]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/CodeGen/PeepholeOptimizer.cpp
Import tzdata 2018d
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / CodeGen / PeepholeOptimizer.cpp
1 //===- PeepholeOptimizer.cpp - Peephole Optimizations ---------------------===//
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 // Perform peephole optimizations on the machine code:
11 //
12 // - Optimize Extensions
13 //
14 //     Optimization of sign / zero extension instructions. It may be extended to
15 //     handle other instructions with similar properties.
16 //
17 //     On some targets, some instructions, e.g. X86 sign / zero extension, may
18 //     leave the source value in the lower part of the result. This optimization
19 //     will replace some uses of the pre-extension value with uses of the
20 //     sub-register of the results.
21 //
22 // - Optimize Comparisons
23 //
24 //     Optimization of comparison instructions. For instance, in this code:
25 //
26 //       sub r1, 1
27 //       cmp r1, 0
28 //       bz  L1
29 //
30 //     If the "sub" instruction all ready sets (or could be modified to set) the
31 //     same flag that the "cmp" instruction sets and that "bz" uses, then we can
32 //     eliminate the "cmp" instruction.
33 //
34 //     Another instance, in this code:
35 //
36 //       sub r1, r3 | sub r1, imm
37 //       cmp r3, r1 or cmp r1, r3 | cmp r1, imm
38 //       bge L1
39 //
40 //     If the branch instruction can use flag from "sub", then we can replace
41 //     "sub" with "subs" and eliminate the "cmp" instruction.
42 //
43 // - Optimize Loads:
44 //
45 //     Loads that can be folded into a later instruction. A load is foldable
46 //     if it loads to virtual registers and the virtual register defined has
47 //     a single use.
48 //
49 // - Optimize Copies and Bitcast (more generally, target specific copies):
50 //
51 //     Rewrite copies and bitcasts to avoid cross register bank copies
52 //     when possible.
53 //     E.g., Consider the following example, where capital and lower
54 //     letters denote different register file:
55 //     b = copy A <-- cross-bank copy
56 //     C = copy b <-- cross-bank copy
57 //   =>
58 //     b = copy A <-- cross-bank copy
59 //     C = copy A <-- same-bank copy
60 //
61 //     E.g., for bitcast:
62 //     b = bitcast A <-- cross-bank copy
63 //     C = bitcast b <-- cross-bank copy
64 //   =>
65 //     b = bitcast A <-- cross-bank copy
66 //     C = copy A    <-- same-bank copy
67 //===----------------------------------------------------------------------===//
68
69 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
70 #include "llvm/ADT/Optional.h"
71 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
72 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
73 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
74 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
75 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
76 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
77 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
78 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
79 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
80 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
81 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
82 #include "llvm/CodeGen/MachineOperand.h"
83 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
84 #include "llvm/CodeGen/TargetInstrInfo.h"
85 #include "llvm/CodeGen/TargetOpcodes.h"
86 #include "llvm/CodeGen/TargetRegisterInfo.h"
87 #include "llvm/CodeGen/TargetSubtargetInfo.h"
88 #include "llvm/MC/LaneBitmask.h"
89 #include "llvm/MC/MCInstrDesc.h"
90 #include "llvm/Pass.h"
91 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
92 #include "llvm/Support/Debug.h"
93 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
94 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
95 #include <cassert>
96 #include <cstdint>
97 #include <memory>
98 #include <utility>
99
100 using namespace llvm;
101
102 #define DEBUG_TYPE "peephole-opt"
103
104 // Optimize Extensions
105 static cl::opt<bool>
106 Aggressive("aggressive-ext-opt", cl::Hidden,
107            cl::desc("Aggressive extension optimization"));
108
109 static cl::opt<bool>
110 DisablePeephole("disable-peephole", cl::Hidden, cl::init(false),
111                 cl::desc("Disable the peephole optimizer"));
112
113 static cl::opt<bool>
114 DisableAdvCopyOpt("disable-adv-copy-opt", cl::Hidden, cl::init(false),
115                   cl::desc("Disable advanced copy optimization"));
116
117 static cl::opt<bool> DisableNAPhysCopyOpt(
118     "disable-non-allocatable-phys-copy-opt", cl::Hidden, cl::init(false),
119     cl::desc("Disable non-allocatable physical register copy optimization"));
120
121 // Limit the number of PHI instructions to process
122 // in PeepholeOptimizer::getNextSource.
123 static cl::opt<unsigned> RewritePHILimit(
124     "rewrite-phi-limit", cl::Hidden, cl::init(10),
125     cl::desc("Limit the length of PHI chains to lookup"));
126
127 // Limit the length of recurrence chain when evaluating the benefit of
128 // commuting operands.
129 static cl::opt<unsigned> MaxRecurrenceChain(
130     "recurrence-chain-limit", cl::Hidden, cl::init(3),
131     cl::desc("Maximum length of recurrence chain when evaluating the benefit "
132              "of commuting operands"));
133
134
135 STATISTIC(NumReuse,      "Number of extension results reused");
136 STATISTIC(NumCmps,       "Number of compares eliminated");
137 STATISTIC(NumImmFold,    "Number of move immediate folded");
138 STATISTIC(NumLoadFold,   "Number of loads folded");
139 STATISTIC(NumSelects,    "Number of selects optimized");
140 STATISTIC(NumUncoalescableCopies, "Number of uncoalescable copies optimized");
141 STATISTIC(NumRewrittenCopies, "Number of copies rewritten");
142 STATISTIC(NumNAPhysCopies, "Number of non-allocatable physical copies removed");
143
144 namespace {
145
146   class ValueTrackerResult;
147   class RecurrenceInstr;
148
149   class PeepholeOptimizer : public MachineFunctionPass {
150     const TargetInstrInfo *TII;
151     const TargetRegisterInfo *TRI;
152     MachineRegisterInfo   *MRI;
153     MachineDominatorTree  *DT;  // Machine dominator tree
154     MachineLoopInfo       *MLI;
155
156   public:
157     static char ID; // Pass identification
158
159     PeepholeOptimizer() : MachineFunctionPass(ID) {
160       initializePeepholeOptimizerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
161     }
162
163     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override;
164
165     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
166       AU.setPreservesCFG();
167       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
168       AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
169       AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
170       if (Aggressive) {
171         AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
172         AU.addPreserved<MachineDominatorTree>();
173       }
174     }
175
176     /// \brief Track Def -> Use info used for rewriting copies.
177     using RewriteMapTy =
178         SmallDenseMap<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, ValueTrackerResult>;
179
180     /// \brief Sequence of instructions that formulate recurrence cycle.
181     using RecurrenceCycle = SmallVector<RecurrenceInstr, 4>;
182
183   private:
184     bool optimizeCmpInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB);
185     bool optimizeExtInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
186                           SmallPtrSetImpl<MachineInstr*> &LocalMIs);
187     bool optimizeSelect(MachineInstr *MI,
188                         SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs);
189     bool optimizeCondBranch(MachineInstr *MI);
190     bool optimizeCoalescableCopy(MachineInstr *MI);
191     bool optimizeUncoalescableCopy(MachineInstr *MI,
192                                    SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs);
193     bool optimizeRecurrence(MachineInstr &PHI);
194     bool findNextSource(unsigned Reg, unsigned SubReg,
195                         RewriteMapTy &RewriteMap);
196     bool isMoveImmediate(MachineInstr *MI,
197                          SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
198                          DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs);
199     bool foldImmediate(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
200                        SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
201                        DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs);
202
203     /// \brief Finds recurrence cycles, but only ones that formulated around
204     /// a def operand and a use operand that are tied. If there is a use
205     /// operand commutable with the tied use operand, find recurrence cycle
206     /// along that operand as well.
207     bool findTargetRecurrence(unsigned Reg,
208                               const SmallSet<unsigned, 2> &TargetReg,
209                               RecurrenceCycle &RC);
210
211     /// \brief If copy instruction \p MI is a virtual register copy, track it in
212     /// the set \p CopySrcRegs and \p CopyMIs. If this virtual register was
213     /// previously seen as a copy, replace the uses of this copy with the
214     /// previously seen copy's destination register.
215     bool foldRedundantCopy(MachineInstr *MI,
216                            SmallSet<unsigned, 4> &CopySrcRegs,
217                            DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &CopyMIs);
218
219     /// \brief Is the register \p Reg a non-allocatable physical register?
220     bool isNAPhysCopy(unsigned Reg);
221
222     /// \brief If copy instruction \p MI is a non-allocatable virtual<->physical
223     /// register copy, track it in the \p NAPhysToVirtMIs map. If this
224     /// non-allocatable physical register was previously copied to a virtual
225     /// registered and hasn't been clobbered, the virt->phys copy can be
226     /// deleted.
227     bool foldRedundantNAPhysCopy(
228         MachineInstr *MI,
229         DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &NAPhysToVirtMIs);
230
231     bool isLoadFoldable(MachineInstr *MI,
232                         SmallSet<unsigned, 16> &FoldAsLoadDefCandidates);
233
234     /// \brief Check whether \p MI is understood by the register coalescer
235     /// but may require some rewriting.
236     bool isCoalescableCopy(const MachineInstr &MI) {
237       // SubregToRegs are not interesting, because they are already register
238       // coalescer friendly.
239       return MI.isCopy() || (!DisableAdvCopyOpt &&
240                              (MI.isRegSequence() || MI.isInsertSubreg() ||
241                               MI.isExtractSubreg()));
242     }
243
244     /// \brief Check whether \p MI is a copy like instruction that is
245     /// not recognized by the register coalescer.
246     bool isUncoalescableCopy(const MachineInstr &MI) {
247       return MI.isBitcast() ||
248              (!DisableAdvCopyOpt &&
249               (MI.isRegSequenceLike() || MI.isInsertSubregLike() ||
250                MI.isExtractSubregLike()));
251     }
252   };
253
254   /// \brief Helper class to hold instructions that are inside recurrence
255   /// cycles. The recurrence cycle is formulated around 1) a def operand and its
256   /// tied use operand, or 2) a def operand and a use operand that is commutable
257   /// with another use operand which is tied to the def operand. In the latter
258   /// case, index of the tied use operand and the commutable use operand are
259   /// maintained with CommutePair.
260   class RecurrenceInstr {
261   public:
262     using IndexPair = std::pair<unsigned, unsigned>;
263
264     RecurrenceInstr(MachineInstr *MI) : MI(MI) {}
265     RecurrenceInstr(MachineInstr *MI, unsigned Idx1, unsigned Idx2)
266       : MI(MI), CommutePair(std::make_pair(Idx1, Idx2)) {}
267
268     MachineInstr *getMI() const { return MI; }
269     Optional<IndexPair> getCommutePair() const { return CommutePair; }
270
271   private:
272     MachineInstr *MI;
273     Optional<IndexPair> CommutePair;
274   };
275
276   /// \brief Helper class to hold a reply for ValueTracker queries. Contains the
277   /// returned sources for a given search and the instructions where the sources
278   /// were tracked from.
279   class ValueTrackerResult {
280   private:
281     /// Track all sources found by one ValueTracker query.
282     SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, 2> RegSrcs;
283
284     /// Instruction using the sources in 'RegSrcs'.
285     const MachineInstr *Inst = nullptr;
286
287   public:
288     ValueTrackerResult() = default;
289
290     ValueTrackerResult(unsigned Reg, unsigned SubReg) {
291       addSource(Reg, SubReg);
292     }
293
294     bool isValid() const { return getNumSources() > 0; }
295
296     void setInst(const MachineInstr *I) { Inst = I; }
297     const MachineInstr *getInst() const { return Inst; }
298
299     void clear() {
300       RegSrcs.clear();
301       Inst = nullptr;
302     }
303
304     void addSource(unsigned SrcReg, unsigned SrcSubReg) {
305       RegSrcs.push_back(TargetInstrInfo::RegSubRegPair(SrcReg, SrcSubReg));
306     }
307
308     void setSource(int Idx, unsigned SrcReg, unsigned SrcSubReg) {
309       assert(Idx < getNumSources() && "Reg pair source out of index");
310       RegSrcs[Idx] = TargetInstrInfo::RegSubRegPair(SrcReg, SrcSubReg);
311     }
312
313     int getNumSources() const { return RegSrcs.size(); }
314
315     unsigned getSrcReg(int Idx) const {
316       assert(Idx < getNumSources() && "Reg source out of index");
317       return RegSrcs[Idx].Reg;
318     }
319
320     unsigned getSrcSubReg(int Idx) const {
321       assert(Idx < getNumSources() && "SubReg source out of index");
322       return RegSrcs[Idx].SubReg;
323     }
324
325     bool operator==(const ValueTrackerResult &Other) {
326       if (Other.getInst() != getInst())
327         return false;
328
329       if (Other.getNumSources() != getNumSources())
330         return false;
331
332       for (int i = 0, e = Other.getNumSources(); i != e; ++i)
333         if (Other.getSrcReg(i) != getSrcReg(i) ||
334             Other.getSrcSubReg(i) != getSrcSubReg(i))
335           return false;
336       return true;
337     }
338   };
339
340   /// \brief Helper class to track the possible sources of a value defined by
341   /// a (chain of) copy related instructions.
342   /// Given a definition (instruction and definition index), this class
343   /// follows the use-def chain to find successive suitable sources.
344   /// The given source can be used to rewrite the definition into
345   /// def = COPY src.
346   ///
347   /// For instance, let us consider the following snippet:
348   /// v0 =
349   /// v2 = INSERT_SUBREG v1, v0, sub0
350   /// def = COPY v2.sub0
351   ///
352   /// Using a ValueTracker for def = COPY v2.sub0 will give the following
353   /// suitable sources:
354   /// v2.sub0 and v0.
355   /// Then, def can be rewritten into def = COPY v0.
356   class ValueTracker {
357   private:
358     /// The current point into the use-def chain.
359     const MachineInstr *Def = nullptr;
360
361     /// The index of the definition in Def.
362     unsigned DefIdx = 0;
363
364     /// The sub register index of the definition.
365     unsigned DefSubReg;
366
367     /// The register where the value can be found.
368     unsigned Reg;
369
370     /// Specifiy whether or not the value tracking looks through
371     /// complex instructions. When this is false, the value tracker
372     /// bails on everything that is not a copy or a bitcast.
373     ///
374     /// Note: This could have been implemented as a specialized version of
375     /// the ValueTracker class but that would have complicated the code of
376     /// the users of this class.
377     bool UseAdvancedTracking;
378
379     /// MachineRegisterInfo used to perform tracking.
380     const MachineRegisterInfo &MRI;
381
382     /// Optional TargetInstrInfo used to perform some complex
383     /// tracking.
384     const TargetInstrInfo *TII;
385
386     /// \brief Dispatcher to the right underlying implementation of
387     /// getNextSource.
388     ValueTrackerResult getNextSourceImpl();
389
390     /// \brief Specialized version of getNextSource for Copy instructions.
391     ValueTrackerResult getNextSourceFromCopy();
392
393     /// \brief Specialized version of getNextSource for Bitcast instructions.
394     ValueTrackerResult getNextSourceFromBitcast();
395
396     /// \brief Specialized version of getNextSource for RegSequence
397     /// instructions.
398     ValueTrackerResult getNextSourceFromRegSequence();
399
400     /// \brief Specialized version of getNextSource for InsertSubreg
401     /// instructions.
402     ValueTrackerResult getNextSourceFromInsertSubreg();
403
404     /// \brief Specialized version of getNextSource for ExtractSubreg
405     /// instructions.
406     ValueTrackerResult getNextSourceFromExtractSubreg();
407
408     /// \brief Specialized version of getNextSource for SubregToReg
409     /// instructions.
410     ValueTrackerResult getNextSourceFromSubregToReg();
411
412     /// \brief Specialized version of getNextSource for PHI instructions.
413     ValueTrackerResult getNextSourceFromPHI();
414
415   public:
416     /// \brief Create a ValueTracker instance for the value defined by \p Reg.
417     /// \p DefSubReg represents the sub register index the value tracker will
418     /// track. It does not need to match the sub register index used in the
419     /// definition of \p Reg.
420     /// \p UseAdvancedTracking specifies whether or not the value tracker looks
421     /// through complex instructions. By default (false), it handles only copy
422     /// and bitcast instructions.
423     /// If \p Reg is a physical register, a value tracker constructed with
424     /// this constructor will not find any alternative source.
425     /// Indeed, when \p Reg is a physical register that constructor does not
426     /// know which definition of \p Reg it should track.
427     /// Use the next constructor to track a physical register.
428     ValueTracker(unsigned Reg, unsigned DefSubReg,
429                  const MachineRegisterInfo &MRI,
430                  bool UseAdvancedTracking = false,
431                  const TargetInstrInfo *TII = nullptr)
432         : DefSubReg(DefSubReg), Reg(Reg),
433           UseAdvancedTracking(UseAdvancedTracking), MRI(MRI), TII(TII) {
434       if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) {
435         Def = MRI.getVRegDef(Reg);
436         DefIdx = MRI.def_begin(Reg).getOperandNo();
437       }
438     }
439
440     /// \brief Create a ValueTracker instance for the value defined by
441     /// the pair \p MI, \p DefIdx.
442     /// Unlike the other constructor, the value tracker produced by this one
443     /// may be able to find a new source when the definition is a physical
444     /// register.
445     /// This could be useful to rewrite target specific instructions into
446     /// generic copy instructions.
447     ValueTracker(const MachineInstr &MI, unsigned DefIdx, unsigned DefSubReg,
448                  const MachineRegisterInfo &MRI,
449                  bool UseAdvancedTracking = false,
450                  const TargetInstrInfo *TII = nullptr)
451         : Def(&MI), DefIdx(DefIdx), DefSubReg(DefSubReg),
452           UseAdvancedTracking(UseAdvancedTracking), MRI(MRI), TII(TII) {
453       assert(DefIdx < Def->getDesc().getNumDefs() &&
454              Def->getOperand(DefIdx).isReg() && "Invalid definition");
455       Reg = Def->getOperand(DefIdx).getReg();
456     }
457
458     /// \brief Following the use-def chain, get the next available source
459     /// for the tracked value.
460     /// \return A ValueTrackerResult containing a set of registers
461     /// and sub registers with tracked values. A ValueTrackerResult with
462     /// an empty set of registers means no source was found.
463     ValueTrackerResult getNextSource();
464
465     /// \brief Get the last register where the initial value can be found.
466     /// Initially this is the register of the definition.
467     /// Then, after each successful call to getNextSource, this is the
468     /// register of the last source.
469     unsigned getReg() const { return Reg; }
470   };
471
472 } // end anonymous namespace
473
474 char PeepholeOptimizer::ID = 0;
475
476 char &llvm::PeepholeOptimizerID = PeepholeOptimizer::ID;
477
478 INITIALIZE_PASS_BEGIN(PeepholeOptimizer, DEBUG_TYPE,
479                 "Peephole Optimizations", false, false)
480 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineDominatorTree)
481 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineLoopInfo)
482 INITIALIZE_PASS_END(PeepholeOptimizer, DEBUG_TYPE,
483                 "Peephole Optimizations", false, false)
484
485 /// If instruction is a copy-like instruction, i.e. it reads a single register
486 /// and writes a single register and it does not modify the source, and if the
487 /// source value is preserved as a sub-register of the result, then replace all
488 /// reachable uses of the source with the subreg of the result.
489 ///
490 /// Do not generate an EXTRACT that is used only in a debug use, as this changes
491 /// the code. Since this code does not currently share EXTRACTs, just ignore all
492 /// debug uses.
493 bool PeepholeOptimizer::
494 optimizeExtInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
495                  SmallPtrSetImpl<MachineInstr*> &LocalMIs) {
496   unsigned SrcReg, DstReg, SubIdx;
497   if (!TII->isCoalescableExtInstr(*MI, SrcReg, DstReg, SubIdx))
498     return false;
499
500   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DstReg) ||
501       TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg))
502     return false;
503
504   if (MRI->hasOneNonDBGUse(SrcReg))
505     // No other uses.
506     return false;
507
508   // Ensure DstReg can get a register class that actually supports
509   // sub-registers. Don't change the class until we commit.
510   const TargetRegisterClass *DstRC = MRI->getRegClass(DstReg);
511   DstRC = TRI->getSubClassWithSubReg(DstRC, SubIdx);
512   if (!DstRC)
513     return false;
514
515   // The ext instr may be operating on a sub-register of SrcReg as well.
516   // PPC::EXTSW is a 32 -> 64-bit sign extension, but it reads a 64-bit
517   // register.
518   // If UseSrcSubIdx is Set, SubIdx also applies to SrcReg, and only uses of
519   // SrcReg:SubIdx should be replaced.
520   bool UseSrcSubIdx =
521       TRI->getSubClassWithSubReg(MRI->getRegClass(SrcReg), SubIdx) != nullptr;
522
523   // The source has other uses. See if we can replace the other uses with use of
524   // the result of the extension.
525   SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 4> ReachedBBs;
526   for (MachineInstr &UI : MRI->use_nodbg_instructions(DstReg))
527     ReachedBBs.insert(UI.getParent());
528
529   // Uses that are in the same BB of uses of the result of the instruction.
530   SmallVector<MachineOperand*, 8> Uses;
531
532   // Uses that the result of the instruction can reach.
533   SmallVector<MachineOperand*, 8> ExtendedUses;
534
535   bool ExtendLife = true;
536   for (MachineOperand &UseMO : MRI->use_nodbg_operands(SrcReg)) {
537     MachineInstr *UseMI = UseMO.getParent();
538     if (UseMI == MI)
539       continue;
540
541     if (UseMI->isPHI()) {
542       ExtendLife = false;
543       continue;
544     }
545
546     // Only accept uses of SrcReg:SubIdx.
547     if (UseSrcSubIdx && UseMO.getSubReg() != SubIdx)
548       continue;
549
550     // It's an error to translate this:
551     //
552     //    %reg1025 = <sext> %reg1024
553     //     ...
554     //    %reg1026 = SUBREG_TO_REG 0, %reg1024, 4
555     //
556     // into this:
557     //
558     //    %reg1025 = <sext> %reg1024
559     //     ...
560     //    %reg1027 = COPY %reg1025:4
561     //    %reg1026 = SUBREG_TO_REG 0, %reg1027, 4
562     //
563     // The problem here is that SUBREG_TO_REG is there to assert that an
564     // implicit zext occurs. It doesn't insert a zext instruction. If we allow
565     // the COPY here, it will give us the value after the <sext>, not the
566     // original value of %reg1024 before <sext>.
567     if (UseMI->getOpcode() == TargetOpcode::SUBREG_TO_REG)
568       continue;
569
570     MachineBasicBlock *UseMBB = UseMI->getParent();
571     if (UseMBB == MBB) {
572       // Local uses that come after the extension.
573       if (!LocalMIs.count(UseMI))
574         Uses.push_back(&UseMO);
575     } else if (ReachedBBs.count(UseMBB)) {
576       // Non-local uses where the result of the extension is used. Always
577       // replace these unless it's a PHI.
578       Uses.push_back(&UseMO);
579     } else if (Aggressive && DT->dominates(MBB, UseMBB)) {
580       // We may want to extend the live range of the extension result in order
581       // to replace these uses.
582       ExtendedUses.push_back(&UseMO);
583     } else {
584       // Both will be live out of the def MBB anyway. Don't extend live range of
585       // the extension result.
586       ExtendLife = false;
587       break;
588     }
589   }
590
591   if (ExtendLife && !ExtendedUses.empty())
592     // Extend the liveness of the extension result.
593     Uses.append(ExtendedUses.begin(), ExtendedUses.end());
594
595   // Now replace all uses.
596   bool Changed = false;
597   if (!Uses.empty()) {
598     SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 4> PHIBBs;
599
600     // Look for PHI uses of the extended result, we don't want to extend the
601     // liveness of a PHI input. It breaks all kinds of assumptions down
602     // stream. A PHI use is expected to be the kill of its source values.
603     for (MachineInstr &UI : MRI->use_nodbg_instructions(DstReg))
604       if (UI.isPHI())
605         PHIBBs.insert(UI.getParent());
606
607     const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(SrcReg);
608     for (unsigned i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
609       MachineOperand *UseMO = Uses[i];
610       MachineInstr *UseMI = UseMO->getParent();
611       MachineBasicBlock *UseMBB = UseMI->getParent();
612       if (PHIBBs.count(UseMBB))
613         continue;
614
615       // About to add uses of DstReg, clear DstReg's kill flags.
616       if (!Changed) {
617         MRI->clearKillFlags(DstReg);
618         MRI->constrainRegClass(DstReg, DstRC);
619       }
620
621       unsigned NewVR = MRI->createVirtualRegister(RC);
622       MachineInstr *Copy = BuildMI(*UseMBB, UseMI, UseMI->getDebugLoc(),
623                                    TII->get(TargetOpcode::COPY), NewVR)
624         .addReg(DstReg, 0, SubIdx);
625       // SubIdx applies to both SrcReg and DstReg when UseSrcSubIdx is set.
626       if (UseSrcSubIdx) {
627         Copy->getOperand(0).setSubReg(SubIdx);
628         Copy->getOperand(0).setIsUndef();
629       }
630       UseMO->setReg(NewVR);
631       ++NumReuse;
632       Changed = true;
633     }
634   }
635
636   return Changed;
637 }
638
639 /// If the instruction is a compare and the previous instruction it's comparing
640 /// against already sets (or could be modified to set) the same flag as the
641 /// compare, then we can remove the comparison and use the flag from the
642 /// previous instruction.
643 bool PeepholeOptimizer::optimizeCmpInstr(MachineInstr *MI,
644                                          MachineBasicBlock *MBB) {
645   // If this instruction is a comparison against zero and isn't comparing a
646   // physical register, we can try to optimize it.
647   unsigned SrcReg, SrcReg2;
648   int CmpMask, CmpValue;
649   if (!TII->analyzeCompare(*MI, SrcReg, SrcReg2, CmpMask, CmpValue) ||
650       TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg) ||
651       (SrcReg2 != 0 && TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg2)))
652     return false;
653
654   // Attempt to optimize the comparison instruction.
655   if (TII->optimizeCompareInstr(*MI, SrcReg, SrcReg2, CmpMask, CmpValue, MRI)) {
656     ++NumCmps;
657     return true;
658   }
659
660   return false;
661 }
662
663 /// Optimize a select instruction.
664 bool PeepholeOptimizer::optimizeSelect(MachineInstr *MI,
665                             SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs) {
666   unsigned TrueOp = 0;
667   unsigned FalseOp = 0;
668   bool Optimizable = false;
669   SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
670   if (TII->analyzeSelect(*MI, Cond, TrueOp, FalseOp, Optimizable))
671     return false;
672   if (!Optimizable)
673     return false;
674   if (!TII->optimizeSelect(*MI, LocalMIs))
675     return false;
676   MI->eraseFromParent();
677   ++NumSelects;
678   return true;
679 }
680
681 /// \brief Check if a simpler conditional branch can be
682 /// generated
683 bool PeepholeOptimizer::optimizeCondBranch(MachineInstr *MI) {
684   return TII->optimizeCondBranch(*MI);
685 }
686
687 /// \brief Try to find the next source that share the same register file
688 /// for the value defined by \p Reg and \p SubReg.
689 /// When true is returned, the \p RewriteMap can be used by the client to
690 /// retrieve all Def -> Use along the way up to the next source. Any found
691 /// Use that is not itself a key for another entry, is the next source to
692 /// use. During the search for the next source, multiple sources can be found
693 /// given multiple incoming sources of a PHI instruction. In this case, we
694 /// look in each PHI source for the next source; all found next sources must
695 /// share the same register file as \p Reg and \p SubReg. The client should
696 /// then be capable to rewrite all intermediate PHIs to get the next source.
697 /// \return False if no alternative sources are available. True otherwise.
698 bool PeepholeOptimizer::findNextSource(unsigned Reg, unsigned SubReg,
699                                        RewriteMapTy &RewriteMap) {
700   // Do not try to find a new source for a physical register.
701   // So far we do not have any motivating example for doing that.
702   // Thus, instead of maintaining untested code, we will revisit that if
703   // that changes at some point.
704   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
705     return false;
706   const TargetRegisterClass *DefRC = MRI->getRegClass(Reg);
707
708   SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, 4> SrcToLook;
709   TargetInstrInfo::RegSubRegPair CurSrcPair(Reg, SubReg);
710   SrcToLook.push_back(CurSrcPair);
711
712   unsigned PHICount = 0;
713   while (!SrcToLook.empty() && PHICount < RewritePHILimit) {
714     TargetInstrInfo::RegSubRegPair Pair = SrcToLook.pop_back_val();
715     // As explained above, do not handle physical registers
716     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Pair.Reg))
717       return false;
718
719     CurSrcPair = Pair;
720     ValueTracker ValTracker(CurSrcPair.Reg, CurSrcPair.SubReg, *MRI,
721                             !DisableAdvCopyOpt, TII);
722
723     // Follow the chain of copies until we find a more suitable source, a phi
724     // or have to abort.
725     while (true) {
726       ValueTrackerResult Res = ValTracker.getNextSource();
727       // Abort at the end of a chain (without finding a suitable source).
728       if (!Res.isValid())
729         return false;
730
731       // Insert the Def -> Use entry for the recently found source.
732       ValueTrackerResult CurSrcRes = RewriteMap.lookup(CurSrcPair);
733       if (CurSrcRes.isValid()) {
734         assert(CurSrcRes == Res && "ValueTrackerResult found must match");
735         // An existent entry with multiple sources is a PHI cycle we must avoid.
736         // Otherwise it's an entry with a valid next source we already found.
737         if (CurSrcRes.getNumSources() > 1) {
738           DEBUG(dbgs() << "findNextSource: found PHI cycle, aborting...\n");
739           return false;
740         }
741         break;
742       }
743       RewriteMap.insert(std::make_pair(CurSrcPair, Res));
744
745       // ValueTrackerResult usually have one source unless it's the result from
746       // a PHI instruction. Add the found PHI edges to be looked up further.
747       unsigned NumSrcs = Res.getNumSources();
748       if (NumSrcs > 1) {
749         PHICount++;
750         for (unsigned i = 0; i < NumSrcs; ++i)
751           SrcToLook.push_back(TargetInstrInfo::RegSubRegPair(
752               Res.getSrcReg(i), Res.getSrcSubReg(i)));
753         break;
754       }
755
756       CurSrcPair.Reg = Res.getSrcReg(0);
757       CurSrcPair.SubReg = Res.getSrcSubReg(0);
758       // Do not extend the live-ranges of physical registers as they add
759       // constraints to the register allocator. Moreover, if we want to extend
760       // the live-range of a physical register, unlike SSA virtual register,
761       // we will have to check that they aren't redefine before the related use.
762       if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(CurSrcPair.Reg))
763         return false;
764
765       // Keep following the chain if the value isn't any better yet.
766       const TargetRegisterClass *SrcRC = MRI->getRegClass(CurSrcPair.Reg);
767       if (!TRI->shouldRewriteCopySrc(DefRC, SubReg, SrcRC, CurSrcPair.SubReg))
768         continue;
769
770       // We currently cannot deal with subreg operands on PHI instructions
771       // (see insertPHI()).
772       if (PHICount > 0 && CurSrcPair.SubReg != 0)
773         continue;
774
775       // We found a suitable source, and are done with this chain.
776       break;
777     }
778   }
779
780   // If we did not find a more suitable source, there is nothing to optimize.
781   return CurSrcPair.Reg != Reg;
782 }
783
784 /// \brief Insert a PHI instruction with incoming edges \p SrcRegs that are
785 /// guaranteed to have the same register class. This is necessary whenever we
786 /// successfully traverse a PHI instruction and find suitable sources coming
787 /// from its edges. By inserting a new PHI, we provide a rewritten PHI def
788 /// suitable to be used in a new COPY instruction.
789 static MachineInstr *
790 insertPHI(MachineRegisterInfo *MRI, const TargetInstrInfo *TII,
791           const SmallVectorImpl<TargetInstrInfo::RegSubRegPair> &SrcRegs,
792           MachineInstr *OrigPHI) {
793   assert(!SrcRegs.empty() && "No sources to create a PHI instruction?");
794
795   const TargetRegisterClass *NewRC = MRI->getRegClass(SrcRegs[0].Reg);
796   // NewRC is only correct if no subregisters are involved. findNextSource()
797   // should have rejected those cases already.
798   assert(SrcRegs[0].SubReg == 0 && "should not have subreg operand");
799   unsigned NewVR = MRI->createVirtualRegister(NewRC);
800   MachineBasicBlock *MBB = OrigPHI->getParent();
801   MachineInstrBuilder MIB = BuildMI(*MBB, OrigPHI, OrigPHI->getDebugLoc(),
802                                     TII->get(TargetOpcode::PHI), NewVR);
803
804   unsigned MBBOpIdx = 2;
805   for (auto RegPair : SrcRegs) {
806     MIB.addReg(RegPair.Reg, 0, RegPair.SubReg);
807     MIB.addMBB(OrigPHI->getOperand(MBBOpIdx).getMBB());
808     // Since we're extended the lifetime of RegPair.Reg, clear the
809     // kill flags to account for that and make RegPair.Reg reaches
810     // the new PHI.
811     MRI->clearKillFlags(RegPair.Reg);
812     MBBOpIdx += 2;
813   }
814
815   return MIB;
816 }
817
818 namespace {
819
820 /// \brief Helper class to rewrite the arguments of a copy-like instruction.
821 class CopyRewriter {
822 protected:
823   /// The copy-like instruction.
824   MachineInstr &CopyLike;
825
826   /// The index of the source being rewritten.
827   unsigned CurrentSrcIdx = 0;
828
829 public:
830   CopyRewriter(MachineInstr &MI) : CopyLike(MI) {}
831   virtual ~CopyRewriter() = default;
832
833   /// \brief Get the next rewritable source (SrcReg, SrcSubReg) and
834   /// the related value that it affects (TrackReg, TrackSubReg).
835   /// A source is considered rewritable if its register class and the
836   /// register class of the related TrackReg may not be register
837   /// coalescer friendly. In other words, given a copy-like instruction
838   /// not all the arguments may be returned at rewritable source, since
839   /// some arguments are none to be register coalescer friendly.
840   ///
841   /// Each call of this method moves the current source to the next
842   /// rewritable source.
843   /// For instance, let CopyLike be the instruction to rewrite.
844   /// CopyLike has one definition and one source:
845   /// dst.dstSubIdx = CopyLike src.srcSubIdx.
846   ///
847   /// The first call will give the first rewritable source, i.e.,
848   /// the only source this instruction has:
849   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (src, srcSubIdx).
850   /// This source defines the whole definition, i.e.,
851   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, dstSubIdx).
852   ///
853   /// The second and subsequent calls will return false, as there is only one
854   /// rewritable source.
855   ///
856   /// \return True if a rewritable source has been found, false otherwise.
857   /// The output arguments are valid if and only if true is returned.
858   virtual bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
859                                        unsigned &TrackReg,
860                                        unsigned &TrackSubReg) {
861     // If CurrentSrcIdx == 1, this means this function has already been called
862     // once. CopyLike has one definition and one argument, thus, there is
863     // nothing else to rewrite.
864     if (!CopyLike.isCopy() || CurrentSrcIdx == 1)
865       return false;
866     // This is the first call to getNextRewritableSource.
867     // Move the CurrentSrcIdx to remember that we made that call.
868     CurrentSrcIdx = 1;
869     // The rewritable source is the argument.
870     const MachineOperand &MOSrc = CopyLike.getOperand(1);
871     SrcReg = MOSrc.getReg();
872     SrcSubReg = MOSrc.getSubReg();
873     // What we track are the alternative sources of the definition.
874     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
875     TrackReg = MODef.getReg();
876     TrackSubReg = MODef.getSubReg();
877     return true;
878   }
879
880   /// \brief Rewrite the current source with \p NewReg and \p NewSubReg
881   /// if possible.
882   /// \return True if the rewriting was possible, false otherwise.
883   virtual bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) {
884     if (!CopyLike.isCopy() || CurrentSrcIdx != 1)
885       return false;
886     MachineOperand &MOSrc = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
887     MOSrc.setReg(NewReg);
888     MOSrc.setSubReg(NewSubReg);
889     return true;
890   }
891
892   /// \brief Given a \p Def.Reg and Def.SubReg  pair, use \p RewriteMap to find
893   /// the new source to use for rewrite. If \p HandleMultipleSources is true and
894   /// multiple sources for a given \p Def are found along the way, we found a
895   /// PHI instructions that needs to be rewritten.
896   /// TODO: HandleMultipleSources should be removed once we test PHI handling
897   /// with coalescable copies.
898   TargetInstrInfo::RegSubRegPair
899   getNewSource(MachineRegisterInfo *MRI, const TargetInstrInfo *TII,
900                TargetInstrInfo::RegSubRegPair Def,
901                PeepholeOptimizer::RewriteMapTy &RewriteMap,
902                bool HandleMultipleSources = true) {
903     TargetInstrInfo::RegSubRegPair LookupSrc(Def.Reg, Def.SubReg);
904     do {
905       ValueTrackerResult Res = RewriteMap.lookup(LookupSrc);
906       // If there are no entries on the map, LookupSrc is the new source.
907       if (!Res.isValid())
908         return LookupSrc;
909
910       // There's only one source for this definition, keep searching...
911       unsigned NumSrcs = Res.getNumSources();
912       if (NumSrcs == 1) {
913         LookupSrc.Reg = Res.getSrcReg(0);
914         LookupSrc.SubReg = Res.getSrcSubReg(0);
915         continue;
916       }
917
918       // TODO: Remove once multiple srcs w/ coalescable copies are supported.
919       if (!HandleMultipleSources)
920         break;
921
922       // Multiple sources, recurse into each source to find a new source
923       // for it. Then, rewrite the PHI accordingly to its new edges.
924       SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, 4> NewPHISrcs;
925       for (unsigned i = 0; i < NumSrcs; ++i) {
926         TargetInstrInfo::RegSubRegPair PHISrc(Res.getSrcReg(i),
927                                               Res.getSrcSubReg(i));
928         NewPHISrcs.push_back(
929             getNewSource(MRI, TII, PHISrc, RewriteMap, HandleMultipleSources));
930       }
931
932       // Build the new PHI node and return its def register as the new source.
933       MachineInstr *OrigPHI = const_cast<MachineInstr *>(Res.getInst());
934       MachineInstr *NewPHI = insertPHI(MRI, TII, NewPHISrcs, OrigPHI);
935       DEBUG(dbgs() << "-- getNewSource\n");
936       DEBUG(dbgs() << "   Replacing: " << *OrigPHI);
937       DEBUG(dbgs() << "        With: " << *NewPHI);
938       const MachineOperand &MODef = NewPHI->getOperand(0);
939       return TargetInstrInfo::RegSubRegPair(MODef.getReg(), MODef.getSubReg());
940
941     } while (true);
942
943     return TargetInstrInfo::RegSubRegPair(0, 0);
944   }
945
946   /// \brief Rewrite the source found through \p Def, by using the \p RewriteMap
947   /// and create a new COPY instruction. More info about RewriteMap in
948   /// PeepholeOptimizer::findNextSource. Right now this is only used to handle
949   /// Uncoalescable copies, since they are copy like instructions that aren't
950   /// recognized by the register allocator.
951   virtual MachineInstr *
952   RewriteSource(TargetInstrInfo::RegSubRegPair Def,
953                 PeepholeOptimizer::RewriteMapTy &RewriteMap) {
954     return nullptr;
955   }
956 };
957
958 /// \brief Helper class to rewrite uncoalescable copy like instructions
959 /// into new COPY (coalescable friendly) instructions.
960 class UncoalescableRewriter : public CopyRewriter {
961 protected:
962   const TargetInstrInfo &TII;
963   MachineRegisterInfo   &MRI;
964
965   /// The number of defs in the bitcast
966   unsigned NumDefs;
967
968 public:
969   UncoalescableRewriter(MachineInstr &MI, const TargetInstrInfo &TII,
970                          MachineRegisterInfo &MRI)
971       : CopyRewriter(MI), TII(TII), MRI(MRI) {
972     NumDefs = MI.getDesc().getNumDefs();
973   }
974
975   /// \brief Get the next rewritable def source (TrackReg, TrackSubReg)
976   /// All such sources need to be considered rewritable in order to
977   /// rewrite a uncoalescable copy-like instruction. This method return
978   /// each definition that must be checked if rewritable.
979   bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
980                                unsigned &TrackReg,
981                                unsigned &TrackSubReg) override {
982     // Find the next non-dead definition and continue from there.
983     if (CurrentSrcIdx == NumDefs)
984       return false;
985
986     while (CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx).isDead()) {
987       ++CurrentSrcIdx;
988       if (CurrentSrcIdx == NumDefs)
989         return false;
990     }
991
992     // What we track are the alternative sources of the definition.
993     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
994     TrackReg = MODef.getReg();
995     TrackSubReg = MODef.getSubReg();
996
997     CurrentSrcIdx++;
998     return true;
999   }
1000
1001   /// \brief Rewrite the source found through \p Def, by using the \p RewriteMap
1002   /// and create a new COPY instruction. More info about RewriteMap in
1003   /// PeepholeOptimizer::findNextSource. Right now this is only used to handle
1004   /// Uncoalescable copies, since they are copy like instructions that aren't
1005   /// recognized by the register allocator.
1006   MachineInstr *
1007   RewriteSource(TargetInstrInfo::RegSubRegPair Def,
1008                 PeepholeOptimizer::RewriteMapTy &RewriteMap) override {
1009     assert(!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Def.Reg) &&
1010            "We do not rewrite physical registers");
1011
1012     // Find the new source to use in the COPY rewrite.
1013     TargetInstrInfo::RegSubRegPair NewSrc =
1014         getNewSource(&MRI, &TII, Def, RewriteMap);
1015
1016     // Insert the COPY.
1017     const TargetRegisterClass *DefRC = MRI.getRegClass(Def.Reg);
1018     unsigned NewVR = MRI.createVirtualRegister(DefRC);
1019
1020     MachineInstr *NewCopy =
1021         BuildMI(*CopyLike.getParent(), &CopyLike, CopyLike.getDebugLoc(),
1022                 TII.get(TargetOpcode::COPY), NewVR)
1023             .addReg(NewSrc.Reg, 0, NewSrc.SubReg);
1024
1025     NewCopy->getOperand(0).setSubReg(Def.SubReg);
1026     if (Def.SubReg)
1027       NewCopy->getOperand(0).setIsUndef();
1028
1029     DEBUG(dbgs() << "-- RewriteSource\n");
1030     DEBUG(dbgs() << "   Replacing: " << CopyLike);
1031     DEBUG(dbgs() << "        With: " << *NewCopy);
1032     MRI.replaceRegWith(Def.Reg, NewVR);
1033     MRI.clearKillFlags(NewVR);
1034
1035     // We extended the lifetime of NewSrc.Reg, clear the kill flags to
1036     // account for that.
1037     MRI.clearKillFlags(NewSrc.Reg);
1038
1039     return NewCopy;
1040   }
1041 };
1042
1043 /// \brief Specialized rewriter for INSERT_SUBREG instruction.
1044 class InsertSubregRewriter : public CopyRewriter {
1045 public:
1046   InsertSubregRewriter(MachineInstr &MI) : CopyRewriter(MI) {
1047     assert(MI.isInsertSubreg() && "Invalid instruction");
1048   }
1049
1050   /// \brief See CopyRewriter::getNextRewritableSource.
1051   /// Here CopyLike has the following form:
1052   /// dst = INSERT_SUBREG Src1, Src2.src2SubIdx, subIdx.
1053   /// Src1 has the same register class has dst, hence, there is
1054   /// nothing to rewrite.
1055   /// Src2.src2SubIdx, may not be register coalescer friendly.
1056   /// Therefore, the first call to this method returns:
1057   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src2, src2SubIdx).
1058   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, subIdx).
1059   ///
1060   /// Subsequence calls will return false.
1061   bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
1062                                unsigned &TrackReg,
1063                                unsigned &TrackSubReg) override {
1064     // If we already get the only source we can rewrite, return false.
1065     if (CurrentSrcIdx == 2)
1066       return false;
1067     // We are looking at v2 = INSERT_SUBREG v0, v1, sub0.
1068     CurrentSrcIdx = 2;
1069     const MachineOperand &MOInsertedReg = CopyLike.getOperand(2);
1070     SrcReg = MOInsertedReg.getReg();
1071     SrcSubReg = MOInsertedReg.getSubReg();
1072     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
1073
1074     // We want to track something that is compatible with the
1075     // partial definition.
1076     TrackReg = MODef.getReg();
1077     if (MODef.getSubReg())
1078       // Bail if we have to compose sub-register indices.
1079       return false;
1080     TrackSubReg = (unsigned)CopyLike.getOperand(3).getImm();
1081     return true;
1082   }
1083
1084   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
1085     if (CurrentSrcIdx != 2)
1086       return false;
1087     // We are rewriting the inserted reg.
1088     MachineOperand &MO = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
1089     MO.setReg(NewReg);
1090     MO.setSubReg(NewSubReg);
1091     return true;
1092   }
1093 };
1094
1095 /// \brief Specialized rewriter for EXTRACT_SUBREG instruction.
1096 class ExtractSubregRewriter : public CopyRewriter {
1097   const TargetInstrInfo &TII;
1098
1099 public:
1100   ExtractSubregRewriter(MachineInstr &MI, const TargetInstrInfo &TII)
1101       : CopyRewriter(MI), TII(TII) {
1102     assert(MI.isExtractSubreg() && "Invalid instruction");
1103   }
1104
1105   /// \brief See CopyRewriter::getNextRewritableSource.
1106   /// Here CopyLike has the following form:
1107   /// dst.dstSubIdx = EXTRACT_SUBREG Src, subIdx.
1108   /// There is only one rewritable source: Src.subIdx,
1109   /// which defines dst.dstSubIdx.
1110   bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
1111                                unsigned &TrackReg,
1112                                unsigned &TrackSubReg) override {
1113     // If we already get the only source we can rewrite, return false.
1114     if (CurrentSrcIdx == 1)
1115       return false;
1116     // We are looking at v1 = EXTRACT_SUBREG v0, sub0.
1117     CurrentSrcIdx = 1;
1118     const MachineOperand &MOExtractedReg = CopyLike.getOperand(1);
1119     SrcReg = MOExtractedReg.getReg();
1120     // If we have to compose sub-register indices, bail out.
1121     if (MOExtractedReg.getSubReg())
1122       return false;
1123
1124     SrcSubReg = CopyLike.getOperand(2).getImm();
1125
1126     // We want to track something that is compatible with the definition.
1127     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
1128     TrackReg = MODef.getReg();
1129     TrackSubReg = MODef.getSubReg();
1130     return true;
1131   }
1132
1133   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
1134     // The only source we can rewrite is the input register.
1135     if (CurrentSrcIdx != 1)
1136       return false;
1137
1138     CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx).setReg(NewReg);
1139
1140     // If we find a source that does not require to extract something,
1141     // rewrite the operation with a copy.
1142     if (!NewSubReg) {
1143       // Move the current index to an invalid position.
1144       // We do not want another call to this method to be able
1145       // to do any change.
1146       CurrentSrcIdx = -1;
1147       // Rewrite the operation as a COPY.
1148       // Get rid of the sub-register index.
1149       CopyLike.RemoveOperand(2);
1150       // Morph the operation into a COPY.
1151       CopyLike.setDesc(TII.get(TargetOpcode::COPY));
1152       return true;
1153     }
1154     CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx + 1).setImm(NewSubReg);
1155     return true;
1156   }
1157 };
1158
1159 /// \brief Specialized rewriter for REG_SEQUENCE instruction.
1160 class RegSequenceRewriter : public CopyRewriter {
1161 public:
1162   RegSequenceRewriter(MachineInstr &MI) : CopyRewriter(MI) {
1163     assert(MI.isRegSequence() && "Invalid instruction");
1164   }
1165
1166   /// \brief See CopyRewriter::getNextRewritableSource.
1167   /// Here CopyLike has the following form:
1168   /// dst = REG_SEQUENCE Src1.src1SubIdx, subIdx1, Src2.src2SubIdx, subIdx2.
1169   /// Each call will return a different source, walking all the available
1170   /// source.
1171   ///
1172   /// The first call returns:
1173   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src1, src1SubIdx).
1174   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, subIdx1).
1175   ///
1176   /// The second call returns:
1177   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src2, src2SubIdx).
1178   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, subIdx2).
1179   ///
1180   /// And so on, until all the sources have been traversed, then
1181   /// it returns false.
1182   bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
1183                                unsigned &TrackReg,
1184                                unsigned &TrackSubReg) override {
1185     // We are looking at v0 = REG_SEQUENCE v1, sub1, v2, sub2, etc.
1186
1187     // If this is the first call, move to the first argument.
1188     if (CurrentSrcIdx == 0) {
1189       CurrentSrcIdx = 1;
1190     } else {
1191       // Otherwise, move to the next argument and check that it is valid.
1192       CurrentSrcIdx += 2;
1193       if (CurrentSrcIdx >= CopyLike.getNumOperands())
1194         return false;
1195     }
1196     const MachineOperand &MOInsertedReg = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
1197     SrcReg = MOInsertedReg.getReg();
1198     // If we have to compose sub-register indices, bail out.
1199     if ((SrcSubReg = MOInsertedReg.getSubReg()))
1200       return false;
1201
1202     // We want to track something that is compatible with the related
1203     // partial definition.
1204     TrackSubReg = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx + 1).getImm();
1205
1206     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
1207     TrackReg = MODef.getReg();
1208     // If we have to compose sub-registers, bail.
1209     return MODef.getSubReg() == 0;
1210   }
1211
1212   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
1213     // We cannot rewrite out of bound operands.
1214     // Moreover, rewritable sources are at odd positions.
1215     if ((CurrentSrcIdx & 1) != 1 || CurrentSrcIdx > CopyLike.getNumOperands())
1216       return false;
1217
1218     MachineOperand &MO = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
1219     MO.setReg(NewReg);
1220     MO.setSubReg(NewSubReg);
1221     return true;
1222   }
1223 };
1224
1225 } // end anonymous namespace
1226
1227 /// \brief Get the appropriated CopyRewriter for \p MI.
1228 /// \return A pointer to a dynamically allocated CopyRewriter or nullptr
1229 /// if no rewriter works for \p MI.
1230 static CopyRewriter *getCopyRewriter(MachineInstr &MI,
1231                                      const TargetInstrInfo &TII,
1232                                      MachineRegisterInfo &MRI) {
1233   // Handle uncoalescable copy-like instructions.
1234   if (MI.isBitcast() || (MI.isRegSequenceLike() || MI.isInsertSubregLike() ||
1235                          MI.isExtractSubregLike()))
1236     return new UncoalescableRewriter(MI, TII, MRI);
1237
1238   switch (MI.getOpcode()) {
1239   default:
1240     return nullptr;
1241   case TargetOpcode::COPY:
1242     return new CopyRewriter(MI);
1243   case TargetOpcode::INSERT_SUBREG:
1244     return new InsertSubregRewriter(MI);
1245   case TargetOpcode::EXTRACT_SUBREG:
1246     return new ExtractSubregRewriter(MI, TII);
1247   case TargetOpcode::REG_SEQUENCE:
1248     return new RegSequenceRewriter(MI);
1249   }
1250   llvm_unreachable(nullptr);
1251 }
1252
1253 /// \brief Optimize generic copy instructions to avoid cross
1254 /// register bank copy. The optimization looks through a chain of
1255 /// copies and tries to find a source that has a compatible register
1256 /// class.
1257 /// Two register classes are considered to be compatible if they share
1258 /// the same register bank.
1259 /// New copies issued by this optimization are register allocator
1260 /// friendly. This optimization does not remove any copy as it may
1261 /// overconstrain the register allocator, but replaces some operands
1262 /// when possible.
1263 /// \pre isCoalescableCopy(*MI) is true.
1264 /// \return True, when \p MI has been rewritten. False otherwise.
1265 bool PeepholeOptimizer::optimizeCoalescableCopy(MachineInstr *MI) {
1266   assert(MI && isCoalescableCopy(*MI) && "Invalid argument");
1267   assert(MI->getDesc().getNumDefs() == 1 &&
1268          "Coalescer can understand multiple defs?!");
1269   const MachineOperand &MODef = MI->getOperand(0);
1270   // Do not rewrite physical definitions.
1271   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MODef.getReg()))
1272     return false;
1273
1274   bool Changed = false;
1275   // Get the right rewriter for the current copy.
1276   std::unique_ptr<CopyRewriter> CpyRewriter(getCopyRewriter(*MI, *TII, *MRI));
1277   // If none exists, bail out.
1278   if (!CpyRewriter)
1279     return false;
1280   // Rewrite each rewritable source.
1281   unsigned SrcReg, SrcSubReg, TrackReg, TrackSubReg;
1282   while (CpyRewriter->getNextRewritableSource(SrcReg, SrcSubReg, TrackReg,
1283                                               TrackSubReg)) {
1284     // Keep track of PHI nodes and its incoming edges when looking for sources.
1285     RewriteMapTy RewriteMap;
1286     // Try to find a more suitable source. If we failed to do so, or get the
1287     // actual source, move to the next source.
1288     if (!findNextSource(TrackReg, TrackSubReg, RewriteMap))
1289       continue;
1290
1291     // Get the new source to rewrite. TODO: Only enable handling of multiple
1292     // sources (PHIs) once we have a motivating example and testcases for it.
1293     TargetInstrInfo::RegSubRegPair TrackPair(TrackReg, TrackSubReg);
1294     TargetInstrInfo::RegSubRegPair NewSrc = CpyRewriter->getNewSource(
1295         MRI, TII, TrackPair, RewriteMap, false /* multiple sources */);
1296     if (SrcReg == NewSrc.Reg || NewSrc.Reg == 0)
1297       continue;
1298
1299     // Rewrite source.
1300     if (CpyRewriter->RewriteCurrentSource(NewSrc.Reg, NewSrc.SubReg)) {
1301       // We may have extended the live-range of NewSrc, account for that.
1302       MRI->clearKillFlags(NewSrc.Reg);
1303       Changed = true;
1304     }
1305   }
1306   // TODO: We could have a clean-up method to tidy the instruction.
1307   // E.g., v0 = INSERT_SUBREG v1, v1.sub0, sub0
1308   // => v0 = COPY v1
1309   // Currently we haven't seen motivating example for that and we
1310   // want to avoid untested code.
1311   NumRewrittenCopies += Changed;
1312   return Changed;
1313 }
1314
1315 /// \brief Optimize copy-like instructions to create
1316 /// register coalescer friendly instruction.
1317 /// The optimization tries to kill-off the \p MI by looking
1318 /// through a chain of copies to find a source that has a compatible
1319 /// register class.
1320 /// If such a source is found, it replace \p MI by a generic COPY
1321 /// operation.
1322 /// \pre isUncoalescableCopy(*MI) is true.
1323 /// \return True, when \p MI has been optimized. In that case, \p MI has
1324 /// been removed from its parent.
1325 /// All COPY instructions created, are inserted in \p LocalMIs.
1326 bool PeepholeOptimizer::optimizeUncoalescableCopy(
1327     MachineInstr *MI, SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs) {
1328   assert(MI && isUncoalescableCopy(*MI) && "Invalid argument");
1329
1330   // Check if we can rewrite all the values defined by this instruction.
1331   SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, 4> RewritePairs;
1332   // Get the right rewriter for the current copy.
1333   std::unique_ptr<CopyRewriter> CpyRewriter(getCopyRewriter(*MI, *TII, *MRI));
1334   // If none exists, bail out.
1335   if (!CpyRewriter)
1336     return false;
1337
1338   // Rewrite each rewritable source by generating new COPYs. This works
1339   // differently from optimizeCoalescableCopy since it first makes sure that all
1340   // definitions can be rewritten.
1341   RewriteMapTy RewriteMap;
1342   unsigned Reg, SubReg, CopyDefReg, CopyDefSubReg;
1343   while (CpyRewriter->getNextRewritableSource(Reg, SubReg, CopyDefReg,
1344                                               CopyDefSubReg)) {
1345     // If a physical register is here, this is probably for a good reason.
1346     // Do not rewrite that.
1347     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(CopyDefReg))
1348       return false;
1349
1350     // If we do not know how to rewrite this definition, there is no point
1351     // in trying to kill this instruction.
1352     TargetInstrInfo::RegSubRegPair Def(CopyDefReg, CopyDefSubReg);
1353     if (!findNextSource(Def.Reg, Def.SubReg, RewriteMap))
1354       return false;
1355
1356     RewritePairs.push_back(Def);
1357   }
1358
1359   // The change is possible for all defs, do it.
1360   for (const auto &Def : RewritePairs) {
1361     // Rewrite the "copy" in a way the register coalescer understands.
1362     MachineInstr *NewCopy = CpyRewriter->RewriteSource(Def, RewriteMap);
1363     assert(NewCopy && "Should be able to always generate a new copy");
1364     LocalMIs.insert(NewCopy);
1365   }
1366
1367   // MI is now dead.
1368   MI->eraseFromParent();
1369   ++NumUncoalescableCopies;
1370   return true;
1371 }
1372
1373 /// Check whether MI is a candidate for folding into a later instruction.
1374 /// We only fold loads to virtual registers and the virtual register defined
1375 /// has a single use.
1376 bool PeepholeOptimizer::isLoadFoldable(
1377     MachineInstr *MI, SmallSet<unsigned, 16> &FoldAsLoadDefCandidates) {
1378   if (!MI->canFoldAsLoad() || !MI->mayLoad())
1379     return false;
1380   const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
1381   if (MCID.getNumDefs() != 1)
1382     return false;
1383
1384   unsigned Reg = MI->getOperand(0).getReg();
1385   // To reduce compilation time, we check MRI->hasOneNonDBGUse when inserting
1386   // loads. It should be checked when processing uses of the load, since
1387   // uses can be removed during peephole.
1388   if (!MI->getOperand(0).getSubReg() &&
1389       TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) &&
1390       MRI->hasOneNonDBGUse(Reg)) {
1391     FoldAsLoadDefCandidates.insert(Reg);
1392     return true;
1393   }
1394   return false;
1395 }
1396
1397 bool PeepholeOptimizer::isMoveImmediate(
1398     MachineInstr *MI, SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
1399     DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &ImmDefMIs) {
1400   const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
1401   if (!MI->isMoveImmediate())
1402     return false;
1403   if (MCID.getNumDefs() != 1)
1404     return false;
1405   unsigned Reg = MI->getOperand(0).getReg();
1406   if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg)) {
1407     ImmDefMIs.insert(std::make_pair(Reg, MI));
1408     ImmDefRegs.insert(Reg);
1409     return true;
1410   }
1411
1412   return false;
1413 }
1414
1415 /// Try folding register operands that are defined by move immediate
1416 /// instructions, i.e. a trivial constant folding optimization, if
1417 /// and only if the def and use are in the same BB.
1418 bool PeepholeOptimizer::foldImmediate(
1419     MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB, SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
1420     DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &ImmDefMIs) {
1421   for (unsigned i = 0, e = MI->getDesc().getNumOperands(); i != e; ++i) {
1422     MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
1423     if (!MO.isReg() || MO.isDef())
1424       continue;
1425     // Ignore dead implicit defs.
1426     if (MO.isImplicit() && MO.isDead())
1427       continue;
1428     unsigned Reg = MO.getReg();
1429     if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
1430       continue;
1431     if (ImmDefRegs.count(Reg) == 0)
1432       continue;
1433     DenseMap<unsigned, MachineInstr*>::iterator II = ImmDefMIs.find(Reg);
1434     assert(II != ImmDefMIs.end() && "couldn't find immediate definition");
1435     if (TII->FoldImmediate(*MI, *II->second, Reg, MRI)) {
1436       ++NumImmFold;
1437       return true;
1438     }
1439   }
1440   return false;
1441 }
1442
1443 // FIXME: This is very simple and misses some cases which should be handled when
1444 // motivating examples are found.
1445 //
1446 // The copy rewriting logic should look at uses as well as defs and be able to
1447 // eliminate copies across blocks.
1448 //
1449 // Later copies that are subregister extracts will also not be eliminated since
1450 // only the first copy is considered.
1451 //
1452 // e.g.
1453 // %1 = COPY %0
1454 // %2 = COPY %0:sub1
1455 //
1456 // Should replace %2 uses with %1:sub1
1457 bool PeepholeOptimizer::foldRedundantCopy(
1458     MachineInstr *MI, SmallSet<unsigned, 4> &CopySrcRegs,
1459     DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &CopyMIs) {
1460   assert(MI->isCopy() && "expected a COPY machine instruction");
1461
1462   unsigned SrcReg = MI->getOperand(1).getReg();
1463   if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg))
1464     return false;
1465
1466   unsigned DstReg = MI->getOperand(0).getReg();
1467   if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(DstReg))
1468     return false;
1469
1470   if (CopySrcRegs.insert(SrcReg).second) {
1471     // First copy of this reg seen.
1472     CopyMIs.insert(std::make_pair(SrcReg, MI));
1473     return false;
1474   }
1475
1476   MachineInstr *PrevCopy = CopyMIs.find(SrcReg)->second;
1477
1478   unsigned SrcSubReg = MI->getOperand(1).getSubReg();
1479   unsigned PrevSrcSubReg = PrevCopy->getOperand(1).getSubReg();
1480
1481   // Can't replace different subregister extracts.
1482   if (SrcSubReg != PrevSrcSubReg)
1483     return false;
1484
1485   unsigned PrevDstReg = PrevCopy->getOperand(0).getReg();
1486
1487   // Only replace if the copy register class is the same.
1488   //
1489   // TODO: If we have multiple copies to different register classes, we may want
1490   // to track multiple copies of the same source register.
1491   if (MRI->getRegClass(DstReg) != MRI->getRegClass(PrevDstReg))
1492     return false;
1493
1494   MRI->replaceRegWith(DstReg, PrevDstReg);
1495
1496   // Lifetime of the previous copy has been extended.
1497   MRI->clearKillFlags(PrevDstReg);
1498   return true;
1499 }
1500
1501 bool PeepholeOptimizer::isNAPhysCopy(unsigned Reg) {
1502   return TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg) &&
1503          !MRI->isAllocatable(Reg);
1504 }
1505
1506 bool PeepholeOptimizer::foldRedundantNAPhysCopy(
1507     MachineInstr *MI, DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &NAPhysToVirtMIs) {
1508   assert(MI->isCopy() && "expected a COPY machine instruction");
1509
1510   if (DisableNAPhysCopyOpt)
1511     return false;
1512
1513   unsigned DstReg = MI->getOperand(0).getReg();
1514   unsigned SrcReg = MI->getOperand(1).getReg();
1515   if (isNAPhysCopy(SrcReg) && TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(DstReg)) {
1516     // %vreg = COPY %physreg
1517     // Avoid using a datastructure which can track multiple live non-allocatable
1518     // phys->virt copies since LLVM doesn't seem to do this.
1519     NAPhysToVirtMIs.insert({SrcReg, MI});
1520     return false;
1521   }
1522
1523   if (!(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg) && isNAPhysCopy(DstReg)))
1524     return false;
1525
1526   // %physreg = COPY %vreg
1527   auto PrevCopy = NAPhysToVirtMIs.find(DstReg);
1528   if (PrevCopy == NAPhysToVirtMIs.end()) {
1529     // We can't remove the copy: there was an intervening clobber of the
1530     // non-allocatable physical register after the copy to virtual.
1531     DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: intervening clobber forbids erasing " << *MI
1532                  << '\n');
1533     return false;
1534   }
1535
1536   unsigned PrevDstReg = PrevCopy->second->getOperand(0).getReg();
1537   if (PrevDstReg == SrcReg) {
1538     // Remove the virt->phys copy: we saw the virtual register definition, and
1539     // the non-allocatable physical register's state hasn't changed since then.
1540     DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: erasing " << *MI << '\n');
1541     ++NumNAPhysCopies;
1542     return true;
1543   }
1544
1545   // Potential missed optimization opportunity: we saw a different virtual
1546   // register get a copy of the non-allocatable physical register, and we only
1547   // track one such copy. Avoid getting confused by this new non-allocatable
1548   // physical register definition, and remove it from the tracked copies.
1549   DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: missed opportunity " << *MI << '\n');
1550   NAPhysToVirtMIs.erase(PrevCopy);
1551   return false;
1552 }
1553
1554 /// \bried Returns true if \p MO is a virtual register operand.
1555 static bool isVirtualRegisterOperand(MachineOperand &MO) {
1556   if (!MO.isReg())
1557     return false;
1558   return TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg());
1559 }
1560
1561 bool PeepholeOptimizer::findTargetRecurrence(
1562     unsigned Reg, const SmallSet<unsigned, 2> &TargetRegs,
1563     RecurrenceCycle &RC) {
1564   // Recurrence found if Reg is in TargetRegs.
1565   if (TargetRegs.count(Reg))
1566     return true;
1567
1568   // TODO: Curerntly, we only allow the last instruction of the recurrence
1569   // cycle (the instruction that feeds the PHI instruction) to have more than
1570   // one uses to guarantee that commuting operands does not tie registers
1571   // with overlapping live range. Once we have actual live range info of
1572   // each register, this constraint can be relaxed.
1573   if (!MRI->hasOneNonDBGUse(Reg))
1574     return false;
1575
1576   // Give up if the reccurrence chain length is longer than the limit.
1577   if (RC.size() >= MaxRecurrenceChain)
1578     return false;
1579
1580   MachineInstr &MI = *(MRI->use_instr_nodbg_begin(Reg));
1581   unsigned Idx = MI.findRegisterUseOperandIdx(Reg);
1582
1583   // Only interested in recurrences whose instructions have only one def, which
1584   // is a virtual register.
1585   if (MI.getDesc().getNumDefs() != 1)
1586     return false;
1587
1588   MachineOperand &DefOp = MI.getOperand(0);
1589   if (!isVirtualRegisterOperand(DefOp))
1590     return false;
1591
1592   // Check if def operand of MI is tied to any use operand. We are only
1593   // interested in the case that all the instructions in the recurrence chain
1594   // have there def operand tied with one of the use operand.
1595   unsigned TiedUseIdx;
1596   if (!MI.isRegTiedToUseOperand(0, &TiedUseIdx))
1597     return false;
1598
1599   if (Idx == TiedUseIdx) {
1600     RC.push_back(RecurrenceInstr(&MI));
1601     return findTargetRecurrence(DefOp.getReg(), TargetRegs, RC);
1602   } else {
1603     // If Idx is not TiedUseIdx, check if Idx is commutable with TiedUseIdx.
1604     unsigned CommIdx = TargetInstrInfo::CommuteAnyOperandIndex;
1605     if (TII->findCommutedOpIndices(MI, Idx, CommIdx) && CommIdx == TiedUseIdx) {
1606       RC.push_back(RecurrenceInstr(&MI, Idx, CommIdx));
1607       return findTargetRecurrence(DefOp.getReg(), TargetRegs, RC);
1608     }
1609   }
1610
1611   return false;
1612 }
1613
1614 /// \brief Phi instructions will eventually be lowered to copy instructions. If
1615 /// phi is in a loop header, a recurrence may formulated around the source and
1616 /// destination of the phi. For such case commuting operands of the instructions
1617 /// in the recurrence may enable coalescing of the copy instruction generated
1618 /// from the phi. For example, if there is a recurrence of
1619 ///
1620 /// LoopHeader:
1621 ///   %1 = phi(%0, %100)
1622 /// LoopLatch:
1623 ///   %0<def, tied1> = ADD %2<def, tied0>, %1
1624 ///
1625 /// , the fact that %0 and %2 are in the same tied operands set makes
1626 /// the coalescing of copy instruction generated from the phi in
1627 /// LoopHeader(i.e. %1 = COPY %0) impossible, because %1 and
1628 /// %2 have overlapping live range. This introduces additional move
1629 /// instruction to the final assembly. However, if we commute %2 and
1630 /// %1 of ADD instruction, the redundant move instruction can be
1631 /// avoided.
1632 bool PeepholeOptimizer::optimizeRecurrence(MachineInstr &PHI) {
1633   SmallSet<unsigned, 2> TargetRegs;
1634   for (unsigned Idx = 1; Idx < PHI.getNumOperands(); Idx += 2) {
1635     MachineOperand &MO = PHI.getOperand(Idx);
1636     assert(isVirtualRegisterOperand(MO) && "Invalid PHI instruction");
1637     TargetRegs.insert(MO.getReg());
1638   }
1639
1640   bool Changed = false;
1641   RecurrenceCycle RC;
1642   if (findTargetRecurrence(PHI.getOperand(0).getReg(), TargetRegs, RC)) {
1643     // Commutes operands of instructions in RC if necessary so that the copy to
1644     // be generated from PHI can be coalesced.
1645     DEBUG(dbgs() << "Optimize recurrence chain from " << PHI);
1646     for (auto &RI : RC) {
1647       DEBUG(dbgs() << "\tInst: " << *(RI.getMI()));
1648       auto CP = RI.getCommutePair();
1649       if (CP) {
1650         Changed = true;
1651         TII->commuteInstruction(*(RI.getMI()), false, (*CP).first,
1652                                 (*CP).second);
1653         DEBUG(dbgs() << "\t\tCommuted: " << *(RI.getMI()));
1654       }
1655     }
1656   }
1657
1658   return Changed;
1659 }
1660
1661 bool PeepholeOptimizer::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
1662   if (skipFunction(MF.getFunction()))
1663     return false;
1664
1665   DEBUG(dbgs() << "********** PEEPHOLE OPTIMIZER **********\n");
1666   DEBUG(dbgs() << "********** Function: " << MF.getName() << '\n');
1667
1668   if (DisablePeephole)
1669     return false;
1670
1671   TII = MF.getSubtarget().getInstrInfo();
1672   TRI = MF.getSubtarget().getRegisterInfo();
1673   MRI = &MF.getRegInfo();
1674   DT  = Aggressive ? &getAnalysis<MachineDominatorTree>() : nullptr;
1675   MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
1676
1677   bool Changed = false;
1678
1679   for (MachineBasicBlock &MBB : MF) {
1680     bool SeenMoveImm = false;
1681
1682     // During this forward scan, at some point it needs to answer the question
1683     // "given a pointer to an MI in the current BB, is it located before or
1684     // after the current instruction".
1685     // To perform this, the following set keeps track of the MIs already seen
1686     // during the scan, if a MI is not in the set, it is assumed to be located
1687     // after. Newly created MIs have to be inserted in the set as well.
1688     SmallPtrSet<MachineInstr*, 16> LocalMIs;
1689     SmallSet<unsigned, 4> ImmDefRegs;
1690     DenseMap<unsigned, MachineInstr*> ImmDefMIs;
1691     SmallSet<unsigned, 16> FoldAsLoadDefCandidates;
1692
1693     // Track when a non-allocatable physical register is copied to a virtual
1694     // register so that useless moves can be removed.
1695     //
1696     // %physreg is the map index; MI is the last valid `%vreg = COPY %physreg`
1697     // without any intervening re-definition of %physreg.
1698     DenseMap<unsigned, MachineInstr *> NAPhysToVirtMIs;
1699
1700     // Set of virtual registers that are copied from.
1701     SmallSet<unsigned, 4> CopySrcRegs;
1702     DenseMap<unsigned, MachineInstr *> CopySrcMIs;
1703
1704     bool IsLoopHeader = MLI->isLoopHeader(&MBB);
1705
1706     for (MachineBasicBlock::iterator MII = MBB.begin(), MIE = MBB.end();
1707          MII != MIE; ) {
1708       MachineInstr *MI = &*MII;
1709       // We may be erasing MI below, increment MII now.
1710       ++MII;
1711       LocalMIs.insert(MI);
1712
1713       // Skip debug values. They should not affect this peephole optimization.
1714       if (MI->isDebugValue())
1715           continue;
1716
1717       if (MI->isPosition())
1718         continue;
1719
1720       if (IsLoopHeader && MI->isPHI()) {
1721         if (optimizeRecurrence(*MI)) {
1722           Changed = true;
1723           continue;
1724         }
1725       }
1726
1727       if (!MI->isCopy()) {
1728         for (const auto &Op : MI->operands()) {
1729           // Visit all operands: definitions can be implicit or explicit.
1730           if (Op.isReg()) {
1731             unsigned Reg = Op.getReg();
1732             if (Op.isDef() && isNAPhysCopy(Reg)) {
1733               const auto &Def = NAPhysToVirtMIs.find(Reg);
1734               if (Def != NAPhysToVirtMIs.end()) {
1735                 // A new definition of the non-allocatable physical register
1736                 // invalidates previous copies.
1737                 DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: invalidating because of " << *MI
1738                              << '\n');
1739                 NAPhysToVirtMIs.erase(Def);
1740               }
1741             }
1742           } else if (Op.isRegMask()) {
1743             const uint32_t *RegMask = Op.getRegMask();
1744             for (auto &RegMI : NAPhysToVirtMIs) {
1745               unsigned Def = RegMI.first;
1746               if (MachineOperand::clobbersPhysReg(RegMask, Def)) {
1747                 DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: invalidating because of " << *MI
1748                              << '\n');
1749                 NAPhysToVirtMIs.erase(Def);
1750               }
1751             }
1752           }
1753         }
1754       }
1755
1756       if (MI->isImplicitDef() || MI->isKill())
1757         continue;
1758
1759       if (MI->isInlineAsm() || MI->hasUnmodeledSideEffects()) {
1760         // Blow away all non-allocatable physical registers knowledge since we
1761         // don't know what's correct anymore.
1762         //
1763         // FIXME: handle explicit asm clobbers.
1764         DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: blowing away all info due to " << *MI
1765                      << '\n');
1766         NAPhysToVirtMIs.clear();
1767       }
1768
1769       if ((isUncoalescableCopy(*MI) &&
1770            optimizeUncoalescableCopy(MI, LocalMIs)) ||
1771           (MI->isCompare() && optimizeCmpInstr(MI, &MBB)) ||
1772           (MI->isSelect() && optimizeSelect(MI, LocalMIs))) {
1773         // MI is deleted.
1774         LocalMIs.erase(MI);
1775         Changed = true;
1776         continue;
1777       }
1778
1779       if (MI->isConditionalBranch() && optimizeCondBranch(MI)) {
1780         Changed = true;
1781         continue;
1782       }
1783
1784       if (isCoalescableCopy(*MI) && optimizeCoalescableCopy(MI)) {
1785         // MI is just rewritten.
1786         Changed = true;
1787         continue;
1788       }
1789
1790       if (MI->isCopy() &&
1791           (foldRedundantCopy(MI, CopySrcRegs, CopySrcMIs) ||
1792            foldRedundantNAPhysCopy(MI, NAPhysToVirtMIs))) {
1793         LocalMIs.erase(MI);
1794         MI->eraseFromParent();
1795         Changed = true;
1796         continue;
1797       }
1798
1799       if (isMoveImmediate(MI, ImmDefRegs, ImmDefMIs)) {
1800         SeenMoveImm = true;
1801       } else {
1802         Changed |= optimizeExtInstr(MI, &MBB, LocalMIs);
1803         // optimizeExtInstr might have created new instructions after MI
1804         // and before the already incremented MII. Adjust MII so that the
1805         // next iteration sees the new instructions.
1806         MII = MI;
1807         ++MII;
1808         if (SeenMoveImm)
1809           Changed |= foldImmediate(MI, &MBB, ImmDefRegs, ImmDefMIs);
1810       }
1811
1812       // Check whether MI is a load candidate for folding into a later
1813       // instruction. If MI is not a candidate, check whether we can fold an
1814       // earlier load into MI.
1815       if (!isLoadFoldable(MI, FoldAsLoadDefCandidates) &&
1816           !FoldAsLoadDefCandidates.empty()) {
1817
1818         // We visit each operand even after successfully folding a previous
1819         // one.  This allows us to fold multiple loads into a single
1820         // instruction.  We do assume that optimizeLoadInstr doesn't insert
1821         // foldable uses earlier in the argument list.  Since we don't restart
1822         // iteration, we'd miss such cases.
1823         const MCInstrDesc &MIDesc = MI->getDesc();
1824         for (unsigned i = MIDesc.getNumDefs(); i != MI->getNumOperands();
1825              ++i) {
1826           const MachineOperand &MOp = MI->getOperand(i);
1827           if (!MOp.isReg())
1828             continue;
1829           unsigned FoldAsLoadDefReg = MOp.getReg();
1830           if (FoldAsLoadDefCandidates.count(FoldAsLoadDefReg)) {
1831             // We need to fold load after optimizeCmpInstr, since
1832             // optimizeCmpInstr can enable folding by converting SUB to CMP.
1833             // Save FoldAsLoadDefReg because optimizeLoadInstr() resets it and
1834             // we need it for markUsesInDebugValueAsUndef().
1835             unsigned FoldedReg = FoldAsLoadDefReg;
1836             MachineInstr *DefMI = nullptr;
1837             if (MachineInstr *FoldMI =
1838                     TII->optimizeLoadInstr(*MI, MRI, FoldAsLoadDefReg, DefMI)) {
1839               // Update LocalMIs since we replaced MI with FoldMI and deleted
1840               // DefMI.
1841               DEBUG(dbgs() << "Replacing: " << *MI);
1842               DEBUG(dbgs() << "     With: " << *FoldMI);
1843               LocalMIs.erase(MI);
1844               LocalMIs.erase(DefMI);
1845               LocalMIs.insert(FoldMI);
1846               MI->eraseFromParent();
1847               DefMI->eraseFromParent();
1848               MRI->markUsesInDebugValueAsUndef(FoldedReg);
1849               FoldAsLoadDefCandidates.erase(FoldedReg);
1850               ++NumLoadFold;
1851
1852               // MI is replaced with FoldMI so we can continue trying to fold
1853               Changed = true;
1854               MI = FoldMI;
1855             }
1856           }
1857         }
1858       }
1859
1860       // If we run into an instruction we can't fold across, discard
1861       // the load candidates.  Note: We might be able to fold *into* this
1862       // instruction, so this needs to be after the folding logic.
1863       if (MI->isLoadFoldBarrier()) {
1864         DEBUG(dbgs() << "Encountered load fold barrier on " << *MI << "\n");
1865         FoldAsLoadDefCandidates.clear();
1866       }
1867     }
1868   }
1869
1870   return Changed;
1871 }
1872
1873 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromCopy() {
1874   assert(Def->isCopy() && "Invalid definition");
1875   // Copy instruction are supposed to be: Def = Src.
1876   // If someone breaks this assumption, bad things will happen everywhere.
1877   assert(Def->getNumOperands() == 2 && "Invalid number of operands");
1878
1879   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg() != DefSubReg)
1880     // If we look for a different subreg, it means we want a subreg of src.
1881     // Bails as we do not support composing subregs yet.
1882     return ValueTrackerResult();
1883   // Otherwise, we want the whole source.
1884   const MachineOperand &Src = Def->getOperand(1);
1885   return ValueTrackerResult(Src.getReg(), Src.getSubReg());
1886 }
1887
1888 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromBitcast() {
1889   assert(Def->isBitcast() && "Invalid definition");
1890
1891   // Bail if there are effects that a plain copy will not expose.
1892   if (Def->hasUnmodeledSideEffects())
1893     return ValueTrackerResult();
1894
1895   // Bitcasts with more than one def are not supported.
1896   if (Def->getDesc().getNumDefs() != 1)
1897     return ValueTrackerResult();
1898   const MachineOperand DefOp = Def->getOperand(DefIdx);
1899   if (DefOp.getSubReg() != DefSubReg)
1900     // If we look for a different subreg, it means we want a subreg of the src.
1901     // Bails as we do not support composing subregs yet.
1902     return ValueTrackerResult();
1903
1904   unsigned SrcIdx = Def->getNumOperands();
1905   for (unsigned OpIdx = DefIdx + 1, EndOpIdx = SrcIdx; OpIdx != EndOpIdx;
1906        ++OpIdx) {
1907     const MachineOperand &MO = Def->getOperand(OpIdx);
1908     if (!MO.isReg() || !MO.getReg())
1909       continue;
1910     // Ignore dead implicit defs.
1911     if (MO.isImplicit() && MO.isDead())
1912       continue;
1913     assert(!MO.isDef() && "We should have skipped all the definitions by now");
1914     if (SrcIdx != EndOpIdx)
1915       // Multiple sources?
1916       return ValueTrackerResult();
1917     SrcIdx = OpIdx;
1918   }
1919
1920   // Stop when any user of the bitcast is a SUBREG_TO_REG, replacing with a COPY
1921   // will break the assumed guarantees for the upper bits.
1922   for (const MachineInstr &UseMI : MRI.use_nodbg_instructions(DefOp.getReg())) {
1923     if (UseMI.isSubregToReg())
1924       return ValueTrackerResult();
1925   }
1926
1927   const MachineOperand &Src = Def->getOperand(SrcIdx);
1928   return ValueTrackerResult(Src.getReg(), Src.getSubReg());
1929 }
1930
1931 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromRegSequence() {
1932   assert((Def->isRegSequence() || Def->isRegSequenceLike()) &&
1933          "Invalid definition");
1934
1935   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg())
1936     // If we are composing subregs, bail out.
1937     // The case we are checking is Def.<subreg> = REG_SEQUENCE.
1938     // This should almost never happen as the SSA property is tracked at
1939     // the register level (as opposed to the subreg level).
1940     // I.e.,
1941     // Def.sub0 =
1942     // Def.sub1 =
1943     // is a valid SSA representation for Def.sub0 and Def.sub1, but not for
1944     // Def. Thus, it must not be generated.
1945     // However, some code could theoretically generates a single
1946     // Def.sub0 (i.e, not defining the other subregs) and we would
1947     // have this case.
1948     // If we can ascertain (or force) that this never happens, we could
1949     // turn that into an assertion.
1950     return ValueTrackerResult();
1951
1952   if (!TII)
1953     // We could handle the REG_SEQUENCE here, but we do not want to
1954     // duplicate the code from the generic TII.
1955     return ValueTrackerResult();
1956
1957   SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPairAndIdx, 8> RegSeqInputRegs;
1958   if (!TII->getRegSequenceInputs(*Def, DefIdx, RegSeqInputRegs))
1959     return ValueTrackerResult();
1960
1961   // We are looking at:
1962   // Def = REG_SEQUENCE v0, sub0, v1, sub1, ...
1963   // Check if one of the operand defines the subreg we are interested in.
1964   for (auto &RegSeqInput : RegSeqInputRegs) {
1965     if (RegSeqInput.SubIdx == DefSubReg) {
1966       if (RegSeqInput.SubReg)
1967         // Bail if we have to compose sub registers.
1968         return ValueTrackerResult();
1969
1970       return ValueTrackerResult(RegSeqInput.Reg, RegSeqInput.SubReg);
1971     }
1972   }
1973
1974   // If the subreg we are tracking is super-defined by another subreg,
1975   // we could follow this value. However, this would require to compose
1976   // the subreg and we do not do that for now.
1977   return ValueTrackerResult();
1978 }
1979
1980 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromInsertSubreg() {
1981   assert((Def->isInsertSubreg() || Def->isInsertSubregLike()) &&
1982          "Invalid definition");
1983
1984   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg())
1985     // If we are composing subreg, bail out.
1986     // Same remark as getNextSourceFromRegSequence.
1987     // I.e., this may be turned into an assert.
1988     return ValueTrackerResult();
1989
1990   if (!TII)
1991     // We could handle the REG_SEQUENCE here, but we do not want to
1992     // duplicate the code from the generic TII.
1993     return ValueTrackerResult();
1994
1995   TargetInstrInfo::RegSubRegPair BaseReg;
1996   TargetInstrInfo::RegSubRegPairAndIdx InsertedReg;
1997   if (!TII->getInsertSubregInputs(*Def, DefIdx, BaseReg, InsertedReg))
1998     return ValueTrackerResult();
1999
2000   // We are looking at:
2001   // Def = INSERT_SUBREG v0, v1, sub1
2002   // There are two cases:
2003   // 1. DefSubReg == sub1, get v1.
2004   // 2. DefSubReg != sub1, the value may be available through v0.
2005
2006   // #1 Check if the inserted register matches the required sub index.
2007   if (InsertedReg.SubIdx == DefSubReg) {
2008     return ValueTrackerResult(InsertedReg.Reg, InsertedReg.SubReg);
2009   }
2010   // #2 Otherwise, if the sub register we are looking for is not partial
2011   // defined by the inserted element, we can look through the main
2012   // register (v0).
2013   const MachineOperand &MODef = Def->getOperand(DefIdx);
2014   // If the result register (Def) and the base register (v0) do not
2015   // have the same register class or if we have to compose
2016   // subregisters, bail out.
2017   if (MRI.getRegClass(MODef.getReg()) != MRI.getRegClass(BaseReg.Reg) ||
2018       BaseReg.SubReg)
2019     return ValueTrackerResult();
2020
2021   // Get the TRI and check if the inserted sub-register overlaps with the
2022   // sub-register we are tracking.
2023   const TargetRegisterInfo *TRI = MRI.getTargetRegisterInfo();
2024   if (!TRI ||
2025       !(TRI->getSubRegIndexLaneMask(DefSubReg) &
2026         TRI->getSubRegIndexLaneMask(InsertedReg.SubIdx)).none())
2027     return ValueTrackerResult();
2028   // At this point, the value is available in v0 via the same subreg
2029   // we used for Def.
2030   return ValueTrackerResult(BaseReg.Reg, DefSubReg);
2031 }
2032
2033 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromExtractSubreg() {
2034   assert((Def->isExtractSubreg() ||
2035           Def->isExtractSubregLike()) && "Invalid definition");
2036   // We are looking at:
2037   // Def = EXTRACT_SUBREG v0, sub0
2038
2039   // Bail if we have to compose sub registers.
2040   // Indeed, if DefSubReg != 0, we would have to compose it with sub0.
2041   if (DefSubReg)
2042     return ValueTrackerResult();
2043
2044   if (!TII)
2045     // We could handle the EXTRACT_SUBREG here, but we do not want to
2046     // duplicate the code from the generic TII.
2047     return ValueTrackerResult();
2048
2049   TargetInstrInfo::RegSubRegPairAndIdx ExtractSubregInputReg;
2050   if (!TII->getExtractSubregInputs(*Def, DefIdx, ExtractSubregInputReg))
2051     return ValueTrackerResult();
2052
2053   // Bail if we have to compose sub registers.
2054   // Likewise, if v0.subreg != 0, we would have to compose v0.subreg with sub0.
2055   if (ExtractSubregInputReg.SubReg)
2056     return ValueTrackerResult();
2057   // Otherwise, the value is available in the v0.sub0.
2058   return ValueTrackerResult(ExtractSubregInputReg.Reg,
2059                             ExtractSubregInputReg.SubIdx);
2060 }
2061
2062 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromSubregToReg() {
2063   assert(Def->isSubregToReg() && "Invalid definition");
2064   // We are looking at:
2065   // Def = SUBREG_TO_REG Imm, v0, sub0
2066
2067   // Bail if we have to compose sub registers.
2068   // If DefSubReg != sub0, we would have to check that all the bits
2069   // we track are included in sub0 and if yes, we would have to
2070   // determine the right subreg in v0.
2071   if (DefSubReg != Def->getOperand(3).getImm())
2072     return ValueTrackerResult();
2073   // Bail if we have to compose sub registers.
2074   // Likewise, if v0.subreg != 0, we would have to compose it with sub0.
2075   if (Def->getOperand(2).getSubReg())
2076     return ValueTrackerResult();
2077
2078   return ValueTrackerResult(Def->getOperand(2).getReg(),
2079                             Def->getOperand(3).getImm());
2080 }
2081
2082 /// \brief Explore each PHI incoming operand and return its sources
2083 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromPHI() {
2084   assert(Def->isPHI() && "Invalid definition");
2085   ValueTrackerResult Res;
2086
2087   // If we look for a different subreg, bail as we do not support composing
2088   // subregs yet.
2089   if (Def->getOperand(0).getSubReg() != DefSubReg)
2090     return ValueTrackerResult();
2091
2092   // Return all register sources for PHI instructions.
2093   for (unsigned i = 1, e = Def->getNumOperands(); i < e; i += 2) {
2094     auto &MO = Def->getOperand(i);
2095     assert(MO.isReg() && "Invalid PHI instruction");
2096     Res.addSource(MO.getReg(), MO.getSubReg());
2097   }
2098
2099   return Res;
2100 }
2101
2102 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceImpl() {
2103   assert(Def && "This method needs a valid definition");
2104
2105   assert(((Def->getOperand(DefIdx).isDef() &&
2106            (DefIdx < Def->getDesc().getNumDefs() ||
2107             Def->getDesc().isVariadic())) ||
2108           Def->getOperand(DefIdx).isImplicit()) &&
2109          "Invalid DefIdx");
2110   if (Def->isCopy())
2111     return getNextSourceFromCopy();
2112   if (Def->isBitcast())
2113     return getNextSourceFromBitcast();
2114   // All the remaining cases involve "complex" instructions.
2115   // Bail if we did not ask for the advanced tracking.
2116   if (!UseAdvancedTracking)
2117     return ValueTrackerResult();
2118   if (Def->isRegSequence() || Def->isRegSequenceLike())
2119     return getNextSourceFromRegSequence();
2120   if (Def->isInsertSubreg() || Def->isInsertSubregLike())
2121     return getNextSourceFromInsertSubreg();
2122   if (Def->isExtractSubreg() || Def->isExtractSubregLike())
2123     return getNextSourceFromExtractSubreg();
2124   if (Def->isSubregToReg())
2125     return getNextSourceFromSubregToReg();
2126   if (Def->isPHI())
2127     return getNextSourceFromPHI();
2128   return ValueTrackerResult();
2129 }
2130
2131 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSource() {
2132   // If we reach a point where we cannot move up in the use-def chain,
2133   // there is nothing we can get.
2134   if (!Def)
2135     return ValueTrackerResult();
2136
2137   ValueTrackerResult Res = getNextSourceImpl();
2138   if (Res.isValid()) {
2139     // Update definition, definition index, and subregister for the
2140     // next call of getNextSource.
2141     // Update the current register.
2142     bool OneRegSrc = Res.getNumSources() == 1;
2143     if (OneRegSrc)
2144       Reg = Res.getSrcReg(0);
2145     // Update the result before moving up in the use-def chain
2146     // with the instruction containing the last found sources.
2147     Res.setInst(Def);
2148
2149     // If we can still move up in the use-def chain, move to the next
2150     // definition.
2151     if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg) && OneRegSrc) {
2152       Def = MRI.getVRegDef(Reg);
2153       DefIdx = MRI.def_begin(Reg).getOperandNo();
2154       DefSubReg = Res.getSrcSubReg(0);
2155       return Res;
2156     }
2157   }
2158   // If we end up here, this means we will not be able to find another source
2159   // for the next iteration. Make sure any new call to getNextSource bails out
2160   // early by cutting the use-def chain.
2161   Def = nullptr;
2162   return Res;
2163 }