]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/CodeGen/PeepholeOptimizer.cpp
MFV r316863: 3871 fix issues introduced by 3604
[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/SmallPtrSet.h"
71 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
72 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
73 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
74 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
75 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
76 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
77 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
78 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
79 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
80 #include "llvm/CodeGen/MachineOperand.h"
81 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
82 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
83 #include "llvm/MC/MCInstrDesc.h"
84 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
85 #include "llvm/Support/Debug.h"
86 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
87 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
88 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
89 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
90 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
91 #include <cassert>
92 #include <cstdint>
93 #include <memory>
94 #include <utility>
95
96 using namespace llvm;
97
98 #define DEBUG_TYPE "peephole-opt"
99
100 // Optimize Extensions
101 static cl::opt<bool>
102 Aggressive("aggressive-ext-opt", cl::Hidden,
103            cl::desc("Aggressive extension optimization"));
104
105 static cl::opt<bool>
106 DisablePeephole("disable-peephole", cl::Hidden, cl::init(false),
107                 cl::desc("Disable the peephole optimizer"));
108
109 static cl::opt<bool>
110 DisableAdvCopyOpt("disable-adv-copy-opt", cl::Hidden, cl::init(false),
111                   cl::desc("Disable advanced copy optimization"));
112
113 static cl::opt<bool> DisableNAPhysCopyOpt(
114     "disable-non-allocatable-phys-copy-opt", cl::Hidden, cl::init(false),
115     cl::desc("Disable non-allocatable physical register copy optimization"));
116
117 // Limit the number of PHI instructions to process
118 // in PeepholeOptimizer::getNextSource.
119 static cl::opt<unsigned> RewritePHILimit(
120     "rewrite-phi-limit", cl::Hidden, cl::init(10),
121     cl::desc("Limit the length of PHI chains to lookup"));
122
123 // Limit the length of recurrence chain when evaluating the benefit of
124 // commuting operands.
125 static cl::opt<unsigned> MaxRecurrenceChain(
126     "recurrence-chain-limit", cl::Hidden, cl::init(3),
127     cl::desc("Maximum length of recurrence chain when evaluating the benefit "
128              "of commuting operands"));
129
130
131 STATISTIC(NumReuse,      "Number of extension results reused");
132 STATISTIC(NumCmps,       "Number of compares eliminated");
133 STATISTIC(NumImmFold,    "Number of move immediate folded");
134 STATISTIC(NumLoadFold,   "Number of loads folded");
135 STATISTIC(NumSelects,    "Number of selects optimized");
136 STATISTIC(NumUncoalescableCopies, "Number of uncoalescable copies optimized");
137 STATISTIC(NumRewrittenCopies, "Number of copies rewritten");
138 STATISTIC(NumNAPhysCopies, "Number of non-allocatable physical copies removed");
139
140 namespace {
141
142   class ValueTrackerResult;
143   class RecurrenceInstr;
144
145   class PeepholeOptimizer : public MachineFunctionPass {
146     const TargetInstrInfo *TII;
147     const TargetRegisterInfo *TRI;
148     MachineRegisterInfo   *MRI;
149     MachineDominatorTree  *DT;  // Machine dominator tree
150     MachineLoopInfo       *MLI;
151
152   public:
153     static char ID; // Pass identification
154
155     PeepholeOptimizer() : MachineFunctionPass(ID) {
156       initializePeepholeOptimizerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
157     }
158
159     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override;
160
161     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
162       AU.setPreservesCFG();
163       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
164       AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
165       AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
166       if (Aggressive) {
167         AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
168         AU.addPreserved<MachineDominatorTree>();
169       }
170     }
171
172     /// \brief Track Def -> Use info used for rewriting copies.
173     typedef SmallDenseMap<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, ValueTrackerResult>
174         RewriteMapTy;
175
176     /// \brief Sequence of instructions that formulate recurrence cycle.
177     typedef SmallVector<RecurrenceInstr, 4> RecurrenceCycle;
178
179   private:
180     bool optimizeCmpInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB);
181     bool optimizeExtInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
182                           SmallPtrSetImpl<MachineInstr*> &LocalMIs);
183     bool optimizeSelect(MachineInstr *MI,
184                         SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs);
185     bool optimizeCondBranch(MachineInstr *MI);
186     bool optimizeCoalescableCopy(MachineInstr *MI);
187     bool optimizeUncoalescableCopy(MachineInstr *MI,
188                                    SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs);
189     bool optimizeRecurrence(MachineInstr &PHI);
190     bool findNextSource(unsigned Reg, unsigned SubReg,
191                         RewriteMapTy &RewriteMap);
192     bool isMoveImmediate(MachineInstr *MI,
193                          SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
194                          DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs);
195     bool foldImmediate(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
196                        SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
197                        DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs);
198     /// \brief Finds recurrence cycles, but only ones that formulated around
199     /// a def operand and a use operand that are tied. If there is a use
200     /// operand commutable with the tied use operand, find recurrence cycle
201     /// along that operand as well.
202     bool findTargetRecurrence(unsigned Reg,
203                               const SmallSet<unsigned, 2> &TargetReg,
204                               RecurrenceCycle &RC);
205
206     /// \brief If copy instruction \p MI is a virtual register copy, track it in
207     /// the set \p CopySrcRegs and \p CopyMIs. If this virtual register was
208     /// previously seen as a copy, replace the uses of this copy with the
209     /// previously seen copy's destination register.
210     bool foldRedundantCopy(MachineInstr *MI,
211                            SmallSet<unsigned, 4> &CopySrcRegs,
212                            DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &CopyMIs);
213
214     /// \brief Is the register \p Reg a non-allocatable physical register?
215     bool isNAPhysCopy(unsigned Reg);
216
217     /// \brief If copy instruction \p MI is a non-allocatable virtual<->physical
218     /// register copy, track it in the \p NAPhysToVirtMIs map. If this
219     /// non-allocatable physical register was previously copied to a virtual
220     /// registered and hasn't been clobbered, the virt->phys copy can be
221     /// deleted.
222     bool foldRedundantNAPhysCopy(
223         MachineInstr *MI,
224         DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &NAPhysToVirtMIs);
225
226     bool isLoadFoldable(MachineInstr *MI,
227                         SmallSet<unsigned, 16> &FoldAsLoadDefCandidates);
228
229     /// \brief Check whether \p MI is understood by the register coalescer
230     /// but may require some rewriting.
231     bool isCoalescableCopy(const MachineInstr &MI) {
232       // SubregToRegs are not interesting, because they are already register
233       // coalescer friendly.
234       return MI.isCopy() || (!DisableAdvCopyOpt &&
235                              (MI.isRegSequence() || MI.isInsertSubreg() ||
236                               MI.isExtractSubreg()));
237     }
238
239     /// \brief Check whether \p MI is a copy like instruction that is
240     /// not recognized by the register coalescer.
241     bool isUncoalescableCopy(const MachineInstr &MI) {
242       return MI.isBitcast() ||
243              (!DisableAdvCopyOpt &&
244               (MI.isRegSequenceLike() || MI.isInsertSubregLike() ||
245                MI.isExtractSubregLike()));
246     }
247   };
248
249   /// \brief Helper class to hold instructions that are inside recurrence
250   /// cycles. The recurrence cycle is formulated around 1) a def operand and its
251   /// tied use operand, or 2) a def operand and a use operand that is commutable
252   /// with another use operand which is tied to the def operand. In the latter
253   /// case, index of the tied use operand and the commutable use operand are
254   /// maintained with CommutePair.
255   class RecurrenceInstr {
256   public:
257     typedef std::pair<unsigned, unsigned> IndexPair;
258
259     RecurrenceInstr(MachineInstr *MI) : MI(MI) {}
260     RecurrenceInstr(MachineInstr *MI, unsigned Idx1, unsigned Idx2)
261       : MI(MI), CommutePair(std::make_pair(Idx1, Idx2)) {}
262
263     MachineInstr *getMI() const { return MI; }
264     Optional<IndexPair> getCommutePair() const { return CommutePair; }
265
266   private:
267     MachineInstr *MI;
268     Optional<IndexPair> CommutePair;
269   };
270
271   /// \brief Helper class to hold a reply for ValueTracker queries. Contains the
272   /// returned sources for a given search and the instructions where the sources
273   /// were tracked from.
274   class ValueTrackerResult {
275   private:
276     /// Track all sources found by one ValueTracker query.
277     SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, 2> RegSrcs;
278
279     /// Instruction using the sources in 'RegSrcs'.
280     const MachineInstr *Inst;
281
282   public:
283     ValueTrackerResult() : Inst(nullptr) {}
284     ValueTrackerResult(unsigned Reg, unsigned SubReg) : Inst(nullptr) {
285       addSource(Reg, SubReg);
286     }
287
288     bool isValid() const { return getNumSources() > 0; }
289
290     void setInst(const MachineInstr *I) { Inst = I; }
291     const MachineInstr *getInst() const { return Inst; }
292
293     void clear() {
294       RegSrcs.clear();
295       Inst = nullptr;
296     }
297
298     void addSource(unsigned SrcReg, unsigned SrcSubReg) {
299       RegSrcs.push_back(TargetInstrInfo::RegSubRegPair(SrcReg, SrcSubReg));
300     }
301
302     void setSource(int Idx, unsigned SrcReg, unsigned SrcSubReg) {
303       assert(Idx < getNumSources() && "Reg pair source out of index");
304       RegSrcs[Idx] = TargetInstrInfo::RegSubRegPair(SrcReg, SrcSubReg);
305     }
306
307     int getNumSources() const { return RegSrcs.size(); }
308
309     unsigned getSrcReg(int Idx) const {
310       assert(Idx < getNumSources() && "Reg source out of index");
311       return RegSrcs[Idx].Reg;
312     }
313
314     unsigned getSrcSubReg(int Idx) const {
315       assert(Idx < getNumSources() && "SubReg source out of index");
316       return RegSrcs[Idx].SubReg;
317     }
318
319     bool operator==(const ValueTrackerResult &Other) {
320       if (Other.getInst() != getInst())
321         return false;
322
323       if (Other.getNumSources() != getNumSources())
324         return false;
325
326       for (int i = 0, e = Other.getNumSources(); i != e; ++i)
327         if (Other.getSrcReg(i) != getSrcReg(i) ||
328             Other.getSrcSubReg(i) != getSrcSubReg(i))
329           return false;
330       return true;
331     }
332   };
333
334   /// \brief Helper class to track the possible sources of a value defined by
335   /// a (chain of) copy related instructions.
336   /// Given a definition (instruction and definition index), this class
337   /// follows the use-def chain to find successive suitable sources.
338   /// The given source can be used to rewrite the definition into
339   /// def = COPY src.
340   ///
341   /// For instance, let us consider the following snippet:
342   /// v0 =
343   /// v2 = INSERT_SUBREG v1, v0, sub0
344   /// def = COPY v2.sub0
345   ///
346   /// Using a ValueTracker for def = COPY v2.sub0 will give the following
347   /// suitable sources:
348   /// v2.sub0 and v0.
349   /// Then, def can be rewritten into def = COPY v0.
350   class ValueTracker {
351   private:
352     /// The current point into the use-def chain.
353     const MachineInstr *Def;
354     /// The index of the definition in Def.
355     unsigned DefIdx;
356     /// The sub register index of the definition.
357     unsigned DefSubReg;
358     /// The register where the value can be found.
359     unsigned Reg;
360     /// Specifiy whether or not the value tracking looks through
361     /// complex instructions. When this is false, the value tracker
362     /// bails on everything that is not a copy or a bitcast.
363     ///
364     /// Note: This could have been implemented as a specialized version of
365     /// the ValueTracker class but that would have complicated the code of
366     /// the users of this class.
367     bool UseAdvancedTracking;
368     /// MachineRegisterInfo used to perform tracking.
369     const MachineRegisterInfo &MRI;
370     /// Optional TargetInstrInfo used to perform some complex
371     /// tracking.
372     const TargetInstrInfo *TII;
373
374     /// \brief Dispatcher to the right underlying implementation of
375     /// getNextSource.
376     ValueTrackerResult getNextSourceImpl();
377     /// \brief Specialized version of getNextSource for Copy instructions.
378     ValueTrackerResult getNextSourceFromCopy();
379     /// \brief Specialized version of getNextSource for Bitcast instructions.
380     ValueTrackerResult getNextSourceFromBitcast();
381     /// \brief Specialized version of getNextSource for RegSequence
382     /// instructions.
383     ValueTrackerResult getNextSourceFromRegSequence();
384     /// \brief Specialized version of getNextSource for InsertSubreg
385     /// instructions.
386     ValueTrackerResult getNextSourceFromInsertSubreg();
387     /// \brief Specialized version of getNextSource for ExtractSubreg
388     /// instructions.
389     ValueTrackerResult getNextSourceFromExtractSubreg();
390     /// \brief Specialized version of getNextSource for SubregToReg
391     /// instructions.
392     ValueTrackerResult getNextSourceFromSubregToReg();
393     /// \brief Specialized version of getNextSource for PHI instructions.
394     ValueTrackerResult getNextSourceFromPHI();
395
396   public:
397     /// \brief Create a ValueTracker instance for the value defined by \p Reg.
398     /// \p DefSubReg represents the sub register index the value tracker will
399     /// track. It does not need to match the sub register index used in the
400     /// definition of \p Reg.
401     /// \p UseAdvancedTracking specifies whether or not the value tracker looks
402     /// through complex instructions. By default (false), it handles only copy
403     /// and bitcast instructions.
404     /// If \p Reg is a physical register, a value tracker constructed with
405     /// this constructor will not find any alternative source.
406     /// Indeed, when \p Reg is a physical register that constructor does not
407     /// know which definition of \p Reg it should track.
408     /// Use the next constructor to track a physical register.
409     ValueTracker(unsigned Reg, unsigned DefSubReg,
410                  const MachineRegisterInfo &MRI,
411                  bool UseAdvancedTracking = false,
412                  const TargetInstrInfo *TII = nullptr)
413         : Def(nullptr), DefIdx(0), DefSubReg(DefSubReg), Reg(Reg),
414           UseAdvancedTracking(UseAdvancedTracking), MRI(MRI), TII(TII) {
415       if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) {
416         Def = MRI.getVRegDef(Reg);
417         DefIdx = MRI.def_begin(Reg).getOperandNo();
418       }
419     }
420
421     /// \brief Create a ValueTracker instance for the value defined by
422     /// the pair \p MI, \p DefIdx.
423     /// Unlike the other constructor, the value tracker produced by this one
424     /// may be able to find a new source when the definition is a physical
425     /// register.
426     /// This could be useful to rewrite target specific instructions into
427     /// generic copy instructions.
428     ValueTracker(const MachineInstr &MI, unsigned DefIdx, unsigned DefSubReg,
429                  const MachineRegisterInfo &MRI,
430                  bool UseAdvancedTracking = false,
431                  const TargetInstrInfo *TII = nullptr)
432         : Def(&MI), DefIdx(DefIdx), DefSubReg(DefSubReg),
433           UseAdvancedTracking(UseAdvancedTracking), MRI(MRI), TII(TII) {
434       assert(DefIdx < Def->getDesc().getNumDefs() &&
435              Def->getOperand(DefIdx).isReg() && "Invalid definition");
436       Reg = Def->getOperand(DefIdx).getReg();
437     }
438
439     /// \brief Following the use-def chain, get the next available source
440     /// for the tracked value.
441     /// \return A ValueTrackerResult containing a set of registers
442     /// and sub registers with tracked values. A ValueTrackerResult with
443     /// an empty set of registers means no source was found.
444     ValueTrackerResult getNextSource();
445
446     /// \brief Get the last register where the initial value can be found.
447     /// Initially this is the register of the definition.
448     /// Then, after each successful call to getNextSource, this is the
449     /// register of the last source.
450     unsigned getReg() const { return Reg; }
451   };
452
453 } // end anonymous namespace
454
455 char PeepholeOptimizer::ID = 0;
456 char &llvm::PeepholeOptimizerID = PeepholeOptimizer::ID;
457
458 INITIALIZE_PASS_BEGIN(PeepholeOptimizer, DEBUG_TYPE,
459                 "Peephole Optimizations", false, false)
460 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineDominatorTree)
461 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineLoopInfo)
462 INITIALIZE_PASS_END(PeepholeOptimizer, DEBUG_TYPE,
463                 "Peephole Optimizations", false, false)
464
465 /// If instruction is a copy-like instruction, i.e. it reads a single register
466 /// and writes a single register and it does not modify the source, and if the
467 /// source value is preserved as a sub-register of the result, then replace all
468 /// reachable uses of the source with the subreg of the result.
469 ///
470 /// Do not generate an EXTRACT that is used only in a debug use, as this changes
471 /// the code. Since this code does not currently share EXTRACTs, just ignore all
472 /// debug uses.
473 bool PeepholeOptimizer::
474 optimizeExtInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
475                  SmallPtrSetImpl<MachineInstr*> &LocalMIs) {
476   unsigned SrcReg, DstReg, SubIdx;
477   if (!TII->isCoalescableExtInstr(*MI, SrcReg, DstReg, SubIdx))
478     return false;
479
480   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DstReg) ||
481       TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg))
482     return false;
483
484   if (MRI->hasOneNonDBGUse(SrcReg))
485     // No other uses.
486     return false;
487
488   // Ensure DstReg can get a register class that actually supports
489   // sub-registers. Don't change the class until we commit.
490   const TargetRegisterClass *DstRC = MRI->getRegClass(DstReg);
491   DstRC = TRI->getSubClassWithSubReg(DstRC, SubIdx);
492   if (!DstRC)
493     return false;
494
495   // The ext instr may be operating on a sub-register of SrcReg as well.
496   // PPC::EXTSW is a 32 -> 64-bit sign extension, but it reads a 64-bit
497   // register.
498   // If UseSrcSubIdx is Set, SubIdx also applies to SrcReg, and only uses of
499   // SrcReg:SubIdx should be replaced.
500   bool UseSrcSubIdx =
501       TRI->getSubClassWithSubReg(MRI->getRegClass(SrcReg), SubIdx) != nullptr;
502
503   // The source has other uses. See if we can replace the other uses with use of
504   // the result of the extension.
505   SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 4> ReachedBBs;
506   for (MachineInstr &UI : MRI->use_nodbg_instructions(DstReg))
507     ReachedBBs.insert(UI.getParent());
508
509   // Uses that are in the same BB of uses of the result of the instruction.
510   SmallVector<MachineOperand*, 8> Uses;
511
512   // Uses that the result of the instruction can reach.
513   SmallVector<MachineOperand*, 8> ExtendedUses;
514
515   bool ExtendLife = true;
516   for (MachineOperand &UseMO : MRI->use_nodbg_operands(SrcReg)) {
517     MachineInstr *UseMI = UseMO.getParent();
518     if (UseMI == MI)
519       continue;
520
521     if (UseMI->isPHI()) {
522       ExtendLife = false;
523       continue;
524     }
525
526     // Only accept uses of SrcReg:SubIdx.
527     if (UseSrcSubIdx && UseMO.getSubReg() != SubIdx)
528       continue;
529
530     // It's an error to translate this:
531     //
532     //    %reg1025 = <sext> %reg1024
533     //     ...
534     //    %reg1026 = SUBREG_TO_REG 0, %reg1024, 4
535     //
536     // into this:
537     //
538     //    %reg1025 = <sext> %reg1024
539     //     ...
540     //    %reg1027 = COPY %reg1025:4
541     //    %reg1026 = SUBREG_TO_REG 0, %reg1027, 4
542     //
543     // The problem here is that SUBREG_TO_REG is there to assert that an
544     // implicit zext occurs. It doesn't insert a zext instruction. If we allow
545     // the COPY here, it will give us the value after the <sext>, not the
546     // original value of %reg1024 before <sext>.
547     if (UseMI->getOpcode() == TargetOpcode::SUBREG_TO_REG)
548       continue;
549
550     MachineBasicBlock *UseMBB = UseMI->getParent();
551     if (UseMBB == MBB) {
552       // Local uses that come after the extension.
553       if (!LocalMIs.count(UseMI))
554         Uses.push_back(&UseMO);
555     } else if (ReachedBBs.count(UseMBB)) {
556       // Non-local uses where the result of the extension is used. Always
557       // replace these unless it's a PHI.
558       Uses.push_back(&UseMO);
559     } else if (Aggressive && DT->dominates(MBB, UseMBB)) {
560       // We may want to extend the live range of the extension result in order
561       // to replace these uses.
562       ExtendedUses.push_back(&UseMO);
563     } else {
564       // Both will be live out of the def MBB anyway. Don't extend live range of
565       // the extension result.
566       ExtendLife = false;
567       break;
568     }
569   }
570
571   if (ExtendLife && !ExtendedUses.empty())
572     // Extend the liveness of the extension result.
573     Uses.append(ExtendedUses.begin(), ExtendedUses.end());
574
575   // Now replace all uses.
576   bool Changed = false;
577   if (!Uses.empty()) {
578     SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 4> PHIBBs;
579
580     // Look for PHI uses of the extended result, we don't want to extend the
581     // liveness of a PHI input. It breaks all kinds of assumptions down
582     // stream. A PHI use is expected to be the kill of its source values.
583     for (MachineInstr &UI : MRI->use_nodbg_instructions(DstReg))
584       if (UI.isPHI())
585         PHIBBs.insert(UI.getParent());
586
587     const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(SrcReg);
588     for (unsigned i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
589       MachineOperand *UseMO = Uses[i];
590       MachineInstr *UseMI = UseMO->getParent();
591       MachineBasicBlock *UseMBB = UseMI->getParent();
592       if (PHIBBs.count(UseMBB))
593         continue;
594
595       // About to add uses of DstReg, clear DstReg's kill flags.
596       if (!Changed) {
597         MRI->clearKillFlags(DstReg);
598         MRI->constrainRegClass(DstReg, DstRC);
599       }
600
601       unsigned NewVR = MRI->createVirtualRegister(RC);
602       MachineInstr *Copy = BuildMI(*UseMBB, UseMI, UseMI->getDebugLoc(),
603                                    TII->get(TargetOpcode::COPY), NewVR)
604         .addReg(DstReg, 0, SubIdx);
605       // SubIdx applies to both SrcReg and DstReg when UseSrcSubIdx is set.
606       if (UseSrcSubIdx) {
607         Copy->getOperand(0).setSubReg(SubIdx);
608         Copy->getOperand(0).setIsUndef();
609       }
610       UseMO->setReg(NewVR);
611       ++NumReuse;
612       Changed = true;
613     }
614   }
615
616   return Changed;
617 }
618
619 /// If the instruction is a compare and the previous instruction it's comparing
620 /// against already sets (or could be modified to set) the same flag as the
621 /// compare, then we can remove the comparison and use the flag from the
622 /// previous instruction.
623 bool PeepholeOptimizer::optimizeCmpInstr(MachineInstr *MI,
624                                          MachineBasicBlock *MBB) {
625   // If this instruction is a comparison against zero and isn't comparing a
626   // physical register, we can try to optimize it.
627   unsigned SrcReg, SrcReg2;
628   int CmpMask, CmpValue;
629   if (!TII->analyzeCompare(*MI, SrcReg, SrcReg2, CmpMask, CmpValue) ||
630       TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg) ||
631       (SrcReg2 != 0 && TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg2)))
632     return false;
633
634   // Attempt to optimize the comparison instruction.
635   if (TII->optimizeCompareInstr(*MI, SrcReg, SrcReg2, CmpMask, CmpValue, MRI)) {
636     ++NumCmps;
637     return true;
638   }
639
640   return false;
641 }
642
643 /// Optimize a select instruction.
644 bool PeepholeOptimizer::optimizeSelect(MachineInstr *MI,
645                             SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs) {
646   unsigned TrueOp = 0;
647   unsigned FalseOp = 0;
648   bool Optimizable = false;
649   SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
650   if (TII->analyzeSelect(*MI, Cond, TrueOp, FalseOp, Optimizable))
651     return false;
652   if (!Optimizable)
653     return false;
654   if (!TII->optimizeSelect(*MI, LocalMIs))
655     return false;
656   MI->eraseFromParent();
657   ++NumSelects;
658   return true;
659 }
660
661 /// \brief Check if a simpler conditional branch can be
662 // generated
663 bool PeepholeOptimizer::optimizeCondBranch(MachineInstr *MI) {
664   return TII->optimizeCondBranch(*MI);
665 }
666
667 /// \brief Try to find the next source that share the same register file
668 /// for the value defined by \p Reg and \p SubReg.
669 /// When true is returned, the \p RewriteMap can be used by the client to
670 /// retrieve all Def -> Use along the way up to the next source. Any found
671 /// Use that is not itself a key for another entry, is the next source to
672 /// use. During the search for the next source, multiple sources can be found
673 /// given multiple incoming sources of a PHI instruction. In this case, we
674 /// look in each PHI source for the next source; all found next sources must
675 /// share the same register file as \p Reg and \p SubReg. The client should
676 /// then be capable to rewrite all intermediate PHIs to get the next source.
677 /// \return False if no alternative sources are available. True otherwise.
678 bool PeepholeOptimizer::findNextSource(unsigned Reg, unsigned SubReg,
679                                        RewriteMapTy &RewriteMap) {
680   // Do not try to find a new source for a physical register.
681   // So far we do not have any motivating example for doing that.
682   // Thus, instead of maintaining untested code, we will revisit that if
683   // that changes at some point.
684   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
685     return false;
686   const TargetRegisterClass *DefRC = MRI->getRegClass(Reg);
687
688   SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, 4> SrcToLook;
689   TargetInstrInfo::RegSubRegPair CurSrcPair(Reg, SubReg);
690   SrcToLook.push_back(CurSrcPair);
691
692   unsigned PHICount = 0;
693   while (!SrcToLook.empty() && PHICount < RewritePHILimit) {
694     TargetInstrInfo::RegSubRegPair Pair = SrcToLook.pop_back_val();
695     // As explained above, do not handle physical registers
696     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Pair.Reg))
697       return false;
698
699     CurSrcPair = Pair;
700     ValueTracker ValTracker(CurSrcPair.Reg, CurSrcPair.SubReg, *MRI,
701                             !DisableAdvCopyOpt, TII);
702     ValueTrackerResult Res;
703     bool ShouldRewrite = false;
704
705     do {
706       // Follow the chain of copies until we reach the top of the use-def chain
707       // or find a more suitable source.
708       Res = ValTracker.getNextSource();
709       if (!Res.isValid())
710         break;
711
712       // Insert the Def -> Use entry for the recently found source.
713       ValueTrackerResult CurSrcRes = RewriteMap.lookup(CurSrcPair);
714       if (CurSrcRes.isValid()) {
715         assert(CurSrcRes == Res && "ValueTrackerResult found must match");
716         // An existent entry with multiple sources is a PHI cycle we must avoid.
717         // Otherwise it's an entry with a valid next source we already found.
718         if (CurSrcRes.getNumSources() > 1) {
719           DEBUG(dbgs() << "findNextSource: found PHI cycle, aborting...\n");
720           return false;
721         }
722         break;
723       }
724       RewriteMap.insert(std::make_pair(CurSrcPair, Res));
725
726       // ValueTrackerResult usually have one source unless it's the result from
727       // a PHI instruction. Add the found PHI edges to be looked up further.
728       unsigned NumSrcs = Res.getNumSources();
729       if (NumSrcs > 1) {
730         PHICount++;
731         for (unsigned i = 0; i < NumSrcs; ++i)
732           SrcToLook.push_back(TargetInstrInfo::RegSubRegPair(
733               Res.getSrcReg(i), Res.getSrcSubReg(i)));
734         break;
735       }
736
737       CurSrcPair.Reg = Res.getSrcReg(0);
738       CurSrcPair.SubReg = Res.getSrcSubReg(0);
739       // Do not extend the live-ranges of physical registers as they add
740       // constraints to the register allocator. Moreover, if we want to extend
741       // the live-range of a physical register, unlike SSA virtual register,
742       // we will have to check that they aren't redefine before the related use.
743       if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(CurSrcPair.Reg))
744         return false;
745
746       const TargetRegisterClass *SrcRC = MRI->getRegClass(CurSrcPair.Reg);
747       ShouldRewrite = TRI->shouldRewriteCopySrc(DefRC, SubReg, SrcRC,
748                                                 CurSrcPair.SubReg);
749     } while (!ShouldRewrite);
750
751     // Continue looking for new sources...
752     if (Res.isValid())
753       continue;
754
755     // Do not continue searching for a new source if the there's at least
756     // one use-def which cannot be rewritten.
757     if (!ShouldRewrite)
758       return false;
759   }
760
761   if (PHICount >= RewritePHILimit) {
762     DEBUG(dbgs() << "findNextSource: PHI limit reached\n");
763     return false;
764   }
765
766   // If we did not find a more suitable source, there is nothing to optimize.
767   return CurSrcPair.Reg != Reg;
768 }
769
770 /// \brief Insert a PHI instruction with incoming edges \p SrcRegs that are
771 /// guaranteed to have the same register class. This is necessary whenever we
772 /// successfully traverse a PHI instruction and find suitable sources coming
773 /// from its edges. By inserting a new PHI, we provide a rewritten PHI def
774 /// suitable to be used in a new COPY instruction.
775 static MachineInstr *
776 insertPHI(MachineRegisterInfo *MRI, const TargetInstrInfo *TII,
777           const SmallVectorImpl<TargetInstrInfo::RegSubRegPair> &SrcRegs,
778           MachineInstr *OrigPHI) {
779   assert(!SrcRegs.empty() && "No sources to create a PHI instruction?");
780
781   const TargetRegisterClass *NewRC = MRI->getRegClass(SrcRegs[0].Reg);
782   unsigned NewVR = MRI->createVirtualRegister(NewRC);
783   MachineBasicBlock *MBB = OrigPHI->getParent();
784   MachineInstrBuilder MIB = BuildMI(*MBB, OrigPHI, OrigPHI->getDebugLoc(),
785                                     TII->get(TargetOpcode::PHI), NewVR);
786
787   unsigned MBBOpIdx = 2;
788   for (auto RegPair : SrcRegs) {
789     MIB.addReg(RegPair.Reg, 0, RegPair.SubReg);
790     MIB.addMBB(OrigPHI->getOperand(MBBOpIdx).getMBB());
791     // Since we're extended the lifetime of RegPair.Reg, clear the
792     // kill flags to account for that and make RegPair.Reg reaches
793     // the new PHI.
794     MRI->clearKillFlags(RegPair.Reg);
795     MBBOpIdx += 2;
796   }
797
798   return MIB;
799 }
800
801 namespace {
802
803 /// \brief Helper class to rewrite the arguments of a copy-like instruction.
804 class CopyRewriter {
805 protected:
806   /// The copy-like instruction.
807   MachineInstr &CopyLike;
808   /// The index of the source being rewritten.
809   unsigned CurrentSrcIdx;
810
811 public:
812   CopyRewriter(MachineInstr &MI) : CopyLike(MI), CurrentSrcIdx(0) {}
813
814   virtual ~CopyRewriter() {}
815
816   /// \brief Get the next rewritable source (SrcReg, SrcSubReg) and
817   /// the related value that it affects (TrackReg, TrackSubReg).
818   /// A source is considered rewritable if its register class and the
819   /// register class of the related TrackReg may not be register
820   /// coalescer friendly. In other words, given a copy-like instruction
821   /// not all the arguments may be returned at rewritable source, since
822   /// some arguments are none to be register coalescer friendly.
823   ///
824   /// Each call of this method moves the current source to the next
825   /// rewritable source.
826   /// For instance, let CopyLike be the instruction to rewrite.
827   /// CopyLike has one definition and one source:
828   /// dst.dstSubIdx = CopyLike src.srcSubIdx.
829   ///
830   /// The first call will give the first rewritable source, i.e.,
831   /// the only source this instruction has:
832   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (src, srcSubIdx).
833   /// This source defines the whole definition, i.e.,
834   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, dstSubIdx).
835   ///
836   /// The second and subsequent calls will return false, as there is only one
837   /// rewritable source.
838   ///
839   /// \return True if a rewritable source has been found, false otherwise.
840   /// The output arguments are valid if and only if true is returned.
841   virtual bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
842                                        unsigned &TrackReg,
843                                        unsigned &TrackSubReg) {
844     // If CurrentSrcIdx == 1, this means this function has already been called
845     // once. CopyLike has one definition and one argument, thus, there is
846     // nothing else to rewrite.
847     if (!CopyLike.isCopy() || CurrentSrcIdx == 1)
848       return false;
849     // This is the first call to getNextRewritableSource.
850     // Move the CurrentSrcIdx to remember that we made that call.
851     CurrentSrcIdx = 1;
852     // The rewritable source is the argument.
853     const MachineOperand &MOSrc = CopyLike.getOperand(1);
854     SrcReg = MOSrc.getReg();
855     SrcSubReg = MOSrc.getSubReg();
856     // What we track are the alternative sources of the definition.
857     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
858     TrackReg = MODef.getReg();
859     TrackSubReg = MODef.getSubReg();
860     return true;
861   }
862
863   /// \brief Rewrite the current source with \p NewReg and \p NewSubReg
864   /// if possible.
865   /// \return True if the rewriting was possible, false otherwise.
866   virtual bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) {
867     if (!CopyLike.isCopy() || CurrentSrcIdx != 1)
868       return false;
869     MachineOperand &MOSrc = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
870     MOSrc.setReg(NewReg);
871     MOSrc.setSubReg(NewSubReg);
872     return true;
873   }
874
875   /// \brief Given a \p Def.Reg and Def.SubReg  pair, use \p RewriteMap to find
876   /// the new source to use for rewrite. If \p HandleMultipleSources is true and
877   /// multiple sources for a given \p Def are found along the way, we found a
878   /// PHI instructions that needs to be rewritten.
879   /// TODO: HandleMultipleSources should be removed once we test PHI handling
880   /// with coalescable copies.
881   TargetInstrInfo::RegSubRegPair
882   getNewSource(MachineRegisterInfo *MRI, const TargetInstrInfo *TII,
883                TargetInstrInfo::RegSubRegPair Def,
884                PeepholeOptimizer::RewriteMapTy &RewriteMap,
885                bool HandleMultipleSources = true) {
886     TargetInstrInfo::RegSubRegPair LookupSrc(Def.Reg, Def.SubReg);
887     do {
888       ValueTrackerResult Res = RewriteMap.lookup(LookupSrc);
889       // If there are no entries on the map, LookupSrc is the new source.
890       if (!Res.isValid())
891         return LookupSrc;
892
893       // There's only one source for this definition, keep searching...
894       unsigned NumSrcs = Res.getNumSources();
895       if (NumSrcs == 1) {
896         LookupSrc.Reg = Res.getSrcReg(0);
897         LookupSrc.SubReg = Res.getSrcSubReg(0);
898         continue;
899       }
900
901       // TODO: Remove once multiple srcs w/ coalescable copies are supported.
902       if (!HandleMultipleSources)
903         break;
904
905       // Multiple sources, recurse into each source to find a new source
906       // for it. Then, rewrite the PHI accordingly to its new edges.
907       SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, 4> NewPHISrcs;
908       for (unsigned i = 0; i < NumSrcs; ++i) {
909         TargetInstrInfo::RegSubRegPair PHISrc(Res.getSrcReg(i),
910                                               Res.getSrcSubReg(i));
911         NewPHISrcs.push_back(
912             getNewSource(MRI, TII, PHISrc, RewriteMap, HandleMultipleSources));
913       }
914
915       // Build the new PHI node and return its def register as the new source.
916       MachineInstr *OrigPHI = const_cast<MachineInstr *>(Res.getInst());
917       MachineInstr *NewPHI = insertPHI(MRI, TII, NewPHISrcs, OrigPHI);
918       DEBUG(dbgs() << "-- getNewSource\n");
919       DEBUG(dbgs() << "   Replacing: " << *OrigPHI);
920       DEBUG(dbgs() << "        With: " << *NewPHI);
921       const MachineOperand &MODef = NewPHI->getOperand(0);
922       return TargetInstrInfo::RegSubRegPair(MODef.getReg(), MODef.getSubReg());
923
924     } while (true);
925
926     return TargetInstrInfo::RegSubRegPair(0, 0);
927   }
928
929   /// \brief Rewrite the source found through \p Def, by using the \p RewriteMap
930   /// and create a new COPY instruction. More info about RewriteMap in
931   /// PeepholeOptimizer::findNextSource. Right now this is only used to handle
932   /// Uncoalescable copies, since they are copy like instructions that aren't
933   /// recognized by the register allocator.
934   virtual MachineInstr *
935   RewriteSource(TargetInstrInfo::RegSubRegPair Def,
936                 PeepholeOptimizer::RewriteMapTy &RewriteMap) {
937     return nullptr;
938   }
939 };
940
941 /// \brief Helper class to rewrite uncoalescable copy like instructions
942 /// into new COPY (coalescable friendly) instructions.
943 class UncoalescableRewriter : public CopyRewriter {
944 protected:
945   const TargetInstrInfo &TII;
946   MachineRegisterInfo   &MRI;
947   /// The number of defs in the bitcast
948   unsigned NumDefs;
949
950 public:
951   UncoalescableRewriter(MachineInstr &MI, const TargetInstrInfo &TII,
952                          MachineRegisterInfo &MRI)
953       : CopyRewriter(MI), TII(TII), MRI(MRI) {
954     NumDefs = MI.getDesc().getNumDefs();
955   }
956
957   /// \brief Get the next rewritable def source (TrackReg, TrackSubReg)
958   /// All such sources need to be considered rewritable in order to
959   /// rewrite a uncoalescable copy-like instruction. This method return
960   /// each definition that must be checked if rewritable.
961   ///
962   bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
963                                unsigned &TrackReg,
964                                unsigned &TrackSubReg) override {
965     // Find the next non-dead definition and continue from there.
966     if (CurrentSrcIdx == NumDefs)
967       return false;
968
969     while (CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx).isDead()) {
970       ++CurrentSrcIdx;
971       if (CurrentSrcIdx == NumDefs)
972         return false;
973     }
974
975     // What we track are the alternative sources of the definition.
976     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
977     TrackReg = MODef.getReg();
978     TrackSubReg = MODef.getSubReg();
979
980     CurrentSrcIdx++;
981     return true;
982   }
983
984   /// \brief Rewrite the source found through \p Def, by using the \p RewriteMap
985   /// and create a new COPY instruction. More info about RewriteMap in
986   /// PeepholeOptimizer::findNextSource. Right now this is only used to handle
987   /// Uncoalescable copies, since they are copy like instructions that aren't
988   /// recognized by the register allocator.
989   MachineInstr *
990   RewriteSource(TargetInstrInfo::RegSubRegPair Def,
991                 PeepholeOptimizer::RewriteMapTy &RewriteMap) override {
992     assert(!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Def.Reg) &&
993            "We do not rewrite physical registers");
994
995     // Find the new source to use in the COPY rewrite.
996     TargetInstrInfo::RegSubRegPair NewSrc =
997         getNewSource(&MRI, &TII, Def, RewriteMap);
998
999     // Insert the COPY.
1000     const TargetRegisterClass *DefRC = MRI.getRegClass(Def.Reg);
1001     unsigned NewVR = MRI.createVirtualRegister(DefRC);
1002
1003     MachineInstr *NewCopy =
1004         BuildMI(*CopyLike.getParent(), &CopyLike, CopyLike.getDebugLoc(),
1005                 TII.get(TargetOpcode::COPY), NewVR)
1006             .addReg(NewSrc.Reg, 0, NewSrc.SubReg);
1007
1008     NewCopy->getOperand(0).setSubReg(Def.SubReg);
1009     if (Def.SubReg)
1010       NewCopy->getOperand(0).setIsUndef();
1011
1012     DEBUG(dbgs() << "-- RewriteSource\n");
1013     DEBUG(dbgs() << "   Replacing: " << CopyLike);
1014     DEBUG(dbgs() << "        With: " << *NewCopy);
1015     MRI.replaceRegWith(Def.Reg, NewVR);
1016     MRI.clearKillFlags(NewVR);
1017
1018     // We extended the lifetime of NewSrc.Reg, clear the kill flags to
1019     // account for that.
1020     MRI.clearKillFlags(NewSrc.Reg);
1021
1022     return NewCopy;
1023   }
1024 };
1025
1026 /// \brief Specialized rewriter for INSERT_SUBREG instruction.
1027 class InsertSubregRewriter : public CopyRewriter {
1028 public:
1029   InsertSubregRewriter(MachineInstr &MI) : CopyRewriter(MI) {
1030     assert(MI.isInsertSubreg() && "Invalid instruction");
1031   }
1032
1033   /// \brief See CopyRewriter::getNextRewritableSource.
1034   /// Here CopyLike has the following form:
1035   /// dst = INSERT_SUBREG Src1, Src2.src2SubIdx, subIdx.
1036   /// Src1 has the same register class has dst, hence, there is
1037   /// nothing to rewrite.
1038   /// Src2.src2SubIdx, may not be register coalescer friendly.
1039   /// Therefore, the first call to this method returns:
1040   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src2, src2SubIdx).
1041   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, subIdx).
1042   ///
1043   /// Subsequence calls will return false.
1044   bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
1045                                unsigned &TrackReg,
1046                                unsigned &TrackSubReg) override {
1047     // If we already get the only source we can rewrite, return false.
1048     if (CurrentSrcIdx == 2)
1049       return false;
1050     // We are looking at v2 = INSERT_SUBREG v0, v1, sub0.
1051     CurrentSrcIdx = 2;
1052     const MachineOperand &MOInsertedReg = CopyLike.getOperand(2);
1053     SrcReg = MOInsertedReg.getReg();
1054     SrcSubReg = MOInsertedReg.getSubReg();
1055     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
1056
1057     // We want to track something that is compatible with the
1058     // partial definition.
1059     TrackReg = MODef.getReg();
1060     if (MODef.getSubReg())
1061       // Bail if we have to compose sub-register indices.
1062       return false;
1063     TrackSubReg = (unsigned)CopyLike.getOperand(3).getImm();
1064     return true;
1065   }
1066
1067   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
1068     if (CurrentSrcIdx != 2)
1069       return false;
1070     // We are rewriting the inserted reg.
1071     MachineOperand &MO = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
1072     MO.setReg(NewReg);
1073     MO.setSubReg(NewSubReg);
1074     return true;
1075   }
1076 };
1077
1078 /// \brief Specialized rewriter for EXTRACT_SUBREG instruction.
1079 class ExtractSubregRewriter : public CopyRewriter {
1080   const TargetInstrInfo &TII;
1081
1082 public:
1083   ExtractSubregRewriter(MachineInstr &MI, const TargetInstrInfo &TII)
1084       : CopyRewriter(MI), TII(TII) {
1085     assert(MI.isExtractSubreg() && "Invalid instruction");
1086   }
1087
1088   /// \brief See CopyRewriter::getNextRewritableSource.
1089   /// Here CopyLike has the following form:
1090   /// dst.dstSubIdx = EXTRACT_SUBREG Src, subIdx.
1091   /// There is only one rewritable source: Src.subIdx,
1092   /// which defines dst.dstSubIdx.
1093   bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
1094                                unsigned &TrackReg,
1095                                unsigned &TrackSubReg) override {
1096     // If we already get the only source we can rewrite, return false.
1097     if (CurrentSrcIdx == 1)
1098       return false;
1099     // We are looking at v1 = EXTRACT_SUBREG v0, sub0.
1100     CurrentSrcIdx = 1;
1101     const MachineOperand &MOExtractedReg = CopyLike.getOperand(1);
1102     SrcReg = MOExtractedReg.getReg();
1103     // If we have to compose sub-register indices, bail out.
1104     if (MOExtractedReg.getSubReg())
1105       return false;
1106
1107     SrcSubReg = CopyLike.getOperand(2).getImm();
1108
1109     // We want to track something that is compatible with the definition.
1110     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
1111     TrackReg = MODef.getReg();
1112     TrackSubReg = MODef.getSubReg();
1113     return true;
1114   }
1115
1116   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
1117     // The only source we can rewrite is the input register.
1118     if (CurrentSrcIdx != 1)
1119       return false;
1120
1121     CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx).setReg(NewReg);
1122
1123     // If we find a source that does not require to extract something,
1124     // rewrite the operation with a copy.
1125     if (!NewSubReg) {
1126       // Move the current index to an invalid position.
1127       // We do not want another call to this method to be able
1128       // to do any change.
1129       CurrentSrcIdx = -1;
1130       // Rewrite the operation as a COPY.
1131       // Get rid of the sub-register index.
1132       CopyLike.RemoveOperand(2);
1133       // Morph the operation into a COPY.
1134       CopyLike.setDesc(TII.get(TargetOpcode::COPY));
1135       return true;
1136     }
1137     CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx + 1).setImm(NewSubReg);
1138     return true;
1139   }
1140 };
1141
1142 /// \brief Specialized rewriter for REG_SEQUENCE instruction.
1143 class RegSequenceRewriter : public CopyRewriter {
1144 public:
1145   RegSequenceRewriter(MachineInstr &MI) : CopyRewriter(MI) {
1146     assert(MI.isRegSequence() && "Invalid instruction");
1147   }
1148
1149   /// \brief See CopyRewriter::getNextRewritableSource.
1150   /// Here CopyLike has the following form:
1151   /// dst = REG_SEQUENCE Src1.src1SubIdx, subIdx1, Src2.src2SubIdx, subIdx2.
1152   /// Each call will return a different source, walking all the available
1153   /// source.
1154   ///
1155   /// The first call returns:
1156   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src1, src1SubIdx).
1157   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, subIdx1).
1158   ///
1159   /// The second call returns:
1160   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src2, src2SubIdx).
1161   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, subIdx2).
1162   ///
1163   /// And so on, until all the sources have been traversed, then
1164   /// it returns false.
1165   bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
1166                                unsigned &TrackReg,
1167                                unsigned &TrackSubReg) override {
1168     // We are looking at v0 = REG_SEQUENCE v1, sub1, v2, sub2, etc.
1169
1170     // If this is the first call, move to the first argument.
1171     if (CurrentSrcIdx == 0) {
1172       CurrentSrcIdx = 1;
1173     } else {
1174       // Otherwise, move to the next argument and check that it is valid.
1175       CurrentSrcIdx += 2;
1176       if (CurrentSrcIdx >= CopyLike.getNumOperands())
1177         return false;
1178     }
1179     const MachineOperand &MOInsertedReg = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
1180     SrcReg = MOInsertedReg.getReg();
1181     // If we have to compose sub-register indices, bail out.
1182     if ((SrcSubReg = MOInsertedReg.getSubReg()))
1183       return false;
1184
1185     // We want to track something that is compatible with the related
1186     // partial definition.
1187     TrackSubReg = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx + 1).getImm();
1188
1189     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
1190     TrackReg = MODef.getReg();
1191     // If we have to compose sub-registers, bail.
1192     return MODef.getSubReg() == 0;
1193   }
1194
1195   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
1196     // We cannot rewrite out of bound operands.
1197     // Moreover, rewritable sources are at odd positions.
1198     if ((CurrentSrcIdx & 1) != 1 || CurrentSrcIdx > CopyLike.getNumOperands())
1199       return false;
1200
1201     MachineOperand &MO = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
1202     MO.setReg(NewReg);
1203     MO.setSubReg(NewSubReg);
1204     return true;
1205   }
1206 };
1207
1208 }  // end anonymous namespace
1209
1210 /// \brief Get the appropriated CopyRewriter for \p MI.
1211 /// \return A pointer to a dynamically allocated CopyRewriter or nullptr
1212 /// if no rewriter works for \p MI.
1213 static CopyRewriter *getCopyRewriter(MachineInstr &MI,
1214                                      const TargetInstrInfo &TII,
1215                                      MachineRegisterInfo &MRI) {
1216   // Handle uncoalescable copy-like instructions.
1217   if (MI.isBitcast() || (MI.isRegSequenceLike() || MI.isInsertSubregLike() ||
1218                          MI.isExtractSubregLike()))
1219     return new UncoalescableRewriter(MI, TII, MRI);
1220
1221   switch (MI.getOpcode()) {
1222   default:
1223     return nullptr;
1224   case TargetOpcode::COPY:
1225     return new CopyRewriter(MI);
1226   case TargetOpcode::INSERT_SUBREG:
1227     return new InsertSubregRewriter(MI);
1228   case TargetOpcode::EXTRACT_SUBREG:
1229     return new ExtractSubregRewriter(MI, TII);
1230   case TargetOpcode::REG_SEQUENCE:
1231     return new RegSequenceRewriter(MI);
1232   }
1233   llvm_unreachable(nullptr);
1234 }
1235
1236 /// \brief Optimize generic copy instructions to avoid cross
1237 /// register bank copy. The optimization looks through a chain of
1238 /// copies and tries to find a source that has a compatible register
1239 /// class.
1240 /// Two register classes are considered to be compatible if they share
1241 /// the same register bank.
1242 /// New copies issued by this optimization are register allocator
1243 /// friendly. This optimization does not remove any copy as it may
1244 /// overconstrain the register allocator, but replaces some operands
1245 /// when possible.
1246 /// \pre isCoalescableCopy(*MI) is true.
1247 /// \return True, when \p MI has been rewritten. False otherwise.
1248 bool PeepholeOptimizer::optimizeCoalescableCopy(MachineInstr *MI) {
1249   assert(MI && isCoalescableCopy(*MI) && "Invalid argument");
1250   assert(MI->getDesc().getNumDefs() == 1 &&
1251          "Coalescer can understand multiple defs?!");
1252   const MachineOperand &MODef = MI->getOperand(0);
1253   // Do not rewrite physical definitions.
1254   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MODef.getReg()))
1255     return false;
1256
1257   bool Changed = false;
1258   // Get the right rewriter for the current copy.
1259   std::unique_ptr<CopyRewriter> CpyRewriter(getCopyRewriter(*MI, *TII, *MRI));
1260   // If none exists, bail out.
1261   if (!CpyRewriter)
1262     return false;
1263   // Rewrite each rewritable source.
1264   unsigned SrcReg, SrcSubReg, TrackReg, TrackSubReg;
1265   while (CpyRewriter->getNextRewritableSource(SrcReg, SrcSubReg, TrackReg,
1266                                               TrackSubReg)) {
1267     // Keep track of PHI nodes and its incoming edges when looking for sources.
1268     RewriteMapTy RewriteMap;
1269     // Try to find a more suitable source. If we failed to do so, or get the
1270     // actual source, move to the next source.
1271     if (!findNextSource(TrackReg, TrackSubReg, RewriteMap))
1272       continue;
1273
1274     // Get the new source to rewrite. TODO: Only enable handling of multiple
1275     // sources (PHIs) once we have a motivating example and testcases for it.
1276     TargetInstrInfo::RegSubRegPair TrackPair(TrackReg, TrackSubReg);
1277     TargetInstrInfo::RegSubRegPair NewSrc = CpyRewriter->getNewSource(
1278         MRI, TII, TrackPair, RewriteMap, false /* multiple sources */);
1279     if (SrcReg == NewSrc.Reg || NewSrc.Reg == 0)
1280       continue;
1281
1282     // Rewrite source.
1283     if (CpyRewriter->RewriteCurrentSource(NewSrc.Reg, NewSrc.SubReg)) {
1284       // We may have extended the live-range of NewSrc, account for that.
1285       MRI->clearKillFlags(NewSrc.Reg);
1286       Changed = true;
1287     }
1288   }
1289   // TODO: We could have a clean-up method to tidy the instruction.
1290   // E.g., v0 = INSERT_SUBREG v1, v1.sub0, sub0
1291   // => v0 = COPY v1
1292   // Currently we haven't seen motivating example for that and we
1293   // want to avoid untested code.
1294   NumRewrittenCopies += Changed;
1295   return Changed;
1296 }
1297
1298 /// \brief Optimize copy-like instructions to create
1299 /// register coalescer friendly instruction.
1300 /// The optimization tries to kill-off the \p MI by looking
1301 /// through a chain of copies to find a source that has a compatible
1302 /// register class.
1303 /// If such a source is found, it replace \p MI by a generic COPY
1304 /// operation.
1305 /// \pre isUncoalescableCopy(*MI) is true.
1306 /// \return True, when \p MI has been optimized. In that case, \p MI has
1307 /// been removed from its parent.
1308 /// All COPY instructions created, are inserted in \p LocalMIs.
1309 bool PeepholeOptimizer::optimizeUncoalescableCopy(
1310     MachineInstr *MI, SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs) {
1311   assert(MI && isUncoalescableCopy(*MI) && "Invalid argument");
1312
1313   // Check if we can rewrite all the values defined by this instruction.
1314   SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, 4> RewritePairs;
1315   // Get the right rewriter for the current copy.
1316   std::unique_ptr<CopyRewriter> CpyRewriter(getCopyRewriter(*MI, *TII, *MRI));
1317   // If none exists, bail out.
1318   if (!CpyRewriter)
1319     return false;
1320
1321   // Rewrite each rewritable source by generating new COPYs. This works
1322   // differently from optimizeCoalescableCopy since it first makes sure that all
1323   // definitions can be rewritten.
1324   RewriteMapTy RewriteMap;
1325   unsigned Reg, SubReg, CopyDefReg, CopyDefSubReg;
1326   while (CpyRewriter->getNextRewritableSource(Reg, SubReg, CopyDefReg,
1327                                               CopyDefSubReg)) {
1328     // If a physical register is here, this is probably for a good reason.
1329     // Do not rewrite that.
1330     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(CopyDefReg))
1331       return false;
1332
1333     // If we do not know how to rewrite this definition, there is no point
1334     // in trying to kill this instruction.
1335     TargetInstrInfo::RegSubRegPair Def(CopyDefReg, CopyDefSubReg);
1336     if (!findNextSource(Def.Reg, Def.SubReg, RewriteMap))
1337       return false;
1338
1339     RewritePairs.push_back(Def);
1340   }
1341
1342   // The change is possible for all defs, do it.
1343   for (const auto &Def : RewritePairs) {
1344     // Rewrite the "copy" in a way the register coalescer understands.
1345     MachineInstr *NewCopy = CpyRewriter->RewriteSource(Def, RewriteMap);
1346     assert(NewCopy && "Should be able to always generate a new copy");
1347     LocalMIs.insert(NewCopy);
1348   }
1349
1350   // MI is now dead.
1351   MI->eraseFromParent();
1352   ++NumUncoalescableCopies;
1353   return true;
1354 }
1355
1356 /// Check whether MI is a candidate for folding into a later instruction.
1357 /// We only fold loads to virtual registers and the virtual register defined
1358 /// has a single use.
1359 bool PeepholeOptimizer::isLoadFoldable(
1360     MachineInstr *MI, SmallSet<unsigned, 16> &FoldAsLoadDefCandidates) {
1361   if (!MI->canFoldAsLoad() || !MI->mayLoad())
1362     return false;
1363   const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
1364   if (MCID.getNumDefs() != 1)
1365     return false;
1366
1367   unsigned Reg = MI->getOperand(0).getReg();
1368   // To reduce compilation time, we check MRI->hasOneNonDBGUse when inserting
1369   // loads. It should be checked when processing uses of the load, since
1370   // uses can be removed during peephole.
1371   if (!MI->getOperand(0).getSubReg() &&
1372       TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) &&
1373       MRI->hasOneNonDBGUse(Reg)) {
1374     FoldAsLoadDefCandidates.insert(Reg);
1375     return true;
1376   }
1377   return false;
1378 }
1379
1380 bool PeepholeOptimizer::isMoveImmediate(
1381     MachineInstr *MI, SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
1382     DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &ImmDefMIs) {
1383   const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
1384   if (!MI->isMoveImmediate())
1385     return false;
1386   if (MCID.getNumDefs() != 1)
1387     return false;
1388   unsigned Reg = MI->getOperand(0).getReg();
1389   if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg)) {
1390     ImmDefMIs.insert(std::make_pair(Reg, MI));
1391     ImmDefRegs.insert(Reg);
1392     return true;
1393   }
1394
1395   return false;
1396 }
1397
1398 /// Try folding register operands that are defined by move immediate
1399 /// instructions, i.e. a trivial constant folding optimization, if
1400 /// and only if the def and use are in the same BB.
1401 bool PeepholeOptimizer::foldImmediate(
1402     MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB, SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
1403     DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &ImmDefMIs) {
1404   for (unsigned i = 0, e = MI->getDesc().getNumOperands(); i != e; ++i) {
1405     MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
1406     if (!MO.isReg() || MO.isDef())
1407       continue;
1408     // Ignore dead implicit defs.
1409     if (MO.isImplicit() && MO.isDead())
1410       continue;
1411     unsigned Reg = MO.getReg();
1412     if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
1413       continue;
1414     if (ImmDefRegs.count(Reg) == 0)
1415       continue;
1416     DenseMap<unsigned, MachineInstr*>::iterator II = ImmDefMIs.find(Reg);
1417     assert(II != ImmDefMIs.end() && "couldn't find immediate definition");
1418     if (TII->FoldImmediate(*MI, *II->second, Reg, MRI)) {
1419       ++NumImmFold;
1420       return true;
1421     }
1422   }
1423   return false;
1424 }
1425
1426 // FIXME: This is very simple and misses some cases which should be handled when
1427 // motivating examples are found.
1428 //
1429 // The copy rewriting logic should look at uses as well as defs and be able to
1430 // eliminate copies across blocks.
1431 //
1432 // Later copies that are subregister extracts will also not be eliminated since
1433 // only the first copy is considered.
1434 //
1435 // e.g.
1436 // %vreg1 = COPY %vreg0
1437 // %vreg2 = COPY %vreg0:sub1
1438 //
1439 // Should replace %vreg2 uses with %vreg1:sub1
1440 bool PeepholeOptimizer::foldRedundantCopy(
1441     MachineInstr *MI, SmallSet<unsigned, 4> &CopySrcRegs,
1442     DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &CopyMIs) {
1443   assert(MI->isCopy() && "expected a COPY machine instruction");
1444
1445   unsigned SrcReg = MI->getOperand(1).getReg();
1446   if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg))
1447     return false;
1448
1449   unsigned DstReg = MI->getOperand(0).getReg();
1450   if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(DstReg))
1451     return false;
1452
1453   if (CopySrcRegs.insert(SrcReg).second) {
1454     // First copy of this reg seen.
1455     CopyMIs.insert(std::make_pair(SrcReg, MI));
1456     return false;
1457   }
1458
1459   MachineInstr *PrevCopy = CopyMIs.find(SrcReg)->second;
1460
1461   unsigned SrcSubReg = MI->getOperand(1).getSubReg();
1462   unsigned PrevSrcSubReg = PrevCopy->getOperand(1).getSubReg();
1463
1464   // Can't replace different subregister extracts.
1465   if (SrcSubReg != PrevSrcSubReg)
1466     return false;
1467
1468   unsigned PrevDstReg = PrevCopy->getOperand(0).getReg();
1469
1470   // Only replace if the copy register class is the same.
1471   //
1472   // TODO: If we have multiple copies to different register classes, we may want
1473   // to track multiple copies of the same source register.
1474   if (MRI->getRegClass(DstReg) != MRI->getRegClass(PrevDstReg))
1475     return false;
1476
1477   MRI->replaceRegWith(DstReg, PrevDstReg);
1478
1479   // Lifetime of the previous copy has been extended.
1480   MRI->clearKillFlags(PrevDstReg);
1481   return true;
1482 }
1483
1484 bool PeepholeOptimizer::isNAPhysCopy(unsigned Reg) {
1485   return TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg) &&
1486          !MRI->isAllocatable(Reg);
1487 }
1488
1489 bool PeepholeOptimizer::foldRedundantNAPhysCopy(
1490     MachineInstr *MI, DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &NAPhysToVirtMIs) {
1491   assert(MI->isCopy() && "expected a COPY machine instruction");
1492
1493   if (DisableNAPhysCopyOpt)
1494     return false;
1495
1496   unsigned DstReg = MI->getOperand(0).getReg();
1497   unsigned SrcReg = MI->getOperand(1).getReg();
1498   if (isNAPhysCopy(SrcReg) && TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(DstReg)) {
1499     // %vreg = COPY %PHYSREG
1500     // Avoid using a datastructure which can track multiple live non-allocatable
1501     // phys->virt copies since LLVM doesn't seem to do this.
1502     NAPhysToVirtMIs.insert({SrcReg, MI});
1503     return false;
1504   }
1505
1506   if (!(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg) && isNAPhysCopy(DstReg)))
1507     return false;
1508
1509   // %PHYSREG = COPY %vreg
1510   auto PrevCopy = NAPhysToVirtMIs.find(DstReg);
1511   if (PrevCopy == NAPhysToVirtMIs.end()) {
1512     // We can't remove the copy: there was an intervening clobber of the
1513     // non-allocatable physical register after the copy to virtual.
1514     DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: intervening clobber forbids erasing " << *MI
1515                  << '\n');
1516     return false;
1517   }
1518
1519   unsigned PrevDstReg = PrevCopy->second->getOperand(0).getReg();
1520   if (PrevDstReg == SrcReg) {
1521     // Remove the virt->phys copy: we saw the virtual register definition, and
1522     // the non-allocatable physical register's state hasn't changed since then.
1523     DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: erasing " << *MI << '\n');
1524     ++NumNAPhysCopies;
1525     return true;
1526   }
1527
1528   // Potential missed optimization opportunity: we saw a different virtual
1529   // register get a copy of the non-allocatable physical register, and we only
1530   // track one such copy. Avoid getting confused by this new non-allocatable
1531   // physical register definition, and remove it from the tracked copies.
1532   DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: missed opportunity " << *MI << '\n');
1533   NAPhysToVirtMIs.erase(PrevCopy);
1534   return false;
1535 }
1536
1537 /// \bried Returns true if \p MO is a virtual register operand.
1538 static bool isVirtualRegisterOperand(MachineOperand &MO) {
1539   if (!MO.isReg())
1540     return false;
1541   return TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg());
1542 }
1543
1544 bool PeepholeOptimizer::findTargetRecurrence(
1545     unsigned Reg, const SmallSet<unsigned, 2> &TargetRegs,
1546     RecurrenceCycle &RC) {
1547   // Recurrence found if Reg is in TargetRegs.
1548   if (TargetRegs.count(Reg))
1549     return true;
1550
1551   // TODO: Curerntly, we only allow the last instruction of the recurrence
1552   // cycle (the instruction that feeds the PHI instruction) to have more than
1553   // one uses to guarantee that commuting operands does not tie registers
1554   // with overlapping live range. Once we have actual live range info of
1555   // each register, this constraint can be relaxed.
1556   if (!MRI->hasOneNonDBGUse(Reg))
1557     return false;
1558
1559   // Give up if the reccurrence chain length is longer than the limit.
1560   if (RC.size() >= MaxRecurrenceChain)
1561     return false;
1562
1563   MachineInstr &MI = *(MRI->use_instr_nodbg_begin(Reg));
1564   unsigned Idx = MI.findRegisterUseOperandIdx(Reg);
1565
1566   // Only interested in recurrences whose instructions have only one def, which
1567   // is a virtual register.
1568   if (MI.getDesc().getNumDefs() != 1)
1569     return false;
1570
1571   MachineOperand &DefOp = MI.getOperand(0);
1572   if (!isVirtualRegisterOperand(DefOp))
1573     return false;
1574
1575   // Check if def operand of MI is tied to any use operand. We are only
1576   // interested in the case that all the instructions in the recurrence chain
1577   // have there def operand tied with one of the use operand.
1578   unsigned TiedUseIdx;
1579   if (!MI.isRegTiedToUseOperand(0, &TiedUseIdx))
1580     return false;
1581
1582   if (Idx == TiedUseIdx) {
1583     RC.push_back(RecurrenceInstr(&MI));
1584     return findTargetRecurrence(DefOp.getReg(), TargetRegs, RC);
1585   } else {
1586     // If Idx is not TiedUseIdx, check if Idx is commutable with TiedUseIdx.
1587     unsigned CommIdx = TargetInstrInfo::CommuteAnyOperandIndex;
1588     if (TII->findCommutedOpIndices(MI, Idx, CommIdx) && CommIdx == TiedUseIdx) {
1589       RC.push_back(RecurrenceInstr(&MI, Idx, CommIdx));
1590       return findTargetRecurrence(DefOp.getReg(), TargetRegs, RC);
1591     }
1592   }
1593
1594   return false;
1595 }
1596
1597 /// \brief Phi instructions will eventually be lowered to copy instructions. If
1598 /// phi is in a loop header, a recurrence may formulated around the source and
1599 /// destination of the phi. For such case commuting operands of the instructions
1600 /// in the recurrence may enable coalescing of the copy instruction generated
1601 /// from the phi. For example, if there is a recurrence of
1602 ///
1603 /// LoopHeader:
1604 ///   %vreg1 = phi(%vreg0, %vreg100)
1605 /// LoopLatch:
1606 ///   %vreg0<def, tied1> = ADD %vreg2<def, tied0>, %vreg1
1607 ///
1608 /// , the fact that vreg0 and vreg2 are in the same tied operands set makes
1609 /// the coalescing of copy instruction generated from the phi in
1610 /// LoopHeader(i.e. %vreg1 = COPY %vreg0) impossible, because %vreg1 and
1611 /// %vreg2 have overlapping live range. This introduces additional move
1612 /// instruction to the final assembly. However, if we commute %vreg2 and
1613 /// %vreg1 of ADD instruction, the redundant move instruction can be
1614 /// avoided.
1615 bool PeepholeOptimizer::optimizeRecurrence(MachineInstr &PHI) {
1616   SmallSet<unsigned, 2> TargetRegs;
1617   for (unsigned Idx = 1; Idx < PHI.getNumOperands(); Idx += 2) {
1618     MachineOperand &MO = PHI.getOperand(Idx);
1619     assert(isVirtualRegisterOperand(MO) && "Invalid PHI instruction");
1620     TargetRegs.insert(MO.getReg());
1621   }
1622
1623   bool Changed = false;
1624   RecurrenceCycle RC;
1625   if (findTargetRecurrence(PHI.getOperand(0).getReg(), TargetRegs, RC)) {
1626     // Commutes operands of instructions in RC if necessary so that the copy to
1627     // be generated from PHI can be coalesced.
1628     DEBUG(dbgs() << "Optimize recurrence chain from " << PHI);
1629     for (auto &RI : RC) {
1630       DEBUG(dbgs() << "\tInst: " << *(RI.getMI()));
1631       auto CP = RI.getCommutePair();
1632       if (CP) {
1633         Changed = true;
1634         TII->commuteInstruction(*(RI.getMI()), false, (*CP).first,
1635                                 (*CP).second);
1636         DEBUG(dbgs() << "\t\tCommuted: " << *(RI.getMI()));
1637       }
1638     }
1639   }
1640
1641   return Changed;
1642 }
1643
1644 bool PeepholeOptimizer::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
1645   if (skipFunction(*MF.getFunction()))
1646     return false;
1647
1648   DEBUG(dbgs() << "********** PEEPHOLE OPTIMIZER **********\n");
1649   DEBUG(dbgs() << "********** Function: " << MF.getName() << '\n');
1650
1651   if (DisablePeephole)
1652     return false;
1653
1654   TII = MF.getSubtarget().getInstrInfo();
1655   TRI = MF.getSubtarget().getRegisterInfo();
1656   MRI = &MF.getRegInfo();
1657   DT  = Aggressive ? &getAnalysis<MachineDominatorTree>() : nullptr;
1658   MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
1659
1660   bool Changed = false;
1661
1662   for (MachineBasicBlock &MBB : MF) {
1663     bool SeenMoveImm = false;
1664
1665     // During this forward scan, at some point it needs to answer the question
1666     // "given a pointer to an MI in the current BB, is it located before or
1667     // after the current instruction".
1668     // To perform this, the following set keeps track of the MIs already seen
1669     // during the scan, if a MI is not in the set, it is assumed to be located
1670     // after. Newly created MIs have to be inserted in the set as well.
1671     SmallPtrSet<MachineInstr*, 16> LocalMIs;
1672     SmallSet<unsigned, 4> ImmDefRegs;
1673     DenseMap<unsigned, MachineInstr*> ImmDefMIs;
1674     SmallSet<unsigned, 16> FoldAsLoadDefCandidates;
1675
1676     // Track when a non-allocatable physical register is copied to a virtual
1677     // register so that useless moves can be removed.
1678     //
1679     // %PHYSREG is the map index; MI is the last valid `%vreg = COPY %PHYSREG`
1680     // without any intervening re-definition of %PHYSREG.
1681     DenseMap<unsigned, MachineInstr *> NAPhysToVirtMIs;
1682
1683     // Set of virtual registers that are copied from.
1684     SmallSet<unsigned, 4> CopySrcRegs;
1685     DenseMap<unsigned, MachineInstr *> CopySrcMIs;
1686
1687     bool IsLoopHeader = MLI->isLoopHeader(&MBB);
1688
1689     for (MachineBasicBlock::iterator MII = MBB.begin(), MIE = MBB.end();
1690          MII != MIE; ) {
1691       MachineInstr *MI = &*MII;
1692       // We may be erasing MI below, increment MII now.
1693       ++MII;
1694       LocalMIs.insert(MI);
1695
1696       // Skip debug values. They should not affect this peephole optimization.
1697       if (MI->isDebugValue())
1698           continue;
1699
1700       if (MI->isPosition())
1701         continue;
1702
1703       if (IsLoopHeader && MI->isPHI()) {
1704         if (optimizeRecurrence(*MI)) {
1705           Changed = true;
1706           continue;
1707         }
1708       }
1709
1710       if (!MI->isCopy()) {
1711         for (const auto &Op : MI->operands()) {
1712           // Visit all operands: definitions can be implicit or explicit.
1713           if (Op.isReg()) {
1714             unsigned Reg = Op.getReg();
1715             if (Op.isDef() && isNAPhysCopy(Reg)) {
1716               const auto &Def = NAPhysToVirtMIs.find(Reg);
1717               if (Def != NAPhysToVirtMIs.end()) {
1718                 // A new definition of the non-allocatable physical register
1719                 // invalidates previous copies.
1720                 DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: invalidating because of " << *MI
1721                              << '\n');
1722                 NAPhysToVirtMIs.erase(Def);
1723               }
1724             }
1725           } else if (Op.isRegMask()) {
1726             const uint32_t *RegMask = Op.getRegMask();
1727             for (auto &RegMI : NAPhysToVirtMIs) {
1728               unsigned Def = RegMI.first;
1729               if (MachineOperand::clobbersPhysReg(RegMask, Def)) {
1730                 DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: invalidating because of " << *MI
1731                              << '\n');
1732                 NAPhysToVirtMIs.erase(Def);
1733               }
1734             }
1735           }
1736         }
1737       }
1738
1739       if (MI->isImplicitDef() || MI->isKill())
1740         continue;
1741
1742       if (MI->isInlineAsm() || MI->hasUnmodeledSideEffects()) {
1743         // Blow away all non-allocatable physical registers knowledge since we
1744         // don't know what's correct anymore.
1745         //
1746         // FIXME: handle explicit asm clobbers.
1747         DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: blowing away all info due to " << *MI
1748                      << '\n');
1749         NAPhysToVirtMIs.clear();
1750       }
1751
1752       if ((isUncoalescableCopy(*MI) &&
1753            optimizeUncoalescableCopy(MI, LocalMIs)) ||
1754           (MI->isCompare() && optimizeCmpInstr(MI, &MBB)) ||
1755           (MI->isSelect() && optimizeSelect(MI, LocalMIs))) {
1756         // MI is deleted.
1757         LocalMIs.erase(MI);
1758         Changed = true;
1759         continue;
1760       }
1761
1762       if (MI->isConditionalBranch() && optimizeCondBranch(MI)) {
1763         Changed = true;
1764         continue;
1765       }
1766
1767       if (isCoalescableCopy(*MI) && optimizeCoalescableCopy(MI)) {
1768         // MI is just rewritten.
1769         Changed = true;
1770         continue;
1771       }
1772
1773       if (MI->isCopy() &&
1774           (foldRedundantCopy(MI, CopySrcRegs, CopySrcMIs) ||
1775            foldRedundantNAPhysCopy(MI, NAPhysToVirtMIs))) {
1776         LocalMIs.erase(MI);
1777         MI->eraseFromParent();
1778         Changed = true;
1779         continue;
1780       }
1781
1782       if (isMoveImmediate(MI, ImmDefRegs, ImmDefMIs)) {
1783         SeenMoveImm = true;
1784       } else {
1785         Changed |= optimizeExtInstr(MI, &MBB, LocalMIs);
1786         // optimizeExtInstr might have created new instructions after MI
1787         // and before the already incremented MII. Adjust MII so that the
1788         // next iteration sees the new instructions.
1789         MII = MI;
1790         ++MII;
1791         if (SeenMoveImm)
1792           Changed |= foldImmediate(MI, &MBB, ImmDefRegs, ImmDefMIs);
1793       }
1794
1795       // Check whether MI is a load candidate for folding into a later
1796       // instruction. If MI is not a candidate, check whether we can fold an
1797       // earlier load into MI.
1798       if (!isLoadFoldable(MI, FoldAsLoadDefCandidates) &&
1799           !FoldAsLoadDefCandidates.empty()) {
1800
1801         // We visit each operand even after successfully folding a previous
1802         // one.  This allows us to fold multiple loads into a single
1803         // instruction.  We do assume that optimizeLoadInstr doesn't insert
1804         // foldable uses earlier in the argument list.  Since we don't restart
1805         // iteration, we'd miss such cases.
1806         const MCInstrDesc &MIDesc = MI->getDesc();
1807         for (unsigned i = MIDesc.getNumDefs(); i != MI->getNumOperands();
1808              ++i) {
1809           const MachineOperand &MOp = MI->getOperand(i);
1810           if (!MOp.isReg())
1811             continue;
1812           unsigned FoldAsLoadDefReg = MOp.getReg();
1813           if (FoldAsLoadDefCandidates.count(FoldAsLoadDefReg)) {
1814             // We need to fold load after optimizeCmpInstr, since
1815             // optimizeCmpInstr can enable folding by converting SUB to CMP.
1816             // Save FoldAsLoadDefReg because optimizeLoadInstr() resets it and
1817             // we need it for markUsesInDebugValueAsUndef().
1818             unsigned FoldedReg = FoldAsLoadDefReg;
1819             MachineInstr *DefMI = nullptr;
1820             if (MachineInstr *FoldMI =
1821                     TII->optimizeLoadInstr(*MI, MRI, FoldAsLoadDefReg, DefMI)) {
1822               // Update LocalMIs since we replaced MI with FoldMI and deleted
1823               // DefMI.
1824               DEBUG(dbgs() << "Replacing: " << *MI);
1825               DEBUG(dbgs() << "     With: " << *FoldMI);
1826               LocalMIs.erase(MI);
1827               LocalMIs.erase(DefMI);
1828               LocalMIs.insert(FoldMI);
1829               MI->eraseFromParent();
1830               DefMI->eraseFromParent();
1831               MRI->markUsesInDebugValueAsUndef(FoldedReg);
1832               FoldAsLoadDefCandidates.erase(FoldedReg);
1833               ++NumLoadFold;
1834
1835               // MI is replaced with FoldMI so we can continue trying to fold
1836               Changed = true;
1837               MI = FoldMI;
1838             }
1839           }
1840         }
1841       }
1842
1843       // If we run into an instruction we can't fold across, discard
1844       // the load candidates.  Note: We might be able to fold *into* this
1845       // instruction, so this needs to be after the folding logic.
1846       if (MI->isLoadFoldBarrier()) {
1847         DEBUG(dbgs() << "Encountered load fold barrier on " << *MI << "\n");
1848         FoldAsLoadDefCandidates.clear();
1849       }
1850
1851     }
1852   }
1853
1854   return Changed;
1855 }
1856
1857 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromCopy() {
1858   assert(Def->isCopy() && "Invalid definition");
1859   // Copy instruction are supposed to be: Def = Src.
1860   // If someone breaks this assumption, bad things will happen everywhere.
1861   assert(Def->getNumOperands() == 2 && "Invalid number of operands");
1862
1863   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg() != DefSubReg)
1864     // If we look for a different subreg, it means we want a subreg of src.
1865     // Bails as we do not support composing subregs yet.
1866     return ValueTrackerResult();
1867   // Otherwise, we want the whole source.
1868   const MachineOperand &Src = Def->getOperand(1);
1869   return ValueTrackerResult(Src.getReg(), Src.getSubReg());
1870 }
1871
1872 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromBitcast() {
1873   assert(Def->isBitcast() && "Invalid definition");
1874
1875   // Bail if there are effects that a plain copy will not expose.
1876   if (Def->hasUnmodeledSideEffects())
1877     return ValueTrackerResult();
1878
1879   // Bitcasts with more than one def are not supported.
1880   if (Def->getDesc().getNumDefs() != 1)
1881     return ValueTrackerResult();
1882   const MachineOperand DefOp = Def->getOperand(DefIdx);
1883   if (DefOp.getSubReg() != DefSubReg)
1884     // If we look for a different subreg, it means we want a subreg of the src.
1885     // Bails as we do not support composing subregs yet.
1886     return ValueTrackerResult();
1887
1888   unsigned SrcIdx = Def->getNumOperands();
1889   for (unsigned OpIdx = DefIdx + 1, EndOpIdx = SrcIdx; OpIdx != EndOpIdx;
1890        ++OpIdx) {
1891     const MachineOperand &MO = Def->getOperand(OpIdx);
1892     if (!MO.isReg() || !MO.getReg())
1893       continue;
1894     // Ignore dead implicit defs.
1895     if (MO.isImplicit() && MO.isDead())
1896       continue;
1897     assert(!MO.isDef() && "We should have skipped all the definitions by now");
1898     if (SrcIdx != EndOpIdx)
1899       // Multiple sources?
1900       return ValueTrackerResult();
1901     SrcIdx = OpIdx;
1902   }
1903
1904   // Stop when any user of the bitcast is a SUBREG_TO_REG, replacing with a COPY
1905   // will break the assumed guarantees for the upper bits.
1906   for (const MachineInstr &UseMI : MRI.use_nodbg_instructions(DefOp.getReg())) {
1907     if (UseMI.isSubregToReg())
1908       return ValueTrackerResult();
1909   }
1910
1911   const MachineOperand &Src = Def->getOperand(SrcIdx);
1912   return ValueTrackerResult(Src.getReg(), Src.getSubReg());
1913 }
1914
1915 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromRegSequence() {
1916   assert((Def->isRegSequence() || Def->isRegSequenceLike()) &&
1917          "Invalid definition");
1918
1919   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg())
1920     // If we are composing subregs, bail out.
1921     // The case we are checking is Def.<subreg> = REG_SEQUENCE.
1922     // This should almost never happen as the SSA property is tracked at
1923     // the register level (as opposed to the subreg level).
1924     // I.e.,
1925     // Def.sub0 =
1926     // Def.sub1 =
1927     // is a valid SSA representation for Def.sub0 and Def.sub1, but not for
1928     // Def. Thus, it must not be generated.
1929     // However, some code could theoretically generates a single
1930     // Def.sub0 (i.e, not defining the other subregs) and we would
1931     // have this case.
1932     // If we can ascertain (or force) that this never happens, we could
1933     // turn that into an assertion.
1934     return ValueTrackerResult();
1935
1936   if (!TII)
1937     // We could handle the REG_SEQUENCE here, but we do not want to
1938     // duplicate the code from the generic TII.
1939     return ValueTrackerResult();
1940
1941   SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPairAndIdx, 8> RegSeqInputRegs;
1942   if (!TII->getRegSequenceInputs(*Def, DefIdx, RegSeqInputRegs))
1943     return ValueTrackerResult();
1944
1945   // We are looking at:
1946   // Def = REG_SEQUENCE v0, sub0, v1, sub1, ...
1947   // Check if one of the operand defines the subreg we are interested in.
1948   for (auto &RegSeqInput : RegSeqInputRegs) {
1949     if (RegSeqInput.SubIdx == DefSubReg) {
1950       if (RegSeqInput.SubReg)
1951         // Bail if we have to compose sub registers.
1952         return ValueTrackerResult();
1953
1954       return ValueTrackerResult(RegSeqInput.Reg, RegSeqInput.SubReg);
1955     }
1956   }
1957
1958   // If the subreg we are tracking is super-defined by another subreg,
1959   // we could follow this value. However, this would require to compose
1960   // the subreg and we do not do that for now.
1961   return ValueTrackerResult();
1962 }
1963
1964 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromInsertSubreg() {
1965   assert((Def->isInsertSubreg() || Def->isInsertSubregLike()) &&
1966          "Invalid definition");
1967
1968   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg())
1969     // If we are composing subreg, bail out.
1970     // Same remark as getNextSourceFromRegSequence.
1971     // I.e., this may be turned into an assert.
1972     return ValueTrackerResult();
1973
1974   if (!TII)
1975     // We could handle the REG_SEQUENCE here, but we do not want to
1976     // duplicate the code from the generic TII.
1977     return ValueTrackerResult();
1978
1979   TargetInstrInfo::RegSubRegPair BaseReg;
1980   TargetInstrInfo::RegSubRegPairAndIdx InsertedReg;
1981   if (!TII->getInsertSubregInputs(*Def, DefIdx, BaseReg, InsertedReg))
1982     return ValueTrackerResult();
1983
1984   // We are looking at:
1985   // Def = INSERT_SUBREG v0, v1, sub1
1986   // There are two cases:
1987   // 1. DefSubReg == sub1, get v1.
1988   // 2. DefSubReg != sub1, the value may be available through v0.
1989
1990   // #1 Check if the inserted register matches the required sub index.
1991   if (InsertedReg.SubIdx == DefSubReg) {
1992     return ValueTrackerResult(InsertedReg.Reg, InsertedReg.SubReg);
1993   }
1994   // #2 Otherwise, if the sub register we are looking for is not partial
1995   // defined by the inserted element, we can look through the main
1996   // register (v0).
1997   const MachineOperand &MODef = Def->getOperand(DefIdx);
1998   // If the result register (Def) and the base register (v0) do not
1999   // have the same register class or if we have to compose
2000   // subregisters, bail out.
2001   if (MRI.getRegClass(MODef.getReg()) != MRI.getRegClass(BaseReg.Reg) ||
2002       BaseReg.SubReg)
2003     return ValueTrackerResult();
2004
2005   // Get the TRI and check if the inserted sub-register overlaps with the
2006   // sub-register we are tracking.
2007   const TargetRegisterInfo *TRI = MRI.getTargetRegisterInfo();
2008   if (!TRI ||
2009       !(TRI->getSubRegIndexLaneMask(DefSubReg) &
2010         TRI->getSubRegIndexLaneMask(InsertedReg.SubIdx)).none())
2011     return ValueTrackerResult();
2012   // At this point, the value is available in v0 via the same subreg
2013   // we used for Def.
2014   return ValueTrackerResult(BaseReg.Reg, DefSubReg);
2015 }
2016
2017 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromExtractSubreg() {
2018   assert((Def->isExtractSubreg() ||
2019           Def->isExtractSubregLike()) && "Invalid definition");
2020   // We are looking at:
2021   // Def = EXTRACT_SUBREG v0, sub0
2022
2023   // Bail if we have to compose sub registers.
2024   // Indeed, if DefSubReg != 0, we would have to compose it with sub0.
2025   if (DefSubReg)
2026     return ValueTrackerResult();
2027
2028   if (!TII)
2029     // We could handle the EXTRACT_SUBREG here, but we do not want to
2030     // duplicate the code from the generic TII.
2031     return ValueTrackerResult();
2032
2033   TargetInstrInfo::RegSubRegPairAndIdx ExtractSubregInputReg;
2034   if (!TII->getExtractSubregInputs(*Def, DefIdx, ExtractSubregInputReg))
2035     return ValueTrackerResult();
2036
2037   // Bail if we have to compose sub registers.
2038   // Likewise, if v0.subreg != 0, we would have to compose v0.subreg with sub0.
2039   if (ExtractSubregInputReg.SubReg)
2040     return ValueTrackerResult();
2041   // Otherwise, the value is available in the v0.sub0.
2042   return ValueTrackerResult(ExtractSubregInputReg.Reg,
2043                             ExtractSubregInputReg.SubIdx);
2044 }
2045
2046 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromSubregToReg() {
2047   assert(Def->isSubregToReg() && "Invalid definition");
2048   // We are looking at:
2049   // Def = SUBREG_TO_REG Imm, v0, sub0
2050
2051   // Bail if we have to compose sub registers.
2052   // If DefSubReg != sub0, we would have to check that all the bits
2053   // we track are included in sub0 and if yes, we would have to
2054   // determine the right subreg in v0.
2055   if (DefSubReg != Def->getOperand(3).getImm())
2056     return ValueTrackerResult();
2057   // Bail if we have to compose sub registers.
2058   // Likewise, if v0.subreg != 0, we would have to compose it with sub0.
2059   if (Def->getOperand(2).getSubReg())
2060     return ValueTrackerResult();
2061
2062   return ValueTrackerResult(Def->getOperand(2).getReg(),
2063                             Def->getOperand(3).getImm());
2064 }
2065
2066 /// \brief Explore each PHI incoming operand and return its sources
2067 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromPHI() {
2068   assert(Def->isPHI() && "Invalid definition");
2069   ValueTrackerResult Res;
2070
2071   // If we look for a different subreg, bail as we do not support composing
2072   // subregs yet.
2073   if (Def->getOperand(0).getSubReg() != DefSubReg)
2074     return ValueTrackerResult();
2075
2076   // Return all register sources for PHI instructions.
2077   for (unsigned i = 1, e = Def->getNumOperands(); i < e; i += 2) {
2078     auto &MO = Def->getOperand(i);
2079     assert(MO.isReg() && "Invalid PHI instruction");
2080     Res.addSource(MO.getReg(), MO.getSubReg());
2081   }
2082
2083   return Res;
2084 }
2085
2086 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceImpl() {
2087   assert(Def && "This method needs a valid definition");
2088
2089   assert(((Def->getOperand(DefIdx).isDef() &&
2090            (DefIdx < Def->getDesc().getNumDefs() ||
2091             Def->getDesc().isVariadic())) ||
2092           Def->getOperand(DefIdx).isImplicit()) &&
2093          "Invalid DefIdx");
2094   if (Def->isCopy())
2095     return getNextSourceFromCopy();
2096   if (Def->isBitcast())
2097     return getNextSourceFromBitcast();
2098   // All the remaining cases involve "complex" instructions.
2099   // Bail if we did not ask for the advanced tracking.
2100   if (!UseAdvancedTracking)
2101     return ValueTrackerResult();
2102   if (Def->isRegSequence() || Def->isRegSequenceLike())
2103     return getNextSourceFromRegSequence();
2104   if (Def->isInsertSubreg() || Def->isInsertSubregLike())
2105     return getNextSourceFromInsertSubreg();
2106   if (Def->isExtractSubreg() || Def->isExtractSubregLike())
2107     return getNextSourceFromExtractSubreg();
2108   if (Def->isSubregToReg())
2109     return getNextSourceFromSubregToReg();
2110   if (Def->isPHI())
2111     return getNextSourceFromPHI();
2112   return ValueTrackerResult();
2113 }
2114
2115 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSource() {
2116   // If we reach a point where we cannot move up in the use-def chain,
2117   // there is nothing we can get.
2118   if (!Def)
2119     return ValueTrackerResult();
2120
2121   ValueTrackerResult Res = getNextSourceImpl();
2122   if (Res.isValid()) {
2123     // Update definition, definition index, and subregister for the
2124     // next call of getNextSource.
2125     // Update the current register.
2126     bool OneRegSrc = Res.getNumSources() == 1;
2127     if (OneRegSrc)
2128       Reg = Res.getSrcReg(0);
2129     // Update the result before moving up in the use-def chain
2130     // with the instruction containing the last found sources.
2131     Res.setInst(Def);
2132
2133     // If we can still move up in the use-def chain, move to the next
2134     // definition.
2135     if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg) && OneRegSrc) {
2136       Def = MRI.getVRegDef(Reg);
2137       DefIdx = MRI.def_begin(Reg).getOperandNo();
2138       DefSubReg = Res.getSrcSubReg(0);
2139       return Res;
2140     }
2141   }
2142   // If we end up here, this means we will not be able to find another source
2143   // for the next iteration. Make sure any new call to getNextSource bails out
2144   // early by cutting the use-def chain.
2145   Def = nullptr;
2146   return Res;
2147 }