]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/CodeGen/MachineOutliner.cpp
Update to Zstandard 1.4.0
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / CodeGen / MachineOutliner.cpp
1 //===---- MachineOutliner.cpp - Outline instructions -----------*- C++ -*-===//
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 /// \file
11 /// Replaces repeated sequences of instructions with function calls.
12 ///
13 /// This works by placing every instruction from every basic block in a
14 /// suffix tree, and repeatedly querying that tree for repeated sequences of
15 /// instructions. If a sequence of instructions appears often, then it ought
16 /// to be beneficial to pull out into a function.
17 ///
18 /// The MachineOutliner communicates with a given target using hooks defined in
19 /// TargetInstrInfo.h. The target supplies the outliner with information on how
20 /// a specific sequence of instructions should be outlined. This information
21 /// is used to deduce the number of instructions necessary to
22 ///
23 /// * Create an outlined function
24 /// * Call that outlined function
25 ///
26 /// Targets must implement
27 ///   * getOutliningCandidateInfo
28 ///   * buildOutlinedFrame
29 ///   * insertOutlinedCall
30 ///   * isFunctionSafeToOutlineFrom
31 ///
32 /// in order to make use of the MachineOutliner.
33 ///
34 /// This was originally presented at the 2016 LLVM Developers' Meeting in the
35 /// talk "Reducing Code Size Using Outlining". For a high-level overview of
36 /// how this pass works, the talk is available on YouTube at
37 ///
38 /// https://www.youtube.com/watch?v=yorld-WSOeU
39 ///
40 /// The slides for the talk are available at
41 ///
42 /// http://www.llvm.org/devmtg/2016-11/Slides/Paquette-Outliner.pdf
43 ///
44 /// The talk provides an overview of how the outliner finds candidates and
45 /// ultimately outlines them. It describes how the main data structure for this
46 /// pass, the suffix tree, is queried and purged for candidates. It also gives
47 /// a simplified suffix tree construction algorithm for suffix trees based off
48 /// of the algorithm actually used here, Ukkonen's algorithm.
49 ///
50 /// For the original RFC for this pass, please see
51 ///
52 /// http://lists.llvm.org/pipermail/llvm-dev/2016-August/104170.html
53 ///
54 /// For more information on the suffix tree data structure, please see
55 /// https://www.cs.helsinki.fi/u/ukkonen/SuffixT1withFigs.pdf
56 ///
57 //===----------------------------------------------------------------------===//
58 #include "llvm/CodeGen/MachineOutliner.h"
59 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
60 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
61 #include "llvm/ADT/Twine.h"
62 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
63 #include "llvm/CodeGen/MachineModuleInfo.h"
64 #include "llvm/CodeGen/MachineOptimizationRemarkEmitter.h"
65 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
66 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
67 #include "llvm/CodeGen/TargetInstrInfo.h"
68 #include "llvm/CodeGen/TargetSubtargetInfo.h"
69 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
70 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
71 #include "llvm/IR/Mangler.h"
72 #include "llvm/Support/Allocator.h"
73 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
74 #include "llvm/Support/Debug.h"
75 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
76 #include <functional>
77 #include <map>
78 #include <sstream>
79 #include <tuple>
80 #include <vector>
81
82 #define DEBUG_TYPE "machine-outliner"
83
84 using namespace llvm;
85 using namespace ore;
86 using namespace outliner;
87
88 STATISTIC(NumOutlined, "Number of candidates outlined");
89 STATISTIC(FunctionsCreated, "Number of functions created");
90
91 // Set to true if the user wants the outliner to run on linkonceodr linkage
92 // functions. This is false by default because the linker can dedupe linkonceodr
93 // functions. Since the outliner is confined to a single module (modulo LTO),
94 // this is off by default. It should, however, be the default behaviour in
95 // LTO.
96 static cl::opt<bool> EnableLinkOnceODROutlining(
97     "enable-linkonceodr-outlining",
98     cl::Hidden,
99     cl::desc("Enable the machine outliner on linkonceodr functions"),
100     cl::init(false));
101
102 namespace {
103
104 /// Represents an undefined index in the suffix tree.
105 const unsigned EmptyIdx = -1;
106
107 /// A node in a suffix tree which represents a substring or suffix.
108 ///
109 /// Each node has either no children or at least two children, with the root
110 /// being a exception in the empty tree.
111 ///
112 /// Children are represented as a map between unsigned integers and nodes. If
113 /// a node N has a child M on unsigned integer k, then the mapping represented
114 /// by N is a proper prefix of the mapping represented by M. Note that this,
115 /// although similar to a trie is somewhat different: each node stores a full
116 /// substring of the full mapping rather than a single character state.
117 ///
118 /// Each internal node contains a pointer to the internal node representing
119 /// the same string, but with the first character chopped off. This is stored
120 /// in \p Link. Each leaf node stores the start index of its respective
121 /// suffix in \p SuffixIdx.
122 struct SuffixTreeNode {
123
124   /// The children of this node.
125   ///
126   /// A child existing on an unsigned integer implies that from the mapping
127   /// represented by the current node, there is a way to reach another
128   /// mapping by tacking that character on the end of the current string.
129   DenseMap<unsigned, SuffixTreeNode *> Children;
130
131   /// The start index of this node's substring in the main string.
132   unsigned StartIdx = EmptyIdx;
133
134   /// The end index of this node's substring in the main string.
135   ///
136   /// Every leaf node must have its \p EndIdx incremented at the end of every
137   /// step in the construction algorithm. To avoid having to update O(N)
138   /// nodes individually at the end of every step, the end index is stored
139   /// as a pointer.
140   unsigned *EndIdx = nullptr;
141
142   /// For leaves, the start index of the suffix represented by this node.
143   ///
144   /// For all other nodes, this is ignored.
145   unsigned SuffixIdx = EmptyIdx;
146
147   /// For internal nodes, a pointer to the internal node representing
148   /// the same sequence with the first character chopped off.
149   ///
150   /// This acts as a shortcut in Ukkonen's algorithm. One of the things that
151   /// Ukkonen's algorithm does to achieve linear-time construction is
152   /// keep track of which node the next insert should be at. This makes each
153   /// insert O(1), and there are a total of O(N) inserts. The suffix link
154   /// helps with inserting children of internal nodes.
155   ///
156   /// Say we add a child to an internal node with associated mapping S. The
157   /// next insertion must be at the node representing S - its first character.
158   /// This is given by the way that we iteratively build the tree in Ukkonen's
159   /// algorithm. The main idea is to look at the suffixes of each prefix in the
160   /// string, starting with the longest suffix of the prefix, and ending with
161   /// the shortest. Therefore, if we keep pointers between such nodes, we can
162   /// move to the next insertion point in O(1) time. If we don't, then we'd
163   /// have to query from the root, which takes O(N) time. This would make the
164   /// construction algorithm O(N^2) rather than O(N).
165   SuffixTreeNode *Link = nullptr;
166
167   /// The length of the string formed by concatenating the edge labels from the
168   /// root to this node.
169   unsigned ConcatLen = 0;
170
171   /// Returns true if this node is a leaf.
172   bool isLeaf() const { return SuffixIdx != EmptyIdx; }
173
174   /// Returns true if this node is the root of its owning \p SuffixTree.
175   bool isRoot() const { return StartIdx == EmptyIdx; }
176
177   /// Return the number of elements in the substring associated with this node.
178   size_t size() const {
179
180     // Is it the root? If so, it's the empty string so return 0.
181     if (isRoot())
182       return 0;
183
184     assert(*EndIdx != EmptyIdx && "EndIdx is undefined!");
185
186     // Size = the number of elements in the string.
187     // For example, [0 1 2 3] has length 4, not 3. 3-0 = 3, so we have 3-0+1.
188     return *EndIdx - StartIdx + 1;
189   }
190
191   SuffixTreeNode(unsigned StartIdx, unsigned *EndIdx, SuffixTreeNode *Link)
192       : StartIdx(StartIdx), EndIdx(EndIdx), Link(Link) {}
193
194   SuffixTreeNode() {}
195 };
196
197 /// A data structure for fast substring queries.
198 ///
199 /// Suffix trees represent the suffixes of their input strings in their leaves.
200 /// A suffix tree is a type of compressed trie structure where each node
201 /// represents an entire substring rather than a single character. Each leaf
202 /// of the tree is a suffix.
203 ///
204 /// A suffix tree can be seen as a type of state machine where each state is a
205 /// substring of the full string. The tree is structured so that, for a string
206 /// of length N, there are exactly N leaves in the tree. This structure allows
207 /// us to quickly find repeated substrings of the input string.
208 ///
209 /// In this implementation, a "string" is a vector of unsigned integers.
210 /// These integers may result from hashing some data type. A suffix tree can
211 /// contain 1 or many strings, which can then be queried as one large string.
212 ///
213 /// The suffix tree is implemented using Ukkonen's algorithm for linear-time
214 /// suffix tree construction. Ukkonen's algorithm is explained in more detail
215 /// in the paper by Esko Ukkonen "On-line construction of suffix trees. The
216 /// paper is available at
217 ///
218 /// https://www.cs.helsinki.fi/u/ukkonen/SuffixT1withFigs.pdf
219 class SuffixTree {
220 public:
221   /// Each element is an integer representing an instruction in the module.
222   ArrayRef<unsigned> Str;
223
224   /// A repeated substring in the tree.
225   struct RepeatedSubstring {
226     /// The length of the string.
227     unsigned Length;
228
229     /// The start indices of each occurrence.
230     std::vector<unsigned> StartIndices;
231   };
232
233 private:
234   /// Maintains each node in the tree.
235   SpecificBumpPtrAllocator<SuffixTreeNode> NodeAllocator;
236
237   /// The root of the suffix tree.
238   ///
239   /// The root represents the empty string. It is maintained by the
240   /// \p NodeAllocator like every other node in the tree.
241   SuffixTreeNode *Root = nullptr;
242
243   /// Maintains the end indices of the internal nodes in the tree.
244   ///
245   /// Each internal node is guaranteed to never have its end index change
246   /// during the construction algorithm; however, leaves must be updated at
247   /// every step. Therefore, we need to store leaf end indices by reference
248   /// to avoid updating O(N) leaves at every step of construction. Thus,
249   /// every internal node must be allocated its own end index.
250   BumpPtrAllocator InternalEndIdxAllocator;
251
252   /// The end index of each leaf in the tree.
253   unsigned LeafEndIdx = -1;
254
255   /// Helper struct which keeps track of the next insertion point in
256   /// Ukkonen's algorithm.
257   struct ActiveState {
258     /// The next node to insert at.
259     SuffixTreeNode *Node;
260
261     /// The index of the first character in the substring currently being added.
262     unsigned Idx = EmptyIdx;
263
264     /// The length of the substring we have to add at the current step.
265     unsigned Len = 0;
266   };
267
268   /// The point the next insertion will take place at in the
269   /// construction algorithm.
270   ActiveState Active;
271
272   /// Allocate a leaf node and add it to the tree.
273   ///
274   /// \param Parent The parent of this node.
275   /// \param StartIdx The start index of this node's associated string.
276   /// \param Edge The label on the edge leaving \p Parent to this node.
277   ///
278   /// \returns A pointer to the allocated leaf node.
279   SuffixTreeNode *insertLeaf(SuffixTreeNode &Parent, unsigned StartIdx,
280                              unsigned Edge) {
281
282     assert(StartIdx <= LeafEndIdx && "String can't start after it ends!");
283
284     SuffixTreeNode *N = new (NodeAllocator.Allocate())
285         SuffixTreeNode(StartIdx, &LeafEndIdx, nullptr);
286     Parent.Children[Edge] = N;
287
288     return N;
289   }
290
291   /// Allocate an internal node and add it to the tree.
292   ///
293   /// \param Parent The parent of this node. Only null when allocating the root.
294   /// \param StartIdx The start index of this node's associated string.
295   /// \param EndIdx The end index of this node's associated string.
296   /// \param Edge The label on the edge leaving \p Parent to this node.
297   ///
298   /// \returns A pointer to the allocated internal node.
299   SuffixTreeNode *insertInternalNode(SuffixTreeNode *Parent, unsigned StartIdx,
300                                      unsigned EndIdx, unsigned Edge) {
301
302     assert(StartIdx <= EndIdx && "String can't start after it ends!");
303     assert(!(!Parent && StartIdx != EmptyIdx) &&
304            "Non-root internal nodes must have parents!");
305
306     unsigned *E = new (InternalEndIdxAllocator) unsigned(EndIdx);
307     SuffixTreeNode *N = new (NodeAllocator.Allocate())
308         SuffixTreeNode(StartIdx, E, Root);
309     if (Parent)
310       Parent->Children[Edge] = N;
311
312     return N;
313   }
314
315   /// Set the suffix indices of the leaves to the start indices of their
316   /// respective suffixes.
317   ///
318   /// \param[in] CurrNode The node currently being visited.
319   /// \param CurrNodeLen The concatenation of all node sizes from the root to
320   /// this node. Used to produce suffix indices.
321   void setSuffixIndices(SuffixTreeNode &CurrNode, unsigned CurrNodeLen) {
322
323     bool IsLeaf = CurrNode.Children.size() == 0 && !CurrNode.isRoot();
324
325     // Store the concatenation of lengths down from the root.
326     CurrNode.ConcatLen = CurrNodeLen;
327     // Traverse the tree depth-first.
328     for (auto &ChildPair : CurrNode.Children) {
329       assert(ChildPair.second && "Node had a null child!");
330       setSuffixIndices(*ChildPair.second,
331                        CurrNodeLen + ChildPair.second->size());
332     }
333
334     // Is this node a leaf? If it is, give it a suffix index.
335     if (IsLeaf)
336       CurrNode.SuffixIdx = Str.size() - CurrNodeLen;
337   }
338
339   /// Construct the suffix tree for the prefix of the input ending at
340   /// \p EndIdx.
341   ///
342   /// Used to construct the full suffix tree iteratively. At the end of each
343   /// step, the constructed suffix tree is either a valid suffix tree, or a
344   /// suffix tree with implicit suffixes. At the end of the final step, the
345   /// suffix tree is a valid tree.
346   ///
347   /// \param EndIdx The end index of the current prefix in the main string.
348   /// \param SuffixesToAdd The number of suffixes that must be added
349   /// to complete the suffix tree at the current phase.
350   ///
351   /// \returns The number of suffixes that have not been added at the end of
352   /// this step.
353   unsigned extend(unsigned EndIdx, unsigned SuffixesToAdd) {
354     SuffixTreeNode *NeedsLink = nullptr;
355
356     while (SuffixesToAdd > 0) {
357
358       // Are we waiting to add anything other than just the last character?
359       if (Active.Len == 0) {
360         // If not, then say the active index is the end index.
361         Active.Idx = EndIdx;
362       }
363
364       assert(Active.Idx <= EndIdx && "Start index can't be after end index!");
365
366       // The first character in the current substring we're looking at.
367       unsigned FirstChar = Str[Active.Idx];
368
369       // Have we inserted anything starting with FirstChar at the current node?
370       if (Active.Node->Children.count(FirstChar) == 0) {
371         // If not, then we can just insert a leaf and move too the next step.
372         insertLeaf(*Active.Node, EndIdx, FirstChar);
373
374         // The active node is an internal node, and we visited it, so it must
375         // need a link if it doesn't have one.
376         if (NeedsLink) {
377           NeedsLink->Link = Active.Node;
378           NeedsLink = nullptr;
379         }
380       } else {
381         // There's a match with FirstChar, so look for the point in the tree to
382         // insert a new node.
383         SuffixTreeNode *NextNode = Active.Node->Children[FirstChar];
384
385         unsigned SubstringLen = NextNode->size();
386
387         // Is the current suffix we're trying to insert longer than the size of
388         // the child we want to move to?
389         if (Active.Len >= SubstringLen) {
390           // If yes, then consume the characters we've seen and move to the next
391           // node.
392           Active.Idx += SubstringLen;
393           Active.Len -= SubstringLen;
394           Active.Node = NextNode;
395           continue;
396         }
397
398         // Otherwise, the suffix we're trying to insert must be contained in the
399         // next node we want to move to.
400         unsigned LastChar = Str[EndIdx];
401
402         // Is the string we're trying to insert a substring of the next node?
403         if (Str[NextNode->StartIdx + Active.Len] == LastChar) {
404           // If yes, then we're done for this step. Remember our insertion point
405           // and move to the next end index. At this point, we have an implicit
406           // suffix tree.
407           if (NeedsLink && !Active.Node->isRoot()) {
408             NeedsLink->Link = Active.Node;
409             NeedsLink = nullptr;
410           }
411
412           Active.Len++;
413           break;
414         }
415
416         // The string we're trying to insert isn't a substring of the next node,
417         // but matches up to a point. Split the node.
418         //
419         // For example, say we ended our search at a node n and we're trying to
420         // insert ABD. Then we'll create a new node s for AB, reduce n to just
421         // representing C, and insert a new leaf node l to represent d. This
422         // allows us to ensure that if n was a leaf, it remains a leaf.
423         //
424         //   | ABC  ---split--->  | AB
425         //   n                    s
426         //                     C / \ D
427         //                      n   l
428
429         // The node s from the diagram
430         SuffixTreeNode *SplitNode =
431             insertInternalNode(Active.Node, NextNode->StartIdx,
432                                NextNode->StartIdx + Active.Len - 1, FirstChar);
433
434         // Insert the new node representing the new substring into the tree as
435         // a child of the split node. This is the node l from the diagram.
436         insertLeaf(*SplitNode, EndIdx, LastChar);
437
438         // Make the old node a child of the split node and update its start
439         // index. This is the node n from the diagram.
440         NextNode->StartIdx += Active.Len;
441         SplitNode->Children[Str[NextNode->StartIdx]] = NextNode;
442
443         // SplitNode is an internal node, update the suffix link.
444         if (NeedsLink)
445           NeedsLink->Link = SplitNode;
446
447         NeedsLink = SplitNode;
448       }
449
450       // We've added something new to the tree, so there's one less suffix to
451       // add.
452       SuffixesToAdd--;
453
454       if (Active.Node->isRoot()) {
455         if (Active.Len > 0) {
456           Active.Len--;
457           Active.Idx = EndIdx - SuffixesToAdd + 1;
458         }
459       } else {
460         // Start the next phase at the next smallest suffix.
461         Active.Node = Active.Node->Link;
462       }
463     }
464
465     return SuffixesToAdd;
466   }
467
468 public:
469   /// Construct a suffix tree from a sequence of unsigned integers.
470   ///
471   /// \param Str The string to construct the suffix tree for.
472   SuffixTree(const std::vector<unsigned> &Str) : Str(Str) {
473     Root = insertInternalNode(nullptr, EmptyIdx, EmptyIdx, 0);
474     Active.Node = Root;
475
476     // Keep track of the number of suffixes we have to add of the current
477     // prefix.
478     unsigned SuffixesToAdd = 0;
479     Active.Node = Root;
480
481     // Construct the suffix tree iteratively on each prefix of the string.
482     // PfxEndIdx is the end index of the current prefix.
483     // End is one past the last element in the string.
484     for (unsigned PfxEndIdx = 0, End = Str.size(); PfxEndIdx < End;
485          PfxEndIdx++) {
486       SuffixesToAdd++;
487       LeafEndIdx = PfxEndIdx; // Extend each of the leaves.
488       SuffixesToAdd = extend(PfxEndIdx, SuffixesToAdd);
489     }
490
491     // Set the suffix indices of each leaf.
492     assert(Root && "Root node can't be nullptr!");
493     setSuffixIndices(*Root, 0);
494   }
495
496
497   /// Iterator for finding all repeated substrings in the suffix tree.
498   struct RepeatedSubstringIterator {
499     private:
500     /// The current node we're visiting.
501     SuffixTreeNode *N = nullptr;
502
503     /// The repeated substring associated with this node.
504     RepeatedSubstring RS;
505
506     /// The nodes left to visit.
507     std::vector<SuffixTreeNode *> ToVisit;
508
509     /// The minimum length of a repeated substring to find.
510     /// Since we're outlining, we want at least two instructions in the range.
511     /// FIXME: This may not be true for targets like X86 which support many
512     /// instruction lengths.
513     const unsigned MinLength = 2;
514
515     /// Move the iterator to the next repeated substring.
516     void advance() {
517       // Clear the current state. If we're at the end of the range, then this
518       // is the state we want to be in.
519       RS = RepeatedSubstring();
520       N = nullptr;
521
522       // Each leaf node represents a repeat of a string.
523       std::vector<SuffixTreeNode *> LeafChildren;
524
525       // Continue visiting nodes until we find one which repeats more than once.
526       while (!ToVisit.empty()) {
527         SuffixTreeNode *Curr = ToVisit.back();
528         ToVisit.pop_back();
529         LeafChildren.clear();
530
531         // Keep track of the length of the string associated with the node. If
532         // it's too short, we'll quit.
533         unsigned Length = Curr->ConcatLen;
534
535         // Iterate over each child, saving internal nodes for visiting, and
536         // leaf nodes in LeafChildren. Internal nodes represent individual
537         // strings, which may repeat.
538         for (auto &ChildPair : Curr->Children) {
539           // Save all of this node's children for processing.
540           if (!ChildPair.second->isLeaf())
541             ToVisit.push_back(ChildPair.second);
542
543           // It's not an internal node, so it must be a leaf. If we have a
544           // long enough string, then save the leaf children.
545           else if (Length >= MinLength)
546             LeafChildren.push_back(ChildPair.second);
547         }
548
549         // The root never represents a repeated substring. If we're looking at
550         // that, then skip it.
551         if (Curr->isRoot())
552           continue;
553
554         // Do we have any repeated substrings?
555         if (LeafChildren.size() >= 2) {
556           // Yes. Update the state to reflect this, and then bail out.
557           N = Curr;
558           RS.Length = Length;
559           for (SuffixTreeNode *Leaf : LeafChildren)
560             RS.StartIndices.push_back(Leaf->SuffixIdx);
561           break;
562         }
563       }
564
565       // At this point, either NewRS is an empty RepeatedSubstring, or it was
566       // set in the above loop. Similarly, N is either nullptr, or the node
567       // associated with NewRS.
568     }
569
570   public:
571     /// Return the current repeated substring.
572     RepeatedSubstring &operator*() { return RS; }
573
574     RepeatedSubstringIterator &operator++() {
575       advance();
576       return *this;
577     }
578
579     RepeatedSubstringIterator operator++(int I) {
580       RepeatedSubstringIterator It(*this);
581       advance();
582       return It;
583     }
584
585     bool operator==(const RepeatedSubstringIterator &Other) {
586       return N == Other.N;
587     }
588     bool operator!=(const RepeatedSubstringIterator &Other) {
589       return !(*this == Other);
590     }
591
592     RepeatedSubstringIterator(SuffixTreeNode *N) : N(N) {
593       // Do we have a non-null node?
594       if (N) {
595         // Yes. At the first step, we need to visit all of N's children.
596         // Note: This means that we visit N last.
597         ToVisit.push_back(N);
598         advance();
599       }
600     }
601 };
602
603   typedef RepeatedSubstringIterator iterator;
604   iterator begin() { return iterator(Root); }
605   iterator end() { return iterator(nullptr); }
606 };
607
608 /// Maps \p MachineInstrs to unsigned integers and stores the mappings.
609 struct InstructionMapper {
610
611   /// The next available integer to assign to a \p MachineInstr that
612   /// cannot be outlined.
613   ///
614   /// Set to -3 for compatability with \p DenseMapInfo<unsigned>.
615   unsigned IllegalInstrNumber = -3;
616
617   /// The next available integer to assign to a \p MachineInstr that can
618   /// be outlined.
619   unsigned LegalInstrNumber = 0;
620
621   /// Correspondence from \p MachineInstrs to unsigned integers.
622   DenseMap<MachineInstr *, unsigned, MachineInstrExpressionTrait>
623       InstructionIntegerMap;
624
625   /// Correspondence between \p MachineBasicBlocks and target-defined flags.
626   DenseMap<MachineBasicBlock *, unsigned> MBBFlagsMap;
627
628   /// The vector of unsigned integers that the module is mapped to.
629   std::vector<unsigned> UnsignedVec;
630
631   /// Stores the location of the instruction associated with the integer
632   /// at index i in \p UnsignedVec for each index i.
633   std::vector<MachineBasicBlock::iterator> InstrList;
634
635   // Set if we added an illegal number in the previous step.
636   // Since each illegal number is unique, we only need one of them between
637   // each range of legal numbers. This lets us make sure we don't add more
638   // than one illegal number per range.
639   bool AddedIllegalLastTime = false;
640
641   /// Maps \p *It to a legal integer.
642   ///
643   /// Updates \p CanOutlineWithPrevInstr, \p HaveLegalRange, \p InstrListForMBB,
644   /// \p UnsignedVecForMBB, \p InstructionIntegerMap, and \p LegalInstrNumber.
645   ///
646   /// \returns The integer that \p *It was mapped to.
647   unsigned mapToLegalUnsigned(
648       MachineBasicBlock::iterator &It, bool &CanOutlineWithPrevInstr,
649       bool &HaveLegalRange, unsigned &NumLegalInBlock,
650       std::vector<unsigned> &UnsignedVecForMBB,
651       std::vector<MachineBasicBlock::iterator> &InstrListForMBB) {
652     // We added something legal, so we should unset the AddedLegalLastTime
653     // flag.
654     AddedIllegalLastTime = false;
655
656     // If we have at least two adjacent legal instructions (which may have
657     // invisible instructions in between), remember that.
658     if (CanOutlineWithPrevInstr)
659       HaveLegalRange = true;
660     CanOutlineWithPrevInstr = true;
661
662     // Keep track of the number of legal instructions we insert.
663     NumLegalInBlock++;
664
665     // Get the integer for this instruction or give it the current
666     // LegalInstrNumber.
667     InstrListForMBB.push_back(It);
668     MachineInstr &MI = *It;
669     bool WasInserted;
670     DenseMap<MachineInstr *, unsigned, MachineInstrExpressionTrait>::iterator
671         ResultIt;
672     std::tie(ResultIt, WasInserted) =
673         InstructionIntegerMap.insert(std::make_pair(&MI, LegalInstrNumber));
674     unsigned MINumber = ResultIt->second;
675
676     // There was an insertion.
677     if (WasInserted)
678       LegalInstrNumber++;
679
680     UnsignedVecForMBB.push_back(MINumber);
681
682     // Make sure we don't overflow or use any integers reserved by the DenseMap.
683     if (LegalInstrNumber >= IllegalInstrNumber)
684       report_fatal_error("Instruction mapping overflow!");
685
686     assert(LegalInstrNumber != DenseMapInfo<unsigned>::getEmptyKey() &&
687            "Tried to assign DenseMap tombstone or empty key to instruction.");
688     assert(LegalInstrNumber != DenseMapInfo<unsigned>::getTombstoneKey() &&
689            "Tried to assign DenseMap tombstone or empty key to instruction.");
690
691     return MINumber;
692   }
693
694   /// Maps \p *It to an illegal integer.
695   ///
696   /// Updates \p InstrListForMBB, \p UnsignedVecForMBB, and \p
697   /// IllegalInstrNumber.
698   ///
699   /// \returns The integer that \p *It was mapped to.
700   unsigned mapToIllegalUnsigned(MachineBasicBlock::iterator &It,
701   bool &CanOutlineWithPrevInstr, std::vector<unsigned> &UnsignedVecForMBB,
702   std::vector<MachineBasicBlock::iterator> &InstrListForMBB) {
703     // Can't outline an illegal instruction. Set the flag.
704     CanOutlineWithPrevInstr = false;
705
706     // Only add one illegal number per range of legal numbers.
707     if (AddedIllegalLastTime)
708       return IllegalInstrNumber;
709
710     // Remember that we added an illegal number last time.
711     AddedIllegalLastTime = true;
712     unsigned MINumber = IllegalInstrNumber;
713
714     InstrListForMBB.push_back(It);
715     UnsignedVecForMBB.push_back(IllegalInstrNumber);
716     IllegalInstrNumber--;
717
718     assert(LegalInstrNumber < IllegalInstrNumber &&
719            "Instruction mapping overflow!");
720
721     assert(IllegalInstrNumber != DenseMapInfo<unsigned>::getEmptyKey() &&
722            "IllegalInstrNumber cannot be DenseMap tombstone or empty key!");
723
724     assert(IllegalInstrNumber != DenseMapInfo<unsigned>::getTombstoneKey() &&
725            "IllegalInstrNumber cannot be DenseMap tombstone or empty key!");
726
727     return MINumber;
728   }
729
730   /// Transforms a \p MachineBasicBlock into a \p vector of \p unsigneds
731   /// and appends it to \p UnsignedVec and \p InstrList.
732   ///
733   /// Two instructions are assigned the same integer if they are identical.
734   /// If an instruction is deemed unsafe to outline, then it will be assigned an
735   /// unique integer. The resulting mapping is placed into a suffix tree and
736   /// queried for candidates.
737   ///
738   /// \param MBB The \p MachineBasicBlock to be translated into integers.
739   /// \param TII \p TargetInstrInfo for the function.
740   void convertToUnsignedVec(MachineBasicBlock &MBB,
741                             const TargetInstrInfo &TII) {
742     unsigned Flags = 0;
743
744     // Don't even map in this case.
745     if (!TII.isMBBSafeToOutlineFrom(MBB, Flags))
746       return;
747
748     // Store info for the MBB for later outlining.
749     MBBFlagsMap[&MBB] = Flags;
750
751     MachineBasicBlock::iterator It = MBB.begin();
752
753     // The number of instructions in this block that will be considered for
754     // outlining.
755     unsigned NumLegalInBlock = 0;
756
757     // True if we have at least two legal instructions which aren't separated
758     // by an illegal instruction.
759     bool HaveLegalRange = false;
760
761     // True if we can perform outlining given the last mapped (non-invisible)
762     // instruction. This lets us know if we have a legal range.
763     bool CanOutlineWithPrevInstr = false;
764
765     // FIXME: Should this all just be handled in the target, rather than using
766     // repeated calls to getOutliningType?
767     std::vector<unsigned> UnsignedVecForMBB;
768     std::vector<MachineBasicBlock::iterator> InstrListForMBB;
769
770     for (MachineBasicBlock::iterator Et = MBB.end(); It != Et; It++) {
771       // Keep track of where this instruction is in the module.
772       switch (TII.getOutliningType(It, Flags)) {
773       case InstrType::Illegal:
774         mapToIllegalUnsigned(It, CanOutlineWithPrevInstr,
775                              UnsignedVecForMBB, InstrListForMBB);
776         break;
777
778       case InstrType::Legal:
779         mapToLegalUnsigned(It, CanOutlineWithPrevInstr, HaveLegalRange,
780                            NumLegalInBlock, UnsignedVecForMBB, InstrListForMBB);
781         break;
782
783       case InstrType::LegalTerminator:
784         mapToLegalUnsigned(It, CanOutlineWithPrevInstr, HaveLegalRange,
785                            NumLegalInBlock, UnsignedVecForMBB, InstrListForMBB);
786         // The instruction also acts as a terminator, so we have to record that
787         // in the string.
788         mapToIllegalUnsigned(It, CanOutlineWithPrevInstr, UnsignedVecForMBB,
789         InstrListForMBB);
790         break;
791
792       case InstrType::Invisible:
793         // Normally this is set by mapTo(Blah)Unsigned, but we just want to
794         // skip this instruction. So, unset the flag here.
795         AddedIllegalLastTime = false;
796         break;
797       }
798     }
799
800     // Are there enough legal instructions in the block for outlining to be
801     // possible?
802     if (HaveLegalRange) {
803       // After we're done every insertion, uniquely terminate this part of the
804       // "string". This makes sure we won't match across basic block or function
805       // boundaries since the "end" is encoded uniquely and thus appears in no
806       // repeated substring.
807       mapToIllegalUnsigned(It, CanOutlineWithPrevInstr, UnsignedVecForMBB,
808       InstrListForMBB);
809       InstrList.insert(InstrList.end(), InstrListForMBB.begin(),
810                        InstrListForMBB.end());
811       UnsignedVec.insert(UnsignedVec.end(), UnsignedVecForMBB.begin(),
812                          UnsignedVecForMBB.end());
813     }
814   }
815
816   InstructionMapper() {
817     // Make sure that the implementation of DenseMapInfo<unsigned> hasn't
818     // changed.
819     assert(DenseMapInfo<unsigned>::getEmptyKey() == (unsigned)-1 &&
820            "DenseMapInfo<unsigned>'s empty key isn't -1!");
821     assert(DenseMapInfo<unsigned>::getTombstoneKey() == (unsigned)-2 &&
822            "DenseMapInfo<unsigned>'s tombstone key isn't -2!");
823   }
824 };
825
826 /// An interprocedural pass which finds repeated sequences of
827 /// instructions and replaces them with calls to functions.
828 ///
829 /// Each instruction is mapped to an unsigned integer and placed in a string.
830 /// The resulting mapping is then placed in a \p SuffixTree. The \p SuffixTree
831 /// is then repeatedly queried for repeated sequences of instructions. Each
832 /// non-overlapping repeated sequence is then placed in its own
833 /// \p MachineFunction and each instance is then replaced with a call to that
834 /// function.
835 struct MachineOutliner : public ModulePass {
836
837   static char ID;
838
839   /// Set to true if the outliner should consider functions with
840   /// linkonceodr linkage.
841   bool OutlineFromLinkOnceODRs = false;
842
843   /// Set to true if the outliner should run on all functions in the module
844   /// considered safe for outlining.
845   /// Set to true by default for compatibility with llc's -run-pass option.
846   /// Set when the pass is constructed in TargetPassConfig.
847   bool RunOnAllFunctions = true;
848
849   StringRef getPassName() const override { return "Machine Outliner"; }
850
851   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
852     AU.addRequired<MachineModuleInfo>();
853     AU.addPreserved<MachineModuleInfo>();
854     AU.setPreservesAll();
855     ModulePass::getAnalysisUsage(AU);
856   }
857
858   MachineOutliner() : ModulePass(ID) {
859     initializeMachineOutlinerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
860   }
861
862   /// Remark output explaining that not outlining a set of candidates would be
863   /// better than outlining that set.
864   void emitNotOutliningCheaperRemark(
865       unsigned StringLen, std::vector<Candidate> &CandidatesForRepeatedSeq,
866       OutlinedFunction &OF);
867
868   /// Remark output explaining that a function was outlined.
869   void emitOutlinedFunctionRemark(OutlinedFunction &OF);
870
871   /// Find all repeated substrings that satisfy the outlining cost model by
872   /// constructing a suffix tree.
873   ///
874   /// If a substring appears at least twice, then it must be represented by
875   /// an internal node which appears in at least two suffixes. Each suffix
876   /// is represented by a leaf node. To do this, we visit each internal node
877   /// in the tree, using the leaf children of each internal node. If an
878   /// internal node represents a beneficial substring, then we use each of
879   /// its leaf children to find the locations of its substring.
880   ///
881   /// \param Mapper Contains outlining mapping information.
882   /// \param[out] FunctionList Filled with a list of \p OutlinedFunctions
883   /// each type of candidate.
884   void findCandidates(InstructionMapper &Mapper,
885                       std::vector<OutlinedFunction> &FunctionList);
886
887   /// Replace the sequences of instructions represented by \p OutlinedFunctions
888   /// with calls to functions.
889   ///
890   /// \param M The module we are outlining from.
891   /// \param FunctionList A list of functions to be inserted into the module.
892   /// \param Mapper Contains the instruction mappings for the module.
893   bool outline(Module &M, std::vector<OutlinedFunction> &FunctionList,
894                InstructionMapper &Mapper);
895
896   /// Creates a function for \p OF and inserts it into the module.
897   MachineFunction *createOutlinedFunction(Module &M, OutlinedFunction &OF,
898                                           InstructionMapper &Mapper,
899                                           unsigned Name);
900
901   /// Construct a suffix tree on the instructions in \p M and outline repeated
902   /// strings from that tree.
903   bool runOnModule(Module &M) override;
904
905   /// Return a DISubprogram for OF if one exists, and null otherwise. Helper
906   /// function for remark emission.
907   DISubprogram *getSubprogramOrNull(const OutlinedFunction &OF) {
908     DISubprogram *SP;
909     for (const Candidate &C : OF.Candidates)
910       if (C.getMF() && (SP = C.getMF()->getFunction().getSubprogram()))
911         return SP;
912     return nullptr;
913   }
914
915   /// Populate and \p InstructionMapper with instruction-to-integer mappings.
916   /// These are used to construct a suffix tree.
917   void populateMapper(InstructionMapper &Mapper, Module &M,
918                       MachineModuleInfo &MMI);
919
920   /// Initialize information necessary to output a size remark.
921   /// FIXME: This should be handled by the pass manager, not the outliner.
922   /// FIXME: This is nearly identical to the initSizeRemarkInfo in the legacy
923   /// pass manager.
924   void initSizeRemarkInfo(
925       const Module &M, const MachineModuleInfo &MMI,
926       StringMap<unsigned> &FunctionToInstrCount);
927
928   /// Emit the remark.
929   // FIXME: This should be handled by the pass manager, not the outliner.
930   void emitInstrCountChangedRemark(
931       const Module &M, const MachineModuleInfo &MMI,
932       const StringMap<unsigned> &FunctionToInstrCount);
933 };
934 } // Anonymous namespace.
935
936 char MachineOutliner::ID = 0;
937
938 namespace llvm {
939 ModulePass *createMachineOutlinerPass(bool RunOnAllFunctions) {
940   MachineOutliner *OL = new MachineOutliner();
941   OL->RunOnAllFunctions = RunOnAllFunctions;
942   return OL;
943 }
944
945 } // namespace llvm
946
947 INITIALIZE_PASS(MachineOutliner, DEBUG_TYPE, "Machine Function Outliner", false,
948                 false)
949
950 void MachineOutliner::emitNotOutliningCheaperRemark(
951     unsigned StringLen, std::vector<Candidate> &CandidatesForRepeatedSeq,
952     OutlinedFunction &OF) {
953   // FIXME: Right now, we arbitrarily choose some Candidate from the
954   // OutlinedFunction. This isn't necessarily fixed, nor does it have to be.
955   // We should probably sort these by function name or something to make sure
956   // the remarks are stable.
957   Candidate &C = CandidatesForRepeatedSeq.front();
958   MachineOptimizationRemarkEmitter MORE(*(C.getMF()), nullptr);
959   MORE.emit([&]() {
960     MachineOptimizationRemarkMissed R(DEBUG_TYPE, "NotOutliningCheaper",
961                                       C.front()->getDebugLoc(), C.getMBB());
962     R << "Did not outline " << NV("Length", StringLen) << " instructions"
963       << " from " << NV("NumOccurrences", CandidatesForRepeatedSeq.size())
964       << " locations."
965       << " Bytes from outlining all occurrences ("
966       << NV("OutliningCost", OF.getOutliningCost()) << ")"
967       << " >= Unoutlined instruction bytes ("
968       << NV("NotOutliningCost", OF.getNotOutlinedCost()) << ")"
969       << " (Also found at: ";
970
971     // Tell the user the other places the candidate was found.
972     for (unsigned i = 1, e = CandidatesForRepeatedSeq.size(); i < e; i++) {
973       R << NV((Twine("OtherStartLoc") + Twine(i)).str(),
974               CandidatesForRepeatedSeq[i].front()->getDebugLoc());
975       if (i != e - 1)
976         R << ", ";
977     }
978
979     R << ")";
980     return R;
981   });
982 }
983
984 void MachineOutliner::emitOutlinedFunctionRemark(OutlinedFunction &OF) {
985   MachineBasicBlock *MBB = &*OF.MF->begin();
986   MachineOptimizationRemarkEmitter MORE(*OF.MF, nullptr);
987   MachineOptimizationRemark R(DEBUG_TYPE, "OutlinedFunction",
988                               MBB->findDebugLoc(MBB->begin()), MBB);
989   R << "Saved " << NV("OutliningBenefit", OF.getBenefit()) << " bytes by "
990     << "outlining " << NV("Length", OF.getNumInstrs()) << " instructions "
991     << "from " << NV("NumOccurrences", OF.getOccurrenceCount())
992     << " locations. "
993     << "(Found at: ";
994
995   // Tell the user the other places the candidate was found.
996   for (size_t i = 0, e = OF.Candidates.size(); i < e; i++) {
997
998     R << NV((Twine("StartLoc") + Twine(i)).str(),
999             OF.Candidates[i].front()->getDebugLoc());
1000     if (i != e - 1)
1001       R << ", ";
1002   }
1003
1004   R << ")";
1005
1006   MORE.emit(R);
1007 }
1008
1009 void
1010 MachineOutliner::findCandidates(InstructionMapper &Mapper,
1011                                 std::vector<OutlinedFunction> &FunctionList) {
1012   FunctionList.clear();
1013   SuffixTree ST(Mapper.UnsignedVec);
1014
1015   // First, find dall of the repeated substrings in the tree of minimum length
1016   // 2.
1017   std::vector<Candidate> CandidatesForRepeatedSeq;
1018   for (auto It = ST.begin(), Et = ST.end(); It != Et; ++It) {
1019     CandidatesForRepeatedSeq.clear();
1020     SuffixTree::RepeatedSubstring RS = *It;
1021     unsigned StringLen = RS.Length;
1022     for (const unsigned &StartIdx : RS.StartIndices) {
1023       unsigned EndIdx = StartIdx + StringLen - 1;
1024       // Trick: Discard some candidates that would be incompatible with the
1025       // ones we've already found for this sequence. This will save us some
1026       // work in candidate selection.
1027       //
1028       // If two candidates overlap, then we can't outline them both. This
1029       // happens when we have candidates that look like, say
1030       //
1031       // AA (where each "A" is an instruction).
1032       //
1033       // We might have some portion of the module that looks like this:
1034       // AAAAAA (6 A's)
1035       //
1036       // In this case, there are 5 different copies of "AA" in this range, but
1037       // at most 3 can be outlined. If only outlining 3 of these is going to
1038       // be unbeneficial, then we ought to not bother.
1039       //
1040       // Note that two things DON'T overlap when they look like this:
1041       // start1...end1 .... start2...end2
1042       // That is, one must either
1043       // * End before the other starts
1044       // * Start after the other ends
1045       if (std::all_of(
1046               CandidatesForRepeatedSeq.begin(), CandidatesForRepeatedSeq.end(),
1047               [&StartIdx, &EndIdx](const Candidate &C) {
1048                 return (EndIdx < C.getStartIdx() || StartIdx > C.getEndIdx());
1049               })) {
1050         // It doesn't overlap with anything, so we can outline it.
1051         // Each sequence is over [StartIt, EndIt].
1052         // Save the candidate and its location.
1053
1054         MachineBasicBlock::iterator StartIt = Mapper.InstrList[StartIdx];
1055         MachineBasicBlock::iterator EndIt = Mapper.InstrList[EndIdx];
1056         MachineBasicBlock *MBB = StartIt->getParent();
1057
1058         CandidatesForRepeatedSeq.emplace_back(StartIdx, StringLen, StartIt,
1059                                               EndIt, MBB, FunctionList.size(),
1060                                               Mapper.MBBFlagsMap[MBB]);
1061       }
1062     }
1063
1064     // We've found something we might want to outline.
1065     // Create an OutlinedFunction to store it and check if it'd be beneficial
1066     // to outline.
1067     if (CandidatesForRepeatedSeq.size() < 2)
1068       continue;
1069
1070     // Arbitrarily choose a TII from the first candidate.
1071     // FIXME: Should getOutliningCandidateInfo move to TargetMachine?
1072     const TargetInstrInfo *TII =
1073         CandidatesForRepeatedSeq[0].getMF()->getSubtarget().getInstrInfo();
1074
1075     OutlinedFunction OF =
1076         TII->getOutliningCandidateInfo(CandidatesForRepeatedSeq);
1077
1078     // If we deleted too many candidates, then there's nothing worth outlining.
1079     // FIXME: This should take target-specified instruction sizes into account.
1080     if (OF.Candidates.size() < 2)
1081       continue;
1082
1083     // Is it better to outline this candidate than not?
1084     if (OF.getBenefit() < 1) {
1085       emitNotOutliningCheaperRemark(StringLen, CandidatesForRepeatedSeq, OF);
1086       continue;
1087     }
1088
1089     FunctionList.push_back(OF);
1090   }
1091 }
1092
1093 MachineFunction *
1094 MachineOutliner::createOutlinedFunction(Module &M, OutlinedFunction &OF,
1095                                         InstructionMapper &Mapper,
1096                                         unsigned Name) {
1097
1098   // Create the function name. This should be unique. For now, just hash the
1099   // module name and include it in the function name plus the number of this
1100   // function.
1101   std::ostringstream NameStream;
1102   // FIXME: We should have a better naming scheme. This should be stable,
1103   // regardless of changes to the outliner's cost model/traversal order.
1104   NameStream << "OUTLINED_FUNCTION_" << Name;
1105
1106   // Create the function using an IR-level function.
1107   LLVMContext &C = M.getContext();
1108   Function *F = dyn_cast<Function>(
1109       M.getOrInsertFunction(NameStream.str(), Type::getVoidTy(C)));
1110   assert(F && "Function was null!");
1111
1112   // NOTE: If this is linkonceodr, then we can take advantage of linker deduping
1113   // which gives us better results when we outline from linkonceodr functions.
1114   F->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
1115   F->setUnnamedAddr(GlobalValue::UnnamedAddr::Global);
1116
1117   // FIXME: Set nounwind, so we don't generate eh_frame? Haven't verified it's
1118   // necessary.
1119
1120   // Set optsize/minsize, so we don't insert padding between outlined
1121   // functions.
1122   F->addFnAttr(Attribute::OptimizeForSize);
1123   F->addFnAttr(Attribute::MinSize);
1124
1125   // Include target features from an arbitrary candidate for the outlined
1126   // function. This makes sure the outlined function knows what kinds of
1127   // instructions are going into it. This is fine, since all parent functions
1128   // must necessarily support the instructions that are in the outlined region.
1129   Candidate &FirstCand = OF.Candidates.front();
1130   const Function &ParentFn = FirstCand.getMF()->getFunction();
1131   if (ParentFn.hasFnAttribute("target-features"))
1132     F->addFnAttr(ParentFn.getFnAttribute("target-features"));
1133
1134   BasicBlock *EntryBB = BasicBlock::Create(C, "entry", F);
1135   IRBuilder<> Builder(EntryBB);
1136   Builder.CreateRetVoid();
1137
1138   MachineModuleInfo &MMI = getAnalysis<MachineModuleInfo>();
1139   MachineFunction &MF = MMI.getOrCreateMachineFunction(*F);
1140   MachineBasicBlock &MBB = *MF.CreateMachineBasicBlock();
1141   const TargetSubtargetInfo &STI = MF.getSubtarget();
1142   const TargetInstrInfo &TII = *STI.getInstrInfo();
1143
1144   // Insert the new function into the module.
1145   MF.insert(MF.begin(), &MBB);
1146
1147   for (auto I = FirstCand.front(), E = std::next(FirstCand.back()); I != E;
1148        ++I) {
1149     MachineInstr *NewMI = MF.CloneMachineInstr(&*I);
1150     NewMI->dropMemRefs(MF);
1151
1152     // Don't keep debug information for outlined instructions.
1153     NewMI->setDebugLoc(DebugLoc());
1154     MBB.insert(MBB.end(), NewMI);
1155   }
1156
1157   TII.buildOutlinedFrame(MBB, MF, OF);
1158
1159   // Outlined functions shouldn't preserve liveness.
1160   MF.getProperties().reset(MachineFunctionProperties::Property::TracksLiveness);
1161   MF.getRegInfo().freezeReservedRegs(MF);
1162
1163   // If there's a DISubprogram associated with this outlined function, then
1164   // emit debug info for the outlined function.
1165   if (DISubprogram *SP = getSubprogramOrNull(OF)) {
1166     // We have a DISubprogram. Get its DICompileUnit.
1167     DICompileUnit *CU = SP->getUnit();
1168     DIBuilder DB(M, true, CU);
1169     DIFile *Unit = SP->getFile();
1170     Mangler Mg;
1171     // Get the mangled name of the function for the linkage name.
1172     std::string Dummy;
1173     llvm::raw_string_ostream MangledNameStream(Dummy);
1174     Mg.getNameWithPrefix(MangledNameStream, F, false);
1175
1176     DISubprogram *OutlinedSP = DB.createFunction(
1177         Unit /* Context */, F->getName(), StringRef(MangledNameStream.str()),
1178         Unit /* File */,
1179         0 /* Line 0 is reserved for compiler-generated code. */,
1180         DB.createSubroutineType(DB.getOrCreateTypeArray(None)), /* void type */
1181         0, /* Line 0 is reserved for compiler-generated code. */
1182         DINode::DIFlags::FlagArtificial /* Compiler-generated code. */,
1183         /* Outlined code is optimized code by definition. */
1184         DISubprogram::SPFlagDefinition | DISubprogram::SPFlagOptimized);
1185
1186     // Don't add any new variables to the subprogram.
1187     DB.finalizeSubprogram(OutlinedSP);
1188
1189     // Attach subprogram to the function.
1190     F->setSubprogram(OutlinedSP);
1191     // We're done with the DIBuilder.
1192     DB.finalize();
1193   }
1194
1195   return &MF;
1196 }
1197
1198 bool MachineOutliner::outline(Module &M,
1199                               std::vector<OutlinedFunction> &FunctionList,
1200                               InstructionMapper &Mapper) {
1201
1202   bool OutlinedSomething = false;
1203
1204   // Number to append to the current outlined function.
1205   unsigned OutlinedFunctionNum = 0;
1206
1207   // Sort by benefit. The most beneficial functions should be outlined first.
1208   std::stable_sort(
1209       FunctionList.begin(), FunctionList.end(),
1210       [](const OutlinedFunction &LHS, const OutlinedFunction &RHS) {
1211         return LHS.getBenefit() > RHS.getBenefit();
1212       });
1213
1214   // Walk over each function, outlining them as we go along. Functions are
1215   // outlined greedily, based off the sort above.
1216   for (OutlinedFunction &OF : FunctionList) {
1217     // If we outlined something that overlapped with a candidate in a previous
1218     // step, then we can't outline from it.
1219     erase_if(OF.Candidates, [&Mapper](Candidate &C) {
1220       return std::any_of(
1221           Mapper.UnsignedVec.begin() + C.getStartIdx(),
1222           Mapper.UnsignedVec.begin() + C.getEndIdx() + 1,
1223           [](unsigned I) { return (I == static_cast<unsigned>(-1)); });
1224     });
1225
1226     // If we made it unbeneficial to outline this function, skip it.
1227     if (OF.getBenefit() < 1)
1228       continue;
1229
1230     // It's beneficial. Create the function and outline its sequence's
1231     // occurrences.
1232     OF.MF = createOutlinedFunction(M, OF, Mapper, OutlinedFunctionNum);
1233     emitOutlinedFunctionRemark(OF);
1234     FunctionsCreated++;
1235     OutlinedFunctionNum++; // Created a function, move to the next name.
1236     MachineFunction *MF = OF.MF;
1237     const TargetSubtargetInfo &STI = MF->getSubtarget();
1238     const TargetInstrInfo &TII = *STI.getInstrInfo();
1239
1240     // Replace occurrences of the sequence with calls to the new function.
1241     for (Candidate &C : OF.Candidates) {
1242       MachineBasicBlock &MBB = *C.getMBB();
1243       MachineBasicBlock::iterator StartIt = C.front();
1244       MachineBasicBlock::iterator EndIt = C.back();
1245
1246       // Insert the call.
1247       auto CallInst = TII.insertOutlinedCall(M, MBB, StartIt, *MF, C);
1248
1249       // If the caller tracks liveness, then we need to make sure that
1250       // anything we outline doesn't break liveness assumptions. The outlined
1251       // functions themselves currently don't track liveness, but we should
1252       // make sure that the ranges we yank things out of aren't wrong.
1253       if (MBB.getParent()->getProperties().hasProperty(
1254               MachineFunctionProperties::Property::TracksLiveness)) {
1255         // Helper lambda for adding implicit def operands to the call
1256         // instruction.
1257         auto CopyDefs = [&CallInst](MachineInstr &MI) {
1258           for (MachineOperand &MOP : MI.operands()) {
1259             // Skip over anything that isn't a register.
1260             if (!MOP.isReg())
1261               continue;
1262
1263             // If it's a def, add it to the call instruction.
1264             if (MOP.isDef())
1265               CallInst->addOperand(MachineOperand::CreateReg(
1266                   MOP.getReg(), true, /* isDef = true */
1267                   true /* isImp = true */));
1268           }
1269         };
1270         // Copy over the defs in the outlined range.
1271         // First inst in outlined range <-- Anything that's defined in this
1272         // ...                           .. range has to be added as an
1273         // implicit Last inst in outlined range  <-- def to the call
1274         // instruction.
1275         std::for_each(CallInst, std::next(EndIt), CopyDefs);
1276       }
1277
1278       // Erase from the point after where the call was inserted up to, and
1279       // including, the final instruction in the sequence.
1280       // Erase needs one past the end, so we need std::next there too.
1281       MBB.erase(std::next(StartIt), std::next(EndIt));
1282
1283       // Keep track of what we removed by marking them all as -1.
1284       std::for_each(Mapper.UnsignedVec.begin() + C.getStartIdx(),
1285                     Mapper.UnsignedVec.begin() + C.getEndIdx() + 1,
1286                     [](unsigned &I) { I = static_cast<unsigned>(-1); });
1287       OutlinedSomething = true;
1288
1289       // Statistics.
1290       NumOutlined++;
1291     }
1292   }
1293
1294   LLVM_DEBUG(dbgs() << "OutlinedSomething = " << OutlinedSomething << "\n";);
1295
1296   return OutlinedSomething;
1297 }
1298
1299 void MachineOutliner::populateMapper(InstructionMapper &Mapper, Module &M,
1300                                      MachineModuleInfo &MMI) {
1301   // Build instruction mappings for each function in the module. Start by
1302   // iterating over each Function in M.
1303   for (Function &F : M) {
1304
1305     // If there's nothing in F, then there's no reason to try and outline from
1306     // it.
1307     if (F.empty())
1308       continue;
1309
1310     // There's something in F. Check if it has a MachineFunction associated with
1311     // it.
1312     MachineFunction *MF = MMI.getMachineFunction(F);
1313
1314     // If it doesn't, then there's nothing to outline from. Move to the next
1315     // Function.
1316     if (!MF)
1317       continue;
1318
1319     const TargetInstrInfo *TII = MF->getSubtarget().getInstrInfo();
1320
1321     if (!RunOnAllFunctions && !TII->shouldOutlineFromFunctionByDefault(*MF))
1322       continue;
1323
1324     // We have a MachineFunction. Ask the target if it's suitable for outlining.
1325     // If it isn't, then move on to the next Function in the module.
1326     if (!TII->isFunctionSafeToOutlineFrom(*MF, OutlineFromLinkOnceODRs))
1327       continue;
1328
1329     // We have a function suitable for outlining. Iterate over every
1330     // MachineBasicBlock in MF and try to map its instructions to a list of
1331     // unsigned integers.
1332     for (MachineBasicBlock &MBB : *MF) {
1333       // If there isn't anything in MBB, then there's no point in outlining from
1334       // it.
1335       // If there are fewer than 2 instructions in the MBB, then it can't ever
1336       // contain something worth outlining.
1337       // FIXME: This should be based off of the maximum size in B of an outlined
1338       // call versus the size in B of the MBB.
1339       if (MBB.empty() || MBB.size() < 2)
1340         continue;
1341
1342       // Check if MBB could be the target of an indirect branch. If it is, then
1343       // we don't want to outline from it.
1344       if (MBB.hasAddressTaken())
1345         continue;
1346
1347       // MBB is suitable for outlining. Map it to a list of unsigneds.
1348       Mapper.convertToUnsignedVec(MBB, *TII);
1349     }
1350   }
1351 }
1352
1353 void MachineOutliner::initSizeRemarkInfo(
1354     const Module &M, const MachineModuleInfo &MMI,
1355     StringMap<unsigned> &FunctionToInstrCount) {
1356   // Collect instruction counts for every function. We'll use this to emit
1357   // per-function size remarks later.
1358   for (const Function &F : M) {
1359     MachineFunction *MF = MMI.getMachineFunction(F);
1360
1361     // We only care about MI counts here. If there's no MachineFunction at this
1362     // point, then there won't be after the outliner runs, so let's move on.
1363     if (!MF)
1364       continue;
1365     FunctionToInstrCount[F.getName().str()] = MF->getInstructionCount();
1366   }
1367 }
1368
1369 void MachineOutliner::emitInstrCountChangedRemark(
1370     const Module &M, const MachineModuleInfo &MMI,
1371     const StringMap<unsigned> &FunctionToInstrCount) {
1372   // Iterate over each function in the module and emit remarks.
1373   // Note that we won't miss anything by doing this, because the outliner never
1374   // deletes functions.
1375   for (const Function &F : M) {
1376     MachineFunction *MF = MMI.getMachineFunction(F);
1377
1378     // The outliner never deletes functions. If we don't have a MF here, then we
1379     // didn't have one prior to outlining either.
1380     if (!MF)
1381       continue;
1382
1383     std::string Fname = F.getName();
1384     unsigned FnCountAfter = MF->getInstructionCount();
1385     unsigned FnCountBefore = 0;
1386
1387     // Check if the function was recorded before.
1388     auto It = FunctionToInstrCount.find(Fname);
1389
1390     // Did we have a previously-recorded size? If yes, then set FnCountBefore
1391     // to that.
1392     if (It != FunctionToInstrCount.end())
1393       FnCountBefore = It->second;
1394
1395     // Compute the delta and emit a remark if there was a change.
1396     int64_t FnDelta = static_cast<int64_t>(FnCountAfter) -
1397                       static_cast<int64_t>(FnCountBefore);
1398     if (FnDelta == 0)
1399       continue;
1400
1401     MachineOptimizationRemarkEmitter MORE(*MF, nullptr);
1402     MORE.emit([&]() {
1403       MachineOptimizationRemarkAnalysis R("size-info", "FunctionMISizeChange",
1404                                           DiagnosticLocation(),
1405                                           &MF->front());
1406       R << DiagnosticInfoOptimizationBase::Argument("Pass", "Machine Outliner")
1407         << ": Function: "
1408         << DiagnosticInfoOptimizationBase::Argument("Function", F.getName())
1409         << ": MI instruction count changed from "
1410         << DiagnosticInfoOptimizationBase::Argument("MIInstrsBefore",
1411                                                     FnCountBefore)
1412         << " to "
1413         << DiagnosticInfoOptimizationBase::Argument("MIInstrsAfter",
1414                                                     FnCountAfter)
1415         << "; Delta: "
1416         << DiagnosticInfoOptimizationBase::Argument("Delta", FnDelta);
1417       return R;
1418     });
1419   }
1420 }
1421
1422 bool MachineOutliner::runOnModule(Module &M) {
1423   // Check if there's anything in the module. If it's empty, then there's
1424   // nothing to outline.
1425   if (M.empty())
1426     return false;
1427
1428   MachineModuleInfo &MMI = getAnalysis<MachineModuleInfo>();
1429
1430   // If the user passed -enable-machine-outliner=always or
1431   // -enable-machine-outliner, the pass will run on all functions in the module.
1432   // Otherwise, if the target supports default outlining, it will run on all
1433   // functions deemed by the target to be worth outlining from by default. Tell
1434   // the user how the outliner is running.
1435   LLVM_DEBUG(
1436     dbgs() << "Machine Outliner: Running on ";
1437     if (RunOnAllFunctions)
1438       dbgs() << "all functions";
1439     else
1440       dbgs() << "target-default functions";
1441     dbgs() << "\n"
1442   );
1443
1444   // If the user specifies that they want to outline from linkonceodrs, set
1445   // it here.
1446   OutlineFromLinkOnceODRs = EnableLinkOnceODROutlining;
1447   InstructionMapper Mapper;
1448
1449   // Prepare instruction mappings for the suffix tree.
1450   populateMapper(Mapper, M, MMI);
1451   std::vector<OutlinedFunction> FunctionList;
1452
1453   // Find all of the outlining candidates.
1454   findCandidates(Mapper, FunctionList);
1455
1456   // If we've requested size remarks, then collect the MI counts of every
1457   // function before outlining, and the MI counts after outlining.
1458   // FIXME: This shouldn't be in the outliner at all; it should ultimately be
1459   // the pass manager's responsibility.
1460   // This could pretty easily be placed in outline instead, but because we
1461   // really ultimately *don't* want this here, it's done like this for now
1462   // instead.
1463
1464   // Check if we want size remarks.
1465   bool ShouldEmitSizeRemarks = M.shouldEmitInstrCountChangedRemark();
1466   StringMap<unsigned> FunctionToInstrCount;
1467   if (ShouldEmitSizeRemarks)
1468     initSizeRemarkInfo(M, MMI, FunctionToInstrCount);
1469
1470   // Outline each of the candidates and return true if something was outlined.
1471   bool OutlinedSomething = outline(M, FunctionList, Mapper);
1472
1473   // If we outlined something, we definitely changed the MI count of the
1474   // module. If we've asked for size remarks, then output them.
1475   // FIXME: This should be in the pass manager.
1476   if (ShouldEmitSizeRemarks && OutlinedSomething)
1477     emitInstrCountChangedRemark(M, MMI, FunctionToInstrCount);
1478
1479   return OutlinedSomething;
1480 }