contrib/llvm/lib/Transforms/Utils/CodeExtractor.cpp

   1 //===- CodeExtractor.cpp - Pull code region into a new function -----------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file implements the interface to tear out a code region, such as an
  11 // individual loop or a parallel section, into a new function, replacing it with
  12 // a call to the new function.
  13 //
  14 //===----------------------------------------------------------------------===//
  15
  16 #include "llvm/Transforms/Utils/CodeExtractor.h"
  17 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  18 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
  19 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
  20 #include "llvm/Analysis/BlockFrequencyInfo.h"
  21 #include "llvm/Analysis/BlockFrequencyInfoImpl.h"
  22 #include "llvm/Analysis/BranchProbabilityInfo.h"
  23 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
  24 #include "llvm/Analysis/RegionInfo.h"
  25 #include "llvm/Analysis/RegionIterator.h"
  26 #include "llvm/IR/Constants.h"
  27 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
  28 #include "llvm/IR/Dominators.h"
  29 #include "llvm/IR/Instructions.h"
  30 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
  31 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
  32 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
  33 #include "llvm/IR/Module.h"
  34 #include "llvm/IR/Verifier.h"
  35 #include "llvm/Pass.h"
  36 #include "llvm/Support/BlockFrequency.h"
  37 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  38 #include "llvm/Support/Debug.h"
  39 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  40 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  41 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
  42 #include <algorithm>
  43 #include <set>
  44 using namespace llvm;
  45
  46 #define DEBUG_TYPE "code-extractor"
  47
  48 // Provide a command-line option to aggregate function arguments into a struct
  49 // for functions produced by the code extractor. This is useful when converting
  50 // extracted functions to pthread-based code, as only one argument (void*) can
  51 // be passed in to pthread_create().
  52 static cl::opt<bool>
  53 AggregateArgsOpt("aggregate-extracted-args", cl::Hidden,
  54                  cl::desc("Aggregate arguments to code-extracted functions"));
  55
  56 /// \brief Test whether a block is valid for extraction.
  57 bool CodeExtractor::isBlockValidForExtraction(const BasicBlock &BB) {
  58   // Landing pads must be in the function where they were inserted for cleanup.
  59   if (BB.isEHPad())
  60     return false;
  61
  62   // Don't hoist code containing allocas, invokes, or vastarts.
  63   for (BasicBlock::const_iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I) {
  64     if (isa<AllocaInst>(I) || isa<InvokeInst>(I))
  65       return false;
  66     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
  67       if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
  68         if (F->getIntrinsicID() == Intrinsic::vastart)
  69           return false;
  70   }
  71
  72   return true;
  73 }
  74
  75 /// \brief Build a set of blocks to extract if the input blocks are viable.
  76 template <typename IteratorT>
  77 static SetVector<BasicBlock *> buildExtractionBlockSet(IteratorT BBBegin,
  78                                                        IteratorT BBEnd) {
  79   SetVector<BasicBlock *> Result;
  80
  81   assert(BBBegin != BBEnd);
  82
  83   // Loop over the blocks, adding them to our set-vector, and aborting with an
  84   // empty set if we encounter invalid blocks.
  85   do {
  86     if (!Result.insert(*BBBegin))
  87       llvm_unreachable("Repeated basic blocks in extraction input");
  88
  89     if (!CodeExtractor::isBlockValidForExtraction(**BBBegin)) {
  90       Result.clear();
  91       return Result;
  92     }
  93   } while (++BBBegin != BBEnd);
  94
  95 #ifndef NDEBUG
  96   for (SetVector<BasicBlock *>::iterator I = std::next(Result.begin()),
  97                                          E = Result.end();
  98        I != E; ++I)
  99     for (pred_iterator PI = pred_begin(*I), PE = pred_end(*I);
 100          PI != PE; ++PI)
 101       assert(Result.count(*PI) &&
 102              "No blocks in this region may have entries from outside the region"
 103              " except for the first block!");
 104 #endif
 105
 106   return Result;
 107 }
 108
 109 /// \brief Helper to call buildExtractionBlockSet with an ArrayRef.
 110 static SetVector<BasicBlock *>
 111 buildExtractionBlockSet(ArrayRef<BasicBlock *> BBs) {
 112   return buildExtractionBlockSet(BBs.begin(), BBs.end());
 113 }
 114
 115 /// \brief Helper to call buildExtractionBlockSet with a RegionNode.
 116 static SetVector<BasicBlock *>
 117 buildExtractionBlockSet(const RegionNode &RN) {
 118   if (!RN.isSubRegion())
 119     // Just a single BasicBlock.
 120     return buildExtractionBlockSet(RN.getNodeAs<BasicBlock>());
 121
 122   const Region &R = *RN.getNodeAs<Region>();
 123
 124   return buildExtractionBlockSet(R.block_begin(), R.block_end());
 125 }
 126
 127 CodeExtractor::CodeExtractor(BasicBlock *BB, bool AggregateArgs,
 128                              BlockFrequencyInfo *BFI,
 129                              BranchProbabilityInfo *BPI)
 130     : DT(nullptr), AggregateArgs(AggregateArgs || AggregateArgsOpt), BFI(BFI),
 131       BPI(BPI), Blocks(buildExtractionBlockSet(BB)), NumExitBlocks(~0U) {}
 132
 133 CodeExtractor::CodeExtractor(ArrayRef<BasicBlock *> BBs, DominatorTree *DT,
 134                              bool AggregateArgs, BlockFrequencyInfo *BFI,
 135                              BranchProbabilityInfo *BPI)
 136     : DT(DT), AggregateArgs(AggregateArgs || AggregateArgsOpt), BFI(BFI),
 137       BPI(BPI), Blocks(buildExtractionBlockSet(BBs)), NumExitBlocks(~0U) {}
 138
 139 CodeExtractor::CodeExtractor(DominatorTree &DT, Loop &L, bool AggregateArgs,
 140                              BlockFrequencyInfo *BFI,
 141                              BranchProbabilityInfo *BPI)
 142     : DT(&DT), AggregateArgs(AggregateArgs || AggregateArgsOpt), BFI(BFI),
 143       BPI(BPI), Blocks(buildExtractionBlockSet(L.getBlocks())),
 144       NumExitBlocks(~0U) {}
 145
 146 CodeExtractor::CodeExtractor(DominatorTree &DT, const RegionNode &RN,
 147                              bool AggregateArgs, BlockFrequencyInfo *BFI,
 148                              BranchProbabilityInfo *BPI)
 149     : DT(&DT), AggregateArgs(AggregateArgs || AggregateArgsOpt), BFI(BFI),
 150       BPI(BPI), Blocks(buildExtractionBlockSet(RN)), NumExitBlocks(~0U) {}
 151
 152 /// definedInRegion - Return true if the specified value is defined in the
 153 /// extracted region.
 154 static bool definedInRegion(const SetVector<BasicBlock *> &Blocks, Value *V) {
 155   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 156     if (Blocks.count(I->getParent()))
 157       return true;
 158   return false;
 159 }
 160
 161 /// definedInCaller - Return true if the specified value is defined in the
 162 /// function being code extracted, but not in the region being extracted.
 163 /// These values must be passed in as live-ins to the function.
 164 static bool definedInCaller(const SetVector<BasicBlock *> &Blocks, Value *V) {
 165   if (isa<Argument>(V)) return true;
 166   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 167     if (!Blocks.count(I->getParent()))
 168       return true;
 169   return false;
 170 }
 171
 172 void CodeExtractor::findInputsOutputs(ValueSet &Inputs,
 173                                       ValueSet &Outputs) const {
 174   for (BasicBlock *BB : Blocks) {
 175     // If a used value is defined outside the region, it's an input.  If an
 176     // instruction is used outside the region, it's an output.
 177     for (Instruction &II : *BB) {
 178       for (User::op_iterator OI = II.op_begin(), OE = II.op_end(); OI != OE;
 179            ++OI)
 180         if (definedInCaller(Blocks, *OI))
 181           Inputs.insert(*OI);
 182
 183       for (User *U : II.users())
 184         if (!definedInRegion(Blocks, U)) {
 185           Outputs.insert(&II);
 186           break;
 187         }
 188     }
 189   }
 190 }
 191
 192 /// severSplitPHINodes - If a PHI node has multiple inputs from outside of the
 193 /// region, we need to split the entry block of the region so that the PHI node
 194 /// is easier to deal with.
 195 void CodeExtractor::severSplitPHINodes(BasicBlock *&Header) {
 196   unsigned NumPredsFromRegion = 0;
 197   unsigned NumPredsOutsideRegion = 0;
 198
 199   if (Header != &Header->getParent()->getEntryBlock()) {
 200     PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Header->begin());
 201     if (!PN) return;  // No PHI nodes.
 202
 203     // If the header node contains any PHI nodes, check to see if there is more
 204     // than one entry from outside the region.  If so, we need to sever the
 205     // header block into two.
 206     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 207       if (Blocks.count(PN->getIncomingBlock(i)))
 208         ++NumPredsFromRegion;
 209       else
 210         ++NumPredsOutsideRegion;
 211
 212     // If there is one (or fewer) predecessor from outside the region, we don't
 213     // need to do anything special.
 214     if (NumPredsOutsideRegion <= 1) return;
 215   }
 216
 217   // Otherwise, we need to split the header block into two pieces: one
 218   // containing PHI nodes merging values from outside of the region, and a
 219   // second that contains all of the code for the block and merges back any
 220   // incoming values from inside of the region.
 221   BasicBlock::iterator AfterPHIs = Header->getFirstNonPHI()->getIterator();
 222   BasicBlock *NewBB = Header->splitBasicBlock(AfterPHIs,
 223                                               Header->getName()+".ce");
 224
 225   // We only want to code extract the second block now, and it becomes the new
 226   // header of the region.
 227   BasicBlock *OldPred = Header;
 228   Blocks.remove(OldPred);
 229   Blocks.insert(NewBB);
 230   Header = NewBB;
 231
 232   // Okay, update dominator sets. The blocks that dominate the new one are the
 233   // blocks that dominate TIBB plus the new block itself.
 234   if (DT)
 235     DT->splitBlock(NewBB);
 236
 237   // Okay, now we need to adjust the PHI nodes and any branches from within the
 238   // region to go to the new header block instead of the old header block.
 239   if (NumPredsFromRegion) {
 240     PHINode *PN = cast<PHINode>(OldPred->begin());
 241     // Loop over all of the predecessors of OldPred that are in the region,
 242     // changing them to branch to NewBB instead.
 243     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 244       if (Blocks.count(PN->getIncomingBlock(i))) {
 245         TerminatorInst *TI = PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
 246         TI->replaceUsesOfWith(OldPred, NewBB);
 247       }
 248
 249     // Okay, everything within the region is now branching to the right block, we
 250     // just have to update the PHI nodes now, inserting PHI nodes into NewBB.
 251     for (AfterPHIs = OldPred->begin(); isa<PHINode>(AfterPHIs); ++AfterPHIs) {
 252       PHINode *PN = cast<PHINode>(AfterPHIs);
 253       // Create a new PHI node in the new region, which has an incoming value
 254       // from OldPred of PN.
 255       PHINode *NewPN = PHINode::Create(PN->getType(), 1 + NumPredsFromRegion,
 256                                        PN->getName() + ".ce", &NewBB->front());
 257       NewPN->addIncoming(PN, OldPred);
 258
 259       // Loop over all of the incoming value in PN, moving them to NewPN if they
 260       // are from the extracted region.
 261       for (unsigned i = 0; i != PN->getNumIncomingValues(); ++i) {
 262         if (Blocks.count(PN->getIncomingBlock(i))) {
 263           NewPN->addIncoming(PN->getIncomingValue(i), PN->getIncomingBlock(i));
 264           PN->removeIncomingValue(i);
 265           --i;
 266         }
 267       }
 268     }
 269   }
 270 }
 271
 272 void CodeExtractor::splitReturnBlocks() {
 273   for (BasicBlock *Block : Blocks)
 274     if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(Block->getTerminator())) {
 275       BasicBlock *New =
 276           Block->splitBasicBlock(RI->getIterator(), Block->getName() + ".ret");
 277       if (DT) {
 278         // Old dominates New. New node dominates all other nodes dominated
 279         // by Old.
 280         DomTreeNode *OldNode = DT->getNode(Block);
 281         SmallVector<DomTreeNode *, 8> Children(OldNode->begin(),
 282                                                OldNode->end());
 283
 284         DomTreeNode *NewNode = DT->addNewBlock(New, Block);
 285
 286         for (DomTreeNode *I : Children)
 287           DT->changeImmediateDominator(I, NewNode);
 288       }
 289     }
 290 }
 291
 292 /// constructFunction - make a function based on inputs and outputs, as follows:
 293 /// f(in0, ..., inN, out0, ..., outN)
 294 ///
 295 Function *CodeExtractor::constructFunction(const ValueSet &inputs,
 296                                            const ValueSet &outputs,
 297                                            BasicBlock *header,
 298                                            BasicBlock *newRootNode,
 299                                            BasicBlock *newHeader,
 300                                            Function *oldFunction,
 301                                            Module *M) {
 302   DEBUG(dbgs() << "inputs: " << inputs.size() << "\n");
 303   DEBUG(dbgs() << "outputs: " << outputs.size() << "\n");
 304
 305   // This function returns unsigned, outputs will go back by reference.
 306   switch (NumExitBlocks) {
 307   case 0:
 308   case 1: RetTy = Type::getVoidTy(header->getContext()); break;
 309   case 2: RetTy = Type::getInt1Ty(header->getContext()); break;
 310   default: RetTy = Type::getInt16Ty(header->getContext()); break;
 311   }
 312
 313   std::vector<Type*> paramTy;
 314
 315   // Add the types of the input values to the function's argument list
 316   for (Value *value : inputs) {
 317     DEBUG(dbgs() << "value used in func: " << *value << "\n");
 318     paramTy.push_back(value->getType());
 319   }
 320
 321   // Add the types of the output values to the function's argument list.
 322   for (Value *output : outputs) {
 323     DEBUG(dbgs() << "instr used in func: " << *output << "\n");
 324     if (AggregateArgs)
 325       paramTy.push_back(output->getType());
 326     else
 327       paramTy.push_back(PointerType::getUnqual(output->getType()));
 328   }
 329
 330   DEBUG({
 331     dbgs() << "Function type: " << *RetTy << " f(";
 332     for (Type *i : paramTy)
 333       dbgs() << *i << ", ";
 334     dbgs() << ")\n";
 335   });
 336
 337   StructType *StructTy;
 338   if (AggregateArgs && (inputs.size() + outputs.size() > 0)) {
 339     StructTy = StructType::get(M->getContext(), paramTy);
 340     paramTy.clear();
 341     paramTy.push_back(PointerType::getUnqual(StructTy));
 342   }
 343   FunctionType *funcType =
 344                   FunctionType::get(RetTy, paramTy, false);
 345
 346   // Create the new function
 347   Function *newFunction = Function::Create(funcType,
 348                                            GlobalValue::InternalLinkage,
 349                                            oldFunction->getName() + "_" +
 350                                            header->getName(), M);
 351   // If the old function is no-throw, so is the new one.
 352   if (oldFunction->doesNotThrow())
 353     newFunction->setDoesNotThrow();
 354
 355   // Inherit the uwtable attribute if we need to.
 356   if (oldFunction->hasUWTable())
 357     newFunction->setHasUWTable();
 358
 359   // Inherit all of the target dependent attributes.
 360   //  (e.g. If the extracted region contains a call to an x86.sse
 361   //  instruction we need to make sure that the extracted region has the
 362   //  "target-features" attribute allowing it to be lowered.
 363   // FIXME: This should be changed to check to see if a specific
 364   //           attribute can not be inherited.
 365   AttrBuilder AB(oldFunction->getAttributes().getFnAttributes());
 366   for (const auto &Attr : AB.td_attrs())
 367     newFunction->addFnAttr(Attr.first, Attr.second);
 368
 369   newFunction->getBasicBlockList().push_back(newRootNode);
 370
 371   // Create an iterator to name all of the arguments we inserted.
 372   Function::arg_iterator AI = newFunction->arg_begin();
 373
 374   // Rewrite all users of the inputs in the extracted region to use the
 375   // arguments (or appropriate addressing into struct) instead.
 376   for (unsigned i = 0, e = inputs.size(); i != e; ++i) {
 377     Value *RewriteVal;
 378     if (AggregateArgs) {
 379       Value *Idx[2];
 380       Idx[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(header->getContext()));
 381       Idx[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(header->getContext()), i);
 382       TerminatorInst *TI = newFunction->begin()->getTerminator();
 383       GetElementPtrInst *GEP = GetElementPtrInst::Create(
 384           StructTy, &*AI, Idx, "gep_" + inputs[i]->getName(), TI);
 385       RewriteVal = new LoadInst(GEP, "loadgep_" + inputs[i]->getName(), TI);
 386     } else
 387       RewriteVal = &*AI++;
 388
 389     std::vector<User*> Users(inputs[i]->user_begin(), inputs[i]->user_end());
 390     for (User *use : Users)
 391       if (Instruction *inst = dyn_cast<Instruction>(use))
 392         if (Blocks.count(inst->getParent()))
 393           inst->replaceUsesOfWith(inputs[i], RewriteVal);
 394   }
 395
 396   // Set names for input and output arguments.
 397   if (!AggregateArgs) {
 398     AI = newFunction->arg_begin();
 399     for (unsigned i = 0, e = inputs.size(); i != e; ++i, ++AI)
 400       AI->setName(inputs[i]->getName());
 401     for (unsigned i = 0, e = outputs.size(); i != e; ++i, ++AI)
 402       AI->setName(outputs[i]->getName()+".out");
 403   }
 404
 405   // Rewrite branches to basic blocks outside of the loop to new dummy blocks
 406   // within the new function. This must be done before we lose track of which
 407   // blocks were originally in the code region.
 408   std::vector<User*> Users(header->user_begin(), header->user_end());
 409   for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i)
 410     // The BasicBlock which contains the branch is not in the region
 411     // modify the branch target to a new block
 412     if (TerminatorInst *TI = dyn_cast<TerminatorInst>(Users[i]))
 413       if (!Blocks.count(TI->getParent()) &&
 414           TI->getParent()->getParent() == oldFunction)
 415         TI->replaceUsesOfWith(header, newHeader);
 416
 417   return newFunction;
 418 }
 419
 420 /// FindPhiPredForUseInBlock - Given a value and a basic block, find a PHI
 421 /// that uses the value within the basic block, and return the predecessor
 422 /// block associated with that use, or return 0 if none is found.
 423 static BasicBlock* FindPhiPredForUseInBlock(Value* Used, BasicBlock* BB) {
 424   for (Use &U : Used->uses()) {
 425      PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(U.getUser());
 426      if (P && P->getParent() == BB)
 427        return P->getIncomingBlock(U);
 428   }
 429
 430   return nullptr;
 431 }
 432
 433 /// emitCallAndSwitchStatement - This method sets up the caller side by adding
 434 /// the call instruction, splitting any PHI nodes in the header block as
 435 /// necessary.
 436 void CodeExtractor::
 437 emitCallAndSwitchStatement(Function *newFunction, BasicBlock *codeReplacer,
 438                            ValueSet &inputs, ValueSet &outputs) {
 439   // Emit a call to the new function, passing in: *pointer to struct (if
 440   // aggregating parameters), or plan inputs and allocated memory for outputs
 441   std::vector<Value*> params, StructValues, ReloadOutputs, Reloads;
 442
 443   Module *M = newFunction->getParent();
 444   LLVMContext &Context = M->getContext();
 445   const DataLayout &DL = M->getDataLayout();
 446
 447   // Add inputs as params, or to be filled into the struct
 448   for (Value *input : inputs)
 449     if (AggregateArgs)
 450       StructValues.push_back(input);
 451     else
 452       params.push_back(input);
 453
 454   // Create allocas for the outputs
 455   for (Value *output : outputs) {
 456     if (AggregateArgs) {
 457       StructValues.push_back(output);
 458     } else {
 459       AllocaInst *alloca =
 460         new AllocaInst(output->getType(), DL.getAllocaAddrSpace(),
 461                        nullptr, output->getName() + ".loc",
 462                        &codeReplacer->getParent()->front().front());
 463       ReloadOutputs.push_back(alloca);
 464       params.push_back(alloca);
 465     }
 466   }
 467
 468   StructType *StructArgTy = nullptr;
 469   AllocaInst *Struct = nullptr;
 470   if (AggregateArgs && (inputs.size() + outputs.size() > 0)) {
 471     std::vector<Type*> ArgTypes;
 472     for (ValueSet::iterator v = StructValues.begin(),
 473            ve = StructValues.end(); v != ve; ++v)
 474       ArgTypes.push_back((*v)->getType());
 475
 476     // Allocate a struct at the beginning of this function
 477     StructArgTy = StructType::get(newFunction->getContext(), ArgTypes);
 478     Struct = new AllocaInst(StructArgTy, DL.getAllocaAddrSpace(), nullptr,
 479                             "structArg",
 480                             &codeReplacer->getParent()->front().front());
 481     params.push_back(Struct);
 482
 483     for (unsigned i = 0, e = inputs.size(); i != e; ++i) {
 484       Value *Idx[2];
 485       Idx[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(Context));
 486       Idx[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), i);
 487       GetElementPtrInst *GEP = GetElementPtrInst::Create(
 488           StructArgTy, Struct, Idx, "gep_" + StructValues[i]->getName());
 489       codeReplacer->getInstList().push_back(GEP);
 490       StoreInst *SI = new StoreInst(StructValues[i], GEP);
 491       codeReplacer->getInstList().push_back(SI);
 492     }
 493   }
 494
 495   // Emit the call to the function
 496   CallInst *call = CallInst::Create(newFunction, params,
 497                                     NumExitBlocks > 1 ? "targetBlock" : "");
 498   codeReplacer->getInstList().push_back(call);
 499
 500   Function::arg_iterator OutputArgBegin = newFunction->arg_begin();
 501   unsigned FirstOut = inputs.size();
 502   if (!AggregateArgs)
 503     std::advance(OutputArgBegin, inputs.size());
 504
 505   // Reload the outputs passed in by reference
 506   for (unsigned i = 0, e = outputs.size(); i != e; ++i) {
 507     Value *Output = nullptr;
 508     if (AggregateArgs) {
 509       Value *Idx[2];
 510       Idx[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(Context));
 511       Idx[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), FirstOut + i);
 512       GetElementPtrInst *GEP = GetElementPtrInst::Create(
 513           StructArgTy, Struct, Idx, "gep_reload_" + outputs[i]->getName());
 514       codeReplacer->getInstList().push_back(GEP);
 515       Output = GEP;
 516     } else {
 517       Output = ReloadOutputs[i];
 518     }
 519     LoadInst *load = new LoadInst(Output, outputs[i]->getName()+".reload");
 520     Reloads.push_back(load);
 521     codeReplacer->getInstList().push_back(load);
 522     std::vector<User*> Users(outputs[i]->user_begin(), outputs[i]->user_end());
 523     for (unsigned u = 0, e = Users.size(); u != e; ++u) {
 524       Instruction *inst = cast<Instruction>(Users[u]);
 525       if (!Blocks.count(inst->getParent()))
 526         inst->replaceUsesOfWith(outputs[i], load);
 527     }
 528   }
 529
 530   // Now we can emit a switch statement using the call as a value.
 531   SwitchInst *TheSwitch =
 532       SwitchInst::Create(Constant::getNullValue(Type::getInt16Ty(Context)),
 533                          codeReplacer, 0, codeReplacer);
 534
 535   // Since there may be multiple exits from the original region, make the new
 536   // function return an unsigned, switch on that number.  This loop iterates
 537   // over all of the blocks in the extracted region, updating any terminator
 538   // instructions in the to-be-extracted region that branch to blocks that are
 539   // not in the region to be extracted.
 540   std::map<BasicBlock*, BasicBlock*> ExitBlockMap;
 541
 542   unsigned switchVal = 0;
 543   for (BasicBlock *Block : Blocks) {
 544     TerminatorInst *TI = Block->getTerminator();
 545     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
 546       if (!Blocks.count(TI->getSuccessor(i))) {
 547         BasicBlock *OldTarget = TI->getSuccessor(i);
 548         // add a new basic block which returns the appropriate value
 549         BasicBlock *&NewTarget = ExitBlockMap[OldTarget];
 550         if (!NewTarget) {
 551           // If we don't already have an exit stub for this non-extracted
 552           // destination, create one now!
 553           NewTarget = BasicBlock::Create(Context,
 554                                          OldTarget->getName() + ".exitStub",
 555                                          newFunction);
 556           unsigned SuccNum = switchVal++;
 557
 558           Value *brVal = nullptr;
 559           switch (NumExitBlocks) {
 560           case 0:
 561           case 1: break;  // No value needed.
 562           case 2:         // Conditional branch, return a bool
 563             brVal = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(Context), !SuccNum);
 564             break;
 565           default:
 566             brVal = ConstantInt::get(Type::getInt16Ty(Context), SuccNum);
 567             break;
 568           }
 569
 570           ReturnInst *NTRet = ReturnInst::Create(Context, brVal, NewTarget);
 571
 572           // Update the switch instruction.
 573           TheSwitch->addCase(ConstantInt::get(Type::getInt16Ty(Context),
 574                                               SuccNum),
 575                              OldTarget);
 576
 577           // Restore values just before we exit
 578           Function::arg_iterator OAI = OutputArgBegin;
 579           for (unsigned out = 0, e = outputs.size(); out != e; ++out) {
 580             // For an invoke, the normal destination is the only one that is
 581             // dominated by the result of the invocation
 582             BasicBlock *DefBlock = cast<Instruction>(outputs[out])->getParent();
 583
 584             bool DominatesDef = true;
 585
 586             BasicBlock *NormalDest = nullptr;
 587             if (auto *Invoke = dyn_cast<InvokeInst>(outputs[out]))
 588               NormalDest = Invoke->getNormalDest();
 589
 590             if (NormalDest) {
 591               DefBlock = NormalDest;
 592
 593               // Make sure we are looking at the original successor block, not
 594               // at a newly inserted exit block, which won't be in the dominator
 595               // info.
 596               for (const auto &I : ExitBlockMap)
 597                 if (DefBlock == I.second) {
 598                   DefBlock = I.first;
 599                   break;
 600                 }
 601
 602               // In the extract block case, if the block we are extracting ends
 603               // with an invoke instruction, make sure that we don't emit a
 604               // store of the invoke value for the unwind block.
 605               if (!DT && DefBlock != OldTarget)
 606                 DominatesDef = false;
 607             }
 608
 609             if (DT) {
 610               DominatesDef = DT->dominates(DefBlock, OldTarget);
 611
 612               // If the output value is used by a phi in the target block,
 613               // then we need to test for dominance of the phi's predecessor
 614               // instead.  Unfortunately, this a little complicated since we
 615               // have already rewritten uses of the value to uses of the reload.
 616               BasicBlock* pred = FindPhiPredForUseInBlock(Reloads[out],
 617                                                           OldTarget);
 618               if (pred && DT && DT->dominates(DefBlock, pred))
 619                 DominatesDef = true;
 620             }
 621
 622             if (DominatesDef) {
 623               if (AggregateArgs) {
 624                 Value *Idx[2];
 625                 Idx[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(Context));
 626                 Idx[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context),
 627                                           FirstOut+out);
 628                 GetElementPtrInst *GEP = GetElementPtrInst::Create(
 629                     StructArgTy, &*OAI, Idx, "gep_" + outputs[out]->getName(),
 630                     NTRet);
 631                 new StoreInst(outputs[out], GEP, NTRet);
 632               } else {
 633                 new StoreInst(outputs[out], &*OAI, NTRet);
 634               }
 635             }
 636             // Advance output iterator even if we don't emit a store
 637             if (!AggregateArgs) ++OAI;
 638           }
 639         }
 640
 641         // rewrite the original branch instruction with this new target
 642         TI->setSuccessor(i, NewTarget);
 643       }
 644   }
 645
 646   // Now that we've done the deed, simplify the switch instruction.
 647   Type *OldFnRetTy = TheSwitch->getParent()->getParent()->getReturnType();
 648   switch (NumExitBlocks) {
 649   case 0:
 650     // There are no successors (the block containing the switch itself), which
 651     // means that previously this was the last part of the function, and hence
 652     // this should be rewritten as a `ret'
 653
 654     // Check if the function should return a value
 655     if (OldFnRetTy->isVoidTy()) {
 656       ReturnInst::Create(Context, nullptr, TheSwitch);  // Return void
 657     } else if (OldFnRetTy == TheSwitch->getCondition()->getType()) {
 658       // return what we have
 659       ReturnInst::Create(Context, TheSwitch->getCondition(), TheSwitch);
 660     } else {
 661       // Otherwise we must have code extracted an unwind or something, just
 662       // return whatever we want.
 663       ReturnInst::Create(Context,
 664                          Constant::getNullValue(OldFnRetTy), TheSwitch);
 665     }
 666
 667     TheSwitch->eraseFromParent();
 668     break;
 669   case 1:
 670     // Only a single destination, change the switch into an unconditional
 671     // branch.
 672     BranchInst::Create(TheSwitch->getSuccessor(1), TheSwitch);
 673     TheSwitch->eraseFromParent();
 674     break;
 675   case 2:
 676     BranchInst::Create(TheSwitch->getSuccessor(1), TheSwitch->getSuccessor(2),
 677                        call, TheSwitch);
 678     TheSwitch->eraseFromParent();
 679     break;
 680   default:
 681     // Otherwise, make the default destination of the switch instruction be one
 682     // of the other successors.
 683     TheSwitch->setCondition(call);
 684     TheSwitch->setDefaultDest(TheSwitch->getSuccessor(NumExitBlocks));
 685     // Remove redundant case
 686     TheSwitch->removeCase(SwitchInst::CaseIt(TheSwitch, NumExitBlocks-1));
 687     break;
 688   }
 689 }
 690
 691 void CodeExtractor::moveCodeToFunction(Function *newFunction) {
 692   Function *oldFunc = (*Blocks.begin())->getParent();
 693   Function::BasicBlockListType &oldBlocks = oldFunc->getBasicBlockList();
 694   Function::BasicBlockListType &newBlocks = newFunction->getBasicBlockList();
 695
 696   for (BasicBlock *Block : Blocks) {
 697     // Delete the basic block from the old function, and the list of blocks
 698     oldBlocks.remove(Block);
 699
 700     // Insert this basic block into the new function
 701     newBlocks.push_back(Block);
 702   }
 703 }
 704
 705 void CodeExtractor::calculateNewCallTerminatorWeights(
 706     BasicBlock *CodeReplacer,
 707     DenseMap<BasicBlock *, BlockFrequency> &ExitWeights,
 708     BranchProbabilityInfo *BPI) {
 709   typedef BlockFrequencyInfoImplBase::Distribution Distribution;
 710   typedef BlockFrequencyInfoImplBase::BlockNode BlockNode;
 711
 712   // Update the branch weights for the exit block.
 713   TerminatorInst *TI = CodeReplacer->getTerminator();
 714   SmallVector<unsigned, 8> BranchWeights(TI->getNumSuccessors(), 0);
 715
 716   // Block Frequency distribution with dummy node.
 717   Distribution BranchDist;
 718
 719   // Add each of the frequencies of the successors.
 720   for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
 721     BlockNode ExitNode(i);
 722     uint64_t ExitFreq = ExitWeights[TI->getSuccessor(i)].getFrequency();
 723     if (ExitFreq != 0)
 724       BranchDist.addExit(ExitNode, ExitFreq);
 725     else
 726       BPI->setEdgeProbability(CodeReplacer, i, BranchProbability::getZero());
 727   }
 728
 729   // Check for no total weight.
 730   if (BranchDist.Total == 0)
 731     return;
 732
 733   // Normalize the distribution so that they can fit in unsigned.
 734   BranchDist.normalize();
 735
 736   // Create normalized branch weights and set the metadata.
 737   for (unsigned I = 0, E = BranchDist.Weights.size(); I < E; ++I) {
 738     const auto &Weight = BranchDist.Weights[I];
 739
 740     // Get the weight and update the current BFI.
 741     BranchWeights[Weight.TargetNode.Index] = Weight.Amount;
 742     BranchProbability BP(Weight.Amount, BranchDist.Total);
 743     BPI->setEdgeProbability(CodeReplacer, Weight.TargetNode.Index, BP);
 744   }
 745   TI->setMetadata(
 746       LLVMContext::MD_prof,
 747       MDBuilder(TI->getContext()).createBranchWeights(BranchWeights));
 748 }
 749
 750 Function *CodeExtractor::extractCodeRegion() {
 751   if (!isEligible())
 752     return nullptr;
 753
 754   ValueSet inputs, outputs;
 755
 756   // Assumption: this is a single-entry code region, and the header is the first
 757   // block in the region.
 758   BasicBlock *header = *Blocks.begin();
 759
 760   // Calculate the entry frequency of the new function before we change the root
 761   //   block.
 762   BlockFrequency EntryFreq;
 763   if (BFI) {
 764     assert(BPI && "Both BPI and BFI are required to preserve profile info");
 765     for (BasicBlock *Pred : predecessors(header)) {
 766       if (Blocks.count(Pred))
 767         continue;
 768       EntryFreq +=
 769           BFI->getBlockFreq(Pred) * BPI->getEdgeProbability(Pred, header);
 770     }
 771   }
 772
 773   // If we have to split PHI nodes or the entry block, do so now.
 774   severSplitPHINodes(header);
 775
 776   // If we have any return instructions in the region, split those blocks so
 777   // that the return is not in the region.
 778   splitReturnBlocks();
 779
 780   Function *oldFunction = header->getParent();
 781
 782   // This takes place of the original loop
 783   BasicBlock *codeReplacer = BasicBlock::Create(header->getContext(),
 784                                                 "codeRepl", oldFunction,
 785                                                 header);
 786
 787   // The new function needs a root node because other nodes can branch to the
 788   // head of the region, but the entry node of a function cannot have preds.
 789   BasicBlock *newFuncRoot = BasicBlock::Create(header->getContext(),
 790                                                "newFuncRoot");
 791   newFuncRoot->getInstList().push_back(BranchInst::Create(header));
 792
 793   // Find inputs to, outputs from the code region.
 794   findInputsOutputs(inputs, outputs);
 795
 796   // Calculate the exit blocks for the extracted region and the total exit
 797   //  weights for each of those blocks.
 798   DenseMap<BasicBlock *, BlockFrequency> ExitWeights;
 799   SmallPtrSet<BasicBlock *, 1> ExitBlocks;
 800   for (BasicBlock *Block : Blocks) {
 801     for (succ_iterator SI = succ_begin(Block), SE = succ_end(Block); SI != SE;
 802          ++SI) {
 803       if (!Blocks.count(*SI)) {
 804         // Update the branch weight for this successor.
 805         if (BFI) {
 806           BlockFrequency &BF = ExitWeights[*SI];
 807           BF += BFI->getBlockFreq(Block) * BPI->getEdgeProbability(Block, *SI);
 808         }
 809         ExitBlocks.insert(*SI);
 810       }
 811     }
 812   }
 813   NumExitBlocks = ExitBlocks.size();
 814
 815   // Construct new function based on inputs/outputs & add allocas for all defs.
 816   Function *newFunction = constructFunction(inputs, outputs, header,
 817                                             newFuncRoot,
 818                                             codeReplacer, oldFunction,
 819                                             oldFunction->getParent());
 820
 821   // Update the entry count of the function.
 822   if (BFI) {
 823     Optional<uint64_t> EntryCount =
 824         BFI->getProfileCountFromFreq(EntryFreq.getFrequency());
 825     if (EntryCount.hasValue())
 826       newFunction->setEntryCount(EntryCount.getValue());
 827     BFI->setBlockFreq(codeReplacer, EntryFreq.getFrequency());
 828   }
 829
 830   emitCallAndSwitchStatement(newFunction, codeReplacer, inputs, outputs);
 831
 832   moveCodeToFunction(newFunction);
 833
 834   // Update the branch weights for the exit block.
 835   if (BFI && NumExitBlocks > 1)
 836     calculateNewCallTerminatorWeights(codeReplacer, ExitWeights, BPI);
 837
 838   // Loop over all of the PHI nodes in the header block, and change any
 839   // references to the old incoming edge to be the new incoming edge.
 840   for (BasicBlock::iterator I = header->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
 841     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 842     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 843       if (!Blocks.count(PN->getIncomingBlock(i)))
 844         PN->setIncomingBlock(i, newFuncRoot);
 845   }
 846
 847   // Look at all successors of the codeReplacer block.  If any of these blocks
 848   // had PHI nodes in them, we need to update the "from" block to be the code
 849   // replacer, not the original block in the extracted region.
 850   std::vector<BasicBlock*> Succs(succ_begin(codeReplacer),
 851                                  succ_end(codeReplacer));
 852   for (unsigned i = 0, e = Succs.size(); i != e; ++i)
 853     for (BasicBlock::iterator I = Succs[i]->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
 854       PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 855       std::set<BasicBlock*> ProcessedPreds;
 856       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 857         if (Blocks.count(PN->getIncomingBlock(i))) {
 858           if (ProcessedPreds.insert(PN->getIncomingBlock(i)).second)
 859             PN->setIncomingBlock(i, codeReplacer);
 860           else {
 861             // There were multiple entries in the PHI for this block, now there
 862             // is only one, so remove the duplicated entries.
 863             PN->removeIncomingValue(i, false);
 864             --i; --e;
 865           }
 866         }
 867     }
 868
 869   //cerr << "NEW FUNCTION: " << *newFunction;
 870   //  verifyFunction(*newFunction);
 871
 872   //  cerr << "OLD FUNCTION: " << *oldFunction;
 873   //  verifyFunction(*oldFunction);
 874
 875   DEBUG(if (verifyFunction(*newFunction))
 876         report_fatal_error("verifyFunction failed!"));
 877   return newFunction;
 878 }