+    BranchProbability SuccProb(SuccWeight / WeightScale, SumWeight);
+
+    // Only consider successors which are either "hot", or wouldn't violate
+    // any CFG constraints.
+    if (SuccChain.LoopPredecessors != 0) {
+      if (SuccProb < HotProb) {
+        DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(*SI) << " -> " << SuccProb
+                     << " (prob) (CFG conflict)\n");
+        continue;
+      }
+
+      // Make sure that a hot successor doesn't have a globally more important
+      // predecessor.
+      BlockFrequency CandidateEdgeFreq
+        = MBFI->getBlockFreq(BB) * SuccProb * HotProb.getCompl();
+      bool BadCFGConflict = false;
+      for (MachineBasicBlock::pred_iterator PI = (*SI)->pred_begin(),
+                                            PE = (*SI)->pred_end();
+           PI != PE; ++PI) {
+        if (*PI == *SI || (BlockFilter && !BlockFilter->count(*PI)) ||
+            BlockToChain[*PI] == &Chain)
+          continue;
+        BlockFrequency PredEdgeFreq
+          = MBFI->getBlockFreq(*PI) * MBPI->getEdgeProbability(*PI, *SI);
+        if (PredEdgeFreq >= CandidateEdgeFreq) {
+          BadCFGConflict = true;
+          break;
+        }
+      }
+      if (BadCFGConflict) {
+        DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(*SI) << " -> " << SuccProb
+                     << " (prob) (non-cold CFG conflict)\n");
+        continue;
+      }
+    }
+
+    DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(*SI) << " -> " << SuccProb
+                 << " (prob)"
+                 << (SuccChain.LoopPredecessors != 0 ? " (CFG break)" : "")
+                 << "\n");
+    if (BestSucc && BestWeight >= SuccWeight)
+      continue;
+    BestSucc = *SI;
+    BestWeight = SuccWeight;
   }
-};
+  return BestSucc;
 }
 
-/// \brief Helper to create a new chain for a single BB.
+/// \brief Select the best block from a worklist.
+///
+/// This looks through the provided worklist as a list of candidate basic
+/// blocks and select the most profitable one to place. The definition of
+/// profitable only really makes sense in the context of a loop. This returns
+/// the most frequently visited block in the worklist, which in the case of
+/// a loop, is the one most desirable to be physically close to the rest of the
+/// loop body in order to improve icache behavior.
 ///
-/// Takes care of growing the Chains, setting up the BlockChain object, and any
-/// debug checking logic.
-/// \returns A pointer to the new BlockChain.
-BlockChain *MachineBlockPlacement::CreateChain(MachineBasicBlock *BB) {
-  BlockChain *Chain =
-    new (ChainAllocator.Allocate()) BlockChain(BlockToChain, BB);
-  assert(ActiveChains.insert(Chain));
-  return Chain;
+/// \returns The best block found, or null if none are viable.
+MachineBasicBlock *MachineBlockPlacement::selectBestCandidateBlock(
+    BlockChain &Chain, SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &WorkList,
+    const BlockFilterSet *BlockFilter) {
+  // Once we need to walk the worklist looking for a candidate, cleanup the
+  // worklist of already placed entries.
+  // 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(),
+                                [&](MachineBasicBlock *BB) {
+                   return BlockToChain.lookup(BB) == &Chain;
+                 }),
+                 WorkList.end());
+
+  MachineBasicBlock *BestBlock = nullptr;
+  BlockFrequency BestFreq;
+  for (SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *>::iterator WBI = WorkList.begin(),
+                                                      WBE = WorkList.end();
+       WBI != WBE; ++WBI) {
+    BlockChain &SuccChain = *BlockToChain[*WBI];
+    if (&SuccChain == &Chain) {
+      DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(*WBI)
+                   << " -> Already merged!\n");
+      continue;
+    }
+    assert(SuccChain.LoopPredecessors == 0 && "Found CFG-violating block");
+
+    BlockFrequency CandidateFreq = MBFI->getBlockFreq(*WBI);
+    DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(*WBI) << " -> ";
+                 MBFI->printBlockFreq(dbgs(), CandidateFreq) << " (freq)\n");
+    if (BestBlock && BestFreq >= CandidateFreq)
+      continue;
+    BestBlock = *WBI;
+    BestFreq = CandidateFreq;
+  }
+  return BestBlock;
 }
 
-/// \brief Build a prioritized list of edges.
+/// \brief Retrieve the first unplaced basic block.
 ///
-/// The priority is determined by the product of the block frequency (how
-/// likely it is to arrive at a particular block) times the probability of
-/// taking this particular edge out of the block. This provides a function-wide
-/// ordering of the edges.
-void MachineBlockPlacement::PrioritizeEdges(MachineFunction &F) {
-  assert(Edges.empty() && "Already have an edge list");
-  SmallVector<MachineOperand, 4> Cond; // For AnalyzeBranch.
-  BlockChain *RequiredChain = 0;
-  for (MachineFunction::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
-    MachineBasicBlock *From = &*FI;
-    // We only consider MBBs with analyzable branches. Even if the analysis
-    // fails, if there is no fallthrough, we can still work with the MBB.
-    MachineBasicBlock *TBB = 0, *FBB = 0;
-    Cond.clear();
-    if (TII->AnalyzeBranch(*From, TBB, FBB, Cond) && From->canFallThrough()) {
-      // We push all unanalyzed blocks onto a chain eagerly to prevent them
-      // from being split later. Create the chain if needed, otherwise just
-      // keep track that these blocks reside on it.
-      if (!RequiredChain)
-        RequiredChain = CreateChain(From);
-      else
-        BlockToChain[From] = RequiredChain;
-    } else {
-      // As soon as we find an analyzable branch, add that block to and
-      // finalize any required chain that has been started. The required chain
-      // is only modeling potentially inexplicable fallthrough, so the first
-      // block to have analyzable fallthrough is a known-safe stopping point.
-      if (RequiredChain) {
-        BlockToChain[From] = RequiredChain;
-        RequiredChain->LastBB = FI;
-        RequiredChain = 0;
-      }
+/// This routine is called when we are unable to use the CFG to walk through
+/// all of the basic blocks and form a chain due to unnatural loops in the CFG.
+/// We walk through the function's blocks in order, starting from the
+/// LastUnplacedBlockIt. We update this iterator on each call to avoid
+/// re-scanning the entire sequence on repeated calls to this routine.
+MachineBasicBlock *MachineBlockPlacement::getFirstUnplacedBlock(
+    MachineFunction &F, const BlockChain &PlacedChain,
+    MachineFunction::iterator &PrevUnplacedBlockIt,
+    const BlockFilterSet *BlockFilter) {
+  for (MachineFunction::iterator I = PrevUnplacedBlockIt, E = F.end(); I != E;
+       ++I) {
+    if (BlockFilter && !BlockFilter->count(I))
+      continue;
+    if (BlockToChain[I] != &PlacedChain) {
+      PrevUnplacedBlockIt = I;
+      // Now select the head of the chain to which the unplaced block belongs
+      // as the block to place. This will force the entire chain to be placed,
+      // and satisfies the requirements of merging chains.
+      return *BlockToChain[I]->begin();
     }
+  }
+  return nullptr;
+}
 
-    BlockFrequency BaseFrequency = MBFI->getBlockFreq(From);
-    for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = From->succ_begin(),
-                                          SE = From->succ_end();
-         SI != SE; ++SI) {
-      MachineBasicBlock *To = *SI;
-      WeightedEdge WE = { BaseFrequency * MBPI->getEdgeProbability(From, To),
-                          From, To };
-      Edges.push_back(WE);
+void MachineBlockPlacement::buildChain(
+    MachineBasicBlock *BB,
+    BlockChain &Chain,
+    SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &BlockWorkList,
+    const BlockFilterSet *BlockFilter) {
+  assert(BB);
+  assert(BlockToChain[BB] == &Chain);
+  MachineFunction &F = *BB->getParent();
+  MachineFunction::iterator PrevUnplacedBlockIt = F.begin();
+
+  MachineBasicBlock *LoopHeaderBB = BB;
+  markChainSuccessors(Chain, LoopHeaderBB, BlockWorkList, BlockFilter);
+  BB = *std::prev(Chain.end());
+  for (;;) {
+    assert(BB);
+    assert(BlockToChain[BB] == &Chain);
+    assert(*std::prev(Chain.end()) == BB);
+
+    // Look for the best viable successor if there is one to place immediately
+    // after this block.
+    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
+    // this point. This won't be a fallthrough, but it will increase locality.
+    if (!BestSucc)
+      BestSucc = selectBestCandidateBlock(Chain, BlockWorkList, BlockFilter);
+
+    if (!BestSucc) {
+      BestSucc = getFirstUnplacedBlock(F, Chain, PrevUnplacedBlockIt,
+                                       BlockFilter);
+      if (!BestSucc)
+        break;
+
+      DEBUG(dbgs() << "Unnatural loop CFG detected, forcibly merging the "
+                      "layout successor until the CFG reduces\n");
     }
+
+    // Place this block, updating the datastructures to reflect its placement.
+    BlockChain &SuccChain = *BlockToChain[BestSucc];
+    // Zero out LoopPredecessors for the successor we're about to merge in case
+    // we selected a successor that didn't fit naturally into the CFG.
+    SuccChain.LoopPredecessors = 0;
+    DEBUG(dbgs() << "Merging from " << getBlockNum(BB)
+                 << " to " << getBlockNum(BestSucc) << "\n");
+    markChainSuccessors(SuccChain, LoopHeaderBB, BlockWorkList, BlockFilter);
+    Chain.merge(BestSucc, &SuccChain);
+    BB = *std::prev(Chain.end());
   }
-  assert(!RequiredChain && "Never found a terminator for a required chain");
-  std::stable_sort(Edges.begin(), Edges.end());
+
+  DEBUG(dbgs() << "Finished forming chain for header block "
+               << getBlockNum(*Chain.begin()) << "\n");
 }
 
-/// \brief Build chains of basic blocks along hot paths.
+/// \brief Find the best loop top block for layout.
 ///
-/// Build chains by trying to merge each pair of blocks from the mostly costly
-/// edge first. This is essentially "Algo2" from the Profile Guided Code
-/// Placement paper. While each node is considered a chain of one block, this
-/// routine lazily build the chain objects themselves so that when possible it
-/// can just merge a block into an existing chain.
-void MachineBlockPlacement::BuildBlockChains() {
-  for (SmallVectorImpl<WeightedEdge>::reverse_iterator EI = Edges.rbegin(),
-                                                       EE = Edges.rend();
-       EI != EE; ++EI) {
-    MachineBasicBlock *SourceB = EI->From, *DestB = EI->To;
-    if (SourceB == DestB) continue;
-
-    BlockChain *SourceChain = BlockToChain.lookup(SourceB);
-    if (!SourceChain) SourceChain = CreateChain(SourceB);
-    BlockChain *DestChain = BlockToChain.lookup(DestB);
-    if (!DestChain) DestChain = CreateChain(DestB);
-    if (SourceChain == DestChain)
+/// 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();
 
-    bool IsSourceTail =
-      SourceChain->LastBB == MachineFunction::iterator(SourceB);
-    bool IsDestHead =
-      DestChain->FirstBB == MachineFunction::iterator(DestB);
+  // 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;
+}
 
-    if (!IsSourceTail || !IsDestHead)
+
+/// \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::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;
+  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.
+  SmallPtrSet<MachineBasicBlock *, 4> BlocksExitingToOuterLoop;
+
+  DEBUG(dbgs() << "Finding best loop exit for: "
+               << getBlockName(L.getHeader()) << "\n");
+  for (MachineLoop::block_iterator I = L.block_begin(),
+                                   E = L.block_end();
+       I != E; ++I) {
+    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 != *std::prev(Chain.end()))
       continue;
 
-    SourceChain->merge(DestChain);
-    assert(ActiveChains.erase(DestChain));
+    // Now walk the successors. We need to establish whether this has a viable
+    // exiting successor and whether it has a viable non-exiting successor.
+    // We store the old exiting state and restore it if a viable looping
+    // successor isn't found.
+    MachineBasicBlock *OldExitingBB = ExitingBB;
+    BlockFrequency OldBestExitEdgeFreq = BestExitEdgeFreq;
+    bool HasLoopingSucc = false;
+    // FIXME: Due to the performance of the probability and weight routines in
+    // 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(),
+                                          SE = (*I)->succ_end();
+         SI != SE; ++SI) {
+      if ((*SI)->isLandingPad())
+        continue;
+      if (*SI == *I)
+        continue;
+      BlockChain &SuccChain = *BlockToChain[*SI];
+      // Don't split chains, either this chain or the successor's chain.
+      if (&Chain == &SuccChain) {
+        DEBUG(dbgs() << "    exiting: " << getBlockName(*I) << " -> "
+                     << getBlockName(*SI) << " (chain conflict)\n");
+        continue;
+      }
+
+      uint32_t SuccWeight = MBPI->getEdgeWeight(*I, *SI);
+      if (LoopBlockSet.count(*SI)) {
+        DEBUG(dbgs() << "    looping: " << getBlockName(*I) << " -> "
+                     << getBlockName(*SI) << " (" << SuccWeight << ")\n");
+        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) << " [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 * Bias))) {
+        BestExitEdgeFreq = ExitEdgeFreq;
+        ExitingBB = *I;
+      }
+    }
+
+    // Restore the old exiting state, no viable looping successor was found.
+    if (!HasLoopingSucc) {
+      ExitingBB = OldExitingBB;
+      BestExitEdgeFreq = OldBestExitEdgeFreq;
+      continue;
+    }
   }
+  // 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 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 nullptr;
+
+  DEBUG(dbgs() << "  Best exiting block: " << getBlockName(ExitingBB) << "\n");
+  return ExitingBB;
 }
 
-/// \brief Prioritize the chains to minimize back-edges between chains.
-///
-/// This is the trickiest part of the placement algorithm. Each chain is
-/// a hot-path through a sequence of basic blocks, but there are conditional
-/// branches away from this hot path, and to some other chain. Hardware branch
-/// predictors favor back edges over forward edges, and so it is desirable to
-/// arrange the targets of branches away from a hot path and to some other
-/// chain to come later in the function, making them forward branches, and
-/// helping the branch predictor to predict fallthrough.
+/// \brief Attempt to rotate an exiting block to the bottom of the loop.
 ///
-/// In some cases, this is easy. simply topologically walking from the entry
-/// chain through its successors in order would work if there were no cycles
-/// between the chains of blocks, but often there are. In such a case, we first
-/// need to identify the participants in the cycle, and then rank them so that
-/// the linearizing of the chains has the lowest *probability* of causing
-/// a mispredicted branch. To compute the correct rank for a chain, we take the
-/// complement of the branch probability for each branch leading away from the
-/// chain and multiply it by the frequency of the source block for that branch.
-/// This gives us the probability of that particular branch *not* being taken
-/// in this function. The sum of these probabilities for each chain is used as
-/// a rank, so that we order the chain with the highest such sum first.
-/// FIXME: This seems like a good approximation, but there is probably a known
-/// technique for ordering of an SCC given edge weights. It would be good to
-/// use that, or even use its code if possible.
+/// 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.
 ///
-/// Also notable is that we prioritize the chains from the bottom up, and so
-/// all of the "first" and "before" relationships end up inverted in the code.
-void MachineBlockPlacement::PrioritizeChains(MachineFunction &F) {
-  MachineBasicBlock *EntryB = &F.front();
-  BlockChain *EntryChain = BlockToChain[EntryB];
-  assert(EntryChain && "Missing chain for entry block");
-  assert(EntryChain->FirstBB == F.begin() &&
-         "Entry block is not the head of the entry block chain");
-
-  // Form an SCC and walk it from the bottom up.
-  SmallPtrSet<BlockChain *, 4> IsInSCC;
-  for (scc_iterator<BlockChain *> I = scc_begin(EntryChain);
-       !I.isAtEnd(); ++I) {
-    const std::vector<BlockChain *> &SCC = *I;
-    PChains.insert(PChains.end(), SCC.begin(), SCC.end());
-
-    // If there is only one chain in the SCC, it's trivially sorted so just
-    // bail out early. Sorting the SCC is expensive.
-    if (SCC.size() == 1)
+/// These chains are designed to preserve the existing *structure* of the code
+/// as much as possible. We can then stitch the chains together in a way which
+/// both preserves the topological structure and minimizes taken conditional
+/// branches.
+void MachineBlockPlacement::buildLoopChains(MachineFunction &F,
+                                            MachineLoop &L) {
+  // First recurse through any nested loops, building chains for those inner
+  // loops.
+  for (MachineLoop::iterator LI = L.begin(), LE = L.end(); LI != LE; ++LI)
+    buildLoopChains(F, **LI);
+
+  SmallVector<MachineBasicBlock *, 16> BlockWorkList;
+  BlockFilterSet LoopBlockSet(L.block_begin(), L.block_end());
+
+  // 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
+  // twice.
+  SmallPtrSet<BlockChain *, 4> UpdatedPreds;
+  assert(LoopChain.LoopPredecessors == 0);
+  UpdatedPreds.insert(&LoopChain);
+  for (MachineLoop::block_iterator BI = L.block_begin(),
+                                   BE = L.block_end();
+       BI != BE; ++BI) {
+    BlockChain &Chain = *BlockToChain[*BI];
+    if (!UpdatedPreds.insert(&Chain))
       continue;
 
-    // We work strictly on the PChains range from here on out to maximize
-    // locality.
-    SmallVectorImpl<BlockChain *>::iterator SCCEnd = PChains.end(),
-                                            SCCBegin = SCCEnd - SCC.size();
-    IsInSCC.clear();
-    IsInSCC.insert(SCCBegin, SCCEnd);
-
-    // Compute the edge frequency of staying in a chain, despite the existency
-    // of an edge to some other chain within this SCC.
-    for (SmallVectorImpl<BlockChain *>::iterator SCCI = SCCBegin;
-         SCCI != SCCEnd; ++SCCI) {
-      BlockChain *Chain = *SCCI;
-
-      // Special case the entry chain. Regardless of the weights of other
-      // chains, the entry chain *must* come first, so move it to the end, and
-      // avoid processing that chain at all.
-      if (Chain == EntryChain) {
-        --SCCEnd;
-        if (SCCI == SCCEnd) break;
-        Chain = *SCCI = *SCCEnd;
-        *SCCEnd = EntryChain;
+    assert(Chain.LoopPredecessors == 0);
+    for (BlockChain::iterator BCI = Chain.begin(), BCE = Chain.end();
+         BCI != BCE; ++BCI) {
+      assert(BlockToChain[*BCI] == &Chain);
+      for (MachineBasicBlock::pred_iterator PI = (*BCI)->pred_begin(),
+                                            PE = (*BCI)->pred_end();
+           PI != PE; ++PI) {
+        if (BlockToChain[*PI] == &Chain || !LoopBlockSet.count(*PI))
+          continue;
+        ++Chain.LoopPredecessors;
       }
+    }
 
-      // Walk over every block in this chain looking for out-bound edges to
-      // other chains in this SCC.
-      for (MachineFunction::iterator BI = Chain->FirstBB,
-                                     BE = llvm::next(Chain->LastBB);
-           BI != BE; ++BI) {
-        MachineBasicBlock *From = &*BI;
-        for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = BI->succ_begin(),
-                                              SE = BI->succ_end();
-             SI != SE; ++SI) {
-          MachineBasicBlock *To = *SI;
-          if (!To || !IsInSCC.count(BlockToChain[To]))
-            continue;
-          BranchProbability ComplEdgeProb =
-            MBPI->getEdgeProbability(From, To).getCompl();
-          Chain->InChainEdgeFrequency +=
-            MBFI->getBlockFreq(From) * ComplEdgeProb;
-        }
+    if (Chain.LoopPredecessors == 0)
+      BlockWorkList.push_back(*Chain.begin());
+  }
+
+  buildChain(LoopTop, LoopChain, BlockWorkList, &LoopBlockSet);
+  rotateLoop(LoopChain, ExitingBB, LoopBlockSet);
+
+  DEBUG({
+    // Crash at the end so we get all of the debugging output first.
+    bool BadLoop = false;
+    if (LoopChain.LoopPredecessors) {
+      BadLoop = true;
+      dbgs() << "Loop chain contains a block without its preds placed!\n"
+             << "  Loop header:  " << getBlockName(*L.block_begin()) << "\n"
+             << "  Chain header: " << getBlockName(*LoopChain.begin()) << "\n";
+    }
+    for (BlockChain::iterator BCI = LoopChain.begin(), BCE = LoopChain.end();
+         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
+        // from a loop block to a non-loop block or vice versa.
+        dbgs() << "Loop chain contains a block not contained by the loop!\n"
+               << "  Loop header:  " << getBlockName(*L.block_begin()) << "\n"
+               << "  Chain header: " << getBlockName(*LoopChain.begin()) << "\n"
+               << "  Bad block:    " << getBlockName(*BCI) << "\n";
       }
     }
 
-    // Sort the chains within the SCC according to their edge frequencies,
-    // which should make the least costly chain of blocks to mis-place be
-    // ordered first in the prioritized sequence.
-    std::stable_sort(SCCBegin, SCCEnd, ChainPtrPrioritySorter());
-  }
+    if (!LoopBlockSet.empty()) {
+      BadLoop = true;
+      for (BlockFilterSet::iterator LBI = LoopBlockSet.begin(),
+                                    LBE = LoopBlockSet.end();
+           LBI != LBE; ++LBI)
+        dbgs() << "Loop contains blocks never placed into a chain!\n"
+               << "  Loop header:  " << getBlockName(*L.block_begin()) << "\n"
+               << "  Chain header: " << getBlockName(*LoopChain.begin()) << "\n"
+               << "  Bad block:    " << getBlockName(*LBI) << "\n";
+    }
+    assert(!BadLoop && "Detected problems with the placement of this loop.");
+  });
 }
 
-/// \brief Splice the function blocks together based on the chain priorities.
-///
-/// Each chain is already represented as a contiguous range of blocks in the
-/// function. Simply walk backwards down the prioritized chains and splice in
-/// any chains out of order. Note that the first chain we visit is necessarily
-/// the entry chain. It has no predecessors and so must be the top of the SCC.
-/// Also, we cannot splice any chain prior to the entry chain as we can't
-/// splice any blocks prior to the entry block.
-void MachineBlockPlacement::PlaceBlockChains(MachineFunction &F) {
-  assert(!PChains.empty() && "No chains were prioritized");
-  assert(PChains.back() == BlockToChain[&F.front()] &&
-         "The entry chain must always be the final chain");
+void MachineBlockPlacement::buildCFGChains(MachineFunction &F) {
+  // Ensure that every BB in the function has an associated chain to simplify
+  // the assumptions of the remaining algorithm.
+  SmallVector<MachineOperand, 4> Cond; // For AnalyzeBranch.
+  for (MachineFunction::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
+    MachineBasicBlock *BB = FI;
+    BlockChain *Chain
+      = new (ChainAllocator.Allocate()) BlockChain(BlockToChain, BB);
+    // Also, merge any blocks which we cannot reason about and must preserve
+    // the exact fallthrough behavior for.
+    for (;;) {
+      Cond.clear();
+      MachineBasicBlock *TBB = nullptr, *FBB = nullptr; // For AnalyzeBranch.
+      if (!TII->AnalyzeBranch(*BB, TBB, FBB, Cond) || !FI->canFallThrough())
+        break;
+
+      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.
+      assert(NextFI != FE && "Can't fallthrough past the last block.");
+      DEBUG(dbgs() << "Pre-merging due to unanalyzable fallthrough: "
+                   << getBlockName(BB) << " -> " << getBlockName(NextBB)
+                   << "\n");
+      Chain->merge(NextBB, nullptr);
+      FI = NextFI;
+      BB = NextBB;
+    }
+  }
 
-  MachineFunction::iterator InsertPos = F.begin();
-  for (SmallVectorImpl<BlockChain *>::reverse_iterator CI = PChains.rbegin(),
-                                                       CE = PChains.rend();
-       CI != CE; ++CI) {
-    BlockChain *Chain = *CI;
-    // Check that we process this chain only once for debugging.
-    assert(ActiveChains.erase(Chain) && "Processed a chain twice");
-
-    // If this chain is already in the right position, just skip past it.
-    // Otherwise, splice it into position.
-    if (InsertPos == Chain->FirstBB)
-      InsertPos = llvm::next(Chain->LastBB);
-    else
-      F.splice(InsertPos, Chain->FirstBB, llvm::next(Chain->LastBB));
+  // Build any loop-based chains.
+  for (MachineLoopInfo::iterator LI = MLI->begin(), LE = MLI->end(); LI != LE;
+       ++LI)
+    buildLoopChains(F, **LI);
+
+  SmallVector<MachineBasicBlock *, 16> BlockWorkList;
+
+  SmallPtrSet<BlockChain *, 4> UpdatedPreds;
+  for (MachineFunction::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
+    MachineBasicBlock *BB = &*FI;
+    BlockChain &Chain = *BlockToChain[BB];
+    if (!UpdatedPreds.insert(&Chain))
+      continue;
+
+    assert(Chain.LoopPredecessors == 0);
+    for (BlockChain::iterator BCI = Chain.begin(), BCE = Chain.end();
+         BCI != BCE; ++BCI) {
+      assert(BlockToChain[*BCI] == &Chain);
+      for (MachineBasicBlock::pred_iterator PI = (*BCI)->pred_begin(),
+                                            PE = (*BCI)->pred_end();
+           PI != PE; ++PI) {
+        if (BlockToChain[*PI] == &Chain)
+          continue;
+        ++Chain.LoopPredecessors;
+      }
+    }
+
+    if (Chain.LoopPredecessors == 0)
+      BlockWorkList.push_back(*Chain.begin());
   }
 
-  // Note that we can't assert this is empty as there may be unreachable blocks
-  // in the function.
+  BlockChain &FunctionChain = *BlockToChain[&F.front()];
+  buildChain(&F.front(), FunctionChain, BlockWorkList);
+
 #ifndef NDEBUG
-  ActiveChains.clear();
+  typedef SmallPtrSet<MachineBasicBlock *, 16> FunctionBlockSetType;
 #endif
+  DEBUG({
+    // Crash at the end so we get all of the debugging output first.
+    bool BadFunc = false;
+    FunctionBlockSetType FunctionBlockSet;
+    for (MachineFunction::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI)
+      FunctionBlockSet.insert(FI);
+
+    for (BlockChain::iterator BCI = FunctionChain.begin(),
+                              BCE = FunctionChain.end();
+         BCI != BCE; ++BCI)
+      if (!FunctionBlockSet.erase(*BCI)) {
+        BadFunc = true;
+        dbgs() << "Function chain contains a block not in the function!\n"
+               << "  Bad block:    " << getBlockName(*BCI) << "\n";
+      }
+
+    if (!FunctionBlockSet.empty()) {
+      BadFunc = true;
+      for (FunctionBlockSetType::iterator FBI = FunctionBlockSet.begin(),
+                                          FBE = FunctionBlockSet.end();
+           FBI != FBE; ++FBI)
+        dbgs() << "Function contains blocks never placed into a chain!\n"
+               << "  Bad block:    " << getBlockName(*FBI) << "\n";
+    }
+    assert(!BadFunc && "Detected problems with the block placement.");
+  });
+
+  // Splice the blocks into place.
+  MachineFunction::iterator InsertPos = F.begin();
+  for (BlockChain::iterator BI = FunctionChain.begin(),
+                            BE = FunctionChain.end();
+       BI != BE; ++BI) {
+    DEBUG(dbgs() << (BI == FunctionChain.begin() ? "Placing chain "
+                                                  : "          ... ")
+          << getBlockName(*BI) << "\n");
+    if (InsertPos != MachineFunction::iterator(*BI))
+      F.splice(InsertPos, *BI);
+    else
+      ++InsertPos;
+
+    // Update the terminator of the previous block.
+    if (BI == FunctionChain.begin())
+      continue;
+    MachineBasicBlock *PrevBB = std::prev(MachineFunction::iterator(*BI));
 
-  // Now that every block is in its final position, update all of the
-  // terminators.
-  SmallVector<MachineOperand, 4> Cond; // For AnalyzeBranch.
-  for (MachineFunction::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
     // 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(*FI, TBB, FBB, Cond))
-      FI->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);
+    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;
+        }
+      }
 
-  L->getTopBlock()->setAlignment(Align);
-}
+      // 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();
+    }
+  }
 
-/// \brief Align loop headers to target preferred alignments.
-void MachineBlockPlacement::AlignLoops(MachineFunction &F) {
-  if (F.getFunction()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize))
+  // Fixup the last block.
+  Cond.clear();
+  MachineBasicBlock *TBB = nullptr, *FBB = nullptr; // For AnalyzeBranch.
+  if (!TII->AnalyzeBranch(F.back(), TBB, FBB, Cond))
+    F.back().updateTerminator();
+
+  // 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);
 
-  for (MachineLoopInfo::iterator I = MLI->begin(), E = MLI->end(); I != E; ++I)
-    AlignLoop(F, *I, Align);
+    // 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;
+    }
+
+    // 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>();
@@ -638,23 +1113,91 @@ bool MachineBlockPlacement::runOnMachineFunction(MachineFunction &F) {
   MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
   TII = F.getTarget().getInstrInfo();
   TLI = F.getTarget().getTargetLowering();
-  assert(Edges.empty());
   assert(BlockToChain.empty());
-  assert(PChains.empty());
-  assert(ActiveChains.empty());
 
-  PrioritizeEdges(F);
-  BuildBlockChains();
-  PrioritizeChains(F);
-  PlaceBlockChains(F);
-  AlignLoops(F);
+  buildCFGChains(F);
 
-  Edges.clear();
   BlockToChain.clear();
-  PChains.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;
 }
+
+namespace {
+/// \brief A pass to compute block placement statistics.
+///
+/// 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 absence of any placement transformations or when using
+/// alternative placement strategies.
+class MachineBlockPlacementStats : public MachineFunctionPass {
+  /// \brief A handle to the branch probability pass.
+  const MachineBranchProbabilityInfo *MBPI;
+
+  /// \brief A handle to the function-wide block frequency pass.
+  const MachineBlockFrequencyInfo *MBFI;
+
+public:
+  static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
+  MachineBlockPlacementStats() : MachineFunctionPass(ID) {
+    initializeMachineBlockPlacementStatsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+  }
+
+  bool runOnMachineFunction(MachineFunction &F) override;
+
+  void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
+    AU.addRequired<MachineBranchProbabilityInfo>();
+    AU.addRequired<MachineBlockFrequencyInfo>();
+    AU.setPreservesAll();
+    MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
+  }
+};
+}
+
+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)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineBlockFrequencyInfo)
+INITIALIZE_PASS_END(MachineBlockPlacementStats, "block-placement-stats",
+                    "Basic Block Placement Stats", false, false)
+
+bool MachineBlockPlacementStats::runOnMachineFunction(MachineFunction &F) {
+  // Check for single-block functions and skip them.
+  if (std::next(F.begin()) == F.end())
+    return false;
+
+  MBPI = &getAnalysis<MachineBranchProbabilityInfo>();
+  MBFI = &getAnalysis<MachineBlockFrequencyInfo>();
+
+  for (MachineFunction::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
+    BlockFrequency BlockFreq = MBFI->getBlockFreq(I);
+    Statistic &NumBranches = (I->succ_size() > 1) ? NumCondBranches
+                                                  : NumUncondBranches;
+    Statistic &BranchTakenFreq = (I->succ_size() > 1) ? CondBranchTakenFreq
+                                                      : UncondBranchTakenFreq;
+    for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = I->succ_begin(),
+                                          SE = I->succ_end();
+         SI != SE; ++SI) {
+      // Skip if this successor is a fallthrough.
+      if (I->isLayoutSuccessor(*SI))
+        continue;
+
+      BlockFrequency EdgeFreq = BlockFreq * MBPI->getEdgeProbability(I, *SI);
+      ++NumBranches;
+      BranchTakenFreq += EdgeFreq.getFrequency();
+    }
+  }
+
+  return false;
+}
+