]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/CodeGen/MachineBlockPlacement.cpp
Upgrade our copies of clang, llvm, lld, lldb, compiler-rt and libc++ to
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / CodeGen / MachineBlockPlacement.cpp
1 //===-- MachineBlockPlacement.cpp - Basic Block Code Layout optimization --===//
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 file implements basic block placement transformations using the CFG
11 // structure and branch probability estimates.
12 //
13 // The pass strives to preserve the structure of the CFG (that is, retain
14 // a topological ordering of basic blocks) in the absence of a *strong* signal
15 // to the contrary from probabilities. However, within the CFG structure, it
16 // attempts to choose an ordering which favors placing more likely sequences of
17 // blocks adjacent to each other.
18 //
19 // The algorithm works from the inner-most loop within a function outward, and
20 // at each stage walks through the basic blocks, trying to coalesce them into
21 // sequential chains where allowed by the CFG (or demanded by heavy
22 // probabilities). Finally, it walks the blocks in topological order, and the
23 // first time it reaches a chain of basic blocks, it schedules them in the
24 // function in-order.
25 //
26 //===----------------------------------------------------------------------===//
27
28 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
29 #include "llvm/CodeGen/TargetPassConfig.h"
30 #include "BranchFolding.h"
31 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
32 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
33 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
34 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
35 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
36 #include "llvm/CodeGen/MachineBlockFrequencyInfo.h"
37 #include "llvm/CodeGen/MachineBranchProbabilityInfo.h"
38 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
39 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
40 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
41 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
42 #include "llvm/CodeGen/MachineModuleInfo.h"
43 #include "llvm/CodeGen/TailDuplicator.h"
44 #include "llvm/Support/Allocator.h"
45 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
46 #include "llvm/Support/Debug.h"
47 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
48 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
49 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
50 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
51 #include <algorithm>
52 using namespace llvm;
53
54 #define DEBUG_TYPE "block-placement"
55
56 STATISTIC(NumCondBranches, "Number of conditional branches");
57 STATISTIC(NumUncondBranches, "Number of unconditional branches");
58 STATISTIC(CondBranchTakenFreq,
59           "Potential frequency of taking conditional branches");
60 STATISTIC(UncondBranchTakenFreq,
61           "Potential frequency of taking unconditional branches");
62
63 static cl::opt<unsigned> AlignAllBlock("align-all-blocks",
64                                        cl::desc("Force the alignment of all "
65                                                 "blocks in the function."),
66                                        cl::init(0), cl::Hidden);
67
68 static cl::opt<unsigned> AlignAllNonFallThruBlocks(
69     "align-all-nofallthru-blocks",
70     cl::desc("Force the alignment of all "
71              "blocks that have no fall-through predecessors (i.e. don't add "
72              "nops that are executed)."),
73     cl::init(0), cl::Hidden);
74
75 // FIXME: Find a good default for this flag and remove the flag.
76 static cl::opt<unsigned> ExitBlockBias(
77     "block-placement-exit-block-bias",
78     cl::desc("Block frequency percentage a loop exit block needs "
79              "over the original exit to be considered the new exit."),
80     cl::init(0), cl::Hidden);
81
82 // Definition:
83 // - Outlining: placement of a basic block outside the chain or hot path.
84
85 static cl::opt<bool> OutlineOptionalBranches(
86     "outline-optional-branches",
87     cl::desc("Outlining optional branches will place blocks that are optional "
88               "branches, i.e. branches with a common post dominator, outside "
89               "the hot path or chain"),
90     cl::init(false), cl::Hidden);
91
92 static cl::opt<unsigned> OutlineOptionalThreshold(
93     "outline-optional-threshold",
94     cl::desc("Don't outline optional branches that are a single block with an "
95              "instruction count below this threshold"),
96     cl::init(4), cl::Hidden);
97
98 static cl::opt<unsigned> LoopToColdBlockRatio(
99     "loop-to-cold-block-ratio",
100     cl::desc("Outline loop blocks from loop chain if (frequency of loop) / "
101              "(frequency of block) is greater than this ratio"),
102     cl::init(5), cl::Hidden);
103
104 static cl::opt<bool>
105     PreciseRotationCost("precise-rotation-cost",
106                         cl::desc("Model the cost of loop rotation more "
107                                  "precisely by using profile data."),
108                         cl::init(false), cl::Hidden);
109 static cl::opt<bool>
110     ForcePreciseRotationCost("force-precise-rotation-cost",
111                              cl::desc("Force the use of precise cost "
112                                       "loop rotation strategy."),
113                              cl::init(false), cl::Hidden);
114
115 static cl::opt<unsigned> MisfetchCost(
116     "misfetch-cost",
117     cl::desc("Cost that models the probabilistic risk of an instruction "
118              "misfetch due to a jump comparing to falling through, whose cost "
119              "is zero."),
120     cl::init(1), cl::Hidden);
121
122 static cl::opt<unsigned> JumpInstCost("jump-inst-cost",
123                                       cl::desc("Cost of jump instructions."),
124                                       cl::init(1), cl::Hidden);
125 static cl::opt<bool>
126 TailDupPlacement("tail-dup-placement",
127               cl::desc("Perform tail duplication during placement. "
128                        "Creates more fallthrough opportunites in "
129                        "outline branches."),
130               cl::init(true), cl::Hidden);
131
132 static cl::opt<bool>
133 BranchFoldPlacement("branch-fold-placement",
134               cl::desc("Perform branch folding during placement. "
135                        "Reduces code size."),
136               cl::init(true), cl::Hidden);
137
138 // Heuristic for tail duplication.
139 static cl::opt<unsigned> TailDuplicatePlacementThreshold(
140     "tail-dup-placement-threshold",
141     cl::desc("Instruction cutoff for tail duplication during layout. "
142              "Tail merging during layout is forced to have a threshold "
143              "that won't conflict."), cl::init(2),
144     cl::Hidden);
145
146 extern cl::opt<unsigned> StaticLikelyProb;
147 extern cl::opt<unsigned> ProfileLikelyProb;
148
149 namespace {
150 class BlockChain;
151 /// \brief Type for our function-wide basic block -> block chain mapping.
152 typedef DenseMap<MachineBasicBlock *, BlockChain *> BlockToChainMapType;
153 }
154
155 namespace {
156 /// \brief A chain of blocks which will be laid out contiguously.
157 ///
158 /// This is the datastructure representing a chain of consecutive blocks that
159 /// are profitable to layout together in order to maximize fallthrough
160 /// probabilities and code locality. We also can use a block chain to represent
161 /// a sequence of basic blocks which have some external (correctness)
162 /// requirement for sequential layout.
163 ///
164 /// Chains can be built around a single basic block and can be merged to grow
165 /// them. They participate in a block-to-chain mapping, which is updated
166 /// automatically as chains are merged together.
167 class BlockChain {
168   /// \brief The sequence of blocks belonging to this chain.
169   ///
170   /// This is the sequence of blocks for a particular chain. These will be laid
171   /// out in-order within the function.
172   SmallVector<MachineBasicBlock *, 4> Blocks;
173
174   /// \brief A handle to the function-wide basic block to block chain mapping.
175   ///
176   /// This is retained in each block chain to simplify the computation of child
177   /// block chains for SCC-formation and iteration. We store the edges to child
178   /// basic blocks, and map them back to their associated chains using this
179   /// structure.
180   BlockToChainMapType &BlockToChain;
181
182 public:
183   /// \brief Construct a new BlockChain.
184   ///
185   /// This builds a new block chain representing a single basic block in the
186   /// function. It also registers itself as the chain that block participates
187   /// in with the BlockToChain mapping.
188   BlockChain(BlockToChainMapType &BlockToChain, MachineBasicBlock *BB)
189       : Blocks(1, BB), BlockToChain(BlockToChain), UnscheduledPredecessors(0) {
190     assert(BB && "Cannot create a chain with a null basic block");
191     BlockToChain[BB] = this;
192   }
193
194   /// \brief Iterator over blocks within the chain.
195   typedef SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *>::iterator iterator;
196
197   /// \brief Beginning of blocks within the chain.
198   iterator begin() { return Blocks.begin(); }
199
200   /// \brief End of blocks within the chain.
201   iterator end() { return Blocks.end(); }
202
203   bool remove(MachineBasicBlock* BB) {
204     for(iterator i = begin(); i != end(); ++i) {
205       if (*i == BB) {
206         Blocks.erase(i);
207         return true;
208       }
209     }
210     return false;
211   }
212
213   /// \brief Merge a block chain into this one.
214   ///
215   /// This routine merges a block chain into this one. It takes care of forming
216   /// a contiguous sequence of basic blocks, updating the edge list, and
217   /// updating the block -> chain mapping. It does not free or tear down the
218   /// old chain, but the old chain's block list is no longer valid.
219   void merge(MachineBasicBlock *BB, BlockChain *Chain) {
220     assert(BB);
221     assert(!Blocks.empty());
222
223     // Fast path in case we don't have a chain already.
224     if (!Chain) {
225       assert(!BlockToChain[BB]);
226       Blocks.push_back(BB);
227       BlockToChain[BB] = this;
228       return;
229     }
230
231     assert(BB == *Chain->begin());
232     assert(Chain->begin() != Chain->end());
233
234     // Update the incoming blocks to point to this chain, and add them to the
235     // chain structure.
236     for (MachineBasicBlock *ChainBB : *Chain) {
237       Blocks.push_back(ChainBB);
238       assert(BlockToChain[ChainBB] == Chain && "Incoming blocks not in chain");
239       BlockToChain[ChainBB] = this;
240     }
241   }
242
243 #ifndef NDEBUG
244   /// \brief Dump the blocks in this chain.
245   LLVM_DUMP_METHOD void dump() {
246     for (MachineBasicBlock *MBB : *this)
247       MBB->dump();
248   }
249 #endif // NDEBUG
250
251   /// \brief Count of predecessors of any block within the chain which have not
252   /// yet been scheduled.  In general, we will delay scheduling this chain
253   /// until those predecessors are scheduled (or we find a sufficiently good
254   /// reason to override this heuristic.)  Note that when forming loop chains,
255   /// blocks outside the loop are ignored and treated as if they were already
256   /// scheduled.
257   ///
258   /// Note: This field is reinitialized multiple times - once for each loop,
259   /// and then once for the function as a whole.
260   unsigned UnscheduledPredecessors;
261 };
262 }
263
264 namespace {
265 class MachineBlockPlacement : public MachineFunctionPass {
266   /// \brief A typedef for a block filter set.
267   typedef SmallSetVector<MachineBasicBlock *, 16> BlockFilterSet;
268
269   /// \brief work lists of blocks that are ready to be laid out
270   SmallVector<MachineBasicBlock *, 16> BlockWorkList;
271   SmallVector<MachineBasicBlock *, 16> EHPadWorkList;
272
273   /// \brief Machine Function
274   MachineFunction *F;
275
276   /// \brief A handle to the branch probability pass.
277   const MachineBranchProbabilityInfo *MBPI;
278
279   /// \brief A handle to the function-wide block frequency pass.
280   std::unique_ptr<BranchFolder::MBFIWrapper> MBFI;
281
282   /// \brief A handle to the loop info.
283   MachineLoopInfo *MLI;
284
285   /// \brief Preferred loop exit.
286   /// Member variable for convenience. It may be removed by duplication deep
287   /// in the call stack.
288   MachineBasicBlock *PreferredLoopExit;
289
290   /// \brief A handle to the target's instruction info.
291   const TargetInstrInfo *TII;
292
293   /// \brief A handle to the target's lowering info.
294   const TargetLoweringBase *TLI;
295
296   /// \brief A handle to the post dominator tree.
297   MachineDominatorTree *MDT;
298
299   /// \brief Duplicator used to duplicate tails during placement.
300   ///
301   /// Placement decisions can open up new tail duplication opportunities, but
302   /// since tail duplication affects placement decisions of later blocks, it
303   /// must be done inline.
304   TailDuplicator TailDup;
305
306   /// \brief A set of blocks that are unavoidably execute, i.e. they dominate
307   /// all terminators of the MachineFunction.
308   SmallPtrSet<MachineBasicBlock *, 4> UnavoidableBlocks;
309
310   /// \brief Allocator and owner of BlockChain structures.
311   ///
312   /// We build BlockChains lazily while processing the loop structure of
313   /// a function. To reduce malloc traffic, we allocate them using this
314   /// slab-like allocator, and destroy them after the pass completes. An
315   /// important guarantee is that this allocator produces stable pointers to
316   /// the chains.
317   SpecificBumpPtrAllocator<BlockChain> ChainAllocator;
318
319   /// \brief Function wide BasicBlock to BlockChain mapping.
320   ///
321   /// This mapping allows efficiently moving from any given basic block to the
322   /// BlockChain it participates in, if any. We use it to, among other things,
323   /// allow implicitly defining edges between chains as the existing edges
324   /// between basic blocks.
325   DenseMap<MachineBasicBlock *, BlockChain *> BlockToChain;
326
327 #ifndef NDEBUG
328   /// The set of basic blocks that have terminators that cannot be fully
329   /// analyzed.  These basic blocks cannot be re-ordered safely by
330   /// MachineBlockPlacement, and we must preserve physical layout of these
331   /// blocks and their successors through the pass.
332   SmallPtrSet<MachineBasicBlock *, 4> BlocksWithUnanalyzableExits;
333 #endif
334
335   /// Decrease the UnscheduledPredecessors count for all blocks in chain, and
336   /// if the count goes to 0, add them to the appropriate work list.
337   void markChainSuccessors(BlockChain &Chain, MachineBasicBlock *LoopHeaderBB,
338                            const BlockFilterSet *BlockFilter = nullptr);
339
340   /// Decrease the UnscheduledPredecessors count for a single block, and
341   /// if the count goes to 0, add them to the appropriate work list.
342   void markBlockSuccessors(
343       BlockChain &Chain, MachineBasicBlock *BB, MachineBasicBlock *LoopHeaderBB,
344       const BlockFilterSet *BlockFilter = nullptr);
345
346
347   BranchProbability
348   collectViableSuccessors(MachineBasicBlock *BB, BlockChain &Chain,
349                           const BlockFilterSet *BlockFilter,
350                           SmallVector<MachineBasicBlock *, 4> &Successors);
351   bool shouldPredBlockBeOutlined(MachineBasicBlock *BB, MachineBasicBlock *Succ,
352                                  BlockChain &Chain,
353                                  const BlockFilterSet *BlockFilter,
354                                  BranchProbability SuccProb,
355                                  BranchProbability HotProb);
356   bool repeatedlyTailDuplicateBlock(
357       MachineBasicBlock *BB, MachineBasicBlock *&LPred,
358       MachineBasicBlock *LoopHeaderBB,
359       BlockChain &Chain, BlockFilterSet *BlockFilter,
360       MachineFunction::iterator &PrevUnplacedBlockIt);
361   bool maybeTailDuplicateBlock(MachineBasicBlock *BB, MachineBasicBlock *LPred,
362                                const BlockChain &Chain,
363                                BlockFilterSet *BlockFilter,
364                                MachineFunction::iterator &PrevUnplacedBlockIt,
365                                bool &DuplicatedToPred);
366   bool
367   hasBetterLayoutPredecessor(MachineBasicBlock *BB, MachineBasicBlock *Succ,
368                              BlockChain &SuccChain, BranchProbability SuccProb,
369                              BranchProbability RealSuccProb, BlockChain &Chain,
370                              const BlockFilterSet *BlockFilter);
371   MachineBasicBlock *selectBestSuccessor(MachineBasicBlock *BB,
372                                          BlockChain &Chain,
373                                          const BlockFilterSet *BlockFilter);
374   MachineBasicBlock *
375   selectBestCandidateBlock(BlockChain &Chain,
376                            SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &WorkList);
377   MachineBasicBlock *
378   getFirstUnplacedBlock(const BlockChain &PlacedChain,
379                         MachineFunction::iterator &PrevUnplacedBlockIt,
380                         const BlockFilterSet *BlockFilter);
381
382   /// \brief Add a basic block to the work list if it is appropriate.
383   ///
384   /// If the optional parameter BlockFilter is provided, only MBB
385   /// present in the set will be added to the worklist. If nullptr
386   /// is provided, no filtering occurs.
387   void fillWorkLists(MachineBasicBlock *MBB,
388                      SmallPtrSetImpl<BlockChain *> &UpdatedPreds,
389                      const BlockFilterSet *BlockFilter);
390   void buildChain(MachineBasicBlock *BB, BlockChain &Chain,
391                   BlockFilterSet *BlockFilter = nullptr);
392   MachineBasicBlock *findBestLoopTop(MachineLoop &L,
393                                      const BlockFilterSet &LoopBlockSet);
394   MachineBasicBlock *findBestLoopExit(MachineLoop &L,
395                                       const BlockFilterSet &LoopBlockSet);
396   BlockFilterSet collectLoopBlockSet(MachineLoop &L);
397   void buildLoopChains(MachineLoop &L);
398   void rotateLoop(BlockChain &LoopChain, MachineBasicBlock *ExitingBB,
399                   const BlockFilterSet &LoopBlockSet);
400   void rotateLoopWithProfile(BlockChain &LoopChain, MachineLoop &L,
401                              const BlockFilterSet &LoopBlockSet);
402   void collectMustExecuteBBs();
403   void buildCFGChains();
404   void optimizeBranches();
405   void alignBlocks();
406
407 public:
408   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
409   MachineBlockPlacement() : MachineFunctionPass(ID) {
410     initializeMachineBlockPlacementPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
411   }
412
413   bool runOnMachineFunction(MachineFunction &F) override;
414
415   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
416     AU.addRequired<MachineBranchProbabilityInfo>();
417     AU.addRequired<MachineBlockFrequencyInfo>();
418     AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
419     AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
420     AU.addRequired<TargetPassConfig>();
421     MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
422   }
423 };
424 }
425
426 char MachineBlockPlacement::ID = 0;
427 char &llvm::MachineBlockPlacementID = MachineBlockPlacement::ID;
428 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineBlockPlacement, "block-placement",
429                       "Branch Probability Basic Block Placement", false, false)
430 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineBranchProbabilityInfo)
431 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineBlockFrequencyInfo)
432 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineDominatorTree)
433 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineLoopInfo)
434 INITIALIZE_PASS_END(MachineBlockPlacement, "block-placement",
435                     "Branch Probability Basic Block Placement", false, false)
436
437 #ifndef NDEBUG
438 /// \brief Helper to print the name of a MBB.
439 ///
440 /// Only used by debug logging.
441 static std::string getBlockName(MachineBasicBlock *BB) {
442   std::string Result;
443   raw_string_ostream OS(Result);
444   OS << "BB#" << BB->getNumber();
445   OS << " ('" << BB->getName() << "')";
446   OS.flush();
447   return Result;
448 }
449 #endif
450
451 /// \brief Mark a chain's successors as having one fewer preds.
452 ///
453 /// When a chain is being merged into the "placed" chain, this routine will
454 /// quickly walk the successors of each block in the chain and mark them as
455 /// having one fewer active predecessor. It also adds any successors of this
456 /// chain which reach the zero-predecessor state to the appropriate worklist.
457 void MachineBlockPlacement::markChainSuccessors(
458     BlockChain &Chain, MachineBasicBlock *LoopHeaderBB,
459     const BlockFilterSet *BlockFilter) {
460   // Walk all the blocks in this chain, marking their successors as having
461   // a predecessor placed.
462   for (MachineBasicBlock *MBB : Chain) {
463     markBlockSuccessors(Chain, MBB, LoopHeaderBB, BlockFilter);
464   }
465 }
466
467 /// \brief Mark a single block's successors as having one fewer preds.
468 ///
469 /// Under normal circumstances, this is only called by markChainSuccessors,
470 /// but if a block that was to be placed is completely tail-duplicated away,
471 /// and was duplicated into the chain end, we need to redo markBlockSuccessors
472 /// for just that block.
473 void MachineBlockPlacement::markBlockSuccessors(
474     BlockChain &Chain, MachineBasicBlock *MBB, MachineBasicBlock *LoopHeaderBB,
475     const BlockFilterSet *BlockFilter) {
476   // Add any successors for which this is the only un-placed in-loop
477   // predecessor to the worklist as a viable candidate for CFG-neutral
478   // placement. No subsequent placement of this block will violate the CFG
479   // shape, so we get to use heuristics to choose a favorable placement.
480   for (MachineBasicBlock *Succ : MBB->successors()) {
481     if (BlockFilter && !BlockFilter->count(Succ))
482       continue;
483     BlockChain &SuccChain = *BlockToChain[Succ];
484     // Disregard edges within a fixed chain, or edges to the loop header.
485     if (&Chain == &SuccChain || Succ == LoopHeaderBB)
486       continue;
487
488     // This is a cross-chain edge that is within the loop, so decrement the
489     // loop predecessor count of the destination chain.
490     if (SuccChain.UnscheduledPredecessors == 0 ||
491         --SuccChain.UnscheduledPredecessors > 0)
492       continue;
493
494     auto *NewBB = *SuccChain.begin();
495     if (NewBB->isEHPad())
496       EHPadWorkList.push_back(NewBB);
497     else
498       BlockWorkList.push_back(NewBB);
499   }
500 }
501
502 /// This helper function collects the set of successors of block
503 /// \p BB that are allowed to be its layout successors, and return
504 /// the total branch probability of edges from \p BB to those
505 /// blocks.
506 BranchProbability MachineBlockPlacement::collectViableSuccessors(
507     MachineBasicBlock *BB, BlockChain &Chain, const BlockFilterSet *BlockFilter,
508     SmallVector<MachineBasicBlock *, 4> &Successors) {
509   // Adjust edge probabilities by excluding edges pointing to blocks that is
510   // either not in BlockFilter or is already in the current chain. Consider the
511   // following CFG:
512   //
513   //     --->A
514   //     |  / \
515   //     | B   C
516   //     |  \ / \
517   //     ----D   E
518   //
519   // Assume A->C is very hot (>90%), and C->D has a 50% probability, then after
520   // A->C is chosen as a fall-through, D won't be selected as a successor of C
521   // due to CFG constraint (the probability of C->D is not greater than
522   // HotProb to break top-order). If we exclude E that is not in BlockFilter
523   // when calculating the  probability of C->D, D will be selected and we
524   // will get A C D B as the layout of this loop.
525   auto AdjustedSumProb = BranchProbability::getOne();
526   for (MachineBasicBlock *Succ : BB->successors()) {
527     bool SkipSucc = false;
528     if (Succ->isEHPad() || (BlockFilter && !BlockFilter->count(Succ))) {
529       SkipSucc = true;
530     } else {
531       BlockChain *SuccChain = BlockToChain[Succ];
532       if (SuccChain == &Chain) {
533         SkipSucc = true;
534       } else if (Succ != *SuccChain->begin()) {
535         DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(Succ) << " -> Mid chain!\n");
536         continue;
537       }
538     }
539     if (SkipSucc)
540       AdjustedSumProb -= MBPI->getEdgeProbability(BB, Succ);
541     else
542       Successors.push_back(Succ);
543   }
544
545   return AdjustedSumProb;
546 }
547
548 /// The helper function returns the branch probability that is adjusted
549 /// or normalized over the new total \p AdjustedSumProb.
550 static BranchProbability
551 getAdjustedProbability(BranchProbability OrigProb,
552                        BranchProbability AdjustedSumProb) {
553   BranchProbability SuccProb;
554   uint32_t SuccProbN = OrigProb.getNumerator();
555   uint32_t SuccProbD = AdjustedSumProb.getNumerator();
556   if (SuccProbN >= SuccProbD)
557     SuccProb = BranchProbability::getOne();
558   else
559     SuccProb = BranchProbability(SuccProbN, SuccProbD);
560
561   return SuccProb;
562 }
563
564 /// When the option OutlineOptionalBranches is on, this method
565 /// checks if the fallthrough candidate block \p Succ (of block
566 /// \p BB) also has other unscheduled predecessor blocks which
567 /// are also successors of \p BB (forming triangular shape CFG).
568 /// If none of such predecessors are small, it returns true.
569 /// The caller can choose to select \p Succ as the layout successors
570 /// so that \p Succ's predecessors (optional branches) can be
571 /// outlined.
572 /// FIXME: fold this with more general layout cost analysis.
573 bool MachineBlockPlacement::shouldPredBlockBeOutlined(
574     MachineBasicBlock *BB, MachineBasicBlock *Succ, BlockChain &Chain,
575     const BlockFilterSet *BlockFilter, BranchProbability SuccProb,
576     BranchProbability HotProb) {
577   if (!OutlineOptionalBranches)
578     return false;
579   // If we outline optional branches, look whether Succ is unavoidable, i.e.
580   // dominates all terminators of the MachineFunction. If it does, other
581   // successors must be optional. Don't do this for cold branches.
582   if (SuccProb > HotProb.getCompl() && UnavoidableBlocks.count(Succ) > 0) {
583     for (MachineBasicBlock *Pred : Succ->predecessors()) {
584       // Check whether there is an unplaced optional branch.
585       if (Pred == Succ || (BlockFilter && !BlockFilter->count(Pred)) ||
586           BlockToChain[Pred] == &Chain)
587         continue;
588       // Check whether the optional branch has exactly one BB.
589       if (Pred->pred_size() > 1 || *Pred->pred_begin() != BB)
590         continue;
591       // Check whether the optional branch is small.
592       if (Pred->size() < OutlineOptionalThreshold)
593         return false;
594     }
595     return true;
596   } else
597     return false;
598 }
599
600 // When profile is not present, return the StaticLikelyProb.
601 // When profile is available, we need to handle the triangle-shape CFG.
602 static BranchProbability getLayoutSuccessorProbThreshold(
603       MachineBasicBlock *BB) {
604   if (!BB->getParent()->getFunction()->getEntryCount())
605     return BranchProbability(StaticLikelyProb, 100);
606   if (BB->succ_size() == 2) {
607     const MachineBasicBlock *Succ1 = *BB->succ_begin();
608     const MachineBasicBlock *Succ2 = *(BB->succ_begin() + 1);
609     if (Succ1->isSuccessor(Succ2) || Succ2->isSuccessor(Succ1)) {
610       /* See case 1 below for the cost analysis. For BB->Succ to
611        * be taken with smaller cost, the following needs to hold:
612        *   Prob(BB->Succ) > 2* Prob(BB->Pred)
613        *   So the threshold T
614        *   T = 2 * (1-Prob(BB->Pred). Since T + Prob(BB->Pred) == 1,
615        * We have  T + T/2 = 1, i.e. T = 2/3. Also adding user specified
616        * branch bias, we have
617        *   T = (2/3)*(ProfileLikelyProb/50)
618        *     = (2*ProfileLikelyProb)/150)
619        */
620       return BranchProbability(2 * ProfileLikelyProb, 150);
621     }
622   }
623   return BranchProbability(ProfileLikelyProb, 100);
624 }
625
626 /// Checks to see if the layout candidate block \p Succ has a better layout
627 /// predecessor than \c BB. If yes, returns true.
628 bool MachineBlockPlacement::hasBetterLayoutPredecessor(
629     MachineBasicBlock *BB, MachineBasicBlock *Succ, BlockChain &SuccChain,
630     BranchProbability SuccProb, BranchProbability RealSuccProb,
631     BlockChain &Chain, const BlockFilterSet *BlockFilter) {
632
633   // There isn't a better layout when there are no unscheduled predecessors.
634   if (SuccChain.UnscheduledPredecessors == 0)
635     return false;
636
637   // There are two basic scenarios here:
638   // -------------------------------------
639   // Case 1: triangular shape CFG (if-then):
640   //     BB
641   //     | \
642   //     |  \
643   //     |   Pred
644   //     |   /
645   //     Succ
646   // In this case, we are evaluating whether to select edge -> Succ, e.g.
647   // set Succ as the layout successor of BB. Picking Succ as BB's
648   // successor breaks the CFG constraints (FIXME: define these constraints).
649   // With this layout, Pred BB
650   // is forced to be outlined, so the overall cost will be cost of the
651   // branch taken from BB to Pred, plus the cost of back taken branch
652   // from Pred to Succ, as well as the additional cost associated
653   // with the needed unconditional jump instruction from Pred To Succ.
654
655   // The cost of the topological order layout is the taken branch cost
656   // from BB to Succ, so to make BB->Succ a viable candidate, the following
657   // must hold:
658   //     2 * freq(BB->Pred) * taken_branch_cost + unconditional_jump_cost
659   //      < freq(BB->Succ) *  taken_branch_cost.
660   // Ignoring unconditional jump cost, we get
661   //    freq(BB->Succ) > 2 * freq(BB->Pred), i.e.,
662   //    prob(BB->Succ) > 2 * prob(BB->Pred)
663   //
664   // When real profile data is available, we can precisely compute the
665   // probability threshold that is needed for edge BB->Succ to be considered.
666   // Without profile data, the heuristic requires the branch bias to be
667   // a lot larger to make sure the signal is very strong (e.g. 80% default).
668   // -----------------------------------------------------------------
669   // Case 2: diamond like CFG (if-then-else):
670   //     S
671   //    / \
672   //   |   \
673   //  BB    Pred
674   //   \    /
675   //    Succ
676   //    ..
677   //
678   // The current block is BB and edge BB->Succ is now being evaluated.
679   // Note that edge S->BB was previously already selected because
680   // prob(S->BB) > prob(S->Pred).
681   // At this point, 2 blocks can be placed after BB: Pred or Succ. If we
682   // choose Pred, we will have a topological ordering as shown on the left
683   // in the picture below. If we choose Succ, we have the solution as shown
684   // on the right:
685   //
686   //   topo-order:
687   //
688   //       S-----                             ---S
689   //       |    |                             |  |
690   //    ---BB   |                             |  BB
691   //    |       |                             |  |
692   //    |  pred--                             |  Succ--
693   //    |  |                                  |       |
694   //    ---succ                               ---pred--
695   //
696   // cost = freq(S->Pred) + freq(BB->Succ)    cost = 2 * freq (S->Pred)
697   //      = freq(S->Pred) + freq(S->BB)
698   //
699   // If we have profile data (i.e, branch probabilities can be trusted), the
700   // cost (number of taken branches) with layout S->BB->Succ->Pred is 2 *
701   // freq(S->Pred) while the cost of topo order is freq(S->Pred) + freq(S->BB).
702   // We know Prob(S->BB) > Prob(S->Pred), so freq(S->BB) > freq(S->Pred), which
703   // means the cost of topological order is greater.
704   // When profile data is not available, however, we need to be more
705   // conservative. If the branch prediction is wrong, breaking the topo-order
706   // will actually yield a layout with large cost. For this reason, we need
707   // strong biased branch at block S with Prob(S->BB) in order to select
708   // BB->Succ. This is equivalent to looking the CFG backward with backward
709   // edge: Prob(Succ->BB) needs to >= HotProb in order to be selected (without
710   // profile data).
711   // --------------------------------------------------------------------------
712   // Case 3: forked diamond
713   //       S
714   //      / \
715   //     /   \
716   //   BB    Pred
717   //   | \   / |
718   //   |  \ /  |
719   //   |   X   |
720   //   |  / \  |
721   //   | /   \ |
722   //   S1     S2
723   //
724   // The current block is BB and edge BB->S1 is now being evaluated.
725   // As above S->BB was already selected because
726   // prob(S->BB) > prob(S->Pred). Assume that prob(BB->S1) >= prob(BB->S2).
727   //
728   // topo-order:
729   //
730   //     S-------|                     ---S
731   //     |       |                     |  |
732   //  ---BB      |                     |  BB
733   //  |          |                     |  |
734   //  |  Pred----|                     |  S1----
735   //  |  |                             |       |
736   //  --(S1 or S2)                     ---Pred--
737   //
738   // topo-cost = freq(S->Pred) + freq(BB->S1) + freq(BB->S2)
739   //    + min(freq(Pred->S1), freq(Pred->S2))
740   // Non-topo-order cost:
741   // In the worst case, S2 will not get laid out after Pred.
742   // non-topo-cost = 2 * freq(S->Pred) + freq(BB->S2).
743   // To be conservative, we can assume that min(freq(Pred->S1), freq(Pred->S2))
744   // is 0. Then the non topo layout is better when
745   // freq(S->Pred) < freq(BB->S1).
746   // This is exactly what is checked below.
747   // Note there are other shapes that apply (Pred may not be a single block,
748   // but they all fit this general pattern.)
749   BranchProbability HotProb = getLayoutSuccessorProbThreshold(BB);
750
751   // Make sure that a hot successor doesn't have a globally more
752   // important predecessor.
753   BlockFrequency CandidateEdgeFreq = MBFI->getBlockFreq(BB) * RealSuccProb;
754   bool BadCFGConflict = false;
755
756   for (MachineBasicBlock *Pred : Succ->predecessors()) {
757     if (Pred == Succ || BlockToChain[Pred] == &SuccChain ||
758         (BlockFilter && !BlockFilter->count(Pred)) ||
759         BlockToChain[Pred] == &Chain)
760       continue;
761     // Do backward checking.
762     // For all cases above, we need a backward checking to filter out edges that
763     // are not 'strongly' biased. With profile data available, the check is
764     // mostly redundant for case 2 (when threshold prob is set at 50%) unless S
765     // has more than two successors.
766     // BB  Pred
767     //  \ /
768     //  Succ
769     // We select edge BB->Succ if
770     //      freq(BB->Succ) > freq(Succ) * HotProb
771     //      i.e. freq(BB->Succ) > freq(BB->Succ) * HotProb + freq(Pred->Succ) *
772     //      HotProb
773     //      i.e. freq((BB->Succ) * (1 - HotProb) > freq(Pred->Succ) * HotProb
774     // Case 1 is covered too, because the first equation reduces to:
775     // prob(BB->Succ) > HotProb. (freq(Succ) = freq(BB) for a triangle)
776     BlockFrequency PredEdgeFreq =
777         MBFI->getBlockFreq(Pred) * MBPI->getEdgeProbability(Pred, Succ);
778     if (PredEdgeFreq * HotProb >= CandidateEdgeFreq * HotProb.getCompl()) {
779       BadCFGConflict = true;
780       break;
781     }
782   }
783
784   if (BadCFGConflict) {
785     DEBUG(dbgs() << "    Not a candidate: " << getBlockName(Succ) << " -> " << SuccProb
786                  << " (prob) (non-cold CFG conflict)\n");
787     return true;
788   }
789
790   return false;
791 }
792
793 /// \brief Select the best successor for a block.
794 ///
795 /// This looks across all successors of a particular block and attempts to
796 /// select the "best" one to be the layout successor. It only considers direct
797 /// successors which also pass the block filter. It will attempt to avoid
798 /// breaking CFG structure, but cave and break such structures in the case of
799 /// very hot successor edges.
800 ///
801 /// \returns The best successor block found, or null if none are viable.
802 MachineBasicBlock *
803 MachineBlockPlacement::selectBestSuccessor(MachineBasicBlock *BB,
804                                            BlockChain &Chain,
805                                            const BlockFilterSet *BlockFilter) {
806   const BranchProbability HotProb(StaticLikelyProb, 100);
807
808   MachineBasicBlock *BestSucc = nullptr;
809   auto BestProb = BranchProbability::getZero();
810
811   SmallVector<MachineBasicBlock *, 4> Successors;
812   auto AdjustedSumProb =
813       collectViableSuccessors(BB, Chain, BlockFilter, Successors);
814
815   DEBUG(dbgs() << "Selecting best successor for: " << getBlockName(BB) << "\n");
816   for (MachineBasicBlock *Succ : Successors) {
817     auto RealSuccProb = MBPI->getEdgeProbability(BB, Succ);
818     BranchProbability SuccProb =
819         getAdjustedProbability(RealSuccProb, AdjustedSumProb);
820
821     // This heuristic is off by default.
822     if (shouldPredBlockBeOutlined(BB, Succ, Chain, BlockFilter, SuccProb,
823                                   HotProb))
824       return Succ;
825
826     BlockChain &SuccChain = *BlockToChain[Succ];
827     // Skip the edge \c BB->Succ if block \c Succ has a better layout
828     // predecessor that yields lower global cost.
829     if (hasBetterLayoutPredecessor(BB, Succ, SuccChain, SuccProb, RealSuccProb,
830                                    Chain, BlockFilter))
831       continue;
832
833     DEBUG(
834         dbgs() << "    Candidate: " << getBlockName(Succ) << ", probability: "
835                << SuccProb
836                << (SuccChain.UnscheduledPredecessors != 0 ? " (CFG break)" : "")
837                << "\n");
838
839     if (BestSucc && BestProb >= SuccProb) {
840       DEBUG(dbgs() << "    Not the best candidate, continuing\n");
841       continue;
842     }
843
844     DEBUG(dbgs() << "    Setting it as best candidate\n");
845     BestSucc = Succ;
846     BestProb = SuccProb;
847   }
848   if (BestSucc)
849     DEBUG(dbgs() << "    Selected: " << getBlockName(BestSucc) << "\n");
850
851   return BestSucc;
852 }
853
854 /// \brief Select the best block from a worklist.
855 ///
856 /// This looks through the provided worklist as a list of candidate basic
857 /// blocks and select the most profitable one to place. The definition of
858 /// profitable only really makes sense in the context of a loop. This returns
859 /// the most frequently visited block in the worklist, which in the case of
860 /// a loop, is the one most desirable to be physically close to the rest of the
861 /// loop body in order to improve i-cache behavior.
862 ///
863 /// \returns The best block found, or null if none are viable.
864 MachineBasicBlock *MachineBlockPlacement::selectBestCandidateBlock(
865     BlockChain &Chain, SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &WorkList) {
866   // Once we need to walk the worklist looking for a candidate, cleanup the
867   // worklist of already placed entries.
868   // FIXME: If this shows up on profiles, it could be folded (at the cost of
869   // some code complexity) into the loop below.
870   WorkList.erase(remove_if(WorkList,
871                            [&](MachineBasicBlock *BB) {
872                              return BlockToChain.lookup(BB) == &Chain;
873                            }),
874                  WorkList.end());
875
876   if (WorkList.empty())
877     return nullptr;
878
879   bool IsEHPad = WorkList[0]->isEHPad();
880
881   MachineBasicBlock *BestBlock = nullptr;
882   BlockFrequency BestFreq;
883   for (MachineBasicBlock *MBB : WorkList) {
884     assert(MBB->isEHPad() == IsEHPad);
885
886     BlockChain &SuccChain = *BlockToChain[MBB];
887     if (&SuccChain == &Chain)
888       continue;
889
890     assert(SuccChain.UnscheduledPredecessors == 0 && "Found CFG-violating block");
891
892     BlockFrequency CandidateFreq = MBFI->getBlockFreq(MBB);
893     DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(MBB) << " -> ";
894           MBFI->printBlockFreq(dbgs(), CandidateFreq) << " (freq)\n");
895
896     // For ehpad, we layout the least probable first as to avoid jumping back
897     // from least probable landingpads to more probable ones.
898     //
899     // FIXME: Using probability is probably (!) not the best way to achieve
900     // this. We should probably have a more principled approach to layout
901     // cleanup code.
902     //
903     // The goal is to get:
904     //
905     //                 +--------------------------+
906     //                 |                          V
907     // InnerLp -> InnerCleanup    OuterLp -> OuterCleanup -> Resume
908     //
909     // Rather than:
910     //
911     //                 +-------------------------------------+
912     //                 V                                     |
913     // OuterLp -> OuterCleanup -> Resume     InnerLp -> InnerCleanup
914     if (BestBlock && (IsEHPad ^ (BestFreq >= CandidateFreq)))
915       continue;
916
917     BestBlock = MBB;
918     BestFreq = CandidateFreq;
919   }
920
921   return BestBlock;
922 }
923
924 /// \brief Retrieve the first unplaced basic block.
925 ///
926 /// This routine is called when we are unable to use the CFG to walk through
927 /// all of the basic blocks and form a chain due to unnatural loops in the CFG.
928 /// We walk through the function's blocks in order, starting from the
929 /// LastUnplacedBlockIt. We update this iterator on each call to avoid
930 /// re-scanning the entire sequence on repeated calls to this routine.
931 MachineBasicBlock *MachineBlockPlacement::getFirstUnplacedBlock(
932     const BlockChain &PlacedChain,
933     MachineFunction::iterator &PrevUnplacedBlockIt,
934     const BlockFilterSet *BlockFilter) {
935   for (MachineFunction::iterator I = PrevUnplacedBlockIt, E = F->end(); I != E;
936        ++I) {
937     if (BlockFilter && !BlockFilter->count(&*I))
938       continue;
939     if (BlockToChain[&*I] != &PlacedChain) {
940       PrevUnplacedBlockIt = I;
941       // Now select the head of the chain to which the unplaced block belongs
942       // as the block to place. This will force the entire chain to be placed,
943       // and satisfies the requirements of merging chains.
944       return *BlockToChain[&*I]->begin();
945     }
946   }
947   return nullptr;
948 }
949
950 void MachineBlockPlacement::fillWorkLists(
951     MachineBasicBlock *MBB,
952     SmallPtrSetImpl<BlockChain *> &UpdatedPreds,
953     const BlockFilterSet *BlockFilter = nullptr) {
954   BlockChain &Chain = *BlockToChain[MBB];
955   if (!UpdatedPreds.insert(&Chain).second)
956     return;
957
958   assert(Chain.UnscheduledPredecessors == 0);
959   for (MachineBasicBlock *ChainBB : Chain) {
960     assert(BlockToChain[ChainBB] == &Chain);
961     for (MachineBasicBlock *Pred : ChainBB->predecessors()) {
962       if (BlockFilter && !BlockFilter->count(Pred))
963         continue;
964       if (BlockToChain[Pred] == &Chain)
965         continue;
966       ++Chain.UnscheduledPredecessors;
967     }
968   }
969
970   if (Chain.UnscheduledPredecessors != 0)
971     return;
972
973   MBB = *Chain.begin();
974   if (MBB->isEHPad())
975     EHPadWorkList.push_back(MBB);
976   else
977     BlockWorkList.push_back(MBB);
978 }
979
980 void MachineBlockPlacement::buildChain(
981     MachineBasicBlock *BB, BlockChain &Chain,
982     BlockFilterSet *BlockFilter) {
983   assert(BB && "BB must not be null.\n");
984   assert(BlockToChain[BB] == &Chain && "BlockToChainMap mis-match.\n");
985   MachineFunction::iterator PrevUnplacedBlockIt = F->begin();
986
987   MachineBasicBlock *LoopHeaderBB = BB;
988   markChainSuccessors(Chain, LoopHeaderBB, BlockFilter);
989   BB = *std::prev(Chain.end());
990   for (;;) {
991     assert(BB && "null block found at end of chain in loop.");
992     assert(BlockToChain[BB] == &Chain && "BlockToChainMap mis-match in loop.");
993     assert(*std::prev(Chain.end()) == BB && "BB Not found at end of chain.");
994
995
996     // Look for the best viable successor if there is one to place immediately
997     // after this block.
998     MachineBasicBlock *BestSucc = selectBestSuccessor(BB, Chain, BlockFilter);
999
1000     // If an immediate successor isn't available, look for the best viable
1001     // block among those we've identified as not violating the loop's CFG at
1002     // this point. This won't be a fallthrough, but it will increase locality.
1003     if (!BestSucc)
1004       BestSucc = selectBestCandidateBlock(Chain, BlockWorkList);
1005     if (!BestSucc)
1006       BestSucc = selectBestCandidateBlock(Chain, EHPadWorkList);
1007
1008     if (!BestSucc) {
1009       BestSucc = getFirstUnplacedBlock(Chain, PrevUnplacedBlockIt, BlockFilter);
1010       if (!BestSucc)
1011         break;
1012
1013       DEBUG(dbgs() << "Unnatural loop CFG detected, forcibly merging the "
1014                       "layout successor until the CFG reduces\n");
1015     }
1016
1017     // Placement may have changed tail duplication opportunities.
1018     // Check for that now.
1019     if (TailDupPlacement && BestSucc) {
1020       // If the chosen successor was duplicated into all its predecessors,
1021       // don't bother laying it out, just go round the loop again with BB as
1022       // the chain end.
1023       if (repeatedlyTailDuplicateBlock(BestSucc, BB, LoopHeaderBB, Chain,
1024                                        BlockFilter, PrevUnplacedBlockIt))
1025         continue;
1026     }
1027
1028     // Place this block, updating the datastructures to reflect its placement.
1029     BlockChain &SuccChain = *BlockToChain[BestSucc];
1030     // Zero out UnscheduledPredecessors for the successor we're about to merge in case
1031     // we selected a successor that didn't fit naturally into the CFG.
1032     SuccChain.UnscheduledPredecessors = 0;
1033     DEBUG(dbgs() << "Merging from " << getBlockName(BB) << " to "
1034                  << getBlockName(BestSucc) << "\n");
1035     markChainSuccessors(SuccChain, LoopHeaderBB, BlockFilter);
1036     Chain.merge(BestSucc, &SuccChain);
1037     BB = *std::prev(Chain.end());
1038   }
1039
1040   DEBUG(dbgs() << "Finished forming chain for header block "
1041                << getBlockName(*Chain.begin()) << "\n");
1042 }
1043
1044 /// \brief Find the best loop top block for layout.
1045 ///
1046 /// Look for a block which is strictly better than the loop header for laying
1047 /// out at the top of the loop. This looks for one and only one pattern:
1048 /// a latch block with no conditional exit. This block will cause a conditional
1049 /// jump around it or will be the bottom of the loop if we lay it out in place,
1050 /// but if it it doesn't end up at the bottom of the loop for any reason,
1051 /// rotation alone won't fix it. Because such a block will always result in an
1052 /// unconditional jump (for the backedge) rotating it in front of the loop
1053 /// header is always profitable.
1054 MachineBasicBlock *
1055 MachineBlockPlacement::findBestLoopTop(MachineLoop &L,
1056                                        const BlockFilterSet &LoopBlockSet) {
1057   // Placing the latch block before the header may introduce an extra branch
1058   // that skips this block the first time the loop is executed, which we want
1059   // to avoid when optimising for size.
1060   // FIXME: in theory there is a case that does not introduce a new branch,
1061   // i.e. when the layout predecessor does not fallthrough to the loop header.
1062   // In practice this never happens though: there always seems to be a preheader
1063   // that can fallthrough and that is also placed before the header.
1064   if (F->getFunction()->optForSize())
1065     return L.getHeader();
1066
1067   // Check that the header hasn't been fused with a preheader block due to
1068   // crazy branches. If it has, we need to start with the header at the top to
1069   // prevent pulling the preheader into the loop body.
1070   BlockChain &HeaderChain = *BlockToChain[L.getHeader()];
1071   if (!LoopBlockSet.count(*HeaderChain.begin()))
1072     return L.getHeader();
1073
1074   DEBUG(dbgs() << "Finding best loop top for: " << getBlockName(L.getHeader())
1075                << "\n");
1076
1077   BlockFrequency BestPredFreq;
1078   MachineBasicBlock *BestPred = nullptr;
1079   for (MachineBasicBlock *Pred : L.getHeader()->predecessors()) {
1080     if (!LoopBlockSet.count(Pred))
1081       continue;
1082     DEBUG(dbgs() << "    header pred: " << getBlockName(Pred) << ", has "
1083                  << Pred->succ_size() << " successors, ";
1084           MBFI->printBlockFreq(dbgs(), Pred) << " freq\n");
1085     if (Pred->succ_size() > 1)
1086       continue;
1087
1088     BlockFrequency PredFreq = MBFI->getBlockFreq(Pred);
1089     if (!BestPred || PredFreq > BestPredFreq ||
1090         (!(PredFreq < BestPredFreq) &&
1091          Pred->isLayoutSuccessor(L.getHeader()))) {
1092       BestPred = Pred;
1093       BestPredFreq = PredFreq;
1094     }
1095   }
1096
1097   // If no direct predecessor is fine, just use the loop header.
1098   if (!BestPred) {
1099     DEBUG(dbgs() << "    final top unchanged\n");
1100     return L.getHeader();
1101   }
1102
1103   // Walk backwards through any straight line of predecessors.
1104   while (BestPred->pred_size() == 1 &&
1105          (*BestPred->pred_begin())->succ_size() == 1 &&
1106          *BestPred->pred_begin() != L.getHeader())
1107     BestPred = *BestPred->pred_begin();
1108
1109   DEBUG(dbgs() << "    final top: " << getBlockName(BestPred) << "\n");
1110   return BestPred;
1111 }
1112
1113 /// \brief Find the best loop exiting block for layout.
1114 ///
1115 /// This routine implements the logic to analyze the loop looking for the best
1116 /// block to layout at the top of the loop. Typically this is done to maximize
1117 /// fallthrough opportunities.
1118 MachineBasicBlock *
1119 MachineBlockPlacement::findBestLoopExit(MachineLoop &L,
1120                                         const BlockFilterSet &LoopBlockSet) {
1121   // We don't want to layout the loop linearly in all cases. If the loop header
1122   // is just a normal basic block in the loop, we want to look for what block
1123   // within the loop is the best one to layout at the top. However, if the loop
1124   // header has be pre-merged into a chain due to predecessors not having
1125   // analyzable branches, *and* the predecessor it is merged with is *not* part
1126   // of the loop, rotating the header into the middle of the loop will create
1127   // a non-contiguous range of blocks which is Very Bad. So start with the
1128   // header and only rotate if safe.
1129   BlockChain &HeaderChain = *BlockToChain[L.getHeader()];
1130   if (!LoopBlockSet.count(*HeaderChain.begin()))
1131     return nullptr;
1132
1133   BlockFrequency BestExitEdgeFreq;
1134   unsigned BestExitLoopDepth = 0;
1135   MachineBasicBlock *ExitingBB = nullptr;
1136   // If there are exits to outer loops, loop rotation can severely limit
1137   // fallthrough opportunities unless it selects such an exit. Keep a set of
1138   // blocks where rotating to exit with that block will reach an outer loop.
1139   SmallPtrSet<MachineBasicBlock *, 4> BlocksExitingToOuterLoop;
1140
1141   DEBUG(dbgs() << "Finding best loop exit for: " << getBlockName(L.getHeader())
1142                << "\n");
1143   for (MachineBasicBlock *MBB : L.getBlocks()) {
1144     BlockChain &Chain = *BlockToChain[MBB];
1145     // Ensure that this block is at the end of a chain; otherwise it could be
1146     // mid-way through an inner loop or a successor of an unanalyzable branch.
1147     if (MBB != *std::prev(Chain.end()))
1148       continue;
1149
1150     // Now walk the successors. We need to establish whether this has a viable
1151     // exiting successor and whether it has a viable non-exiting successor.
1152     // We store the old exiting state and restore it if a viable looping
1153     // successor isn't found.
1154     MachineBasicBlock *OldExitingBB = ExitingBB;
1155     BlockFrequency OldBestExitEdgeFreq = BestExitEdgeFreq;
1156     bool HasLoopingSucc = false;
1157     for (MachineBasicBlock *Succ : MBB->successors()) {
1158       if (Succ->isEHPad())
1159         continue;
1160       if (Succ == MBB)
1161         continue;
1162       BlockChain &SuccChain = *BlockToChain[Succ];
1163       // Don't split chains, either this chain or the successor's chain.
1164       if (&Chain == &SuccChain) {
1165         DEBUG(dbgs() << "    exiting: " << getBlockName(MBB) << " -> "
1166                      << getBlockName(Succ) << " (chain conflict)\n");
1167         continue;
1168       }
1169
1170       auto SuccProb = MBPI->getEdgeProbability(MBB, Succ);
1171       if (LoopBlockSet.count(Succ)) {
1172         DEBUG(dbgs() << "    looping: " << getBlockName(MBB) << " -> "
1173                      << getBlockName(Succ) << " (" << SuccProb << ")\n");
1174         HasLoopingSucc = true;
1175         continue;
1176       }
1177
1178       unsigned SuccLoopDepth = 0;
1179       if (MachineLoop *ExitLoop = MLI->getLoopFor(Succ)) {
1180         SuccLoopDepth = ExitLoop->getLoopDepth();
1181         if (ExitLoop->contains(&L))
1182           BlocksExitingToOuterLoop.insert(MBB);
1183       }
1184
1185       BlockFrequency ExitEdgeFreq = MBFI->getBlockFreq(MBB) * SuccProb;
1186       DEBUG(dbgs() << "    exiting: " << getBlockName(MBB) << " -> "
1187                    << getBlockName(Succ) << " [L:" << SuccLoopDepth << "] (";
1188             MBFI->printBlockFreq(dbgs(), ExitEdgeFreq) << ")\n");
1189       // Note that we bias this toward an existing layout successor to retain
1190       // incoming order in the absence of better information. The exit must have
1191       // a frequency higher than the current exit before we consider breaking
1192       // the layout.
1193       BranchProbability Bias(100 - ExitBlockBias, 100);
1194       if (!ExitingBB || SuccLoopDepth > BestExitLoopDepth ||
1195           ExitEdgeFreq > BestExitEdgeFreq ||
1196           (MBB->isLayoutSuccessor(Succ) &&
1197            !(ExitEdgeFreq < BestExitEdgeFreq * Bias))) {
1198         BestExitEdgeFreq = ExitEdgeFreq;
1199         ExitingBB = MBB;
1200       }
1201     }
1202
1203     if (!HasLoopingSucc) {
1204       // Restore the old exiting state, no viable looping successor was found.
1205       ExitingBB = OldExitingBB;
1206       BestExitEdgeFreq = OldBestExitEdgeFreq;
1207     }
1208   }
1209   // Without a candidate exiting block or with only a single block in the
1210   // loop, just use the loop header to layout the loop.
1211   if (!ExitingBB) {
1212     DEBUG(dbgs() << "    No other candidate exit blocks, using loop header\n");
1213     return nullptr;
1214   }
1215   if (L.getNumBlocks() == 1) {
1216     DEBUG(dbgs() << "    Loop has 1 block, using loop header as exit\n");
1217     return nullptr;
1218   }
1219
1220   // Also, if we have exit blocks which lead to outer loops but didn't select
1221   // one of them as the exiting block we are rotating toward, disable loop
1222   // rotation altogether.
1223   if (!BlocksExitingToOuterLoop.empty() &&
1224       !BlocksExitingToOuterLoop.count(ExitingBB))
1225     return nullptr;
1226
1227   DEBUG(dbgs() << "  Best exiting block: " << getBlockName(ExitingBB) << "\n");
1228   return ExitingBB;
1229 }
1230
1231 /// \brief Attempt to rotate an exiting block to the bottom of the loop.
1232 ///
1233 /// Once we have built a chain, try to rotate it to line up the hot exit block
1234 /// with fallthrough out of the loop if doing so doesn't introduce unnecessary
1235 /// branches. For example, if the loop has fallthrough into its header and out
1236 /// of its bottom already, don't rotate it.
1237 void MachineBlockPlacement::rotateLoop(BlockChain &LoopChain,
1238                                        MachineBasicBlock *ExitingBB,
1239                                        const BlockFilterSet &LoopBlockSet) {
1240   if (!ExitingBB)
1241     return;
1242
1243   MachineBasicBlock *Top = *LoopChain.begin();
1244   bool ViableTopFallthrough = false;
1245   for (MachineBasicBlock *Pred : Top->predecessors()) {
1246     BlockChain *PredChain = BlockToChain[Pred];
1247     if (!LoopBlockSet.count(Pred) &&
1248         (!PredChain || Pred == *std::prev(PredChain->end()))) {
1249       ViableTopFallthrough = true;
1250       break;
1251     }
1252   }
1253
1254   // If the header has viable fallthrough, check whether the current loop
1255   // bottom is a viable exiting block. If so, bail out as rotating will
1256   // introduce an unnecessary branch.
1257   if (ViableTopFallthrough) {
1258     MachineBasicBlock *Bottom = *std::prev(LoopChain.end());
1259     for (MachineBasicBlock *Succ : Bottom->successors()) {
1260       BlockChain *SuccChain = BlockToChain[Succ];
1261       if (!LoopBlockSet.count(Succ) &&
1262           (!SuccChain || Succ == *SuccChain->begin()))
1263         return;
1264     }
1265   }
1266
1267   BlockChain::iterator ExitIt = find(LoopChain, ExitingBB);
1268   if (ExitIt == LoopChain.end())
1269     return;
1270
1271   std::rotate(LoopChain.begin(), std::next(ExitIt), LoopChain.end());
1272 }
1273
1274 /// \brief Attempt to rotate a loop based on profile data to reduce branch cost.
1275 ///
1276 /// With profile data, we can determine the cost in terms of missed fall through
1277 /// opportunities when rotating a loop chain and select the best rotation.
1278 /// Basically, there are three kinds of cost to consider for each rotation:
1279 ///    1. The possibly missed fall through edge (if it exists) from BB out of
1280 ///    the loop to the loop header.
1281 ///    2. The possibly missed fall through edges (if they exist) from the loop
1282 ///    exits to BB out of the loop.
1283 ///    3. The missed fall through edge (if it exists) from the last BB to the
1284 ///    first BB in the loop chain.
1285 ///  Therefore, the cost for a given rotation is the sum of costs listed above.
1286 ///  We select the best rotation with the smallest cost.
1287 void MachineBlockPlacement::rotateLoopWithProfile(
1288     BlockChain &LoopChain, MachineLoop &L, const BlockFilterSet &LoopBlockSet) {
1289   auto HeaderBB = L.getHeader();
1290   auto HeaderIter = find(LoopChain, HeaderBB);
1291   auto RotationPos = LoopChain.end();
1292
1293   BlockFrequency SmallestRotationCost = BlockFrequency::getMaxFrequency();
1294
1295   // A utility lambda that scales up a block frequency by dividing it by a
1296   // branch probability which is the reciprocal of the scale.
1297   auto ScaleBlockFrequency = [](BlockFrequency Freq,
1298                                 unsigned Scale) -> BlockFrequency {
1299     if (Scale == 0)
1300       return 0;
1301     // Use operator / between BlockFrequency and BranchProbability to implement
1302     // saturating multiplication.
1303     return Freq / BranchProbability(1, Scale);
1304   };
1305
1306   // Compute the cost of the missed fall-through edge to the loop header if the
1307   // chain head is not the loop header. As we only consider natural loops with
1308   // single header, this computation can be done only once.
1309   BlockFrequency HeaderFallThroughCost(0);
1310   for (auto *Pred : HeaderBB->predecessors()) {
1311     BlockChain *PredChain = BlockToChain[Pred];
1312     if (!LoopBlockSet.count(Pred) &&
1313         (!PredChain || Pred == *std::prev(PredChain->end()))) {
1314       auto EdgeFreq =
1315           MBFI->getBlockFreq(Pred) * MBPI->getEdgeProbability(Pred, HeaderBB);
1316       auto FallThruCost = ScaleBlockFrequency(EdgeFreq, MisfetchCost);
1317       // If the predecessor has only an unconditional jump to the header, we
1318       // need to consider the cost of this jump.
1319       if (Pred->succ_size() == 1)
1320         FallThruCost += ScaleBlockFrequency(EdgeFreq, JumpInstCost);
1321       HeaderFallThroughCost = std::max(HeaderFallThroughCost, FallThruCost);
1322     }
1323   }
1324
1325   // Here we collect all exit blocks in the loop, and for each exit we find out
1326   // its hottest exit edge. For each loop rotation, we define the loop exit cost
1327   // as the sum of frequencies of exit edges we collect here, excluding the exit
1328   // edge from the tail of the loop chain.
1329   SmallVector<std::pair<MachineBasicBlock *, BlockFrequency>, 4> ExitsWithFreq;
1330   for (auto BB : LoopChain) {
1331     auto LargestExitEdgeProb = BranchProbability::getZero();
1332     for (auto *Succ : BB->successors()) {
1333       BlockChain *SuccChain = BlockToChain[Succ];
1334       if (!LoopBlockSet.count(Succ) &&
1335           (!SuccChain || Succ == *SuccChain->begin())) {
1336         auto SuccProb = MBPI->getEdgeProbability(BB, Succ);
1337         LargestExitEdgeProb = std::max(LargestExitEdgeProb, SuccProb);
1338       }
1339     }
1340     if (LargestExitEdgeProb > BranchProbability::getZero()) {
1341       auto ExitFreq = MBFI->getBlockFreq(BB) * LargestExitEdgeProb;
1342       ExitsWithFreq.emplace_back(BB, ExitFreq);
1343     }
1344   }
1345
1346   // In this loop we iterate every block in the loop chain and calculate the
1347   // cost assuming the block is the head of the loop chain. When the loop ends,
1348   // we should have found the best candidate as the loop chain's head.
1349   for (auto Iter = LoopChain.begin(), TailIter = std::prev(LoopChain.end()),
1350             EndIter = LoopChain.end();
1351        Iter != EndIter; Iter++, TailIter++) {
1352     // TailIter is used to track the tail of the loop chain if the block we are
1353     // checking (pointed by Iter) is the head of the chain.
1354     if (TailIter == LoopChain.end())
1355       TailIter = LoopChain.begin();
1356
1357     auto TailBB = *TailIter;
1358
1359     // Calculate the cost by putting this BB to the top.
1360     BlockFrequency Cost = 0;
1361
1362     // If the current BB is the loop header, we need to take into account the
1363     // cost of the missed fall through edge from outside of the loop to the
1364     // header.
1365     if (Iter != HeaderIter)
1366       Cost += HeaderFallThroughCost;
1367
1368     // Collect the loop exit cost by summing up frequencies of all exit edges
1369     // except the one from the chain tail.
1370     for (auto &ExitWithFreq : ExitsWithFreq)
1371       if (TailBB != ExitWithFreq.first)
1372         Cost += ExitWithFreq.second;
1373
1374     // The cost of breaking the once fall-through edge from the tail to the top
1375     // of the loop chain. Here we need to consider three cases:
1376     // 1. If the tail node has only one successor, then we will get an
1377     //    additional jmp instruction. So the cost here is (MisfetchCost +
1378     //    JumpInstCost) * tail node frequency.
1379     // 2. If the tail node has two successors, then we may still get an
1380     //    additional jmp instruction if the layout successor after the loop
1381     //    chain is not its CFG successor. Note that the more frequently executed
1382     //    jmp instruction will be put ahead of the other one. Assume the
1383     //    frequency of those two branches are x and y, where x is the frequency
1384     //    of the edge to the chain head, then the cost will be
1385     //    (x * MisfetechCost + min(x, y) * JumpInstCost) * tail node frequency.
1386     // 3. If the tail node has more than two successors (this rarely happens),
1387     //    we won't consider any additional cost.
1388     if (TailBB->isSuccessor(*Iter)) {
1389       auto TailBBFreq = MBFI->getBlockFreq(TailBB);
1390       if (TailBB->succ_size() == 1)
1391         Cost += ScaleBlockFrequency(TailBBFreq.getFrequency(),
1392                                     MisfetchCost + JumpInstCost);
1393       else if (TailBB->succ_size() == 2) {
1394         auto TailToHeadProb = MBPI->getEdgeProbability(TailBB, *Iter);
1395         auto TailToHeadFreq = TailBBFreq * TailToHeadProb;
1396         auto ColderEdgeFreq = TailToHeadProb > BranchProbability(1, 2)
1397                                   ? TailBBFreq * TailToHeadProb.getCompl()
1398                                   : TailToHeadFreq;
1399         Cost += ScaleBlockFrequency(TailToHeadFreq, MisfetchCost) +
1400                 ScaleBlockFrequency(ColderEdgeFreq, JumpInstCost);
1401       }
1402     }
1403
1404     DEBUG(dbgs() << "The cost of loop rotation by making " << getBlockName(*Iter)
1405                  << " to the top: " << Cost.getFrequency() << "\n");
1406
1407     if (Cost < SmallestRotationCost) {
1408       SmallestRotationCost = Cost;
1409       RotationPos = Iter;
1410     }
1411   }
1412
1413   if (RotationPos != LoopChain.end()) {
1414     DEBUG(dbgs() << "Rotate loop by making " << getBlockName(*RotationPos)
1415                  << " to the top\n");
1416     std::rotate(LoopChain.begin(), RotationPos, LoopChain.end());
1417   }
1418 }
1419
1420 /// \brief Collect blocks in the given loop that are to be placed.
1421 ///
1422 /// When profile data is available, exclude cold blocks from the returned set;
1423 /// otherwise, collect all blocks in the loop.
1424 MachineBlockPlacement::BlockFilterSet
1425 MachineBlockPlacement::collectLoopBlockSet(MachineLoop &L) {
1426   BlockFilterSet LoopBlockSet;
1427
1428   // Filter cold blocks off from LoopBlockSet when profile data is available.
1429   // Collect the sum of frequencies of incoming edges to the loop header from
1430   // outside. If we treat the loop as a super block, this is the frequency of
1431   // the loop. Then for each block in the loop, we calculate the ratio between
1432   // its frequency and the frequency of the loop block. When it is too small,
1433   // don't add it to the loop chain. If there are outer loops, then this block
1434   // will be merged into the first outer loop chain for which this block is not
1435   // cold anymore. This needs precise profile data and we only do this when
1436   // profile data is available.
1437   if (F->getFunction()->getEntryCount()) {
1438     BlockFrequency LoopFreq(0);
1439     for (auto LoopPred : L.getHeader()->predecessors())
1440       if (!L.contains(LoopPred))
1441         LoopFreq += MBFI->getBlockFreq(LoopPred) *
1442                     MBPI->getEdgeProbability(LoopPred, L.getHeader());
1443
1444     for (MachineBasicBlock *LoopBB : L.getBlocks()) {
1445       auto Freq = MBFI->getBlockFreq(LoopBB).getFrequency();
1446       if (Freq == 0 || LoopFreq.getFrequency() / Freq > LoopToColdBlockRatio)
1447         continue;
1448       LoopBlockSet.insert(LoopBB);
1449     }
1450   } else
1451     LoopBlockSet.insert(L.block_begin(), L.block_end());
1452
1453   return LoopBlockSet;
1454 }
1455
1456 /// \brief Forms basic block chains from the natural loop structures.
1457 ///
1458 /// These chains are designed to preserve the existing *structure* of the code
1459 /// as much as possible. We can then stitch the chains together in a way which
1460 /// both preserves the topological structure and minimizes taken conditional
1461 /// branches.
1462 void MachineBlockPlacement::buildLoopChains(MachineLoop &L) {
1463   // First recurse through any nested loops, building chains for those inner
1464   // loops.
1465   for (MachineLoop *InnerLoop : L)
1466     buildLoopChains(*InnerLoop);
1467
1468   assert(BlockWorkList.empty());
1469   assert(EHPadWorkList.empty());
1470   BlockFilterSet LoopBlockSet = collectLoopBlockSet(L);
1471
1472   // Check if we have profile data for this function. If yes, we will rotate
1473   // this loop by modeling costs more precisely which requires the profile data
1474   // for better layout.
1475   bool RotateLoopWithProfile =
1476       ForcePreciseRotationCost ||
1477       (PreciseRotationCost && F->getFunction()->getEntryCount());
1478
1479   // First check to see if there is an obviously preferable top block for the
1480   // loop. This will default to the header, but may end up as one of the
1481   // predecessors to the header if there is one which will result in strictly
1482   // fewer branches in the loop body.
1483   // When we use profile data to rotate the loop, this is unnecessary.
1484   MachineBasicBlock *LoopTop =
1485       RotateLoopWithProfile ? L.getHeader() : findBestLoopTop(L, LoopBlockSet);
1486
1487   // If we selected just the header for the loop top, look for a potentially
1488   // profitable exit block in the event that rotating the loop can eliminate
1489   // branches by placing an exit edge at the bottom.
1490   if (!RotateLoopWithProfile && LoopTop == L.getHeader())
1491     PreferredLoopExit = findBestLoopExit(L, LoopBlockSet);
1492
1493   BlockChain &LoopChain = *BlockToChain[LoopTop];
1494
1495   // FIXME: This is a really lame way of walking the chains in the loop: we
1496   // walk the blocks, and use a set to prevent visiting a particular chain
1497   // twice.
1498   SmallPtrSet<BlockChain *, 4> UpdatedPreds;
1499   assert(LoopChain.UnscheduledPredecessors == 0);
1500   UpdatedPreds.insert(&LoopChain);
1501
1502   for (MachineBasicBlock *LoopBB : LoopBlockSet)
1503     fillWorkLists(LoopBB, UpdatedPreds, &LoopBlockSet);
1504
1505   buildChain(LoopTop, LoopChain, &LoopBlockSet);
1506
1507   if (RotateLoopWithProfile)
1508     rotateLoopWithProfile(LoopChain, L, LoopBlockSet);
1509   else
1510     rotateLoop(LoopChain, PreferredLoopExit, LoopBlockSet);
1511
1512   DEBUG({
1513     // Crash at the end so we get all of the debugging output first.
1514     bool BadLoop = false;
1515     if (LoopChain.UnscheduledPredecessors) {
1516       BadLoop = true;
1517       dbgs() << "Loop chain contains a block without its preds placed!\n"
1518              << "  Loop header:  " << getBlockName(*L.block_begin()) << "\n"
1519              << "  Chain header: " << getBlockName(*LoopChain.begin()) << "\n";
1520     }
1521     for (MachineBasicBlock *ChainBB : LoopChain) {
1522       dbgs() << "          ... " << getBlockName(ChainBB) << "\n";
1523       if (!LoopBlockSet.remove(ChainBB)) {
1524         // We don't mark the loop as bad here because there are real situations
1525         // where this can occur. For example, with an unanalyzable fallthrough
1526         // from a loop block to a non-loop block or vice versa.
1527         dbgs() << "Loop chain contains a block not contained by the loop!\n"
1528                << "  Loop header:  " << getBlockName(*L.block_begin()) << "\n"
1529                << "  Chain header: " << getBlockName(*LoopChain.begin()) << "\n"
1530                << "  Bad block:    " << getBlockName(ChainBB) << "\n";
1531       }
1532     }
1533
1534     if (!LoopBlockSet.empty()) {
1535       BadLoop = true;
1536       for (MachineBasicBlock *LoopBB : LoopBlockSet)
1537         dbgs() << "Loop contains blocks never placed into a chain!\n"
1538                << "  Loop header:  " << getBlockName(*L.block_begin()) << "\n"
1539                << "  Chain header: " << getBlockName(*LoopChain.begin()) << "\n"
1540                << "  Bad block:    " << getBlockName(LoopBB) << "\n";
1541     }
1542     assert(!BadLoop && "Detected problems with the placement of this loop.");
1543   });
1544
1545   BlockWorkList.clear();
1546   EHPadWorkList.clear();
1547 }
1548
1549 /// When OutlineOpitonalBranches is on, this method collects BBs that
1550 /// dominates all terminator blocks of the function \p F.
1551 void MachineBlockPlacement::collectMustExecuteBBs() {
1552   if (OutlineOptionalBranches) {
1553     // Find the nearest common dominator of all of F's terminators.
1554     MachineBasicBlock *Terminator = nullptr;
1555     for (MachineBasicBlock &MBB : *F) {
1556       if (MBB.succ_size() == 0) {
1557         if (Terminator == nullptr)
1558           Terminator = &MBB;
1559         else
1560           Terminator = MDT->findNearestCommonDominator(Terminator, &MBB);
1561       }
1562     }
1563
1564     // MBBs dominating this common dominator are unavoidable.
1565     UnavoidableBlocks.clear();
1566     for (MachineBasicBlock &MBB : *F) {
1567       if (MDT->dominates(&MBB, Terminator)) {
1568         UnavoidableBlocks.insert(&MBB);
1569       }
1570     }
1571   }
1572 }
1573
1574 void MachineBlockPlacement::buildCFGChains() {
1575   // Ensure that every BB in the function has an associated chain to simplify
1576   // the assumptions of the remaining algorithm.
1577   SmallVector<MachineOperand, 4> Cond; // For AnalyzeBranch.
1578   for (MachineFunction::iterator FI = F->begin(), FE = F->end(); FI != FE;
1579        ++FI) {
1580     MachineBasicBlock *BB = &*FI;
1581     BlockChain *Chain =
1582         new (ChainAllocator.Allocate()) BlockChain(BlockToChain, BB);
1583     // Also, merge any blocks which we cannot reason about and must preserve
1584     // the exact fallthrough behavior for.
1585     for (;;) {
1586       Cond.clear();
1587       MachineBasicBlock *TBB = nullptr, *FBB = nullptr; // For AnalyzeBranch.
1588       if (!TII->analyzeBranch(*BB, TBB, FBB, Cond) || !FI->canFallThrough())
1589         break;
1590
1591       MachineFunction::iterator NextFI = std::next(FI);
1592       MachineBasicBlock *NextBB = &*NextFI;
1593       // Ensure that the layout successor is a viable block, as we know that
1594       // fallthrough is a possibility.
1595       assert(NextFI != FE && "Can't fallthrough past the last block.");
1596       DEBUG(dbgs() << "Pre-merging due to unanalyzable fallthrough: "
1597                    << getBlockName(BB) << " -> " << getBlockName(NextBB)
1598                    << "\n");
1599       Chain->merge(NextBB, nullptr);
1600 #ifndef NDEBUG
1601       BlocksWithUnanalyzableExits.insert(&*BB);
1602 #endif
1603       FI = NextFI;
1604       BB = NextBB;
1605     }
1606   }
1607
1608   // Turned on with OutlineOptionalBranches option
1609   collectMustExecuteBBs();
1610
1611   // Build any loop-based chains.
1612   PreferredLoopExit = nullptr;
1613   for (MachineLoop *L : *MLI)
1614     buildLoopChains(*L);
1615
1616   assert(BlockWorkList.empty());
1617   assert(EHPadWorkList.empty());
1618
1619   SmallPtrSet<BlockChain *, 4> UpdatedPreds;
1620   for (MachineBasicBlock &MBB : *F)
1621     fillWorkLists(&MBB, UpdatedPreds);
1622
1623   BlockChain &FunctionChain = *BlockToChain[&F->front()];
1624   buildChain(&F->front(), FunctionChain);
1625
1626 #ifndef NDEBUG
1627   typedef SmallPtrSet<MachineBasicBlock *, 16> FunctionBlockSetType;
1628 #endif
1629   DEBUG({
1630     // Crash at the end so we get all of the debugging output first.
1631     bool BadFunc = false;
1632     FunctionBlockSetType FunctionBlockSet;
1633     for (MachineBasicBlock &MBB : *F)
1634       FunctionBlockSet.insert(&MBB);
1635
1636     for (MachineBasicBlock *ChainBB : FunctionChain)
1637       if (!FunctionBlockSet.erase(ChainBB)) {
1638         BadFunc = true;
1639         dbgs() << "Function chain contains a block not in the function!\n"
1640                << "  Bad block:    " << getBlockName(ChainBB) << "\n";
1641       }
1642
1643     if (!FunctionBlockSet.empty()) {
1644       BadFunc = true;
1645       for (MachineBasicBlock *RemainingBB : FunctionBlockSet)
1646         dbgs() << "Function contains blocks never placed into a chain!\n"
1647                << "  Bad block:    " << getBlockName(RemainingBB) << "\n";
1648     }
1649     assert(!BadFunc && "Detected problems with the block placement.");
1650   });
1651
1652   // Splice the blocks into place.
1653   MachineFunction::iterator InsertPos = F->begin();
1654   DEBUG(dbgs() << "[MBP] Function: "<< F->getName() << "\n");
1655   for (MachineBasicBlock *ChainBB : FunctionChain) {
1656     DEBUG(dbgs() << (ChainBB == *FunctionChain.begin() ? "Placing chain "
1657                                                        : "          ... ")
1658                  << getBlockName(ChainBB) << "\n");
1659     if (InsertPos != MachineFunction::iterator(ChainBB))
1660       F->splice(InsertPos, ChainBB);
1661     else
1662       ++InsertPos;
1663
1664     // Update the terminator of the previous block.
1665     if (ChainBB == *FunctionChain.begin())
1666       continue;
1667     MachineBasicBlock *PrevBB = &*std::prev(MachineFunction::iterator(ChainBB));
1668
1669     // FIXME: It would be awesome of updateTerminator would just return rather
1670     // than assert when the branch cannot be analyzed in order to remove this
1671     // boiler plate.
1672     Cond.clear();
1673     MachineBasicBlock *TBB = nullptr, *FBB = nullptr; // For AnalyzeBranch.
1674
1675 #ifndef NDEBUG
1676     if (!BlocksWithUnanalyzableExits.count(PrevBB)) {
1677       // Given the exact block placement we chose, we may actually not _need_ to
1678       // be able to edit PrevBB's terminator sequence, but not being _able_ to
1679       // do that at this point is a bug.
1680       assert((!TII->analyzeBranch(*PrevBB, TBB, FBB, Cond) ||
1681               !PrevBB->canFallThrough()) &&
1682              "Unexpected block with un-analyzable fallthrough!");
1683       Cond.clear();
1684       TBB = FBB = nullptr;
1685     }
1686 #endif
1687
1688     // The "PrevBB" is not yet updated to reflect current code layout, so,
1689     //   o. it may fall-through to a block without explicit "goto" instruction
1690     //      before layout, and no longer fall-through it after layout; or
1691     //   o. just opposite.
1692     //
1693     // analyzeBranch() may return erroneous value for FBB when these two
1694     // situations take place. For the first scenario FBB is mistakenly set NULL;
1695     // for the 2nd scenario, the FBB, which is expected to be NULL, is
1696     // mistakenly pointing to "*BI".
1697     // Thus, if the future change needs to use FBB before the layout is set, it
1698     // has to correct FBB first by using the code similar to the following:
1699     //
1700     // if (!Cond.empty() && (!FBB || FBB == ChainBB)) {
1701     //   PrevBB->updateTerminator();
1702     //   Cond.clear();
1703     //   TBB = FBB = nullptr;
1704     //   if (TII->analyzeBranch(*PrevBB, TBB, FBB, Cond)) {
1705     //     // FIXME: This should never take place.
1706     //     TBB = FBB = nullptr;
1707     //   }
1708     // }
1709     if (!TII->analyzeBranch(*PrevBB, TBB, FBB, Cond))
1710       PrevBB->updateTerminator();
1711   }
1712
1713   // Fixup the last block.
1714   Cond.clear();
1715   MachineBasicBlock *TBB = nullptr, *FBB = nullptr; // For AnalyzeBranch.
1716   if (!TII->analyzeBranch(F->back(), TBB, FBB, Cond))
1717     F->back().updateTerminator();
1718
1719   BlockWorkList.clear();
1720   EHPadWorkList.clear();
1721 }
1722
1723 void MachineBlockPlacement::optimizeBranches() {
1724   BlockChain &FunctionChain = *BlockToChain[&F->front()];
1725   SmallVector<MachineOperand, 4> Cond; // For AnalyzeBranch.
1726
1727   // Now that all the basic blocks in the chain have the proper layout,
1728   // make a final call to AnalyzeBranch with AllowModify set.
1729   // Indeed, the target may be able to optimize the branches in a way we
1730   // cannot because all branches may not be analyzable.
1731   // E.g., the target may be able to remove an unconditional branch to
1732   // a fallthrough when it occurs after predicated terminators.
1733   for (MachineBasicBlock *ChainBB : FunctionChain) {
1734     Cond.clear();
1735     MachineBasicBlock *TBB = nullptr, *FBB = nullptr; // For AnalyzeBranch.
1736     if (!TII->analyzeBranch(*ChainBB, TBB, FBB, Cond, /*AllowModify*/ true)) {
1737       // If PrevBB has a two-way branch, try to re-order the branches
1738       // such that we branch to the successor with higher probability first.
1739       if (TBB && !Cond.empty() && FBB &&
1740           MBPI->getEdgeProbability(ChainBB, FBB) >
1741               MBPI->getEdgeProbability(ChainBB, TBB) &&
1742           !TII->reverseBranchCondition(Cond)) {
1743         DEBUG(dbgs() << "Reverse order of the two branches: "
1744                      << getBlockName(ChainBB) << "\n");
1745         DEBUG(dbgs() << "    Edge probability: "
1746                      << MBPI->getEdgeProbability(ChainBB, FBB) << " vs "
1747                      << MBPI->getEdgeProbability(ChainBB, TBB) << "\n");
1748         DebugLoc dl; // FIXME: this is nowhere
1749         TII->removeBranch(*ChainBB);
1750         TII->insertBranch(*ChainBB, FBB, TBB, Cond, dl);
1751         ChainBB->updateTerminator();
1752       }
1753     }
1754   }
1755 }
1756
1757 void MachineBlockPlacement::alignBlocks() {
1758   // Walk through the backedges of the function now that we have fully laid out
1759   // the basic blocks and align the destination of each backedge. We don't rely
1760   // exclusively on the loop info here so that we can align backedges in
1761   // unnatural CFGs and backedges that were introduced purely because of the
1762   // loop rotations done during this layout pass.
1763   if (F->getFunction()->optForSize())
1764     return;
1765   BlockChain &FunctionChain = *BlockToChain[&F->front()];
1766   if (FunctionChain.begin() == FunctionChain.end())
1767     return; // Empty chain.
1768
1769   const BranchProbability ColdProb(1, 5); // 20%
1770   BlockFrequency EntryFreq = MBFI->getBlockFreq(&F->front());
1771   BlockFrequency WeightedEntryFreq = EntryFreq * ColdProb;
1772   for (MachineBasicBlock *ChainBB : FunctionChain) {
1773     if (ChainBB == *FunctionChain.begin())
1774       continue;
1775
1776     // Don't align non-looping basic blocks. These are unlikely to execute
1777     // enough times to matter in practice. Note that we'll still handle
1778     // unnatural CFGs inside of a natural outer loop (the common case) and
1779     // rotated loops.
1780     MachineLoop *L = MLI->getLoopFor(ChainBB);
1781     if (!L)
1782       continue;
1783
1784     unsigned Align = TLI->getPrefLoopAlignment(L);
1785     if (!Align)
1786       continue; // Don't care about loop alignment.
1787
1788     // If the block is cold relative to the function entry don't waste space
1789     // aligning it.
1790     BlockFrequency Freq = MBFI->getBlockFreq(ChainBB);
1791     if (Freq < WeightedEntryFreq)
1792       continue;
1793
1794     // If the block is cold relative to its loop header, don't align it
1795     // regardless of what edges into the block exist.
1796     MachineBasicBlock *LoopHeader = L->getHeader();
1797     BlockFrequency LoopHeaderFreq = MBFI->getBlockFreq(LoopHeader);
1798     if (Freq < (LoopHeaderFreq * ColdProb))
1799       continue;
1800
1801     // Check for the existence of a non-layout predecessor which would benefit
1802     // from aligning this block.
1803     MachineBasicBlock *LayoutPred =
1804         &*std::prev(MachineFunction::iterator(ChainBB));
1805
1806     // Force alignment if all the predecessors are jumps. We already checked
1807     // that the block isn't cold above.
1808     if (!LayoutPred->isSuccessor(ChainBB)) {
1809       ChainBB->setAlignment(Align);
1810       continue;
1811     }
1812
1813     // Align this block if the layout predecessor's edge into this block is
1814     // cold relative to the block. When this is true, other predecessors make up
1815     // all of the hot entries into the block and thus alignment is likely to be
1816     // important.
1817     BranchProbability LayoutProb =
1818         MBPI->getEdgeProbability(LayoutPred, ChainBB);
1819     BlockFrequency LayoutEdgeFreq = MBFI->getBlockFreq(LayoutPred) * LayoutProb;
1820     if (LayoutEdgeFreq <= (Freq * ColdProb))
1821       ChainBB->setAlignment(Align);
1822   }
1823 }
1824
1825 /// Tail duplicate \p BB into (some) predecessors if profitable, repeating if
1826 /// it was duplicated into its chain predecessor and removed.
1827 /// \p BB    - Basic block that may be duplicated.
1828 ///
1829 /// \p LPred - Chosen layout predecessor of \p BB.
1830 ///            Updated to be the chain end if LPred is removed.
1831 /// \p Chain - Chain to which \p LPred belongs, and \p BB will belong.
1832 /// \p BlockFilter - Set of blocks that belong to the loop being laid out.
1833 ///                  Used to identify which blocks to update predecessor
1834 ///                  counts.
1835 /// \p PrevUnplacedBlockIt - Iterator pointing to the last block that was
1836 ///                          chosen in the given order due to unnatural CFG
1837 ///                          only needed if \p BB is removed and
1838 ///                          \p PrevUnplacedBlockIt pointed to \p BB.
1839 /// @return true if \p BB was removed.
1840 bool MachineBlockPlacement::repeatedlyTailDuplicateBlock(
1841     MachineBasicBlock *BB, MachineBasicBlock *&LPred,
1842     MachineBasicBlock *LoopHeaderBB,
1843     BlockChain &Chain, BlockFilterSet *BlockFilter,
1844     MachineFunction::iterator &PrevUnplacedBlockIt) {
1845   bool Removed, DuplicatedToLPred;
1846   bool DuplicatedToOriginalLPred;
1847   Removed = maybeTailDuplicateBlock(BB, LPred, Chain, BlockFilter,
1848                                     PrevUnplacedBlockIt,
1849                                     DuplicatedToLPred);
1850   if (!Removed)
1851     return false;
1852   DuplicatedToOriginalLPred = DuplicatedToLPred;
1853   // Iteratively try to duplicate again. It can happen that a block that is
1854   // duplicated into is still small enough to be duplicated again.
1855   // No need to call markBlockSuccessors in this case, as the blocks being
1856   // duplicated from here on are already scheduled.
1857   // Note that DuplicatedToLPred always implies Removed.
1858   while (DuplicatedToLPred) {
1859     assert (Removed && "Block must have been removed to be duplicated into its "
1860             "layout predecessor.");
1861     MachineBasicBlock *DupBB, *DupPred;
1862     // The removal callback causes Chain.end() to be updated when a block is
1863     // removed. On the first pass through the loop, the chain end should be the
1864     // same as it was on function entry. On subsequent passes, because we are
1865     // duplicating the block at the end of the chain, if it is removed the
1866     // chain will have shrunk by one block.
1867     BlockChain::iterator ChainEnd = Chain.end();
1868     DupBB = *(--ChainEnd);
1869     // Now try to duplicate again.
1870     if (ChainEnd == Chain.begin())
1871       break;
1872     DupPred = *std::prev(ChainEnd);
1873     Removed = maybeTailDuplicateBlock(DupBB, DupPred, Chain, BlockFilter,
1874                                       PrevUnplacedBlockIt,
1875                                       DuplicatedToLPred);
1876   }
1877   // If BB was duplicated into LPred, it is now scheduled. But because it was
1878   // removed, markChainSuccessors won't be called for its chain. Instead we
1879   // call markBlockSuccessors for LPred to achieve the same effect. This must go
1880   // at the end because repeating the tail duplication can increase the number
1881   // of unscheduled predecessors.
1882   LPred = *std::prev(Chain.end());
1883   if (DuplicatedToOriginalLPred)
1884     markBlockSuccessors(Chain, LPred, LoopHeaderBB, BlockFilter);
1885   return true;
1886 }
1887
1888 /// Tail duplicate \p BB into (some) predecessors if profitable.
1889 /// \p BB    - Basic block that may be duplicated
1890 /// \p LPred - Chosen layout predecessor of \p BB
1891 /// \p Chain - Chain to which \p LPred belongs, and \p BB will belong.
1892 /// \p BlockFilter - Set of blocks that belong to the loop being laid out.
1893 ///                  Used to identify which blocks to update predecessor
1894 ///                  counts.
1895 /// \p PrevUnplacedBlockIt - Iterator pointing to the last block that was
1896 ///                          chosen in the given order due to unnatural CFG
1897 ///                          only needed if \p BB is removed and
1898 ///                          \p PrevUnplacedBlockIt pointed to \p BB.
1899 /// \p DuplicatedToLPred - True if the block was duplicated into LPred. Will
1900 ///                        only be true if the block was removed.
1901 /// \return  - True if the block was duplicated into all preds and removed.
1902 bool MachineBlockPlacement::maybeTailDuplicateBlock(
1903     MachineBasicBlock *BB, MachineBasicBlock *LPred,
1904     const BlockChain &Chain, BlockFilterSet *BlockFilter,
1905     MachineFunction::iterator &PrevUnplacedBlockIt,
1906     bool &DuplicatedToLPred) {
1907
1908   DuplicatedToLPred = false;
1909   DEBUG(dbgs() << "Redoing tail duplication for Succ#"
1910         << BB->getNumber() << "\n");
1911   bool IsSimple = TailDup.isSimpleBB(BB);
1912   // Blocks with single successors don't create additional fallthrough
1913   // opportunities. Don't duplicate them. TODO: When conditional exits are
1914   // analyzable, allow them to be duplicated.
1915   if (!IsSimple && BB->succ_size() == 1)
1916     return false;
1917   if (!TailDup.shouldTailDuplicate(IsSimple, *BB))
1918     return false;
1919   // This has to be a callback because none of it can be done after
1920   // BB is deleted.
1921   bool Removed = false;
1922   auto RemovalCallback =
1923       [&](MachineBasicBlock *RemBB) {
1924         // Signal to outer function
1925         Removed = true;
1926
1927         // Conservative default.
1928         bool InWorkList = true;
1929         // Remove from the Chain and Chain Map
1930         if (BlockToChain.count(RemBB)) {
1931           BlockChain *Chain = BlockToChain[RemBB];
1932           InWorkList = Chain->UnscheduledPredecessors == 0;
1933           Chain->remove(RemBB);
1934           BlockToChain.erase(RemBB);
1935         }
1936
1937         // Handle the unplaced block iterator
1938         if (&(*PrevUnplacedBlockIt) == RemBB) {
1939           PrevUnplacedBlockIt++;
1940         }
1941
1942         // Handle the Work Lists
1943         if (InWorkList) {
1944           SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &RemoveList = BlockWorkList;
1945           if (RemBB->isEHPad())
1946             RemoveList = EHPadWorkList;
1947           RemoveList.erase(
1948               remove_if(RemoveList,
1949                         [RemBB](MachineBasicBlock *BB) {return BB == RemBB;}),
1950               RemoveList.end());
1951         }
1952
1953         // Handle the filter set
1954         if (BlockFilter) {
1955           BlockFilter->remove(RemBB);
1956         }
1957
1958         // Remove the block from loop info.
1959         MLI->removeBlock(RemBB);
1960         if (RemBB == PreferredLoopExit)
1961           PreferredLoopExit = nullptr;
1962
1963         DEBUG(dbgs() << "TailDuplicator deleted block: "
1964               << getBlockName(RemBB) << "\n");
1965       };
1966   auto RemovalCallbackRef =
1967       llvm::function_ref<void(MachineBasicBlock*)>(RemovalCallback);
1968
1969   SmallVector<MachineBasicBlock *, 8> DuplicatedPreds;
1970   TailDup.tailDuplicateAndUpdate(IsSimple, BB, LPred,
1971                                  &DuplicatedPreds, &RemovalCallbackRef);
1972
1973   // Update UnscheduledPredecessors to reflect tail-duplication.
1974   DuplicatedToLPred = false;
1975   for (MachineBasicBlock *Pred : DuplicatedPreds) {
1976     // We're only looking for unscheduled predecessors that match the filter.
1977     BlockChain* PredChain = BlockToChain[Pred];
1978     if (Pred == LPred)
1979       DuplicatedToLPred = true;
1980     if (Pred == LPred || (BlockFilter && !BlockFilter->count(Pred))
1981         || PredChain == &Chain)
1982       continue;
1983     for (MachineBasicBlock *NewSucc : Pred->successors()) {
1984       if (BlockFilter && !BlockFilter->count(NewSucc))
1985         continue;
1986       BlockChain *NewChain = BlockToChain[NewSucc];
1987       if (NewChain != &Chain && NewChain != PredChain)
1988         NewChain->UnscheduledPredecessors++;
1989     }
1990   }
1991   return Removed;
1992 }
1993
1994 bool MachineBlockPlacement::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
1995   if (skipFunction(*MF.getFunction()))
1996     return false;
1997
1998   // Check for single-block functions and skip them.
1999   if (std::next(MF.begin()) == MF.end())
2000     return false;
2001
2002   F = &MF;
2003   MBPI = &getAnalysis<MachineBranchProbabilityInfo>();
2004   MBFI = llvm::make_unique<BranchFolder::MBFIWrapper>(
2005       getAnalysis<MachineBlockFrequencyInfo>());
2006   MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
2007   TII = MF.getSubtarget().getInstrInfo();
2008   TLI = MF.getSubtarget().getTargetLowering();
2009   MDT = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
2010
2011   // Initialize PreferredLoopExit to nullptr here since it may never be set if
2012   // there are no MachineLoops.
2013   PreferredLoopExit = nullptr;
2014
2015   if (TailDupPlacement) {
2016     unsigned TailDupSize = TailDuplicatePlacementThreshold;
2017     if (MF.getFunction()->optForSize())
2018       TailDupSize = 1;
2019     TailDup.initMF(MF, MBPI, /* LayoutMode */ true, TailDupSize);
2020   }
2021
2022   assert(BlockToChain.empty());
2023
2024   buildCFGChains();
2025
2026   // Changing the layout can create new tail merging opportunities.
2027   TargetPassConfig *PassConfig = &getAnalysis<TargetPassConfig>();
2028   // TailMerge can create jump into if branches that make CFG irreducible for
2029   // HW that requires structured CFG.
2030   bool EnableTailMerge = !MF.getTarget().requiresStructuredCFG() &&
2031                          PassConfig->getEnableTailMerge() &&
2032                          BranchFoldPlacement;
2033   // No tail merging opportunities if the block number is less than four.
2034   if (MF.size() > 3 && EnableTailMerge) {
2035     unsigned TailMergeSize = TailDuplicatePlacementThreshold + 1;
2036     BranchFolder BF(/*EnableTailMerge=*/true, /*CommonHoist=*/false, *MBFI,
2037                     *MBPI, TailMergeSize);
2038
2039     if (BF.OptimizeFunction(MF, TII, MF.getSubtarget().getRegisterInfo(),
2040                             getAnalysisIfAvailable<MachineModuleInfo>(), MLI,
2041                             /*AfterBlockPlacement=*/true)) {
2042       // Redo the layout if tail merging creates/removes/moves blocks.
2043       BlockToChain.clear();
2044       // Must redo the dominator tree if blocks were changed.
2045       MDT->runOnMachineFunction(MF);
2046       ChainAllocator.DestroyAll();
2047       buildCFGChains();
2048     }
2049   }
2050
2051   optimizeBranches();
2052   alignBlocks();
2053
2054   BlockToChain.clear();
2055   ChainAllocator.DestroyAll();
2056
2057   if (AlignAllBlock)
2058     // Align all of the blocks in the function to a specific alignment.
2059     for (MachineBasicBlock &MBB : MF)
2060       MBB.setAlignment(AlignAllBlock);
2061   else if (AlignAllNonFallThruBlocks) {
2062     // Align all of the blocks that have no fall-through predecessors to a
2063     // specific alignment.
2064     for (auto MBI = std::next(MF.begin()), MBE = MF.end(); MBI != MBE; ++MBI) {
2065       auto LayoutPred = std::prev(MBI);
2066       if (!LayoutPred->isSuccessor(&*MBI))
2067         MBI->setAlignment(AlignAllNonFallThruBlocks);
2068     }
2069   }
2070
2071   // We always return true as we have no way to track whether the final order
2072   // differs from the original order.
2073   return true;
2074 }
2075
2076 namespace {
2077 /// \brief A pass to compute block placement statistics.
2078 ///
2079 /// A separate pass to compute interesting statistics for evaluating block
2080 /// placement. This is separate from the actual placement pass so that they can
2081 /// be computed in the absence of any placement transformations or when using
2082 /// alternative placement strategies.
2083 class MachineBlockPlacementStats : public MachineFunctionPass {
2084   /// \brief A handle to the branch probability pass.
2085   const MachineBranchProbabilityInfo *MBPI;
2086
2087   /// \brief A handle to the function-wide block frequency pass.
2088   const MachineBlockFrequencyInfo *MBFI;
2089
2090 public:
2091   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
2092   MachineBlockPlacementStats() : MachineFunctionPass(ID) {
2093     initializeMachineBlockPlacementStatsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
2094   }
2095
2096   bool runOnMachineFunction(MachineFunction &F) override;
2097
2098   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
2099     AU.addRequired<MachineBranchProbabilityInfo>();
2100     AU.addRequired<MachineBlockFrequencyInfo>();
2101     AU.setPreservesAll();
2102     MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
2103   }
2104 };
2105 }
2106
2107 char MachineBlockPlacementStats::ID = 0;
2108 char &llvm::MachineBlockPlacementStatsID = MachineBlockPlacementStats::ID;
2109 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineBlockPlacementStats, "block-placement-stats",
2110                       "Basic Block Placement Stats", false, false)
2111 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineBranchProbabilityInfo)
2112 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineBlockFrequencyInfo)
2113 INITIALIZE_PASS_END(MachineBlockPlacementStats, "block-placement-stats",
2114                     "Basic Block Placement Stats", false, false)
2115
2116 bool MachineBlockPlacementStats::runOnMachineFunction(MachineFunction &F) {
2117   // Check for single-block functions and skip them.
2118   if (std::next(F.begin()) == F.end())
2119     return false;
2120
2121   MBPI = &getAnalysis<MachineBranchProbabilityInfo>();
2122   MBFI = &getAnalysis<MachineBlockFrequencyInfo>();
2123
2124   for (MachineBasicBlock &MBB : F) {
2125     BlockFrequency BlockFreq = MBFI->getBlockFreq(&MBB);
2126     Statistic &NumBranches =
2127         (MBB.succ_size() > 1) ? NumCondBranches : NumUncondBranches;
2128     Statistic &BranchTakenFreq =
2129         (MBB.succ_size() > 1) ? CondBranchTakenFreq : UncondBranchTakenFreq;
2130     for (MachineBasicBlock *Succ : MBB.successors()) {
2131       // Skip if this successor is a fallthrough.
2132       if (MBB.isLayoutSuccessor(Succ))
2133         continue;
2134
2135       BlockFrequency EdgeFreq =
2136           BlockFreq * MBPI->getEdgeProbability(&MBB, Succ);
2137       ++NumBranches;
2138       BranchTakenFreq += EdgeFreq.getFrequency();
2139     }
2140   }
2141
2142   return false;
2143 }