]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/CodeGen/BranchFolding.cpp
Merge clang 7.0.1 and several follow-up changes
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / CodeGen / BranchFolding.cpp
1 //===- BranchFolding.cpp - Fold machine code branch instructions ----------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass forwards branches to unconditional branches to make them branch
11 // directly to the target block.  This pass often results in dead MBB's, which
12 // it then removes.
13 //
14 // Note that this pass must be run after register allocation, it cannot handle
15 // SSA form. It also must handle virtual registers for targets that emit virtual
16 // ISA (e.g. NVPTX).
17 //
18 //===----------------------------------------------------------------------===//
19
20 #include "BranchFolding.h"
21 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
22 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
23 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
24 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
25 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
26 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
27 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
28 #include "llvm/CodeGen/Analysis.h"
29 #include "llvm/CodeGen/LivePhysRegs.h"
30 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
31 #include "llvm/CodeGen/MachineBlockFrequencyInfo.h"
32 #include "llvm/CodeGen/MachineBranchProbabilityInfo.h"
33 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
34 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
35 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
36 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
37 #include "llvm/CodeGen/MachineJumpTableInfo.h"
38 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
39 #include "llvm/CodeGen/MachineModuleInfo.h"
40 #include "llvm/CodeGen/MachineOperand.h"
41 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
42 #include "llvm/CodeGen/TargetInstrInfo.h"
43 #include "llvm/CodeGen/TargetOpcodes.h"
44 #include "llvm/CodeGen/TargetPassConfig.h"
45 #include "llvm/CodeGen/TargetRegisterInfo.h"
46 #include "llvm/CodeGen/TargetSubtargetInfo.h"
47 #include "llvm/IR/DebugInfoMetadata.h"
48 #include "llvm/IR/DebugLoc.h"
49 #include "llvm/IR/Function.h"
50 #include "llvm/MC/LaneBitmask.h"
51 #include "llvm/MC/MCRegisterInfo.h"
52 #include "llvm/Pass.h"
53 #include "llvm/Support/BlockFrequency.h"
54 #include "llvm/Support/BranchProbability.h"
55 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
56 #include "llvm/Support/Debug.h"
57 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
58 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
59 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
60 #include <cassert>
61 #include <cstddef>
62 #include <iterator>
63 #include <numeric>
64 #include <vector>
65
66 using namespace llvm;
67
68 #define DEBUG_TYPE "branch-folder"
69
70 STATISTIC(NumDeadBlocks, "Number of dead blocks removed");
71 STATISTIC(NumBranchOpts, "Number of branches optimized");
72 STATISTIC(NumTailMerge , "Number of block tails merged");
73 STATISTIC(NumHoist     , "Number of times common instructions are hoisted");
74 STATISTIC(NumTailCalls,  "Number of tail calls optimized");
75
76 static cl::opt<cl::boolOrDefault> FlagEnableTailMerge("enable-tail-merge",
77                               cl::init(cl::BOU_UNSET), cl::Hidden);
78
79 // Throttle for huge numbers of predecessors (compile speed problems)
80 static cl::opt<unsigned>
81 TailMergeThreshold("tail-merge-threshold",
82           cl::desc("Max number of predecessors to consider tail merging"),
83           cl::init(150), cl::Hidden);
84
85 // Heuristic for tail merging (and, inversely, tail duplication).
86 // TODO: This should be replaced with a target query.
87 static cl::opt<unsigned>
88 TailMergeSize("tail-merge-size",
89               cl::desc("Min number of instructions to consider tail merging"),
90               cl::init(3), cl::Hidden);
91
92 namespace {
93
94   /// BranchFolderPass - Wrap branch folder in a machine function pass.
95   class BranchFolderPass : public MachineFunctionPass {
96   public:
97     static char ID;
98
99     explicit BranchFolderPass(): MachineFunctionPass(ID) {}
100
101     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override;
102
103     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
104       AU.addRequired<MachineBlockFrequencyInfo>();
105       AU.addRequired<MachineBranchProbabilityInfo>();
106       AU.addRequired<TargetPassConfig>();
107       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
108     }
109   };
110
111 } // end anonymous namespace
112
113 char BranchFolderPass::ID = 0;
114
115 char &llvm::BranchFolderPassID = BranchFolderPass::ID;
116
117 INITIALIZE_PASS(BranchFolderPass, DEBUG_TYPE,
118                 "Control Flow Optimizer", false, false)
119
120 bool BranchFolderPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
121   if (skipFunction(MF.getFunction()))
122     return false;
123
124   TargetPassConfig *PassConfig = &getAnalysis<TargetPassConfig>();
125   // TailMerge can create jump into if branches that make CFG irreducible for
126   // HW that requires structurized CFG.
127   bool EnableTailMerge = !MF.getTarget().requiresStructuredCFG() &&
128                          PassConfig->getEnableTailMerge();
129   BranchFolder::MBFIWrapper MBBFreqInfo(
130       getAnalysis<MachineBlockFrequencyInfo>());
131   BranchFolder Folder(EnableTailMerge, /*CommonHoist=*/true, MBBFreqInfo,
132                       getAnalysis<MachineBranchProbabilityInfo>());
133   return Folder.OptimizeFunction(MF, MF.getSubtarget().getInstrInfo(),
134                                  MF.getSubtarget().getRegisterInfo(),
135                                  getAnalysisIfAvailable<MachineModuleInfo>());
136 }
137
138 BranchFolder::BranchFolder(bool defaultEnableTailMerge, bool CommonHoist,
139                            MBFIWrapper &FreqInfo,
140                            const MachineBranchProbabilityInfo &ProbInfo,
141                            unsigned MinTailLength)
142     : EnableHoistCommonCode(CommonHoist), MinCommonTailLength(MinTailLength),
143       MBBFreqInfo(FreqInfo), MBPI(ProbInfo) {
144   if (MinCommonTailLength == 0)
145     MinCommonTailLength = TailMergeSize;
146   switch (FlagEnableTailMerge) {
147   case cl::BOU_UNSET: EnableTailMerge = defaultEnableTailMerge; break;
148   case cl::BOU_TRUE: EnableTailMerge = true; break;
149   case cl::BOU_FALSE: EnableTailMerge = false; break;
150   }
151 }
152
153 void BranchFolder::RemoveDeadBlock(MachineBasicBlock *MBB) {
154   assert(MBB->pred_empty() && "MBB must be dead!");
155   LLVM_DEBUG(dbgs() << "\nRemoving MBB: " << *MBB);
156
157   MachineFunction *MF = MBB->getParent();
158   // drop all successors.
159   while (!MBB->succ_empty())
160     MBB->removeSuccessor(MBB->succ_end()-1);
161
162   // Avoid matching if this pointer gets reused.
163   TriedMerging.erase(MBB);
164
165   // Remove the block.
166   MF->erase(MBB);
167   EHScopeMembership.erase(MBB);
168   if (MLI)
169     MLI->removeBlock(MBB);
170 }
171
172 bool BranchFolder::OptimizeFunction(MachineFunction &MF,
173                                     const TargetInstrInfo *tii,
174                                     const TargetRegisterInfo *tri,
175                                     MachineModuleInfo *mmi,
176                                     MachineLoopInfo *mli, bool AfterPlacement) {
177   if (!tii) return false;
178
179   TriedMerging.clear();
180
181   MachineRegisterInfo &MRI = MF.getRegInfo();
182   AfterBlockPlacement = AfterPlacement;
183   TII = tii;
184   TRI = tri;
185   MMI = mmi;
186   MLI = mli;
187   this->MRI = &MRI;
188
189   UpdateLiveIns = MRI.tracksLiveness() && TRI->trackLivenessAfterRegAlloc(MF);
190   if (!UpdateLiveIns)
191     MRI.invalidateLiveness();
192
193   // Fix CFG.  The later algorithms expect it to be right.
194   bool MadeChange = false;
195   for (MachineBasicBlock &MBB : MF) {
196     MachineBasicBlock *TBB = nullptr, *FBB = nullptr;
197     SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
198     if (!TII->analyzeBranch(MBB, TBB, FBB, Cond, true))
199       MadeChange |= MBB.CorrectExtraCFGEdges(TBB, FBB, !Cond.empty());
200   }
201
202   // Recalculate EH scope membership.
203   EHScopeMembership = getEHScopeMembership(MF);
204
205   bool MadeChangeThisIteration = true;
206   while (MadeChangeThisIteration) {
207     MadeChangeThisIteration    = TailMergeBlocks(MF);
208     // No need to clean up if tail merging does not change anything after the
209     // block placement.
210     if (!AfterBlockPlacement || MadeChangeThisIteration)
211       MadeChangeThisIteration |= OptimizeBranches(MF);
212     if (EnableHoistCommonCode)
213       MadeChangeThisIteration |= HoistCommonCode(MF);
214     MadeChange |= MadeChangeThisIteration;
215   }
216
217   // See if any jump tables have become dead as the code generator
218   // did its thing.
219   MachineJumpTableInfo *JTI = MF.getJumpTableInfo();
220   if (!JTI)
221     return MadeChange;
222
223   // Walk the function to find jump tables that are live.
224   BitVector JTIsLive(JTI->getJumpTables().size());
225   for (const MachineBasicBlock &BB : MF) {
226     for (const MachineInstr &I : BB)
227       for (const MachineOperand &Op : I.operands()) {
228         if (!Op.isJTI()) continue;
229
230         // Remember that this JT is live.
231         JTIsLive.set(Op.getIndex());
232       }
233   }
234
235   // Finally, remove dead jump tables.  This happens when the
236   // indirect jump was unreachable (and thus deleted).
237   for (unsigned i = 0, e = JTIsLive.size(); i != e; ++i)
238     if (!JTIsLive.test(i)) {
239       JTI->RemoveJumpTable(i);
240       MadeChange = true;
241     }
242
243   return MadeChange;
244 }
245
246 //===----------------------------------------------------------------------===//
247 //  Tail Merging of Blocks
248 //===----------------------------------------------------------------------===//
249
250 /// HashMachineInstr - Compute a hash value for MI and its operands.
251 static unsigned HashMachineInstr(const MachineInstr &MI) {
252   unsigned Hash = MI.getOpcode();
253   for (unsigned i = 0, e = MI.getNumOperands(); i != e; ++i) {
254     const MachineOperand &Op = MI.getOperand(i);
255
256     // Merge in bits from the operand if easy. We can't use MachineOperand's
257     // hash_code here because it's not deterministic and we sort by hash value
258     // later.
259     unsigned OperandHash = 0;
260     switch (Op.getType()) {
261     case MachineOperand::MO_Register:
262       OperandHash = Op.getReg();
263       break;
264     case MachineOperand::MO_Immediate:
265       OperandHash = Op.getImm();
266       break;
267     case MachineOperand::MO_MachineBasicBlock:
268       OperandHash = Op.getMBB()->getNumber();
269       break;
270     case MachineOperand::MO_FrameIndex:
271     case MachineOperand::MO_ConstantPoolIndex:
272     case MachineOperand::MO_JumpTableIndex:
273       OperandHash = Op.getIndex();
274       break;
275     case MachineOperand::MO_GlobalAddress:
276     case MachineOperand::MO_ExternalSymbol:
277       // Global address / external symbol are too hard, don't bother, but do
278       // pull in the offset.
279       OperandHash = Op.getOffset();
280       break;
281     default:
282       break;
283     }
284
285     Hash += ((OperandHash << 3) | Op.getType()) << (i & 31);
286   }
287   return Hash;
288 }
289
290 /// HashEndOfMBB - Hash the last instruction in the MBB.
291 static unsigned HashEndOfMBB(const MachineBasicBlock &MBB) {
292   MachineBasicBlock::const_iterator I = MBB.getLastNonDebugInstr();
293   if (I == MBB.end())
294     return 0;
295
296   return HashMachineInstr(*I);
297 }
298
299 ///  Whether MI should be counted as an instruction when calculating common tail.
300 static bool countsAsInstruction(const MachineInstr &MI) {
301   return !(MI.isDebugValue() || MI.isCFIInstruction());
302 }
303
304 /// ComputeCommonTailLength - Given two machine basic blocks, compute the number
305 /// of instructions they actually have in common together at their end.  Return
306 /// iterators for the first shared instruction in each block.
307 static unsigned ComputeCommonTailLength(MachineBasicBlock *MBB1,
308                                         MachineBasicBlock *MBB2,
309                                         MachineBasicBlock::iterator &I1,
310                                         MachineBasicBlock::iterator &I2) {
311   I1 = MBB1->end();
312   I2 = MBB2->end();
313
314   unsigned TailLen = 0;
315   while (I1 != MBB1->begin() && I2 != MBB2->begin()) {
316     --I1; --I2;
317     // Skip debugging pseudos; necessary to avoid changing the code.
318     while (!countsAsInstruction(*I1)) {
319       if (I1==MBB1->begin()) {
320         while (!countsAsInstruction(*I2)) {
321           if (I2==MBB2->begin()) {
322             // I1==DBG at begin; I2==DBG at begin
323             goto SkipTopCFIAndReturn;
324           }
325           --I2;
326         }
327         ++I2;
328         // I1==DBG at begin; I2==non-DBG, or first of DBGs not at begin
329         goto SkipTopCFIAndReturn;
330       }
331       --I1;
332     }
333     // I1==first (untested) non-DBG preceding known match
334     while (!countsAsInstruction(*I2)) {
335       if (I2==MBB2->begin()) {
336         ++I1;
337         // I1==non-DBG, or first of DBGs not at begin; I2==DBG at begin
338         goto SkipTopCFIAndReturn;
339       }
340       --I2;
341     }
342     // I1, I2==first (untested) non-DBGs preceding known match
343     if (!I1->isIdenticalTo(*I2) ||
344         // FIXME: This check is dubious. It's used to get around a problem where
345         // people incorrectly expect inline asm directives to remain in the same
346         // relative order. This is untenable because normal compiler
347         // optimizations (like this one) may reorder and/or merge these
348         // directives.
349         I1->isInlineAsm()) {
350       ++I1; ++I2;
351       break;
352     }
353     ++TailLen;
354   }
355   // Back past possible debugging pseudos at beginning of block.  This matters
356   // when one block differs from the other only by whether debugging pseudos
357   // are present at the beginning. (This way, the various checks later for
358   // I1==MBB1->begin() work as expected.)
359   if (I1 == MBB1->begin() && I2 != MBB2->begin()) {
360     --I2;
361     while (I2->isDebugInstr()) {
362       if (I2 == MBB2->begin())
363         return TailLen;
364       --I2;
365     }
366     ++I2;
367   }
368   if (I2 == MBB2->begin() && I1 != MBB1->begin()) {
369     --I1;
370     while (I1->isDebugInstr()) {
371       if (I1 == MBB1->begin())
372         return TailLen;
373       --I1;
374     }
375     ++I1;
376   }
377
378 SkipTopCFIAndReturn:
379   // Ensure that I1 and I2 do not point to a CFI_INSTRUCTION. This can happen if
380   // I1 and I2 are non-identical when compared and then one or both of them ends
381   // up pointing to a CFI instruction after being incremented. For example:
382   /*
383     BB1:
384     ...
385     INSTRUCTION_A
386     ADD32ri8  <- last common instruction
387     ...
388     BB2:
389     ...
390     INSTRUCTION_B
391     CFI_INSTRUCTION
392     ADD32ri8  <- last common instruction
393     ...
394   */
395   // When INSTRUCTION_A and INSTRUCTION_B are compared as not equal, after
396   // incrementing the iterators, I1 will point to ADD, however I2 will point to
397   // the CFI instruction. Later on, this leads to BB2 being 'hacked off' at the
398   // wrong place (in ReplaceTailWithBranchTo()) which results in losing this CFI
399   // instruction.
400   while (I1 != MBB1->end() && I1->isCFIInstruction()) {
401     ++I1;
402   }
403
404   while (I2 != MBB2->end() && I2->isCFIInstruction()) {
405     ++I2;
406   }
407
408   return TailLen;
409 }
410
411 void BranchFolder::replaceTailWithBranchTo(MachineBasicBlock::iterator OldInst,
412                                            MachineBasicBlock &NewDest) {
413   if (UpdateLiveIns) {
414     // OldInst should always point to an instruction.
415     MachineBasicBlock &OldMBB = *OldInst->getParent();
416     LiveRegs.clear();
417     LiveRegs.addLiveOuts(OldMBB);
418     // Move backward to the place where will insert the jump.
419     MachineBasicBlock::iterator I = OldMBB.end();
420     do {
421       --I;
422       LiveRegs.stepBackward(*I);
423     } while (I != OldInst);
424
425     // Merging the tails may have switched some undef operand to non-undef ones.
426     // Add IMPLICIT_DEFS into OldMBB as necessary to have a definition of the
427     // register.
428     for (MachineBasicBlock::RegisterMaskPair P : NewDest.liveins()) {
429       // We computed the liveins with computeLiveIn earlier and should only see
430       // full registers:
431       assert(P.LaneMask == LaneBitmask::getAll() &&
432              "Can only handle full register.");
433       MCPhysReg Reg = P.PhysReg;
434       if (!LiveRegs.available(*MRI, Reg))
435         continue;
436       DebugLoc DL;
437       BuildMI(OldMBB, OldInst, DL, TII->get(TargetOpcode::IMPLICIT_DEF), Reg);
438     }
439   }
440
441   TII->ReplaceTailWithBranchTo(OldInst, &NewDest);
442   ++NumTailMerge;
443 }
444
445 MachineBasicBlock *BranchFolder::SplitMBBAt(MachineBasicBlock &CurMBB,
446                                             MachineBasicBlock::iterator BBI1,
447                                             const BasicBlock *BB) {
448   if (!TII->isLegalToSplitMBBAt(CurMBB, BBI1))
449     return nullptr;
450
451   MachineFunction &MF = *CurMBB.getParent();
452
453   // Create the fall-through block.
454   MachineFunction::iterator MBBI = CurMBB.getIterator();
455   MachineBasicBlock *NewMBB = MF.CreateMachineBasicBlock(BB);
456   CurMBB.getParent()->insert(++MBBI, NewMBB);
457
458   // Move all the successors of this block to the specified block.
459   NewMBB->transferSuccessors(&CurMBB);
460
461   // Add an edge from CurMBB to NewMBB for the fall-through.
462   CurMBB.addSuccessor(NewMBB);
463
464   // Splice the code over.
465   NewMBB->splice(NewMBB->end(), &CurMBB, BBI1, CurMBB.end());
466
467   // NewMBB belongs to the same loop as CurMBB.
468   if (MLI)
469     if (MachineLoop *ML = MLI->getLoopFor(&CurMBB))
470       ML->addBasicBlockToLoop(NewMBB, MLI->getBase());
471
472   // NewMBB inherits CurMBB's block frequency.
473   MBBFreqInfo.setBlockFreq(NewMBB, MBBFreqInfo.getBlockFreq(&CurMBB));
474
475   if (UpdateLiveIns)
476     computeAndAddLiveIns(LiveRegs, *NewMBB);
477
478   // Add the new block to the EH scope.
479   const auto &EHScopeI = EHScopeMembership.find(&CurMBB);
480   if (EHScopeI != EHScopeMembership.end()) {
481     auto n = EHScopeI->second;
482     EHScopeMembership[NewMBB] = n;
483   }
484
485   return NewMBB;
486 }
487
488 /// EstimateRuntime - Make a rough estimate for how long it will take to run
489 /// the specified code.
490 static unsigned EstimateRuntime(MachineBasicBlock::iterator I,
491                                 MachineBasicBlock::iterator E) {
492   unsigned Time = 0;
493   for (; I != E; ++I) {
494     if (!countsAsInstruction(*I))
495       continue;
496     if (I->isCall())
497       Time += 10;
498     else if (I->mayLoad() || I->mayStore())
499       Time += 2;
500     else
501       ++Time;
502   }
503   return Time;
504 }
505
506 // CurMBB needs to add an unconditional branch to SuccMBB (we removed these
507 // branches temporarily for tail merging).  In the case where CurMBB ends
508 // with a conditional branch to the next block, optimize by reversing the
509 // test and conditionally branching to SuccMBB instead.
510 static void FixTail(MachineBasicBlock *CurMBB, MachineBasicBlock *SuccBB,
511                     const TargetInstrInfo *TII) {
512   MachineFunction *MF = CurMBB->getParent();
513   MachineFunction::iterator I = std::next(MachineFunction::iterator(CurMBB));
514   MachineBasicBlock *TBB = nullptr, *FBB = nullptr;
515   SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
516   DebugLoc dl = CurMBB->findBranchDebugLoc();
517   if (I != MF->end() && !TII->analyzeBranch(*CurMBB, TBB, FBB, Cond, true)) {
518     MachineBasicBlock *NextBB = &*I;
519     if (TBB == NextBB && !Cond.empty() && !FBB) {
520       if (!TII->reverseBranchCondition(Cond)) {
521         TII->removeBranch(*CurMBB);
522         TII->insertBranch(*CurMBB, SuccBB, nullptr, Cond, dl);
523         return;
524       }
525     }
526   }
527   TII->insertBranch(*CurMBB, SuccBB, nullptr,
528                     SmallVector<MachineOperand, 0>(), dl);
529 }
530
531 bool
532 BranchFolder::MergePotentialsElt::operator<(const MergePotentialsElt &o) const {
533   if (getHash() < o.getHash())
534     return true;
535   if (getHash() > o.getHash())
536     return false;
537   if (getBlock()->getNumber() < o.getBlock()->getNumber())
538     return true;
539   if (getBlock()->getNumber() > o.getBlock()->getNumber())
540     return false;
541   // _GLIBCXX_DEBUG checks strict weak ordering, which involves comparing
542   // an object with itself.
543 #ifndef _GLIBCXX_DEBUG
544   llvm_unreachable("Predecessor appears twice");
545 #else
546   return false;
547 #endif
548 }
549
550 BlockFrequency
551 BranchFolder::MBFIWrapper::getBlockFreq(const MachineBasicBlock *MBB) const {
552   auto I = MergedBBFreq.find(MBB);
553
554   if (I != MergedBBFreq.end())
555     return I->second;
556
557   return MBFI.getBlockFreq(MBB);
558 }
559
560 void BranchFolder::MBFIWrapper::setBlockFreq(const MachineBasicBlock *MBB,
561                                              BlockFrequency F) {
562   MergedBBFreq[MBB] = F;
563 }
564
565 raw_ostream &
566 BranchFolder::MBFIWrapper::printBlockFreq(raw_ostream &OS,
567                                           const MachineBasicBlock *MBB) const {
568   return MBFI.printBlockFreq(OS, getBlockFreq(MBB));
569 }
570
571 raw_ostream &
572 BranchFolder::MBFIWrapper::printBlockFreq(raw_ostream &OS,
573                                           const BlockFrequency Freq) const {
574   return MBFI.printBlockFreq(OS, Freq);
575 }
576
577 void BranchFolder::MBFIWrapper::view(const Twine &Name, bool isSimple) {
578   MBFI.view(Name, isSimple);
579 }
580
581 uint64_t
582 BranchFolder::MBFIWrapper::getEntryFreq() const {
583   return MBFI.getEntryFreq();
584 }
585
586 /// CountTerminators - Count the number of terminators in the given
587 /// block and set I to the position of the first non-terminator, if there
588 /// is one, or MBB->end() otherwise.
589 static unsigned CountTerminators(MachineBasicBlock *MBB,
590                                  MachineBasicBlock::iterator &I) {
591   I = MBB->end();
592   unsigned NumTerms = 0;
593   while (true) {
594     if (I == MBB->begin()) {
595       I = MBB->end();
596       break;
597     }
598     --I;
599     if (!I->isTerminator()) break;
600     ++NumTerms;
601   }
602   return NumTerms;
603 }
604
605 /// A no successor, non-return block probably ends in unreachable and is cold.
606 /// Also consider a block that ends in an indirect branch to be a return block,
607 /// since many targets use plain indirect branches to return.
608 static bool blockEndsInUnreachable(const MachineBasicBlock *MBB) {
609   if (!MBB->succ_empty())
610     return false;
611   if (MBB->empty())
612     return true;
613   return !(MBB->back().isReturn() || MBB->back().isIndirectBranch());
614 }
615
616 /// ProfitableToMerge - Check if two machine basic blocks have a common tail
617 /// and decide if it would be profitable to merge those tails.  Return the
618 /// length of the common tail and iterators to the first common instruction
619 /// in each block.
620 /// MBB1, MBB2      The blocks to check
621 /// MinCommonTailLength  Minimum size of tail block to be merged.
622 /// CommonTailLen   Out parameter to record the size of the shared tail between
623 ///                 MBB1 and MBB2
624 /// I1, I2          Iterator references that will be changed to point to the first
625 ///                 instruction in the common tail shared by MBB1,MBB2
626 /// SuccBB          A common successor of MBB1, MBB2 which are in a canonical form
627 ///                 relative to SuccBB
628 /// PredBB          The layout predecessor of SuccBB, if any.
629 /// EHScopeMembership  map from block to EH scope #.
630 /// AfterPlacement  True if we are merging blocks after layout. Stricter
631 ///                 thresholds apply to prevent undoing tail-duplication.
632 static bool
633 ProfitableToMerge(MachineBasicBlock *MBB1, MachineBasicBlock *MBB2,
634                   unsigned MinCommonTailLength, unsigned &CommonTailLen,
635                   MachineBasicBlock::iterator &I1,
636                   MachineBasicBlock::iterator &I2, MachineBasicBlock *SuccBB,
637                   MachineBasicBlock *PredBB,
638                   DenseMap<const MachineBasicBlock *, int> &EHScopeMembership,
639                   bool AfterPlacement) {
640   // It is never profitable to tail-merge blocks from two different EH scopes.
641   if (!EHScopeMembership.empty()) {
642     auto EHScope1 = EHScopeMembership.find(MBB1);
643     assert(EHScope1 != EHScopeMembership.end());
644     auto EHScope2 = EHScopeMembership.find(MBB2);
645     assert(EHScope2 != EHScopeMembership.end());
646     if (EHScope1->second != EHScope2->second)
647       return false;
648   }
649
650   CommonTailLen = ComputeCommonTailLength(MBB1, MBB2, I1, I2);
651   if (CommonTailLen == 0)
652     return false;
653   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Common tail length of " << printMBBReference(*MBB1)
654                     << " and " << printMBBReference(*MBB2) << " is "
655                     << CommonTailLen << '\n');
656
657   // It's almost always profitable to merge any number of non-terminator
658   // instructions with the block that falls through into the common successor.
659   // This is true only for a single successor. For multiple successors, we are
660   // trading a conditional branch for an unconditional one.
661   // TODO: Re-visit successor size for non-layout tail merging.
662   if ((MBB1 == PredBB || MBB2 == PredBB) &&
663       (!AfterPlacement || MBB1->succ_size() == 1)) {
664     MachineBasicBlock::iterator I;
665     unsigned NumTerms = CountTerminators(MBB1 == PredBB ? MBB2 : MBB1, I);
666     if (CommonTailLen > NumTerms)
667       return true;
668   }
669
670   // If these are identical non-return blocks with no successors, merge them.
671   // Such blocks are typically cold calls to noreturn functions like abort, and
672   // are unlikely to become a fallthrough target after machine block placement.
673   // Tail merging these blocks is unlikely to create additional unconditional
674   // branches, and will reduce the size of this cold code.
675   if (I1 == MBB1->begin() && I2 == MBB2->begin() &&
676       blockEndsInUnreachable(MBB1) && blockEndsInUnreachable(MBB2))
677     return true;
678
679   // If one of the blocks can be completely merged and happens to be in
680   // a position where the other could fall through into it, merge any number
681   // of instructions, because it can be done without a branch.
682   // TODO: If the blocks are not adjacent, move one of them so that they are?
683   if (MBB1->isLayoutSuccessor(MBB2) && I2 == MBB2->begin())
684     return true;
685   if (MBB2->isLayoutSuccessor(MBB1) && I1 == MBB1->begin())
686     return true;
687
688   // If both blocks are identical and end in a branch, merge them unless they
689   // both have a fallthrough predecessor and successor.
690   // We can only do this after block placement because it depends on whether
691   // there are fallthroughs, and we don't know until after layout.
692   if (AfterPlacement && I1 == MBB1->begin() && I2 == MBB2->begin()) {
693     auto BothFallThrough = [](MachineBasicBlock *MBB) {
694       if (MBB->succ_size() != 0 && !MBB->canFallThrough())
695         return false;
696       MachineFunction::iterator I(MBB);
697       MachineFunction *MF = MBB->getParent();
698       return (MBB != &*MF->begin()) && std::prev(I)->canFallThrough();
699     };
700     if (!BothFallThrough(MBB1) || !BothFallThrough(MBB2))
701       return true;
702   }
703
704   // If both blocks have an unconditional branch temporarily stripped out,
705   // count that as an additional common instruction for the following
706   // heuristics. This heuristic is only accurate for single-succ blocks, so to
707   // make sure that during layout merging and duplicating don't crash, we check
708   // for that when merging during layout.
709   unsigned EffectiveTailLen = CommonTailLen;
710   if (SuccBB && MBB1 != PredBB && MBB2 != PredBB &&
711       (MBB1->succ_size() == 1 || !AfterPlacement) &&
712       !MBB1->back().isBarrier() &&
713       !MBB2->back().isBarrier())
714     ++EffectiveTailLen;
715
716   // Check if the common tail is long enough to be worthwhile.
717   if (EffectiveTailLen >= MinCommonTailLength)
718     return true;
719
720   // If we are optimizing for code size, 2 instructions in common is enough if
721   // we don't have to split a block.  At worst we will be introducing 1 new
722   // branch instruction, which is likely to be smaller than the 2
723   // instructions that would be deleted in the merge.
724   MachineFunction *MF = MBB1->getParent();
725   return EffectiveTailLen >= 2 && MF->getFunction().optForSize() &&
726          (I1 == MBB1->begin() || I2 == MBB2->begin());
727 }
728
729 unsigned BranchFolder::ComputeSameTails(unsigned CurHash,
730                                         unsigned MinCommonTailLength,
731                                         MachineBasicBlock *SuccBB,
732                                         MachineBasicBlock *PredBB) {
733   unsigned maxCommonTailLength = 0U;
734   SameTails.clear();
735   MachineBasicBlock::iterator TrialBBI1, TrialBBI2;
736   MPIterator HighestMPIter = std::prev(MergePotentials.end());
737   for (MPIterator CurMPIter = std::prev(MergePotentials.end()),
738                   B = MergePotentials.begin();
739        CurMPIter != B && CurMPIter->getHash() == CurHash; --CurMPIter) {
740     for (MPIterator I = std::prev(CurMPIter); I->getHash() == CurHash; --I) {
741       unsigned CommonTailLen;
742       if (ProfitableToMerge(CurMPIter->getBlock(), I->getBlock(),
743                             MinCommonTailLength,
744                             CommonTailLen, TrialBBI1, TrialBBI2,
745                             SuccBB, PredBB,
746                             EHScopeMembership,
747                             AfterBlockPlacement)) {
748         if (CommonTailLen > maxCommonTailLength) {
749           SameTails.clear();
750           maxCommonTailLength = CommonTailLen;
751           HighestMPIter = CurMPIter;
752           SameTails.push_back(SameTailElt(CurMPIter, TrialBBI1));
753         }
754         if (HighestMPIter == CurMPIter &&
755             CommonTailLen == maxCommonTailLength)
756           SameTails.push_back(SameTailElt(I, TrialBBI2));
757       }
758       if (I == B)
759         break;
760     }
761   }
762   return maxCommonTailLength;
763 }
764
765 void BranchFolder::RemoveBlocksWithHash(unsigned CurHash,
766                                         MachineBasicBlock *SuccBB,
767                                         MachineBasicBlock *PredBB) {
768   MPIterator CurMPIter, B;
769   for (CurMPIter = std::prev(MergePotentials.end()),
770       B = MergePotentials.begin();
771        CurMPIter->getHash() == CurHash; --CurMPIter) {
772     // Put the unconditional branch back, if we need one.
773     MachineBasicBlock *CurMBB = CurMPIter->getBlock();
774     if (SuccBB && CurMBB != PredBB)
775       FixTail(CurMBB, SuccBB, TII);
776     if (CurMPIter == B)
777       break;
778   }
779   if (CurMPIter->getHash() != CurHash)
780     CurMPIter++;
781   MergePotentials.erase(CurMPIter, MergePotentials.end());
782 }
783
784 bool BranchFolder::CreateCommonTailOnlyBlock(MachineBasicBlock *&PredBB,
785                                              MachineBasicBlock *SuccBB,
786                                              unsigned maxCommonTailLength,
787                                              unsigned &commonTailIndex) {
788   commonTailIndex = 0;
789   unsigned TimeEstimate = ~0U;
790   for (unsigned i = 0, e = SameTails.size(); i != e; ++i) {
791     // Use PredBB if possible; that doesn't require a new branch.
792     if (SameTails[i].getBlock() == PredBB) {
793       commonTailIndex = i;
794       break;
795     }
796     // Otherwise, make a (fairly bogus) choice based on estimate of
797     // how long it will take the various blocks to execute.
798     unsigned t = EstimateRuntime(SameTails[i].getBlock()->begin(),
799                                  SameTails[i].getTailStartPos());
800     if (t <= TimeEstimate) {
801       TimeEstimate = t;
802       commonTailIndex = i;
803     }
804   }
805
806   MachineBasicBlock::iterator BBI =
807     SameTails[commonTailIndex].getTailStartPos();
808   MachineBasicBlock *MBB = SameTails[commonTailIndex].getBlock();
809
810   LLVM_DEBUG(dbgs() << "\nSplitting " << printMBBReference(*MBB) << ", size "
811                     << maxCommonTailLength);
812
813   // If the split block unconditionally falls-thru to SuccBB, it will be
814   // merged. In control flow terms it should then take SuccBB's name. e.g. If
815   // SuccBB is an inner loop, the common tail is still part of the inner loop.
816   const BasicBlock *BB = (SuccBB && MBB->succ_size() == 1) ?
817     SuccBB->getBasicBlock() : MBB->getBasicBlock();
818   MachineBasicBlock *newMBB = SplitMBBAt(*MBB, BBI, BB);
819   if (!newMBB) {
820     LLVM_DEBUG(dbgs() << "... failed!");
821     return false;
822   }
823
824   SameTails[commonTailIndex].setBlock(newMBB);
825   SameTails[commonTailIndex].setTailStartPos(newMBB->begin());
826
827   // If we split PredBB, newMBB is the new predecessor.
828   if (PredBB == MBB)
829     PredBB = newMBB;
830
831   return true;
832 }
833
834 static void
835 mergeOperations(MachineBasicBlock::iterator MBBIStartPos,
836                 MachineBasicBlock &MBBCommon) {
837   MachineBasicBlock *MBB = MBBIStartPos->getParent();
838   // Note CommonTailLen does not necessarily matches the size of
839   // the common BB nor all its instructions because of debug
840   // instructions differences.
841   unsigned CommonTailLen = 0;
842   for (auto E = MBB->end(); MBBIStartPos != E; ++MBBIStartPos)
843     ++CommonTailLen;
844
845   MachineBasicBlock::reverse_iterator MBBI = MBB->rbegin();
846   MachineBasicBlock::reverse_iterator MBBIE = MBB->rend();
847   MachineBasicBlock::reverse_iterator MBBICommon = MBBCommon.rbegin();
848   MachineBasicBlock::reverse_iterator MBBIECommon = MBBCommon.rend();
849
850   while (CommonTailLen--) {
851     assert(MBBI != MBBIE && "Reached BB end within common tail length!");
852     (void)MBBIE;
853
854     if (!countsAsInstruction(*MBBI)) {
855       ++MBBI;
856       continue;
857     }
858
859     while ((MBBICommon != MBBIECommon) && !countsAsInstruction(*MBBICommon))
860       ++MBBICommon;
861
862     assert(MBBICommon != MBBIECommon &&
863            "Reached BB end within common tail length!");
864     assert(MBBICommon->isIdenticalTo(*MBBI) && "Expected matching MIIs!");
865
866     // Merge MMOs from memory operations in the common block.
867     if (MBBICommon->mayLoad() || MBBICommon->mayStore())
868       MBBICommon->setMemRefs(MBBICommon->mergeMemRefsWith(*MBBI));
869     // Drop undef flags if they aren't present in all merged instructions.
870     for (unsigned I = 0, E = MBBICommon->getNumOperands(); I != E; ++I) {
871       MachineOperand &MO = MBBICommon->getOperand(I);
872       if (MO.isReg() && MO.isUndef()) {
873         const MachineOperand &OtherMO = MBBI->getOperand(I);
874         if (!OtherMO.isUndef())
875           MO.setIsUndef(false);
876       }
877     }
878
879     ++MBBI;
880     ++MBBICommon;
881   }
882 }
883
884 void BranchFolder::mergeCommonTails(unsigned commonTailIndex) {
885   MachineBasicBlock *MBB = SameTails[commonTailIndex].getBlock();
886
887   std::vector<MachineBasicBlock::iterator> NextCommonInsts(SameTails.size());
888   for (unsigned int i = 0 ; i != SameTails.size() ; ++i) {
889     if (i != commonTailIndex) {
890       NextCommonInsts[i] = SameTails[i].getTailStartPos();
891       mergeOperations(SameTails[i].getTailStartPos(), *MBB);
892     } else {
893       assert(SameTails[i].getTailStartPos() == MBB->begin() &&
894           "MBB is not a common tail only block");
895     }
896   }
897
898   for (auto &MI : *MBB) {
899     if (!countsAsInstruction(MI))
900       continue;
901     DebugLoc DL = MI.getDebugLoc();
902     for (unsigned int i = 0 ; i < NextCommonInsts.size() ; i++) {
903       if (i == commonTailIndex)
904         continue;
905
906       auto &Pos = NextCommonInsts[i];
907       assert(Pos != SameTails[i].getBlock()->end() &&
908           "Reached BB end within common tail");
909       while (!countsAsInstruction(*Pos)) {
910         ++Pos;
911         assert(Pos != SameTails[i].getBlock()->end() &&
912             "Reached BB end within common tail");
913       }
914       assert(MI.isIdenticalTo(*Pos) && "Expected matching MIIs!");
915       DL = DILocation::getMergedLocation(DL, Pos->getDebugLoc());
916       NextCommonInsts[i] = ++Pos;
917     }
918     MI.setDebugLoc(DL);
919   }
920
921   if (UpdateLiveIns) {
922     LivePhysRegs NewLiveIns(*TRI);
923     computeLiveIns(NewLiveIns, *MBB);
924     LiveRegs.init(*TRI);
925
926     // The flag merging may lead to some register uses no longer using the
927     // <undef> flag, add IMPLICIT_DEFs in the predecessors as necessary.
928     for (MachineBasicBlock *Pred : MBB->predecessors()) {
929       LiveRegs.clear();
930       LiveRegs.addLiveOuts(*Pred);
931       MachineBasicBlock::iterator InsertBefore = Pred->getFirstTerminator();
932       for (unsigned Reg : NewLiveIns) {
933         if (!LiveRegs.available(*MRI, Reg))
934           continue;
935         DebugLoc DL;
936         BuildMI(*Pred, InsertBefore, DL, TII->get(TargetOpcode::IMPLICIT_DEF),
937                 Reg);
938       }
939     }
940
941     MBB->clearLiveIns();
942     addLiveIns(*MBB, NewLiveIns);
943   }
944 }
945
946 // See if any of the blocks in MergePotentials (which all have SuccBB as a
947 // successor, or all have no successor if it is null) can be tail-merged.
948 // If there is a successor, any blocks in MergePotentials that are not
949 // tail-merged and are not immediately before Succ must have an unconditional
950 // branch to Succ added (but the predecessor/successor lists need no
951 // adjustment). The lone predecessor of Succ that falls through into Succ,
952 // if any, is given in PredBB.
953 // MinCommonTailLength - Except for the special cases below, tail-merge if
954 // there are at least this many instructions in common.
955 bool BranchFolder::TryTailMergeBlocks(MachineBasicBlock *SuccBB,
956                                       MachineBasicBlock *PredBB,
957                                       unsigned MinCommonTailLength) {
958   bool MadeChange = false;
959
960   LLVM_DEBUG(
961       dbgs() << "\nTryTailMergeBlocks: ";
962       for (unsigned i = 0, e = MergePotentials.size(); i != e; ++i) dbgs()
963       << printMBBReference(*MergePotentials[i].getBlock())
964       << (i == e - 1 ? "" : ", ");
965       dbgs() << "\n"; if (SuccBB) {
966         dbgs() << "  with successor " << printMBBReference(*SuccBB) << '\n';
967         if (PredBB)
968           dbgs() << "  which has fall-through from "
969                  << printMBBReference(*PredBB) << "\n";
970       } dbgs() << "Looking for common tails of at least "
971                << MinCommonTailLength << " instruction"
972                << (MinCommonTailLength == 1 ? "" : "s") << '\n';);
973
974   // Sort by hash value so that blocks with identical end sequences sort
975   // together.
976   array_pod_sort(MergePotentials.begin(), MergePotentials.end());
977
978   // Walk through equivalence sets looking for actual exact matches.
979   while (MergePotentials.size() > 1) {
980     unsigned CurHash = MergePotentials.back().getHash();
981
982     // Build SameTails, identifying the set of blocks with this hash code
983     // and with the maximum number of instructions in common.
984     unsigned maxCommonTailLength = ComputeSameTails(CurHash,
985                                                     MinCommonTailLength,
986                                                     SuccBB, PredBB);
987
988     // If we didn't find any pair that has at least MinCommonTailLength
989     // instructions in common, remove all blocks with this hash code and retry.
990     if (SameTails.empty()) {
991       RemoveBlocksWithHash(CurHash, SuccBB, PredBB);
992       continue;
993     }
994
995     // If one of the blocks is the entire common tail (and not the entry
996     // block, which we can't jump to), we can treat all blocks with this same
997     // tail at once.  Use PredBB if that is one of the possibilities, as that
998     // will not introduce any extra branches.
999     MachineBasicBlock *EntryBB =
1000         &MergePotentials.front().getBlock()->getParent()->front();
1001     unsigned commonTailIndex = SameTails.size();
1002     // If there are two blocks, check to see if one can be made to fall through
1003     // into the other.
1004     if (SameTails.size() == 2 &&
1005         SameTails[0].getBlock()->isLayoutSuccessor(SameTails[1].getBlock()) &&
1006         SameTails[1].tailIsWholeBlock())
1007       commonTailIndex = 1;
1008     else if (SameTails.size() == 2 &&
1009              SameTails[1].getBlock()->isLayoutSuccessor(
1010                                                      SameTails[0].getBlock()) &&
1011              SameTails[0].tailIsWholeBlock())
1012       commonTailIndex = 0;
1013     else {
1014       // Otherwise just pick one, favoring the fall-through predecessor if
1015       // there is one.
1016       for (unsigned i = 0, e = SameTails.size(); i != e; ++i) {
1017         MachineBasicBlock *MBB = SameTails[i].getBlock();
1018         if (MBB == EntryBB && SameTails[i].tailIsWholeBlock())
1019           continue;
1020         if (MBB == PredBB) {
1021           commonTailIndex = i;
1022           break;
1023         }
1024         if (SameTails[i].tailIsWholeBlock())
1025           commonTailIndex = i;
1026       }
1027     }
1028
1029     if (commonTailIndex == SameTails.size() ||
1030         (SameTails[commonTailIndex].getBlock() == PredBB &&
1031          !SameTails[commonTailIndex].tailIsWholeBlock())) {
1032       // None of the blocks consist entirely of the common tail.
1033       // Split a block so that one does.
1034       if (!CreateCommonTailOnlyBlock(PredBB, SuccBB,
1035                                      maxCommonTailLength, commonTailIndex)) {
1036         RemoveBlocksWithHash(CurHash, SuccBB, PredBB);
1037         continue;
1038       }
1039     }
1040
1041     MachineBasicBlock *MBB = SameTails[commonTailIndex].getBlock();
1042
1043     // Recompute common tail MBB's edge weights and block frequency.
1044     setCommonTailEdgeWeights(*MBB);
1045
1046     // Merge debug locations, MMOs and undef flags across identical instructions
1047     // for common tail.
1048     mergeCommonTails(commonTailIndex);
1049
1050     // MBB is common tail.  Adjust all other BB's to jump to this one.
1051     // Traversal must be forwards so erases work.
1052     LLVM_DEBUG(dbgs() << "\nUsing common tail in " << printMBBReference(*MBB)
1053                       << " for ");
1054     for (unsigned int i=0, e = SameTails.size(); i != e; ++i) {
1055       if (commonTailIndex == i)
1056         continue;
1057       LLVM_DEBUG(dbgs() << printMBBReference(*SameTails[i].getBlock())
1058                         << (i == e - 1 ? "" : ", "));
1059       // Hack the end off BB i, making it jump to BB commonTailIndex instead.
1060       replaceTailWithBranchTo(SameTails[i].getTailStartPos(), *MBB);
1061       // BB i is no longer a predecessor of SuccBB; remove it from the worklist.
1062       MergePotentials.erase(SameTails[i].getMPIter());
1063     }
1064     LLVM_DEBUG(dbgs() << "\n");
1065     // We leave commonTailIndex in the worklist in case there are other blocks
1066     // that match it with a smaller number of instructions.
1067     MadeChange = true;
1068   }
1069   return MadeChange;
1070 }
1071
1072 bool BranchFolder::TailMergeBlocks(MachineFunction &MF) {
1073   bool MadeChange = false;
1074   if (!EnableTailMerge) return MadeChange;
1075
1076   // First find blocks with no successors.
1077   // Block placement does not create new tail merging opportunities for these
1078   // blocks.
1079   if (!AfterBlockPlacement) {
1080     MergePotentials.clear();
1081     for (MachineBasicBlock &MBB : MF) {
1082       if (MergePotentials.size() == TailMergeThreshold)
1083         break;
1084       if (!TriedMerging.count(&MBB) && MBB.succ_empty())
1085         MergePotentials.push_back(MergePotentialsElt(HashEndOfMBB(MBB), &MBB));
1086     }
1087
1088     // If this is a large problem, avoid visiting the same basic blocks
1089     // multiple times.
1090     if (MergePotentials.size() == TailMergeThreshold)
1091       for (unsigned i = 0, e = MergePotentials.size(); i != e; ++i)
1092         TriedMerging.insert(MergePotentials[i].getBlock());
1093
1094     // See if we can do any tail merging on those.
1095     if (MergePotentials.size() >= 2)
1096       MadeChange |= TryTailMergeBlocks(nullptr, nullptr, MinCommonTailLength);
1097   }
1098
1099   // Look at blocks (IBB) with multiple predecessors (PBB).
1100   // We change each predecessor to a canonical form, by
1101   // (1) temporarily removing any unconditional branch from the predecessor
1102   // to IBB, and
1103   // (2) alter conditional branches so they branch to the other block
1104   // not IBB; this may require adding back an unconditional branch to IBB
1105   // later, where there wasn't one coming in.  E.g.
1106   //   Bcc IBB
1107   //   fallthrough to QBB
1108   // here becomes
1109   //   Bncc QBB
1110   // with a conceptual B to IBB after that, which never actually exists.
1111   // With those changes, we see whether the predecessors' tails match,
1112   // and merge them if so.  We change things out of canonical form and
1113   // back to the way they were later in the process.  (OptimizeBranches
1114   // would undo some of this, but we can't use it, because we'd get into
1115   // a compile-time infinite loop repeatedly doing and undoing the same
1116   // transformations.)
1117
1118   for (MachineFunction::iterator I = std::next(MF.begin()), E = MF.end();
1119        I != E; ++I) {
1120     if (I->pred_size() < 2) continue;
1121     SmallPtrSet<MachineBasicBlock *, 8> UniquePreds;
1122     MachineBasicBlock *IBB = &*I;
1123     MachineBasicBlock *PredBB = &*std::prev(I);
1124     MergePotentials.clear();
1125     MachineLoop *ML;
1126
1127     // Bail if merging after placement and IBB is the loop header because
1128     // -- If merging predecessors that belong to the same loop as IBB, the
1129     // common tail of merged predecessors may become the loop top if block
1130     // placement is called again and the predecessors may branch to this common
1131     // tail and require more branches. This can be relaxed if
1132     // MachineBlockPlacement::findBestLoopTop is more flexible.
1133     // --If merging predecessors that do not belong to the same loop as IBB, the
1134     // loop info of IBB's loop and the other loops may be affected. Calling the
1135     // block placement again may make big change to the layout and eliminate the
1136     // reason to do tail merging here.
1137     if (AfterBlockPlacement && MLI) {
1138       ML = MLI->getLoopFor(IBB);
1139       if (ML && IBB == ML->getHeader())
1140         continue;
1141     }
1142
1143     for (MachineBasicBlock *PBB : I->predecessors()) {
1144       if (MergePotentials.size() == TailMergeThreshold)
1145         break;
1146
1147       if (TriedMerging.count(PBB))
1148         continue;
1149
1150       // Skip blocks that loop to themselves, can't tail merge these.
1151       if (PBB == IBB)
1152         continue;
1153
1154       // Visit each predecessor only once.
1155       if (!UniquePreds.insert(PBB).second)
1156         continue;
1157
1158       // Skip blocks which may jump to a landing pad. Can't tail merge these.
1159       if (PBB->hasEHPadSuccessor())
1160         continue;
1161
1162       // After block placement, only consider predecessors that belong to the
1163       // same loop as IBB.  The reason is the same as above when skipping loop
1164       // header.
1165       if (AfterBlockPlacement && MLI)
1166         if (ML != MLI->getLoopFor(PBB))
1167           continue;
1168
1169       MachineBasicBlock *TBB = nullptr, *FBB = nullptr;
1170       SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
1171       if (!TII->analyzeBranch(*PBB, TBB, FBB, Cond, true)) {
1172         // Failing case: IBB is the target of a cbr, and we cannot reverse the
1173         // branch.
1174         SmallVector<MachineOperand, 4> NewCond(Cond);
1175         if (!Cond.empty() && TBB == IBB) {
1176           if (TII->reverseBranchCondition(NewCond))
1177             continue;
1178           // This is the QBB case described above
1179           if (!FBB) {
1180             auto Next = ++PBB->getIterator();
1181             if (Next != MF.end())
1182               FBB = &*Next;
1183           }
1184         }
1185
1186         // Failing case: the only way IBB can be reached from PBB is via
1187         // exception handling.  Happens for landing pads.  Would be nice to have
1188         // a bit in the edge so we didn't have to do all this.
1189         if (IBB->isEHPad()) {
1190           MachineFunction::iterator IP = ++PBB->getIterator();
1191           MachineBasicBlock *PredNextBB = nullptr;
1192           if (IP != MF.end())
1193             PredNextBB = &*IP;
1194           if (!TBB) {
1195             if (IBB != PredNextBB)      // fallthrough
1196               continue;
1197           } else if (FBB) {
1198             if (TBB != IBB && FBB != IBB)   // cbr then ubr
1199               continue;
1200           } else if (Cond.empty()) {
1201             if (TBB != IBB)               // ubr
1202               continue;
1203           } else {
1204             if (TBB != IBB && IBB != PredNextBB)  // cbr
1205               continue;
1206           }
1207         }
1208
1209         // Remove the unconditional branch at the end, if any.
1210         if (TBB && (Cond.empty() || FBB)) {
1211           DebugLoc dl = PBB->findBranchDebugLoc();
1212           TII->removeBranch(*PBB);
1213           if (!Cond.empty())
1214             // reinsert conditional branch only, for now
1215             TII->insertBranch(*PBB, (TBB == IBB) ? FBB : TBB, nullptr,
1216                               NewCond, dl);
1217         }
1218
1219         MergePotentials.push_back(MergePotentialsElt(HashEndOfMBB(*PBB), PBB));
1220       }
1221     }
1222
1223     // If this is a large problem, avoid visiting the same basic blocks multiple
1224     // times.
1225     if (MergePotentials.size() == TailMergeThreshold)
1226       for (unsigned i = 0, e = MergePotentials.size(); i != e; ++i)
1227         TriedMerging.insert(MergePotentials[i].getBlock());
1228
1229     if (MergePotentials.size() >= 2)
1230       MadeChange |= TryTailMergeBlocks(IBB, PredBB, MinCommonTailLength);
1231
1232     // Reinsert an unconditional branch if needed. The 1 below can occur as a
1233     // result of removing blocks in TryTailMergeBlocks.
1234     PredBB = &*std::prev(I); // this may have been changed in TryTailMergeBlocks
1235     if (MergePotentials.size() == 1 &&
1236         MergePotentials.begin()->getBlock() != PredBB)
1237       FixTail(MergePotentials.begin()->getBlock(), IBB, TII);
1238   }
1239
1240   return MadeChange;
1241 }
1242
1243 void BranchFolder::setCommonTailEdgeWeights(MachineBasicBlock &TailMBB) {
1244   SmallVector<BlockFrequency, 2> EdgeFreqLs(TailMBB.succ_size());
1245   BlockFrequency AccumulatedMBBFreq;
1246
1247   // Aggregate edge frequency of successor edge j:
1248   //  edgeFreq(j) = sum (freq(bb) * edgeProb(bb, j)),
1249   //  where bb is a basic block that is in SameTails.
1250   for (const auto &Src : SameTails) {
1251     const MachineBasicBlock *SrcMBB = Src.getBlock();
1252     BlockFrequency BlockFreq = MBBFreqInfo.getBlockFreq(SrcMBB);
1253     AccumulatedMBBFreq += BlockFreq;
1254
1255     // It is not necessary to recompute edge weights if TailBB has less than two
1256     // successors.
1257     if (TailMBB.succ_size() <= 1)
1258       continue;
1259
1260     auto EdgeFreq = EdgeFreqLs.begin();
1261
1262     for (auto SuccI = TailMBB.succ_begin(), SuccE = TailMBB.succ_end();
1263          SuccI != SuccE; ++SuccI, ++EdgeFreq)
1264       *EdgeFreq += BlockFreq * MBPI.getEdgeProbability(SrcMBB, *SuccI);
1265   }
1266
1267   MBBFreqInfo.setBlockFreq(&TailMBB, AccumulatedMBBFreq);
1268
1269   if (TailMBB.succ_size() <= 1)
1270     return;
1271
1272   auto SumEdgeFreq =
1273       std::accumulate(EdgeFreqLs.begin(), EdgeFreqLs.end(), BlockFrequency(0))
1274           .getFrequency();
1275   auto EdgeFreq = EdgeFreqLs.begin();
1276
1277   if (SumEdgeFreq > 0) {
1278     for (auto SuccI = TailMBB.succ_begin(), SuccE = TailMBB.succ_end();
1279          SuccI != SuccE; ++SuccI, ++EdgeFreq) {
1280       auto Prob = BranchProbability::getBranchProbability(
1281           EdgeFreq->getFrequency(), SumEdgeFreq);
1282       TailMBB.setSuccProbability(SuccI, Prob);
1283     }
1284   }
1285 }
1286
1287 //===----------------------------------------------------------------------===//
1288 //  Branch Optimization
1289 //===----------------------------------------------------------------------===//
1290
1291 bool BranchFolder::OptimizeBranches(MachineFunction &MF) {
1292   bool MadeChange = false;
1293
1294   // Make sure blocks are numbered in order
1295   MF.RenumberBlocks();
1296   // Renumbering blocks alters EH scope membership, recalculate it.
1297   EHScopeMembership = getEHScopeMembership(MF);
1298
1299   for (MachineFunction::iterator I = std::next(MF.begin()), E = MF.end();
1300        I != E; ) {
1301     MachineBasicBlock *MBB = &*I++;
1302     MadeChange |= OptimizeBlock(MBB);
1303
1304     // If it is dead, remove it.
1305     if (MBB->pred_empty()) {
1306       RemoveDeadBlock(MBB);
1307       MadeChange = true;
1308       ++NumDeadBlocks;
1309     }
1310   }
1311
1312   return MadeChange;
1313 }
1314
1315 // Blocks should be considered empty if they contain only debug info;
1316 // else the debug info would affect codegen.
1317 static bool IsEmptyBlock(MachineBasicBlock *MBB) {
1318   return MBB->getFirstNonDebugInstr() == MBB->end();
1319 }
1320
1321 // Blocks with only debug info and branches should be considered the same
1322 // as blocks with only branches.
1323 static bool IsBranchOnlyBlock(MachineBasicBlock *MBB) {
1324   MachineBasicBlock::iterator I = MBB->getFirstNonDebugInstr();
1325   assert(I != MBB->end() && "empty block!");
1326   return I->isBranch();
1327 }
1328
1329 /// IsBetterFallthrough - Return true if it would be clearly better to
1330 /// fall-through to MBB1 than to fall through into MBB2.  This has to return
1331 /// a strict ordering, returning true for both (MBB1,MBB2) and (MBB2,MBB1) will
1332 /// result in infinite loops.
1333 static bool IsBetterFallthrough(MachineBasicBlock *MBB1,
1334                                 MachineBasicBlock *MBB2) {
1335   // Right now, we use a simple heuristic.  If MBB2 ends with a call, and
1336   // MBB1 doesn't, we prefer to fall through into MBB1.  This allows us to
1337   // optimize branches that branch to either a return block or an assert block
1338   // into a fallthrough to the return.
1339   MachineBasicBlock::iterator MBB1I = MBB1->getLastNonDebugInstr();
1340   MachineBasicBlock::iterator MBB2I = MBB2->getLastNonDebugInstr();
1341   if (MBB1I == MBB1->end() || MBB2I == MBB2->end())
1342     return false;
1343
1344   // If there is a clear successor ordering we make sure that one block
1345   // will fall through to the next
1346   if (MBB1->isSuccessor(MBB2)) return true;
1347   if (MBB2->isSuccessor(MBB1)) return false;
1348
1349   return MBB2I->isCall() && !MBB1I->isCall();
1350 }
1351
1352 /// getBranchDebugLoc - Find and return, if any, the DebugLoc of the branch
1353 /// instructions on the block.
1354 static DebugLoc getBranchDebugLoc(MachineBasicBlock &MBB) {
1355   MachineBasicBlock::iterator I = MBB.getLastNonDebugInstr();
1356   if (I != MBB.end() && I->isBranch())
1357     return I->getDebugLoc();
1358   return DebugLoc();
1359 }
1360
1361 static void copyDebugInfoToPredecessor(const TargetInstrInfo *TII,
1362                                        MachineBasicBlock &MBB,
1363                                        MachineBasicBlock &PredMBB) {
1364   auto InsertBefore = PredMBB.getFirstTerminator();
1365   for (MachineInstr &MI : MBB.instrs())
1366     if (MI.isDebugValue()) {
1367       TII->duplicate(PredMBB, InsertBefore, MI);
1368       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Copied debug value from empty block to pred: "
1369                         << MI);
1370     }
1371 }
1372
1373 static void copyDebugInfoToSuccessor(const TargetInstrInfo *TII,
1374                                      MachineBasicBlock &MBB,
1375                                      MachineBasicBlock &SuccMBB) {
1376   auto InsertBefore = SuccMBB.SkipPHIsAndLabels(SuccMBB.begin());
1377   for (MachineInstr &MI : MBB.instrs())
1378     if (MI.isDebugValue()) {
1379       TII->duplicate(SuccMBB, InsertBefore, MI);
1380       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Copied debug value from empty block to succ: "
1381                         << MI);
1382     }
1383 }
1384
1385 // Try to salvage DBG_VALUE instructions from an otherwise empty block. If such
1386 // a basic block is removed we would lose the debug information unless we have
1387 // copied the information to a predecessor/successor.
1388 //
1389 // TODO: This function only handles some simple cases. An alternative would be
1390 // to run a heavier analysis, such as the LiveDebugValues pass, before we do
1391 // branch folding.
1392 static void salvageDebugInfoFromEmptyBlock(const TargetInstrInfo *TII,
1393                                            MachineBasicBlock &MBB) {
1394   assert(IsEmptyBlock(&MBB) && "Expected an empty block (except debug info).");
1395   // If this MBB is the only predecessor of a successor it is legal to copy
1396   // DBG_VALUE instructions to the beginning of the successor.
1397   for (MachineBasicBlock *SuccBB : MBB.successors())
1398     if (SuccBB->pred_size() == 1)
1399       copyDebugInfoToSuccessor(TII, MBB, *SuccBB);
1400   // If this MBB is the only successor of a predecessor it is legal to copy the
1401   // DBG_VALUE instructions to the end of the predecessor (just before the
1402   // terminators, assuming that the terminator isn't affecting the DBG_VALUE).
1403   for (MachineBasicBlock *PredBB : MBB.predecessors())
1404     if (PredBB->succ_size() == 1)
1405       copyDebugInfoToPredecessor(TII, MBB, *PredBB);
1406 }
1407
1408 bool BranchFolder::OptimizeBlock(MachineBasicBlock *MBB) {
1409   bool MadeChange = false;
1410   MachineFunction &MF = *MBB->getParent();
1411 ReoptimizeBlock:
1412
1413   MachineFunction::iterator FallThrough = MBB->getIterator();
1414   ++FallThrough;
1415
1416   // Make sure MBB and FallThrough belong to the same EH scope.
1417   bool SameEHScope = true;
1418   if (!EHScopeMembership.empty() && FallThrough != MF.end()) {
1419     auto MBBEHScope = EHScopeMembership.find(MBB);
1420     assert(MBBEHScope != EHScopeMembership.end());
1421     auto FallThroughEHScope = EHScopeMembership.find(&*FallThrough);
1422     assert(FallThroughEHScope != EHScopeMembership.end());
1423     SameEHScope = MBBEHScope->second == FallThroughEHScope->second;
1424   }
1425
1426   // If this block is empty, make everyone use its fall-through, not the block
1427   // explicitly.  Landing pads should not do this since the landing-pad table
1428   // points to this block.  Blocks with their addresses taken shouldn't be
1429   // optimized away.
1430   if (IsEmptyBlock(MBB) && !MBB->isEHPad() && !MBB->hasAddressTaken() &&
1431       SameEHScope) {
1432     salvageDebugInfoFromEmptyBlock(TII, *MBB);
1433     // Dead block?  Leave for cleanup later.
1434     if (MBB->pred_empty()) return MadeChange;
1435
1436     if (FallThrough == MF.end()) {
1437       // TODO: Simplify preds to not branch here if possible!
1438     } else if (FallThrough->isEHPad()) {
1439       // Don't rewrite to a landing pad fallthough.  That could lead to the case
1440       // where a BB jumps to more than one landing pad.
1441       // TODO: Is it ever worth rewriting predecessors which don't already
1442       // jump to a landing pad, and so can safely jump to the fallthrough?
1443     } else if (MBB->isSuccessor(&*FallThrough)) {
1444       // Rewrite all predecessors of the old block to go to the fallthrough
1445       // instead.
1446       while (!MBB->pred_empty()) {
1447         MachineBasicBlock *Pred = *(MBB->pred_end()-1);
1448         Pred->ReplaceUsesOfBlockWith(MBB, &*FallThrough);
1449       }
1450       // If MBB was the target of a jump table, update jump tables to go to the
1451       // fallthrough instead.
1452       if (MachineJumpTableInfo *MJTI = MF.getJumpTableInfo())
1453         MJTI->ReplaceMBBInJumpTables(MBB, &*FallThrough);
1454       MadeChange = true;
1455     }
1456     return MadeChange;
1457   }
1458
1459   // Check to see if we can simplify the terminator of the block before this
1460   // one.
1461   MachineBasicBlock &PrevBB = *std::prev(MachineFunction::iterator(MBB));
1462
1463   MachineBasicBlock *PriorTBB = nullptr, *PriorFBB = nullptr;
1464   SmallVector<MachineOperand, 4> PriorCond;
1465   bool PriorUnAnalyzable =
1466       TII->analyzeBranch(PrevBB, PriorTBB, PriorFBB, PriorCond, true);
1467   if (!PriorUnAnalyzable) {
1468     // If the CFG for the prior block has extra edges, remove them.
1469     MadeChange |= PrevBB.CorrectExtraCFGEdges(PriorTBB, PriorFBB,
1470                                               !PriorCond.empty());
1471
1472     // If the previous branch is conditional and both conditions go to the same
1473     // destination, remove the branch, replacing it with an unconditional one or
1474     // a fall-through.
1475     if (PriorTBB && PriorTBB == PriorFBB) {
1476       DebugLoc dl = getBranchDebugLoc(PrevBB);
1477       TII->removeBranch(PrevBB);
1478       PriorCond.clear();
1479       if (PriorTBB != MBB)
1480         TII->insertBranch(PrevBB, PriorTBB, nullptr, PriorCond, dl);
1481       MadeChange = true;
1482       ++NumBranchOpts;
1483       goto ReoptimizeBlock;
1484     }
1485
1486     // If the previous block unconditionally falls through to this block and
1487     // this block has no other predecessors, move the contents of this block
1488     // into the prior block. This doesn't usually happen when SimplifyCFG
1489     // has been used, but it can happen if tail merging splits a fall-through
1490     // predecessor of a block.
1491     // This has to check PrevBB->succ_size() because EH edges are ignored by
1492     // AnalyzeBranch.
1493     if (PriorCond.empty() && !PriorTBB && MBB->pred_size() == 1 &&
1494         PrevBB.succ_size() == 1 &&
1495         !MBB->hasAddressTaken() && !MBB->isEHPad()) {
1496       LLVM_DEBUG(dbgs() << "\nMerging into block: " << PrevBB
1497                         << "From MBB: " << *MBB);
1498       // Remove redundant DBG_VALUEs first.
1499       if (PrevBB.begin() != PrevBB.end()) {
1500         MachineBasicBlock::iterator PrevBBIter = PrevBB.end();
1501         --PrevBBIter;
1502         MachineBasicBlock::iterator MBBIter = MBB->begin();
1503         // Check if DBG_VALUE at the end of PrevBB is identical to the
1504         // DBG_VALUE at the beginning of MBB.
1505         while (PrevBBIter != PrevBB.begin() && MBBIter != MBB->end()
1506                && PrevBBIter->isDebugInstr() && MBBIter->isDebugInstr()) {
1507           if (!MBBIter->isIdenticalTo(*PrevBBIter))
1508             break;
1509           MachineInstr &DuplicateDbg = *MBBIter;
1510           ++MBBIter; -- PrevBBIter;
1511           DuplicateDbg.eraseFromParent();
1512         }
1513       }
1514       PrevBB.splice(PrevBB.end(), MBB, MBB->begin(), MBB->end());
1515       PrevBB.removeSuccessor(PrevBB.succ_begin());
1516       assert(PrevBB.succ_empty());
1517       PrevBB.transferSuccessors(MBB);
1518       MadeChange = true;
1519       return MadeChange;
1520     }
1521
1522     // If the previous branch *only* branches to *this* block (conditional or
1523     // not) remove the branch.
1524     if (PriorTBB == MBB && !PriorFBB) {
1525       TII->removeBranch(PrevBB);
1526       MadeChange = true;
1527       ++NumBranchOpts;
1528       goto ReoptimizeBlock;
1529     }
1530
1531     // If the prior block branches somewhere else on the condition and here if
1532     // the condition is false, remove the uncond second branch.
1533     if (PriorFBB == MBB) {
1534       DebugLoc dl = getBranchDebugLoc(PrevBB);
1535       TII->removeBranch(PrevBB);
1536       TII->insertBranch(PrevBB, PriorTBB, nullptr, PriorCond, dl);
1537       MadeChange = true;
1538       ++NumBranchOpts;
1539       goto ReoptimizeBlock;
1540     }
1541
1542     // If the prior block branches here on true and somewhere else on false, and
1543     // if the branch condition is reversible, reverse the branch to create a
1544     // fall-through.
1545     if (PriorTBB == MBB) {
1546       SmallVector<MachineOperand, 4> NewPriorCond(PriorCond);
1547       if (!TII->reverseBranchCondition(NewPriorCond)) {
1548         DebugLoc dl = getBranchDebugLoc(PrevBB);
1549         TII->removeBranch(PrevBB);
1550         TII->insertBranch(PrevBB, PriorFBB, nullptr, NewPriorCond, dl);
1551         MadeChange = true;
1552         ++NumBranchOpts;
1553         goto ReoptimizeBlock;
1554       }
1555     }
1556
1557     // If this block has no successors (e.g. it is a return block or ends with
1558     // a call to a no-return function like abort or __cxa_throw) and if the pred
1559     // falls through into this block, and if it would otherwise fall through
1560     // into the block after this, move this block to the end of the function.
1561     //
1562     // We consider it more likely that execution will stay in the function (e.g.
1563     // due to loops) than it is to exit it.  This asserts in loops etc, moving
1564     // the assert condition out of the loop body.
1565     if (MBB->succ_empty() && !PriorCond.empty() && !PriorFBB &&
1566         MachineFunction::iterator(PriorTBB) == FallThrough &&
1567         !MBB->canFallThrough()) {
1568       bool DoTransform = true;
1569
1570       // We have to be careful that the succs of PredBB aren't both no-successor
1571       // blocks.  If neither have successors and if PredBB is the second from
1572       // last block in the function, we'd just keep swapping the two blocks for
1573       // last.  Only do the swap if one is clearly better to fall through than
1574       // the other.
1575       if (FallThrough == --MF.end() &&
1576           !IsBetterFallthrough(PriorTBB, MBB))
1577         DoTransform = false;
1578
1579       if (DoTransform) {
1580         // Reverse the branch so we will fall through on the previous true cond.
1581         SmallVector<MachineOperand, 4> NewPriorCond(PriorCond);
1582         if (!TII->reverseBranchCondition(NewPriorCond)) {
1583           LLVM_DEBUG(dbgs() << "\nMoving MBB: " << *MBB
1584                             << "To make fallthrough to: " << *PriorTBB << "\n");
1585
1586           DebugLoc dl = getBranchDebugLoc(PrevBB);
1587           TII->removeBranch(PrevBB);
1588           TII->insertBranch(PrevBB, MBB, nullptr, NewPriorCond, dl);
1589
1590           // Move this block to the end of the function.
1591           MBB->moveAfter(&MF.back());
1592           MadeChange = true;
1593           ++NumBranchOpts;
1594           return MadeChange;
1595         }
1596       }
1597     }
1598   }
1599
1600   if (!IsEmptyBlock(MBB) && MBB->pred_size() == 1 &&
1601       MF.getFunction().optForSize()) {
1602     // Changing "Jcc foo; foo: jmp bar;" into "Jcc bar;" might change the branch
1603     // direction, thereby defeating careful block placement and regressing
1604     // performance. Therefore, only consider this for optsize functions.
1605     MachineInstr &TailCall = *MBB->getFirstNonDebugInstr();
1606     if (TII->isUnconditionalTailCall(TailCall)) {
1607       MachineBasicBlock *Pred = *MBB->pred_begin();
1608       MachineBasicBlock *PredTBB = nullptr, *PredFBB = nullptr;
1609       SmallVector<MachineOperand, 4> PredCond;
1610       bool PredAnalyzable =
1611           !TII->analyzeBranch(*Pred, PredTBB, PredFBB, PredCond, true);
1612
1613       if (PredAnalyzable && !PredCond.empty() && PredTBB == MBB &&
1614           PredTBB != PredFBB) {
1615         // The predecessor has a conditional branch to this block which consists
1616         // of only a tail call. Try to fold the tail call into the conditional
1617         // branch.
1618         if (TII->canMakeTailCallConditional(PredCond, TailCall)) {
1619           // TODO: It would be nice if analyzeBranch() could provide a pointer
1620           // to the branch instruction so replaceBranchWithTailCall() doesn't
1621           // have to search for it.
1622           TII->replaceBranchWithTailCall(*Pred, PredCond, TailCall);
1623           ++NumTailCalls;
1624           Pred->removeSuccessor(MBB);
1625           MadeChange = true;
1626           return MadeChange;
1627         }
1628       }
1629       // If the predecessor is falling through to this block, we could reverse
1630       // the branch condition and fold the tail call into that. However, after
1631       // that we might have to re-arrange the CFG to fall through to the other
1632       // block and there is a high risk of regressing code size rather than
1633       // improving it.
1634     }
1635   }
1636
1637   // Analyze the branch in the current block.
1638   MachineBasicBlock *CurTBB = nullptr, *CurFBB = nullptr;
1639   SmallVector<MachineOperand, 4> CurCond;
1640   bool CurUnAnalyzable =
1641       TII->analyzeBranch(*MBB, CurTBB, CurFBB, CurCond, true);
1642   if (!CurUnAnalyzable) {
1643     // If the CFG for the prior block has extra edges, remove them.
1644     MadeChange |= MBB->CorrectExtraCFGEdges(CurTBB, CurFBB, !CurCond.empty());
1645
1646     // If this is a two-way branch, and the FBB branches to this block, reverse
1647     // the condition so the single-basic-block loop is faster.  Instead of:
1648     //    Loop: xxx; jcc Out; jmp Loop
1649     // we want:
1650     //    Loop: xxx; jncc Loop; jmp Out
1651     if (CurTBB && CurFBB && CurFBB == MBB && CurTBB != MBB) {
1652       SmallVector<MachineOperand, 4> NewCond(CurCond);
1653       if (!TII->reverseBranchCondition(NewCond)) {
1654         DebugLoc dl = getBranchDebugLoc(*MBB);
1655         TII->removeBranch(*MBB);
1656         TII->insertBranch(*MBB, CurFBB, CurTBB, NewCond, dl);
1657         MadeChange = true;
1658         ++NumBranchOpts;
1659         goto ReoptimizeBlock;
1660       }
1661     }
1662
1663     // If this branch is the only thing in its block, see if we can forward
1664     // other blocks across it.
1665     if (CurTBB && CurCond.empty() && !CurFBB &&
1666         IsBranchOnlyBlock(MBB) && CurTBB != MBB &&
1667         !MBB->hasAddressTaken() && !MBB->isEHPad()) {
1668       DebugLoc dl = getBranchDebugLoc(*MBB);
1669       // This block may contain just an unconditional branch.  Because there can
1670       // be 'non-branch terminators' in the block, try removing the branch and
1671       // then seeing if the block is empty.
1672       TII->removeBranch(*MBB);
1673       // If the only things remaining in the block are debug info, remove these
1674       // as well, so this will behave the same as an empty block in non-debug
1675       // mode.
1676       if (IsEmptyBlock(MBB)) {
1677         // Make the block empty, losing the debug info (we could probably
1678         // improve this in some cases.)
1679         MBB->erase(MBB->begin(), MBB->end());
1680       }
1681       // If this block is just an unconditional branch to CurTBB, we can
1682       // usually completely eliminate the block.  The only case we cannot
1683       // completely eliminate the block is when the block before this one
1684       // falls through into MBB and we can't understand the prior block's branch
1685       // condition.
1686       if (MBB->empty()) {
1687         bool PredHasNoFallThrough = !PrevBB.canFallThrough();
1688         if (PredHasNoFallThrough || !PriorUnAnalyzable ||
1689             !PrevBB.isSuccessor(MBB)) {
1690           // If the prior block falls through into us, turn it into an
1691           // explicit branch to us to make updates simpler.
1692           if (!PredHasNoFallThrough && PrevBB.isSuccessor(MBB) &&
1693               PriorTBB != MBB && PriorFBB != MBB) {
1694             if (!PriorTBB) {
1695               assert(PriorCond.empty() && !PriorFBB &&
1696                      "Bad branch analysis");
1697               PriorTBB = MBB;
1698             } else {
1699               assert(!PriorFBB && "Machine CFG out of date!");
1700               PriorFBB = MBB;
1701             }
1702             DebugLoc pdl = getBranchDebugLoc(PrevBB);
1703             TII->removeBranch(PrevBB);
1704             TII->insertBranch(PrevBB, PriorTBB, PriorFBB, PriorCond, pdl);
1705           }
1706
1707           // Iterate through all the predecessors, revectoring each in-turn.
1708           size_t PI = 0;
1709           bool DidChange = false;
1710           bool HasBranchToSelf = false;
1711           while(PI != MBB->pred_size()) {
1712             MachineBasicBlock *PMBB = *(MBB->pred_begin() + PI);
1713             if (PMBB == MBB) {
1714               // If this block has an uncond branch to itself, leave it.
1715               ++PI;
1716               HasBranchToSelf = true;
1717             } else {
1718               DidChange = true;
1719               PMBB->ReplaceUsesOfBlockWith(MBB, CurTBB);
1720               // If this change resulted in PMBB ending in a conditional
1721               // branch where both conditions go to the same destination,
1722               // change this to an unconditional branch (and fix the CFG).
1723               MachineBasicBlock *NewCurTBB = nullptr, *NewCurFBB = nullptr;
1724               SmallVector<MachineOperand, 4> NewCurCond;
1725               bool NewCurUnAnalyzable = TII->analyzeBranch(
1726                   *PMBB, NewCurTBB, NewCurFBB, NewCurCond, true);
1727               if (!NewCurUnAnalyzable && NewCurTBB && NewCurTBB == NewCurFBB) {
1728                 DebugLoc pdl = getBranchDebugLoc(*PMBB);
1729                 TII->removeBranch(*PMBB);
1730                 NewCurCond.clear();
1731                 TII->insertBranch(*PMBB, NewCurTBB, nullptr, NewCurCond, pdl);
1732                 MadeChange = true;
1733                 ++NumBranchOpts;
1734                 PMBB->CorrectExtraCFGEdges(NewCurTBB, nullptr, false);
1735               }
1736             }
1737           }
1738
1739           // Change any jumptables to go to the new MBB.
1740           if (MachineJumpTableInfo *MJTI = MF.getJumpTableInfo())
1741             MJTI->ReplaceMBBInJumpTables(MBB, CurTBB);
1742           if (DidChange) {
1743             ++NumBranchOpts;
1744             MadeChange = true;
1745             if (!HasBranchToSelf) return MadeChange;
1746           }
1747         }
1748       }
1749
1750       // Add the branch back if the block is more than just an uncond branch.
1751       TII->insertBranch(*MBB, CurTBB, nullptr, CurCond, dl);
1752     }
1753   }
1754
1755   // If the prior block doesn't fall through into this block, and if this
1756   // block doesn't fall through into some other block, see if we can find a
1757   // place to move this block where a fall-through will happen.
1758   if (!PrevBB.canFallThrough()) {
1759     // Now we know that there was no fall-through into this block, check to
1760     // see if it has a fall-through into its successor.
1761     bool CurFallsThru = MBB->canFallThrough();
1762
1763     if (!MBB->isEHPad()) {
1764       // Check all the predecessors of this block.  If one of them has no fall
1765       // throughs, move this block right after it.
1766       for (MachineBasicBlock *PredBB : MBB->predecessors()) {
1767         // Analyze the branch at the end of the pred.
1768         MachineBasicBlock *PredTBB = nullptr, *PredFBB = nullptr;
1769         SmallVector<MachineOperand, 4> PredCond;
1770         if (PredBB != MBB && !PredBB->canFallThrough() &&
1771             !TII->analyzeBranch(*PredBB, PredTBB, PredFBB, PredCond, true) &&
1772             (!CurFallsThru || !CurTBB || !CurFBB) &&
1773             (!CurFallsThru || MBB->getNumber() >= PredBB->getNumber())) {
1774           // If the current block doesn't fall through, just move it.
1775           // If the current block can fall through and does not end with a
1776           // conditional branch, we need to append an unconditional jump to
1777           // the (current) next block.  To avoid a possible compile-time
1778           // infinite loop, move blocks only backward in this case.
1779           // Also, if there are already 2 branches here, we cannot add a third;
1780           // this means we have the case
1781           // Bcc next
1782           // B elsewhere
1783           // next:
1784           if (CurFallsThru) {
1785             MachineBasicBlock *NextBB = &*std::next(MBB->getIterator());
1786             CurCond.clear();
1787             TII->insertBranch(*MBB, NextBB, nullptr, CurCond, DebugLoc());
1788           }
1789           MBB->moveAfter(PredBB);
1790           MadeChange = true;
1791           goto ReoptimizeBlock;
1792         }
1793       }
1794     }
1795
1796     if (!CurFallsThru) {
1797       // Check all successors to see if we can move this block before it.
1798       for (MachineBasicBlock *SuccBB : MBB->successors()) {
1799         // Analyze the branch at the end of the block before the succ.
1800         MachineFunction::iterator SuccPrev = --SuccBB->getIterator();
1801
1802         // If this block doesn't already fall-through to that successor, and if
1803         // the succ doesn't already have a block that can fall through into it,
1804         // and if the successor isn't an EH destination, we can arrange for the
1805         // fallthrough to happen.
1806         if (SuccBB != MBB && &*SuccPrev != MBB &&
1807             !SuccPrev->canFallThrough() && !CurUnAnalyzable &&
1808             !SuccBB->isEHPad()) {
1809           MBB->moveBefore(SuccBB);
1810           MadeChange = true;
1811           goto ReoptimizeBlock;
1812         }
1813       }
1814
1815       // Okay, there is no really great place to put this block.  If, however,
1816       // the block before this one would be a fall-through if this block were
1817       // removed, move this block to the end of the function. There is no real
1818       // advantage in "falling through" to an EH block, so we don't want to
1819       // perform this transformation for that case.
1820       //
1821       // Also, Windows EH introduced the possibility of an arbitrary number of
1822       // successors to a given block.  The analyzeBranch call does not consider
1823       // exception handling and so we can get in a state where a block
1824       // containing a call is followed by multiple EH blocks that would be
1825       // rotated infinitely at the end of the function if the transformation
1826       // below were performed for EH "FallThrough" blocks.  Therefore, even if
1827       // that appears not to be happening anymore, we should assume that it is
1828       // possible and not remove the "!FallThrough()->isEHPad" condition below.
1829       MachineBasicBlock *PrevTBB = nullptr, *PrevFBB = nullptr;
1830       SmallVector<MachineOperand, 4> PrevCond;
1831       if (FallThrough != MF.end() &&
1832           !FallThrough->isEHPad() &&
1833           !TII->analyzeBranch(PrevBB, PrevTBB, PrevFBB, PrevCond, true) &&
1834           PrevBB.isSuccessor(&*FallThrough)) {
1835         MBB->moveAfter(&MF.back());
1836         MadeChange = true;
1837         return MadeChange;
1838       }
1839     }
1840   }
1841
1842   return MadeChange;
1843 }
1844
1845 //===----------------------------------------------------------------------===//
1846 //  Hoist Common Code
1847 //===----------------------------------------------------------------------===//
1848
1849 bool BranchFolder::HoistCommonCode(MachineFunction &MF) {
1850   bool MadeChange = false;
1851   for (MachineFunction::iterator I = MF.begin(), E = MF.end(); I != E; ) {
1852     MachineBasicBlock *MBB = &*I++;
1853     MadeChange |= HoistCommonCodeInSuccs(MBB);
1854   }
1855
1856   return MadeChange;
1857 }
1858
1859 /// findFalseBlock - BB has a fallthrough. Find its 'false' successor given
1860 /// its 'true' successor.
1861 static MachineBasicBlock *findFalseBlock(MachineBasicBlock *BB,
1862                                          MachineBasicBlock *TrueBB) {
1863   for (MachineBasicBlock *SuccBB : BB->successors())
1864     if (SuccBB != TrueBB)
1865       return SuccBB;
1866   return nullptr;
1867 }
1868
1869 template <class Container>
1870 static void addRegAndItsAliases(unsigned Reg, const TargetRegisterInfo *TRI,
1871                                 Container &Set) {
1872   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) {
1873     for (MCRegAliasIterator AI(Reg, TRI, true); AI.isValid(); ++AI)
1874       Set.insert(*AI);
1875   } else {
1876     Set.insert(Reg);
1877   }
1878 }
1879
1880 /// findHoistingInsertPosAndDeps - Find the location to move common instructions
1881 /// in successors to. The location is usually just before the terminator,
1882 /// however if the terminator is a conditional branch and its previous
1883 /// instruction is the flag setting instruction, the previous instruction is
1884 /// the preferred location. This function also gathers uses and defs of the
1885 /// instructions from the insertion point to the end of the block. The data is
1886 /// used by HoistCommonCodeInSuccs to ensure safety.
1887 static
1888 MachineBasicBlock::iterator findHoistingInsertPosAndDeps(MachineBasicBlock *MBB,
1889                                                   const TargetInstrInfo *TII,
1890                                                   const TargetRegisterInfo *TRI,
1891                                                   SmallSet<unsigned,4> &Uses,
1892                                                   SmallSet<unsigned,4> &Defs) {
1893   MachineBasicBlock::iterator Loc = MBB->getFirstTerminator();
1894   if (!TII->isUnpredicatedTerminator(*Loc))
1895     return MBB->end();
1896
1897   for (const MachineOperand &MO : Loc->operands()) {
1898     if (!MO.isReg())
1899       continue;
1900     unsigned Reg = MO.getReg();
1901     if (!Reg)
1902       continue;
1903     if (MO.isUse()) {
1904       addRegAndItsAliases(Reg, TRI, Uses);
1905     } else {
1906       if (!MO.isDead())
1907         // Don't try to hoist code in the rare case the terminator defines a
1908         // register that is later used.
1909         return MBB->end();
1910
1911       // If the terminator defines a register, make sure we don't hoist
1912       // the instruction whose def might be clobbered by the terminator.
1913       addRegAndItsAliases(Reg, TRI, Defs);
1914     }
1915   }
1916
1917   if (Uses.empty())
1918     return Loc;
1919   // If the terminator is the only instruction in the block and Uses is not
1920   // empty (or we would have returned above), we can still safely hoist
1921   // instructions just before the terminator as long as the Defs/Uses are not
1922   // violated (which is checked in HoistCommonCodeInSuccs).
1923   if (Loc == MBB->begin())
1924     return Loc;
1925
1926   // The terminator is probably a conditional branch, try not to separate the
1927   // branch from condition setting instruction.
1928   MachineBasicBlock::iterator PI =
1929     skipDebugInstructionsBackward(std::prev(Loc), MBB->begin());
1930
1931   bool IsDef = false;
1932   for (const MachineOperand &MO : PI->operands()) {
1933     // If PI has a regmask operand, it is probably a call. Separate away.
1934     if (MO.isRegMask())
1935       return Loc;
1936     if (!MO.isReg() || MO.isUse())
1937       continue;
1938     unsigned Reg = MO.getReg();
1939     if (!Reg)
1940       continue;
1941     if (Uses.count(Reg)) {
1942       IsDef = true;
1943       break;
1944     }
1945   }
1946   if (!IsDef)
1947     // The condition setting instruction is not just before the conditional
1948     // branch.
1949     return Loc;
1950
1951   // Be conservative, don't insert instruction above something that may have
1952   // side-effects. And since it's potentially bad to separate flag setting
1953   // instruction from the conditional branch, just abort the optimization
1954   // completely.
1955   // Also avoid moving code above predicated instruction since it's hard to
1956   // reason about register liveness with predicated instruction.
1957   bool DontMoveAcrossStore = true;
1958   if (!PI->isSafeToMove(nullptr, DontMoveAcrossStore) || TII->isPredicated(*PI))
1959     return MBB->end();
1960
1961   // Find out what registers are live. Note this routine is ignoring other live
1962   // registers which are only used by instructions in successor blocks.
1963   for (const MachineOperand &MO : PI->operands()) {
1964     if (!MO.isReg())
1965       continue;
1966     unsigned Reg = MO.getReg();
1967     if (!Reg)
1968       continue;
1969     if (MO.isUse()) {
1970       addRegAndItsAliases(Reg, TRI, Uses);
1971     } else {
1972       if (Uses.erase(Reg)) {
1973         if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) {
1974           for (MCSubRegIterator SubRegs(Reg, TRI); SubRegs.isValid(); ++SubRegs)
1975             Uses.erase(*SubRegs); // Use sub-registers to be conservative
1976         }
1977       }
1978       addRegAndItsAliases(Reg, TRI, Defs);
1979     }
1980   }
1981
1982   return PI;
1983 }
1984
1985 bool BranchFolder::HoistCommonCodeInSuccs(MachineBasicBlock *MBB) {
1986   MachineBasicBlock *TBB = nullptr, *FBB = nullptr;
1987   SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
1988   if (TII->analyzeBranch(*MBB, TBB, FBB, Cond, true) || !TBB || Cond.empty())
1989     return false;
1990
1991   if (!FBB) FBB = findFalseBlock(MBB, TBB);
1992   if (!FBB)
1993     // Malformed bcc? True and false blocks are the same?
1994     return false;
1995
1996   // Restrict the optimization to cases where MBB is the only predecessor,
1997   // it is an obvious win.
1998   if (TBB->pred_size() > 1 || FBB->pred_size() > 1)
1999     return false;
2000
2001   // Find a suitable position to hoist the common instructions to. Also figure
2002   // out which registers are used or defined by instructions from the insertion
2003   // point to the end of the block.
2004   SmallSet<unsigned, 4> Uses, Defs;
2005   MachineBasicBlock::iterator Loc =
2006     findHoistingInsertPosAndDeps(MBB, TII, TRI, Uses, Defs);
2007   if (Loc == MBB->end())
2008     return false;
2009
2010   bool HasDups = false;
2011   SmallSet<unsigned, 4> ActiveDefsSet, AllDefsSet;
2012   MachineBasicBlock::iterator TIB = TBB->begin();
2013   MachineBasicBlock::iterator FIB = FBB->begin();
2014   MachineBasicBlock::iterator TIE = TBB->end();
2015   MachineBasicBlock::iterator FIE = FBB->end();
2016   while (TIB != TIE && FIB != FIE) {
2017     // Skip dbg_value instructions. These do not count.
2018     TIB = skipDebugInstructionsForward(TIB, TIE);
2019     FIB = skipDebugInstructionsForward(FIB, FIE);
2020     if (TIB == TIE || FIB == FIE)
2021       break;
2022
2023     if (!TIB->isIdenticalTo(*FIB, MachineInstr::CheckKillDead))
2024       break;
2025
2026     if (TII->isPredicated(*TIB))
2027       // Hard to reason about register liveness with predicated instruction.
2028       break;
2029
2030     bool IsSafe = true;
2031     for (MachineOperand &MO : TIB->operands()) {
2032       // Don't attempt to hoist instructions with register masks.
2033       if (MO.isRegMask()) {
2034         IsSafe = false;
2035         break;
2036       }
2037       if (!MO.isReg())
2038         continue;
2039       unsigned Reg = MO.getReg();
2040       if (!Reg)
2041         continue;
2042       if (MO.isDef()) {
2043         if (Uses.count(Reg)) {
2044           // Avoid clobbering a register that's used by the instruction at
2045           // the point of insertion.
2046           IsSafe = false;
2047           break;
2048         }
2049
2050         if (Defs.count(Reg) && !MO.isDead()) {
2051           // Don't hoist the instruction if the def would be clobber by the
2052           // instruction at the point insertion. FIXME: This is overly
2053           // conservative. It should be possible to hoist the instructions
2054           // in BB2 in the following example:
2055           // BB1:
2056           // r1, eflag = op1 r2, r3
2057           // brcc eflag
2058           //
2059           // BB2:
2060           // r1 = op2, ...
2061           //    = op3, killed r1
2062           IsSafe = false;
2063           break;
2064         }
2065       } else if (!ActiveDefsSet.count(Reg)) {
2066         if (Defs.count(Reg)) {
2067           // Use is defined by the instruction at the point of insertion.
2068           IsSafe = false;
2069           break;
2070         }
2071
2072         if (MO.isKill() && Uses.count(Reg))
2073           // Kills a register that's read by the instruction at the point of
2074           // insertion. Remove the kill marker.
2075           MO.setIsKill(false);
2076       }
2077     }
2078     if (!IsSafe)
2079       break;
2080
2081     bool DontMoveAcrossStore = true;
2082     if (!TIB->isSafeToMove(nullptr, DontMoveAcrossStore))
2083       break;
2084
2085     // Remove kills from ActiveDefsSet, these registers had short live ranges.
2086     for (const MachineOperand &MO : TIB->operands()) {
2087       if (!MO.isReg() || !MO.isUse() || !MO.isKill())
2088         continue;
2089       unsigned Reg = MO.getReg();
2090       if (!Reg)
2091         continue;
2092       if (!AllDefsSet.count(Reg)) {
2093         continue;
2094       }
2095       if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) {
2096         for (MCRegAliasIterator AI(Reg, TRI, true); AI.isValid(); ++AI)
2097           ActiveDefsSet.erase(*AI);
2098       } else {
2099         ActiveDefsSet.erase(Reg);
2100       }
2101     }
2102
2103     // Track local defs so we can update liveins.
2104     for (const MachineOperand &MO : TIB->operands()) {
2105       if (!MO.isReg() || !MO.isDef() || MO.isDead())
2106         continue;
2107       unsigned Reg = MO.getReg();
2108       if (!Reg || TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
2109         continue;
2110       addRegAndItsAliases(Reg, TRI, ActiveDefsSet);
2111       addRegAndItsAliases(Reg, TRI, AllDefsSet);
2112     }
2113
2114     HasDups = true;
2115     ++TIB;
2116     ++FIB;
2117   }
2118
2119   if (!HasDups)
2120     return false;
2121
2122   MBB->splice(Loc, TBB, TBB->begin(), TIB);
2123   FBB->erase(FBB->begin(), FIB);
2124
2125   if (UpdateLiveIns) {
2126     recomputeLiveIns(*TBB);
2127     recomputeLiveIns(*FBB);
2128   }
2129
2130   ++NumHoist;
2131   return true;
2132 }