[TwoAddressInstructionPass] When looking for a 3 addr conversion after commuting...
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / TwoAddressInstructionPass.cpp
index aca85b2aa17daefc081eb31fa2fdd15d4cb5067e..1b4fe705eb85a35eef5763873ac4ab0c32d113a4 100644 (file)
@@ -27,7 +27,6 @@
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#define DEBUG_TYPE "twoaddrinstr"
 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
 #include "llvm/IR/Function.h"
 #include "llvm/MC/MCInstrItineraries.h"
+#include "llvm/Support/CommandLine.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
+#include "llvm/Support/raw_ostream.h"
 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
-#include "llvm/Target/TargetOptions.h"
 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
+#include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
 using namespace llvm;
 
+#define DEBUG_TYPE "twoaddrinstr"
+
 STATISTIC(NumTwoAddressInstrs, "Number of two-address instructions");
 STATISTIC(NumCommuted        , "Number of instructions commuted to coalesce");
 STATISTIC(NumAggrCommuted    , "Number of instructions aggressively commuted");
@@ -59,6 +62,12 @@ STATISTIC(Num3AddrSunk,        "Number of 3-address instructions sunk");
 STATISTIC(NumReSchedUps,       "Number of instructions re-scheduled up");
 STATISTIC(NumReSchedDowns,     "Number of instructions re-scheduled down");
 
+// Temporary flag to disable rescheduling.
+static cl::opt<bool>
+EnableRescheduling("twoaddr-reschedule",
+                   cl::desc("Coalesce copies by rescheduling (default=true)"),
+                   cl::init(true), cl::Hidden);
+
 namespace {
 class TwoAddressInstructionPass : public MachineFunctionPass {
   MachineFunction *MF;
@@ -94,13 +103,15 @@ class TwoAddressInstructionPass : public MachineFunctionPass {
   bool sink3AddrInstruction(MachineInstr *MI, unsigned Reg,
                             MachineBasicBlock::iterator OldPos);
 
+  bool isRevCopyChain(unsigned FromReg, unsigned ToReg, int Maxlen);
+
   bool noUseAfterLastDef(unsigned Reg, unsigned Dist, unsigned &LastDef);
 
   bool isProfitableToCommute(unsigned regA, unsigned regB, unsigned regC,
                              MachineInstr *MI, unsigned Dist);
 
-  bool commuteInstruction(MachineBasicBlock::iterator &mi,
-                          unsigned RegB, unsigned RegC, unsigned Dist);
+  bool commuteInstruction(MachineInstr *MI,
+                          unsigned RegBIdx, unsigned RegCIdx, unsigned Dist);
 
   bool isProfitableToConv3Addr(unsigned RegA, unsigned RegB);
 
@@ -120,8 +131,13 @@ class TwoAddressInstructionPass : public MachineFunctionPass {
   bool tryInstructionTransform(MachineBasicBlock::iterator &mi,
                                MachineBasicBlock::iterator &nmi,
                                unsigned SrcIdx, unsigned DstIdx,
-                               unsigned Dist);
+                               unsigned Dist, bool shouldOnlyCommute);
 
+  bool tryInstructionCommute(MachineInstr *MI,
+                             unsigned DstOpIdx,
+                             unsigned BaseOpIdx,
+                             bool BaseOpKilled,
+                             unsigned Dist);
   void scanUses(unsigned DstReg);
 
   void processCopy(MachineInstr *MI);
@@ -138,9 +154,9 @@ public:
     initializeTwoAddressInstructionPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
   }
 
-  virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+  void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
     AU.setPreservesCFG();
-    AU.addRequired<AliasAnalysis>();
+    AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
     AU.addPreserved<LiveVariables>();
     AU.addPreserved<SlotIndexes>();
     AU.addPreserved<LiveIntervals>();
@@ -150,14 +166,14 @@ public:
   }
 
   /// runOnMachineFunction - Pass entry point.
-  bool runOnMachineFunction(MachineFunction&);
+  bool runOnMachineFunction(MachineFunction&) override;
 };
 } // end anonymous namespace
 
 char TwoAddressInstructionPass::ID = 0;
 INITIALIZE_PASS_BEGIN(TwoAddressInstructionPass, "twoaddressinstruction",
                 "Two-Address instruction pass", false, false)
-INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AAResultsWrapperPass)
 INITIALIZE_PASS_END(TwoAddressInstructionPass, "twoaddressinstruction",
                 "Two-Address instruction pass", false, false)
 
@@ -178,7 +194,7 @@ sink3AddrInstruction(MachineInstr *MI, unsigned SavedReg,
 
   // Check if it's safe to move this instruction.
   bool SeenStore = true; // Be conservative.
-  if (!MI->isSafeToMove(TII, AA, SeenStore))
+  if (!MI->isSafeToMove(AA, SeenStore))
     return false;
 
   unsigned DefReg = 0;
@@ -205,7 +221,7 @@ sink3AddrInstruction(MachineInstr *MI, unsigned SavedReg,
   }
 
   // Find the instruction that kills SavedReg.
-  MachineInstr *KillMI = NULL;
+  MachineInstr *KillMI = nullptr;
   if (LIS) {
     LiveInterval &LI = LIS->getInterval(SavedReg);
     assert(LI.end() != LI.begin() &&
@@ -223,7 +239,7 @@ sink3AddrInstruction(MachineInstr *MI, unsigned SavedReg,
     for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator
            UI = MRI->use_nodbg_begin(SavedReg),
            UE = MRI->use_nodbg_end(); UI != UE; ++UI) {
-      MachineOperand &UseMO = UI.getOperand();
+      MachineOperand &UseMO = *UI;
       if (!UseMO.isKill())
         continue;
       KillMI = UseMO.getParent();
@@ -244,12 +260,12 @@ sink3AddrInstruction(MachineInstr *MI, unsigned SavedReg,
   // FIXME: This can be sped up if there is an easy way to query whether an
   // instruction is before or after another instruction. Then we can use
   // MachineRegisterInfo def / use instead.
-  MachineOperand *KillMO = NULL;
+  MachineOperand *KillMO = nullptr;
   MachineBasicBlock::iterator KillPos = KillMI;
   ++KillPos;
 
   unsigned NumVisited = 0;
-  for (MachineBasicBlock::iterator I = llvm::next(OldPos); I != KillPos; ++I) {
+  for (MachineBasicBlock::iterator I = std::next(OldPos); I != KillPos; ++I) {
     MachineInstr *OtherMI = I;
     // DBG_VALUE cannot be counted against the limit.
     if (OtherMI->isDebugValue())
@@ -301,6 +317,45 @@ sink3AddrInstruction(MachineInstr *MI, unsigned SavedReg,
   return true;
 }
 
+/// getSingleDef -- return the MachineInstr* if it is the single def of the Reg
+/// in current BB.
+static MachineInstr *getSingleDef(unsigned Reg, MachineBasicBlock *BB,
+                                  const MachineRegisterInfo *MRI) {
+  MachineInstr *Ret = nullptr;
+  for (MachineInstr &DefMI : MRI->def_instructions(Reg)) {
+    if (DefMI.getParent() != BB || DefMI.isDebugValue())
+      continue;
+    if (!Ret)
+      Ret = &DefMI;
+    else if (Ret != &DefMI)
+      return nullptr;
+  }
+  return Ret;
+}
+
+/// Check if there is a reversed copy chain from FromReg to ToReg:
+/// %Tmp1 = copy %Tmp2;
+/// %FromReg = copy %Tmp1;
+/// %ToReg = add %FromReg ...
+/// %Tmp2 = copy %ToReg;
+/// MaxLen specifies the maximum length of the copy chain the func
+/// can walk through.
+bool TwoAddressInstructionPass::isRevCopyChain(unsigned FromReg, unsigned ToReg,
+                                               int Maxlen) {
+  unsigned TmpReg = FromReg;
+  for (int i = 0; i < Maxlen; i++) {
+    MachineInstr *Def = getSingleDef(TmpReg, MBB, MRI);
+    if (!Def || !Def->isCopy())
+      return false;
+
+    TmpReg = Def->getOperand(1).getReg();
+
+    if (TmpReg == ToReg)
+      return true;
+  }
+  return false;
+}
+
 /// noUseAfterLastDef - Return true if there are no intervening uses between the
 /// last instruction in the MBB that defines the specified register and the
 /// two-address instruction which is being processed. It also returns the last
@@ -309,9 +364,7 @@ bool TwoAddressInstructionPass::noUseAfterLastDef(unsigned Reg, unsigned Dist,
                                                   unsigned &LastDef) {
   LastDef = 0;
   unsigned LastUse = Dist;
-  for (MachineRegisterInfo::reg_iterator I = MRI->reg_begin(Reg),
-         E = MRI->reg_end(); I != E; ++I) {
-    MachineOperand &MO = I.getOperand();
+  for (MachineOperand &MO : MRI->reg_operands(Reg)) {
     MachineInstr *MI = MO.getParent();
     if (MI->getParent() != MBB || MI->isDebugValue())
       continue;
@@ -411,9 +464,9 @@ static bool isKilled(MachineInstr &MI, unsigned Reg,
     MachineRegisterInfo::def_iterator Begin = MRI->def_begin(Reg);
     // If there are multiple defs, we can't do a simple analysis, so just
     // go with what the kill flag says.
-    if (llvm::next(Begin) != MRI->def_end())
+    if (std::next(Begin) != MRI->def_end())
       return true;
-    DefMI = &*Begin;
+    DefMI = Begin->getParent();
     bool IsSrcPhys, IsDstPhys;
     unsigned SrcReg,  DstReg;
     // If the def is something other than a copy, then it isn't going to
@@ -427,10 +480,7 @@ static bool isKilled(MachineInstr &MI, unsigned Reg,
 /// isTwoAddrUse - Return true if the specified MI uses the specified register
 /// as a two-address use. If so, return the destination register by reference.
 static bool isTwoAddrUse(MachineInstr &MI, unsigned Reg, unsigned &DstReg) {
-  const MCInstrDesc &MCID = MI.getDesc();
-  unsigned NumOps = MI.isInlineAsm()
-    ? MI.getNumOperands() : MCID.getNumOperands();
-  for (unsigned i = 0; i != NumOps; ++i) {
+  for (unsigned i = 0, NumOps = MI.getNumOperands(); i != NumOps; ++i) {
     const MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
     if (!MO.isReg() || !MO.isUse() || MO.getReg() != Reg)
       continue;
@@ -453,10 +503,10 @@ MachineInstr *findOnlyInterestingUse(unsigned Reg, MachineBasicBlock *MBB,
                                      unsigned &DstReg, bool &IsDstPhys) {
   if (!MRI->hasOneNonDBGUse(Reg))
     // None or more than one use.
-    return 0;
-  MachineInstr &UseMI = *MRI->use_nodbg_begin(Reg);
+    return nullptr;
+  MachineInstr &UseMI = *MRI->use_instr_nodbg_begin(Reg);
   if (UseMI.getParent() != MBB)
-    return 0;
+    return nullptr;
   unsigned SrcReg;
   bool IsSrcPhys;
   if (isCopyToReg(UseMI, TII, SrcReg, DstReg, IsSrcPhys, IsDstPhys)) {
@@ -468,7 +518,7 @@ MachineInstr *findOnlyInterestingUse(unsigned Reg, MachineBasicBlock *MBB,
     IsDstPhys = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DstReg);
     return &UseMI;
   }
-  return 0;
+  return nullptr;
 }
 
 /// getMappedReg - Return the physical register the specified virtual register
@@ -542,10 +592,21 @@ isProfitableToCommute(unsigned regA, unsigned regB, unsigned regC,
   if (ToRegA) {
     unsigned FromRegB = getMappedReg(regB, SrcRegMap);
     unsigned FromRegC = getMappedReg(regC, SrcRegMap);
-    bool BComp = !FromRegB || regsAreCompatible(FromRegB, ToRegA, TRI);
-    bool CComp = !FromRegC || regsAreCompatible(FromRegC, ToRegA, TRI);
-    if (BComp != CComp)
-      return !BComp && CComp;
+    bool CompB = FromRegB && regsAreCompatible(FromRegB, ToRegA, TRI);
+    bool CompC = FromRegC && regsAreCompatible(FromRegC, ToRegA, TRI);
+
+    // Compute if any of the following are true:
+    // -RegB is not tied to a register and RegC is compatible with RegA.
+    // -RegB is tied to the wrong physical register, but RegC is.
+    // -RegB is tied to the wrong physical register, and RegC isn't tied.
+    if ((!FromRegB && CompC) || (FromRegB && !CompB && (!FromRegC || CompC)))
+      return true;
+    // Don't compute if any of the following are true:
+    // -RegC is not tied to a register and RegB is compatible with RegA.
+    // -RegC is tied to the wrong physical register, but RegB is.
+    // -RegC is tied to the wrong physical register, and RegB isn't tied.
+    if ((!FromRegC && CompB) || (FromRegC && !CompC && (!FromRegB || CompB)))
+      return false;
   }
 
   // If there is a use of regC between its last def (could be livein) and this
@@ -560,6 +621,27 @@ isProfitableToCommute(unsigned regA, unsigned regB, unsigned regC,
   if (!noUseAfterLastDef(regB, Dist, LastDefB))
     return true;
 
+  // Look for situation like this:
+  // %reg101 = MOV %reg100
+  // %reg102 = ...
+  // %reg103 = ADD %reg102, %reg101
+  // ... = %reg103 ...
+  // %reg100 = MOV %reg103
+  // If there is a reversed copy chain from reg101 to reg103, commute the ADD
+  // to eliminate an otherwise unavoidable copy.
+  // FIXME:
+  // We can extend the logic further: If an pair of operands in an insn has
+  // been merged, the insn could be regarded as a virtual copy, and the virtual
+  // copy could also be used to construct a copy chain.
+  // To more generally minimize register copies, ideally the logic of two addr
+  // instruction pass should be integrated with register allocation pass where
+  // interference graph is available.
+  if (isRevCopyChain(regC, regA, 3))
+    return true;
+
+  if (isRevCopyChain(regB, regA, 3))
+    return false;
+
   // Since there are no intervening uses for both registers, then commute
   // if the def of regC is closer. Its live interval is shorter.
   return LastDefB && LastDefC && LastDefC > LastDefB;
@@ -568,32 +650,23 @@ isProfitableToCommute(unsigned regA, unsigned regB, unsigned regC,
 /// commuteInstruction - Commute a two-address instruction and update the basic
 /// block, distance map, and live variables if needed. Return true if it is
 /// successful.
-bool TwoAddressInstructionPass::
-commuteInstruction(MachineBasicBlock::iterator &mi,
-                   unsigned RegB, unsigned RegC, unsigned Dist) {
-  MachineInstr *MI = mi;
+bool TwoAddressInstructionPass::commuteInstruction(MachineInstr *MI,
+                                                   unsigned RegBIdx,
+                                                   unsigned RegCIdx,
+                                                   unsigned Dist) {
+  unsigned RegC = MI->getOperand(RegCIdx).getReg();
   DEBUG(dbgs() << "2addr: COMMUTING  : " << *MI);
-  MachineInstr *NewMI = TII->commuteInstruction(MI);
+  MachineInstr *NewMI = TII->commuteInstruction(MI, false, RegBIdx, RegCIdx);
 
-  if (NewMI == 0) {
+  if (NewMI == nullptr) {
     DEBUG(dbgs() << "2addr: COMMUTING FAILED!\n");
     return false;
   }
 
   DEBUG(dbgs() << "2addr: COMMUTED TO: " << *NewMI);
-  // If the instruction changed to commute it, update livevar.
-  if (NewMI != MI) {
-    if (LV)
-      // Update live variables
-      LV->replaceKillInstruction(RegC, MI, NewMI);
-    if (LIS)
-      LIS->ReplaceMachineInstrInMaps(MI, NewMI);
-
-    MBB->insert(mi, NewMI);           // Insert the new inst
-    MBB->erase(mi);                   // Nuke the old inst.
-    mi = NewMI;
-    DistanceMap.insert(std::make_pair(NewMI, Dist));
-  }
+  assert(NewMI == MI &&
+         "TargetInstrInfo::commuteInstruction() should not return a new "
+         "instruction unless it was requested.");
 
   // Update source register map.
   unsigned FromRegC = getMappedReg(RegC, SrcRegMap);
@@ -654,7 +727,7 @@ TwoAddressInstructionPass::convertInstTo3Addr(MachineBasicBlock::iterator &mi,
   if (!Sunk) {
     DistanceMap.insert(std::make_pair(NewMI, Dist));
     mi = NewMI;
-    nmi = llvm::next(mi);
+    nmi = std::next(mi);
   }
 
   // Update source and destination register maps.
@@ -674,7 +747,7 @@ TwoAddressInstructionPass::scanUses(unsigned DstReg) {
   unsigned Reg = DstReg;
   while (MachineInstr *UseMI = findOnlyInterestingUse(Reg, MBB, MRI, TII,IsCopy,
                                                       NewReg, IsDstPhys)) {
-    if (IsCopy && !Processed.insert(UseMI))
+    if (IsCopy && !Processed.insert(UseMI).second)
       break;
 
     DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DI = DistanceMap.find(UseMI);
@@ -764,7 +837,7 @@ rescheduleMIBelowKill(MachineBasicBlock::iterator &mi,
     // Must be created from unfolded load. Don't waste time trying this.
     return false;
 
-  MachineInstr *KillMI = 0;
+  MachineInstr *KillMI = nullptr;
   if (LIS) {
     LiveInterval &LI = LIS->getInterval(Reg);
     assert(LI.end() != LI.begin() &&
@@ -794,7 +867,7 @@ rescheduleMIBelowKill(MachineBasicBlock::iterator &mi,
     return false;
 
   bool SeenStore = true;
-  if (!MI->isSafeToMove(TII, AA, SeenStore))
+  if (!MI->isSafeToMove(AA, SeenStore))
     return false;
 
   if (TII->getInstrLatency(InstrItins, MI) > 1)
@@ -823,7 +896,7 @@ rescheduleMIBelowKill(MachineBasicBlock::iterator &mi,
 
   // Move the copies connected to MI down as well.
   MachineBasicBlock::iterator Begin = MI;
-  MachineBasicBlock::iterator AfterMI = llvm::next(Begin);
+  MachineBasicBlock::iterator AfterMI = std::next(Begin);
 
   MachineBasicBlock::iterator End = AfterMI;
   while (End->isCopy() && Defs.count(End->getOperand(1).getReg())) {
@@ -883,7 +956,7 @@ rescheduleMIBelowKill(MachineBasicBlock::iterator &mi,
   }
 
   // Move debug info as well.
-  while (Begin != MBB->begin() && llvm::prior(Begin)->isDebugValue())
+  while (Begin != MBB->begin() && std::prev(Begin)->isDebugValue())
     --Begin;
 
   nmi = End;
@@ -898,7 +971,7 @@ rescheduleMIBelowKill(MachineBasicBlock::iterator &mi,
       LIS->handleMove(CopyMI);
       InsertPos = CopyMI;
     }
-    End = llvm::next(MachineBasicBlock::iterator(MI));
+    End = std::next(MachineBasicBlock::iterator(MI));
   }
 
   // Copies following MI may have been moved as well.
@@ -921,19 +994,17 @@ rescheduleMIBelowKill(MachineBasicBlock::iterator &mi,
 /// instruction too close to the defs of its register dependencies.
 bool TwoAddressInstructionPass::isDefTooClose(unsigned Reg, unsigned Dist,
                                               MachineInstr *MI) {
-  for (MachineRegisterInfo::def_iterator DI = MRI->def_begin(Reg),
-         DE = MRI->def_end(); DI != DE; ++DI) {
-    MachineInstr *DefMI = &*DI;
-    if (DefMI->getParent() != MBB || DefMI->isCopy() || DefMI->isCopyLike())
+  for (MachineInstr &DefMI : MRI->def_instructions(Reg)) {
+    if (DefMI.getParent() != MBB || DefMI.isCopy() || DefMI.isCopyLike())
       continue;
-    if (DefMI == MI)
+    if (&DefMI == MI)
       return true; // MI is defining something KillMI uses
-    DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DDI = DistanceMap.find(DefMI);
+    DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DDI = DistanceMap.find(&DefMI);
     if (DDI == DistanceMap.end())
       return true;  // Below MI
     unsigned DefDist = DDI->second;
     assert(Dist > DefDist && "Visited def already?");
-    if (TII->getInstrLatency(InstrItins, DefMI) > (Dist - DefDist))
+    if (TII->getInstrLatency(InstrItins, &DefMI) > (Dist - DefDist))
       return true;
   }
   return false;
@@ -958,7 +1029,7 @@ rescheduleKillAboveMI(MachineBasicBlock::iterator &mi,
     // Must be created from unfolded load. Don't waste time trying this.
     return false;
 
-  MachineInstr *KillMI = 0;
+  MachineInstr *KillMI = nullptr;
   if (LIS) {
     LiveInterval &LI = LIS->getInterval(Reg);
     assert(LI.end() != LI.begin() &&
@@ -983,7 +1054,7 @@ rescheduleKillAboveMI(MachineBasicBlock::iterator &mi,
     return false;
 
   bool SeenStore = true;
-  if (!KillMI->isSafeToMove(TII, AA, SeenStore))
+  if (!KillMI->isSafeToMove(AA, SeenStore))
     return false;
 
   SmallSet<unsigned, 2> Uses;
@@ -1067,15 +1138,15 @@ rescheduleKillAboveMI(MachineBasicBlock::iterator &mi,
 
   // Move the old kill above MI, don't forget to move debug info as well.
   MachineBasicBlock::iterator InsertPos = mi;
-  while (InsertPos != MBB->begin() && llvm::prior(InsertPos)->isDebugValue())
+  while (InsertPos != MBB->begin() && std::prev(InsertPos)->isDebugValue())
     --InsertPos;
   MachineBasicBlock::iterator From = KillMI;
-  MachineBasicBlock::iterator To = llvm::next(From);
-  while (llvm::prior(From)->isDebugValue())
+  MachineBasicBlock::iterator To = std::next(From);
+  while (std::prev(From)->isDebugValue())
     --From;
   MBB->splice(InsertPos, MBB, From, To);
 
-  nmi = llvm::prior(InsertPos); // Backtrack so we process the moved instr.
+  nmi = std::prev(InsertPos); // Backtrack so we process the moved instr.
   DistanceMap.erase(DI);
 
   // Update live variables
@@ -1090,16 +1161,73 @@ rescheduleKillAboveMI(MachineBasicBlock::iterator &mi,
   return true;
 }
 
+/// Tries to commute the operand 'BaseOpIdx' and some other operand in the
+/// given machine instruction to improve opportunities for coalescing and
+/// elimination of a register to register copy.
+///
+/// 'DstOpIdx' specifies the index of MI def operand.
+/// 'BaseOpKilled' specifies if the register associated with 'BaseOpIdx'
+/// operand is killed by the given instruction.
+/// The 'Dist' arguments provides the distance of MI from the start of the
+/// current basic block and it is used to determine if it is profitable
+/// to commute operands in the instruction.
+///
+/// Returns true if the transformation happened. Otherwise, returns false.
+bool TwoAddressInstructionPass::tryInstructionCommute(MachineInstr *MI,
+                                                      unsigned DstOpIdx,
+                                                      unsigned BaseOpIdx,
+                                                      bool BaseOpKilled,
+                                                      unsigned Dist) {
+  unsigned DstOpReg = MI->getOperand(DstOpIdx).getReg();
+  unsigned BaseOpReg = MI->getOperand(BaseOpIdx).getReg();
+  unsigned OpsNum = MI->getDesc().getNumOperands();
+  unsigned OtherOpIdx = MI->getDesc().getNumDefs();
+  for (; OtherOpIdx < OpsNum; OtherOpIdx++) {
+    // The call of findCommutedOpIndices below only checks if BaseOpIdx
+    // and OtherOpIdx are commutable, it does not really searches for
+    // other commutable operands and does not change the values of passed
+    // variables.
+    if (OtherOpIdx == BaseOpIdx ||
+        !TII->findCommutedOpIndices(MI, BaseOpIdx, OtherOpIdx))
+      continue;
+
+    unsigned OtherOpReg = MI->getOperand(OtherOpIdx).getReg();
+    bool AggressiveCommute = false;
+
+    // If OtherOp dies but BaseOp does not, swap the OtherOp and BaseOp
+    // operands. This makes the live ranges of DstOp and OtherOp joinable.
+    bool DoCommute =
+        !BaseOpKilled && isKilled(*MI, OtherOpReg, MRI, TII, LIS, false);
+
+    if (!DoCommute &&
+        isProfitableToCommute(DstOpReg, BaseOpReg, OtherOpReg, MI, Dist)) {
+      DoCommute = true;
+      AggressiveCommute = true;
+    }
+
+    // If it's profitable to commute, try to do so.
+    if (DoCommute && commuteInstruction(MI, BaseOpIdx, OtherOpIdx, Dist)) {
+      ++NumCommuted;
+      if (AggressiveCommute)
+        ++NumAggrCommuted;
+      return true;
+    }
+  }
+  return false;
+}
+
 /// tryInstructionTransform - For the case where an instruction has a single
 /// pair of tied register operands, attempt some transformations that may
 /// either eliminate the tied operands or improve the opportunities for
 /// coalescing away the register copy.  Returns true if no copy needs to be
 /// inserted to untie mi's operands (either because they were untied, or
-/// because mi was rescheduled, and will be visited again later).
+/// because mi was rescheduled, and will be visited again later). If the
+/// shouldOnlyCommute flag is true, only instruction commutation is attempted.
 bool TwoAddressInstructionPass::
 tryInstructionTransform(MachineBasicBlock::iterator &mi,
                         MachineBasicBlock::iterator &nmi,
-                        unsigned SrcIdx, unsigned DstIdx, unsigned Dist) {
+                        unsigned SrcIdx, unsigned DstIdx,
+                        unsigned Dist, bool shouldOnlyCommute) {
   if (OptLevel == CodeGenOpt::None)
     return false;
 
@@ -1114,47 +1242,36 @@ tryInstructionTransform(MachineBasicBlock::iterator &mi,
   if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(regA))
     scanUses(regA);
 
-  // Check if it is profitable to commute the operands.
-  unsigned SrcOp1, SrcOp2;
-  unsigned regC = 0;
-  unsigned regCIdx = ~0U;
-  bool TryCommute = false;
-  bool AggressiveCommute = false;
-  if (MI.isCommutable() && MI.getNumOperands() >= 3 &&
-      TII->findCommutedOpIndices(&MI, SrcOp1, SrcOp2)) {
-    if (SrcIdx == SrcOp1)
-      regCIdx = SrcOp2;
-    else if (SrcIdx == SrcOp2)
-      regCIdx = SrcOp1;
-
-    if (regCIdx != ~0U) {
-      regC = MI.getOperand(regCIdx).getReg();
-      if (!regBKilled && isKilled(MI, regC, MRI, TII, LIS, false))
-        // If C dies but B does not, swap the B and C operands.
-        // This makes the live ranges of A and C joinable.
-        TryCommute = true;
-      else if (isProfitableToCommute(regA, regB, regC, &MI, Dist)) {
-        TryCommute = true;
-        AggressiveCommute = true;
-      }
-    }
-  }
+  bool Commuted = tryInstructionCommute(&MI, DstIdx, SrcIdx, regBKilled, Dist);
+
+  // If the instruction is convertible to 3 Addr, instead
+  // of returning try 3 Addr transformation aggresively and
+  // use this variable to check later. Because it might be better.
+  // For example, we can just use `leal (%rsi,%rdi), %eax` and `ret`
+  // instead of the following code.
+  //   addl     %esi, %edi
+  //   movl     %edi, %eax
+  //   ret
+  if (Commuted && !MI.isConvertibleTo3Addr())
+    return false;
 
-  // If it's profitable to commute, try to do so.
-  if (TryCommute && commuteInstruction(mi, regB, regC, Dist)) {
-    ++NumCommuted;
-    if (AggressiveCommute)
-      ++NumAggrCommuted;
+  if (shouldOnlyCommute)
     return false;
-  }
 
   // If there is one more use of regB later in the same MBB, consider
   // re-schedule this MI below it.
-  if (rescheduleMIBelowKill(mi, nmi, regB)) {
+  if (!Commuted && EnableRescheduling && rescheduleMIBelowKill(mi, nmi, regB)) {
     ++NumReSchedDowns;
     return true;
   }
 
+  // If we commuted, regB may have changed so we should re-sample it to avoid
+  // confusing the three address conversion below.
+  if (Commuted) {
+    regB = MI.getOperand(SrcIdx).getReg();
+    regBKilled = isKilled(MI, regB, MRI, TII, LIS, true);
+  }
+
   if (MI.isConvertibleTo3Addr()) {
     // This instruction is potentially convertible to a true
     // three-address instruction.  Check if it is profitable.
@@ -1167,9 +1284,13 @@ tryInstructionTransform(MachineBasicBlock::iterator &mi,
     }
   }
 
+  // Return if it is commuted but 3 addr conversion is failed.
+  if (Commuted)
+    return false;
+
   // If there is one more use of regB later in the same MBB, consider
   // re-schedule it before this MI if it's legal.
-  if (rescheduleKillAboveMI(mi, nmi, regB)) {
+  if (EnableRescheduling && rescheduleKillAboveMI(mi, nmi, regB)) {
     ++NumReSchedUps;
     return true;
   }
@@ -1223,10 +1344,12 @@ tryInstructionTransform(MachineBasicBlock::iterator &mi,
         unsigned NewDstIdx = NewMIs[1]->findRegisterDefOperandIdx(regA);
         unsigned NewSrcIdx = NewMIs[1]->findRegisterUseOperandIdx(regB);
         MachineBasicBlock::iterator NewMI = NewMIs[1];
-        bool TransformSuccess =
-          tryInstructionTransform(NewMI, mi, NewSrcIdx, NewDstIdx, Dist);
-        if (TransformSuccess ||
-            NewMIs[1]->getOperand(NewSrcIdx).isKill()) {
+        bool TransformResult =
+          tryInstructionTransform(NewMI, mi, NewSrcIdx, NewDstIdx, Dist, true);
+        (void)TransformResult;
+        assert(!TransformResult &&
+               "tryInstructionTransform() should return false.");
+        if (NewMIs[1]->getOperand(NewSrcIdx).isKill()) {
           // Success, or at least we made an improvement. Keep the unfolded
           // instructions and discard the original.
           if (LV) {
@@ -1277,8 +1400,6 @@ tryInstructionTransform(MachineBasicBlock::iterator &mi,
           }
 
           mi = NewMIs[1];
-          if (TransformSuccess)
-            return true;
         } else {
           // Transforming didn't eliminate the tie and didn't lead to an
           // improvement. Clean up the unfolded instructions and keep the
@@ -1319,13 +1440,14 @@ collectTiedOperands(MachineInstr *MI, TiedOperandMap &TiedOperands) {
     assert(SrcReg && SrcMO.isUse() && "two address instruction invalid");
 
     // Deal with <undef> uses immediately - simply rewrite the src operand.
-    if (SrcMO.isUndef()) {
+    if (SrcMO.isUndef() && !DstMO.getSubReg()) {
       // Constrain the DstReg register class if required.
       if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(DstReg))
         if (const TargetRegisterClass *RC = TII->getRegClass(MCID, SrcIdx,
                                                              TRI, *MF))
           MRI->constrainRegClass(DstReg, RC);
       SrcMO.setReg(DstReg);
+      SrcMO.setSubReg(0);
       DEBUG(dbgs() << "\t\trewrite undef:\t" << *MI);
       continue;
     }
@@ -1351,6 +1473,7 @@ TwoAddressInstructionPass::processTiedPairs(MachineInstr *MI,
   unsigned LastCopiedReg = 0;
   SlotIndex LastCopyIdx;
   unsigned RegB = 0;
+  unsigned SubRegB = 0;
   for (unsigned tpi = 0, tpe = TiedPairs.size(); tpi != tpe; ++tpi) {
     unsigned SrcIdx = TiedPairs[tpi].first;
     unsigned DstIdx = TiedPairs[tpi].second;
@@ -1361,6 +1484,7 @@ TwoAddressInstructionPass::processTiedPairs(MachineInstr *MI,
     // Grab RegB from the instruction because it may have changed if the
     // instruction was commuted.
     RegB = MI->getOperand(SrcIdx).getReg();
+    SubRegB = MI->getOperand(SrcIdx).getSubReg();
 
     if (RegA == RegB) {
       // The register is tied to multiple destinations (or else we would
@@ -1385,8 +1509,25 @@ TwoAddressInstructionPass::processTiedPairs(MachineInstr *MI,
 #endif
 
     // Emit a copy.
-    BuildMI(*MI->getParent(), MI, MI->getDebugLoc(),
-            TII->get(TargetOpcode::COPY), RegA).addReg(RegB);
+    MachineInstrBuilder MIB = BuildMI(*MI->getParent(), MI, MI->getDebugLoc(),
+                                      TII->get(TargetOpcode::COPY), RegA);
+    // If this operand is folding a truncation, the truncation now moves to the
+    // copy so that the register classes remain valid for the operands.
+    MIB.addReg(RegB, 0, SubRegB);
+    const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(RegB);
+    if (SubRegB) {
+      if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(RegA)) {
+        assert(TRI->getMatchingSuperRegClass(RC, MRI->getRegClass(RegA),
+                                             SubRegB) &&
+               "tied subregister must be a truncation");
+        // The superreg class will not be used to constrain the subreg class.
+        RC = nullptr;
+      }
+      else {
+        assert(TRI->getMatchingSuperReg(RegA, SubRegB, MRI->getRegClass(RegB))
+               && "tied subregister must be a truncation");
+      }
+    }
 
     // Update DistanceMap.
     MachineBasicBlock::iterator PrevMI = MI;
@@ -1402,11 +1543,11 @@ TwoAddressInstructionPass::processTiedPairs(MachineInstr *MI,
         VNInfo *VNI = LI.getNextValue(LastCopyIdx, LIS->getVNInfoAllocator());
         SlotIndex endIdx =
           LIS->getInstructionIndex(MI).getRegSlot(IsEarlyClobber);
-        LI.addRange(LiveRange(LastCopyIdx, endIdx, VNI));
+        LI.addSegment(LiveInterval::Segment(LastCopyIdx, endIdx, VNI));
       }
     }
 
-    DEBUG(dbgs() << "\t\tprepend:\t" << *PrevMI);
+    DEBUG(dbgs() << "\t\tprepend:\t" << *MIB);
 
     MachineOperand &MO = MI->getOperand(SrcIdx);
     assert(MO.isReg() && MO.getReg() == RegB && MO.isUse() &&
@@ -1419,26 +1560,30 @@ TwoAddressInstructionPass::processTiedPairs(MachineInstr *MI,
     // Make sure regA is a legal regclass for the SrcIdx operand.
     if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(RegA) &&
         TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(RegB))
-      MRI->constrainRegClass(RegA, MRI->getRegClass(RegB));
-
+      MRI->constrainRegClass(RegA, RC);
     MO.setReg(RegA);
+    // The getMatchingSuper asserts guarantee that the register class projected
+    // by SubRegB is compatible with RegA with no subregister. So regardless of
+    // whether the dest oper writes a subreg, the source oper should not.
+    MO.setSubReg(0);
 
     // Propagate SrcRegMap.
     SrcRegMap[RegA] = RegB;
   }
 
-
   if (AllUsesCopied) {
     if (!IsEarlyClobber) {
       // Replace other (un-tied) uses of regB with LastCopiedReg.
       for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
         MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
-        if (MO.isReg() && MO.getReg() == RegB && MO.isUse()) {
+        if (MO.isReg() && MO.getReg() == RegB && MO.getSubReg() == SubRegB &&
+            MO.isUse()) {
           if (MO.isKill()) {
             MO.setIsKill(false);
             RemovedKillFlag = true;
           }
           MO.setReg(LastCopiedReg);
+          MO.setSubReg(0);
         }
       }
     }
@@ -1459,7 +1604,7 @@ TwoAddressInstructionPass::processTiedPairs(MachineInstr *MI,
 
       SlotIndex UseIdx = MIIdx.getRegSlot(IsEarlyClobber);
       if (I->end == UseIdx)
-        LI.removeRange(LastCopyIdx, UseIdx);
+        LI.removeSegment(LastCopyIdx, UseIdx);
     }
 
   } else if (RemovedKillFlag) {
@@ -1483,12 +1628,12 @@ bool TwoAddressInstructionPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &Func) {
   MF = &Func;
   const TargetMachine &TM = MF->getTarget();
   MRI = &MF->getRegInfo();
-  TII = TM.getInstrInfo();
-  TRI = TM.getRegisterInfo();
-  InstrItins = TM.getInstrItineraryData();
+  TII = MF->getSubtarget().getInstrInfo();
+  TRI = MF->getSubtarget().getRegisterInfo();
+  InstrItins = MF->getSubtarget().getInstrItineraryData();
   LV = getAnalysisIfAvailable<LiveVariables>();
   LIS = getAnalysisIfAvailable<LiveIntervals>();
-  AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
+  AA = &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults();
   OptLevel = TM.getOptLevel();
 
   bool MadeChange = false;
@@ -1511,7 +1656,7 @@ bool TwoAddressInstructionPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &Func) {
     Processed.clear();
     for (MachineBasicBlock::iterator mi = MBB->begin(), me = MBB->end();
          mi != me; ) {
-      MachineBasicBlock::iterator nmi = llvm::next(mi);
+      MachineBasicBlock::iterator nmi = std::next(mi);
       if (mi->isDebugValue()) {
         mi = nmi;
         continue;
@@ -1541,7 +1686,7 @@ bool TwoAddressInstructionPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &Func) {
       // transformations that may either eliminate the tied operands or
       // improve the opportunities for coalescing away the register copy.
       if (TiedOperands.size() == 1) {
-        SmallVector<std::pair<unsigned, unsigned>, 4> &TiedPairs
+        SmallVectorImpl<std::pair<unsigned, unsigned> > &TiedPairs
           = TiedOperands.begin()->second;
         if (TiedPairs.size() == 1) {
           unsigned SrcIdx = TiedPairs[0].first;
@@ -1549,9 +1694,9 @@ bool TwoAddressInstructionPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &Func) {
           unsigned SrcReg = mi->getOperand(SrcIdx).getReg();
           unsigned DstReg = mi->getOperand(DstIdx).getReg();
           if (SrcReg != DstReg &&
-              tryInstructionTransform(mi, nmi, SrcIdx, DstIdx, Dist)) {
-            // The tied operands have been eliminated or shifted further down the
-            // block to ease elimination. Continue processing with 'nmi'.
+              tryInstructionTransform(mi, nmi, SrcIdx, DstIdx, Dist, false)) {
+            // The tied operands have been eliminated or shifted further down
+            // the block to ease elimination. Continue processing with 'nmi'.
             TiedOperands.clear();
             mi = nmi;
             continue;
@@ -1612,7 +1757,7 @@ eliminateRegSequence(MachineBasicBlock::iterator &MBBI) {
       TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DstReg) ||
       !(MI->getNumOperands() & 1)) {
     DEBUG(dbgs() << "Illegal REG_SEQUENCE instruction:" << *MI);
-    llvm_unreachable(0);
+    llvm_unreachable(nullptr);
   }
 
   SmallVector<unsigned, 4> OrigRegs;
@@ -1666,7 +1811,7 @@ eliminateRegSequence(MachineBasicBlock::iterator &MBBI) {
   }
 
   MachineBasicBlock::iterator EndMBBI =
-      llvm::next(MachineBasicBlock::iterator(MI));
+      std::next(MachineBasicBlock::iterator(MI));
 
   if (!DefEmitted) {
     DEBUG(dbgs() << "Turned: " << *MI << " into an IMPLICIT_DEF");