]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm-project/llvm/lib/CodeGen/PeepholeOptimizer.cpp
Merge ^/vendor/llvm/dist up to its last change, and resolve conflicts.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm-project / llvm / lib / CodeGen / PeepholeOptimizer.cpp
1 //===- PeepholeOptimizer.cpp - Peephole Optimizations ---------------------===//
2 //
3 // Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
4 // See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
5 // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
6 //
7 //===----------------------------------------------------------------------===//
8 //
9 // Perform peephole optimizations on the machine code:
10 //
11 // - Optimize Extensions
12 //
13 //     Optimization of sign / zero extension instructions. It may be extended to
14 //     handle other instructions with similar properties.
15 //
16 //     On some targets, some instructions, e.g. X86 sign / zero extension, may
17 //     leave the source value in the lower part of the result. This optimization
18 //     will replace some uses of the pre-extension value with uses of the
19 //     sub-register of the results.
20 //
21 // - Optimize Comparisons
22 //
23 //     Optimization of comparison instructions. For instance, in this code:
24 //
25 //       sub r1, 1
26 //       cmp r1, 0
27 //       bz  L1
28 //
29 //     If the "sub" instruction all ready sets (or could be modified to set) the
30 //     same flag that the "cmp" instruction sets and that "bz" uses, then we can
31 //     eliminate the "cmp" instruction.
32 //
33 //     Another instance, in this code:
34 //
35 //       sub r1, r3 | sub r1, imm
36 //       cmp r3, r1 or cmp r1, r3 | cmp r1, imm
37 //       bge L1
38 //
39 //     If the branch instruction can use flag from "sub", then we can replace
40 //     "sub" with "subs" and eliminate the "cmp" instruction.
41 //
42 // - Optimize Loads:
43 //
44 //     Loads that can be folded into a later instruction. A load is foldable
45 //     if it loads to virtual registers and the virtual register defined has
46 //     a single use.
47 //
48 // - Optimize Copies and Bitcast (more generally, target specific copies):
49 //
50 //     Rewrite copies and bitcasts to avoid cross register bank copies
51 //     when possible.
52 //     E.g., Consider the following example, where capital and lower
53 //     letters denote different register file:
54 //     b = copy A <-- cross-bank copy
55 //     C = copy b <-- cross-bank copy
56 //   =>
57 //     b = copy A <-- cross-bank copy
58 //     C = copy A <-- same-bank copy
59 //
60 //     E.g., for bitcast:
61 //     b = bitcast A <-- cross-bank copy
62 //     C = bitcast b <-- cross-bank copy
63 //   =>
64 //     b = bitcast A <-- cross-bank copy
65 //     C = copy A    <-- same-bank copy
66 //===----------------------------------------------------------------------===//
67
68 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
69 #include "llvm/ADT/Optional.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/MachineFunctionPass.h"
78 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
79 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
80 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
81 #include "llvm/CodeGen/MachineOperand.h"
82 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
83 #include "llvm/CodeGen/TargetInstrInfo.h"
84 #include "llvm/CodeGen/TargetOpcodes.h"
85 #include "llvm/CodeGen/TargetRegisterInfo.h"
86 #include "llvm/CodeGen/TargetSubtargetInfo.h"
87 #include "llvm/MC/LaneBitmask.h"
88 #include "llvm/MC/MCInstrDesc.h"
89 #include "llvm/Pass.h"
90 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
91 #include "llvm/Support/Debug.h"
92 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
93 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
94 #include <cassert>
95 #include <cstdint>
96 #include <memory>
97 #include <utility>
98
99 using namespace llvm;
100 using RegSubRegPair = TargetInstrInfo::RegSubRegPair;
101 using RegSubRegPairAndIdx = TargetInstrInfo::RegSubRegPairAndIdx;
102
103 #define DEBUG_TYPE "peephole-opt"
104
105 // Optimize Extensions
106 static cl::opt<bool>
107 Aggressive("aggressive-ext-opt", cl::Hidden,
108            cl::desc("Aggressive extension optimization"));
109
110 static cl::opt<bool>
111 DisablePeephole("disable-peephole", cl::Hidden, cl::init(false),
112                 cl::desc("Disable the peephole optimizer"));
113
114 /// Specifiy whether or not the value tracking looks through
115 /// complex instructions. When this is true, the value tracker
116 /// bails on everything that is not a copy or a bitcast.
117 static cl::opt<bool>
118 DisableAdvCopyOpt("disable-adv-copy-opt", cl::Hidden, cl::init(false),
119                   cl::desc("Disable advanced copy optimization"));
120
121 static cl::opt<bool> DisableNAPhysCopyOpt(
122     "disable-non-allocatable-phys-copy-opt", cl::Hidden, cl::init(false),
123     cl::desc("Disable non-allocatable physical register copy optimization"));
124
125 // Limit the number of PHI instructions to process
126 // in PeepholeOptimizer::getNextSource.
127 static cl::opt<unsigned> RewritePHILimit(
128     "rewrite-phi-limit", cl::Hidden, cl::init(10),
129     cl::desc("Limit the length of PHI chains to lookup"));
130
131 // Limit the length of recurrence chain when evaluating the benefit of
132 // commuting operands.
133 static cl::opt<unsigned> MaxRecurrenceChain(
134     "recurrence-chain-limit", cl::Hidden, cl::init(3),
135     cl::desc("Maximum length of recurrence chain when evaluating the benefit "
136              "of commuting operands"));
137
138
139 STATISTIC(NumReuse, "Number of extension results reused");
140 STATISTIC(NumCmps, "Number of compares eliminated");
141 STATISTIC(NumImmFold, "Number of move immediate folded");
142 STATISTIC(NumLoadFold, "Number of loads folded");
143 STATISTIC(NumSelects, "Number of selects optimized");
144 STATISTIC(NumUncoalescableCopies, "Number of uncoalescable copies optimized");
145 STATISTIC(NumRewrittenCopies, "Number of copies rewritten");
146 STATISTIC(NumNAPhysCopies, "Number of non-allocatable physical copies removed");
147
148 namespace {
149
150   class ValueTrackerResult;
151   class RecurrenceInstr;
152
153   class PeepholeOptimizer : public MachineFunctionPass {
154     const TargetInstrInfo *TII;
155     const TargetRegisterInfo *TRI;
156     MachineRegisterInfo *MRI;
157     MachineDominatorTree *DT;  // Machine dominator tree
158     MachineLoopInfo *MLI;
159
160   public:
161     static char ID; // Pass identification
162
163     PeepholeOptimizer() : MachineFunctionPass(ID) {
164       initializePeepholeOptimizerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
165     }
166
167     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override;
168
169     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
170       AU.setPreservesCFG();
171       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
172       AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
173       AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
174       if (Aggressive) {
175         AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
176         AU.addPreserved<MachineDominatorTree>();
177       }
178     }
179
180     /// Track Def -> Use info used for rewriting copies.
181     using RewriteMapTy = SmallDenseMap<RegSubRegPair, ValueTrackerResult>;
182
183     /// Sequence of instructions that formulate recurrence cycle.
184     using RecurrenceCycle = SmallVector<RecurrenceInstr, 4>;
185
186   private:
187     bool optimizeCmpInstr(MachineInstr &MI);
188     bool optimizeExtInstr(MachineInstr &MI, MachineBasicBlock &MBB,
189                           SmallPtrSetImpl<MachineInstr*> &LocalMIs);
190     bool optimizeSelect(MachineInstr &MI,
191                         SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs);
192     bool optimizeCondBranch(MachineInstr &MI);
193     bool optimizeCoalescableCopy(MachineInstr &MI);
194     bool optimizeUncoalescableCopy(MachineInstr &MI,
195                                    SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs);
196     bool optimizeRecurrence(MachineInstr &PHI);
197     bool findNextSource(RegSubRegPair RegSubReg, RewriteMapTy &RewriteMap);
198     bool isMoveImmediate(MachineInstr &MI,
199                          SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
200                          DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs);
201     bool foldImmediate(MachineInstr &MI, SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
202                        DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs);
203
204     /// Finds recurrence cycles, but only ones that formulated around
205     /// a def operand and a use operand that are tied. If there is a use
206     /// operand commutable with the tied use operand, find recurrence cycle
207     /// along that operand as well.
208     bool findTargetRecurrence(unsigned Reg,
209                               const SmallSet<unsigned, 2> &TargetReg,
210                               RecurrenceCycle &RC);
211
212     /// If copy instruction \p MI is a virtual register copy, track it in
213     /// the set \p CopySrcRegs and \p CopyMIs. If this virtual register was
214     /// previously seen as a copy, replace the uses of this copy with the
215     /// previously seen copy's destination register.
216     bool foldRedundantCopy(MachineInstr &MI,
217                            SmallSet<unsigned, 4> &CopySrcRegs,
218                            DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &CopyMIs);
219
220     /// Is the register \p Reg a non-allocatable physical register?
221     bool isNAPhysCopy(unsigned Reg);
222
223     /// If copy instruction \p MI is a non-allocatable virtual<->physical
224     /// register copy, track it in the \p NAPhysToVirtMIs map. If this
225     /// non-allocatable physical register was previously copied to a virtual
226     /// registered and hasn't been clobbered, the virt->phys copy can be
227     /// deleted.
228     bool foldRedundantNAPhysCopy(MachineInstr &MI,
229         DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &NAPhysToVirtMIs);
230
231     bool isLoadFoldable(MachineInstr &MI,
232                         SmallSet<unsigned, 16> &FoldAsLoadDefCandidates);
233
234     /// Check whether \p MI is understood by the register coalescer
235     /// but may require some rewriting.
236     bool isCoalescableCopy(const MachineInstr &MI) {
237       // SubregToRegs are not interesting, because they are already register
238       // coalescer friendly.
239       return MI.isCopy() || (!DisableAdvCopyOpt &&
240                              (MI.isRegSequence() || MI.isInsertSubreg() ||
241                               MI.isExtractSubreg()));
242     }
243
244     /// Check whether \p MI is a copy like instruction that is
245     /// not recognized by the register coalescer.
246     bool isUncoalescableCopy(const MachineInstr &MI) {
247       return MI.isBitcast() ||
248              (!DisableAdvCopyOpt &&
249               (MI.isRegSequenceLike() || MI.isInsertSubregLike() ||
250                MI.isExtractSubregLike()));
251     }
252
253     MachineInstr &rewriteSource(MachineInstr &CopyLike,
254                                 RegSubRegPair Def, RewriteMapTy &RewriteMap);
255   };
256
257   /// Helper class to hold instructions that are inside recurrence cycles.
258   /// The recurrence cycle is formulated around 1) a def operand and its
259   /// tied use operand, or 2) a def operand and a use operand that is commutable
260   /// with another use operand which is tied to the def operand. In the latter
261   /// case, index of the tied use operand and the commutable use operand are
262   /// maintained with CommutePair.
263   class RecurrenceInstr {
264   public:
265     using IndexPair = std::pair<unsigned, unsigned>;
266
267     RecurrenceInstr(MachineInstr *MI) : MI(MI) {}
268     RecurrenceInstr(MachineInstr *MI, unsigned Idx1, unsigned Idx2)
269       : MI(MI), CommutePair(std::make_pair(Idx1, Idx2)) {}
270
271     MachineInstr *getMI() const { return MI; }
272     Optional<IndexPair> getCommutePair() const { return CommutePair; }
273
274   private:
275     MachineInstr *MI;
276     Optional<IndexPair> CommutePair;
277   };
278
279   /// Helper class to hold a reply for ValueTracker queries.
280   /// Contains the returned sources for a given search and the instructions
281   /// where the sources were tracked from.
282   class ValueTrackerResult {
283   private:
284     /// Track all sources found by one ValueTracker query.
285     SmallVector<RegSubRegPair, 2> RegSrcs;
286
287     /// Instruction using the sources in 'RegSrcs'.
288     const MachineInstr *Inst = nullptr;
289
290   public:
291     ValueTrackerResult() = default;
292
293     ValueTrackerResult(unsigned Reg, unsigned SubReg) {
294       addSource(Reg, SubReg);
295     }
296
297     bool isValid() const { return getNumSources() > 0; }
298
299     void setInst(const MachineInstr *I) { Inst = I; }
300     const MachineInstr *getInst() const { return Inst; }
301
302     void clear() {
303       RegSrcs.clear();
304       Inst = nullptr;
305     }
306
307     void addSource(unsigned SrcReg, unsigned SrcSubReg) {
308       RegSrcs.push_back(RegSubRegPair(SrcReg, SrcSubReg));
309     }
310
311     void setSource(int Idx, unsigned SrcReg, unsigned SrcSubReg) {
312       assert(Idx < getNumSources() && "Reg pair source out of index");
313       RegSrcs[Idx] = RegSubRegPair(SrcReg, SrcSubReg);
314     }
315
316     int getNumSources() const { return RegSrcs.size(); }
317
318     RegSubRegPair getSrc(int Idx) const {
319       return RegSrcs[Idx];
320     }
321
322     unsigned getSrcReg(int Idx) const {
323       assert(Idx < getNumSources() && "Reg source out of index");
324       return RegSrcs[Idx].Reg;
325     }
326
327     unsigned getSrcSubReg(int Idx) const {
328       assert(Idx < getNumSources() && "SubReg source out of index");
329       return RegSrcs[Idx].SubReg;
330     }
331
332     bool operator==(const ValueTrackerResult &Other) {
333       if (Other.getInst() != getInst())
334         return false;
335
336       if (Other.getNumSources() != getNumSources())
337         return false;
338
339       for (int i = 0, e = Other.getNumSources(); i != e; ++i)
340         if (Other.getSrcReg(i) != getSrcReg(i) ||
341             Other.getSrcSubReg(i) != getSrcSubReg(i))
342           return false;
343       return true;
344     }
345   };
346
347   /// Helper class to track the possible sources of a value defined by
348   /// a (chain of) copy related instructions.
349   /// Given a definition (instruction and definition index), this class
350   /// follows the use-def chain to find successive suitable sources.
351   /// The given source can be used to rewrite the definition into
352   /// def = COPY src.
353   ///
354   /// For instance, let us consider the following snippet:
355   /// v0 =
356   /// v2 = INSERT_SUBREG v1, v0, sub0
357   /// def = COPY v2.sub0
358   ///
359   /// Using a ValueTracker for def = COPY v2.sub0 will give the following
360   /// suitable sources:
361   /// v2.sub0 and v0.
362   /// Then, def can be rewritten into def = COPY v0.
363   class ValueTracker {
364   private:
365     /// The current point into the use-def chain.
366     const MachineInstr *Def = nullptr;
367
368     /// The index of the definition in Def.
369     unsigned DefIdx = 0;
370
371     /// The sub register index of the definition.
372     unsigned DefSubReg;
373
374     /// The register where the value can be found.
375     unsigned Reg;
376
377     /// MachineRegisterInfo used to perform tracking.
378     const MachineRegisterInfo &MRI;
379
380     /// Optional TargetInstrInfo used to perform some complex tracking.
381     const TargetInstrInfo *TII;
382
383     /// Dispatcher to the right underlying implementation of getNextSource.
384     ValueTrackerResult getNextSourceImpl();
385
386     /// Specialized version of getNextSource for Copy instructions.
387     ValueTrackerResult getNextSourceFromCopy();
388
389     /// Specialized version of getNextSource for Bitcast instructions.
390     ValueTrackerResult getNextSourceFromBitcast();
391
392     /// Specialized version of getNextSource for RegSequence instructions.
393     ValueTrackerResult getNextSourceFromRegSequence();
394
395     /// Specialized version of getNextSource for InsertSubreg instructions.
396     ValueTrackerResult getNextSourceFromInsertSubreg();
397
398     /// Specialized version of getNextSource for ExtractSubreg instructions.
399     ValueTrackerResult getNextSourceFromExtractSubreg();
400
401     /// Specialized version of getNextSource for SubregToReg instructions.
402     ValueTrackerResult getNextSourceFromSubregToReg();
403
404     /// Specialized version of getNextSource for PHI instructions.
405     ValueTrackerResult getNextSourceFromPHI();
406
407   public:
408     /// Create a ValueTracker instance for the value defined by \p Reg.
409     /// \p DefSubReg represents the sub register index the value tracker will
410     /// track. It does not need to match the sub register index used in the
411     /// definition of \p Reg.
412     /// If \p Reg is a physical register, a value tracker constructed with
413     /// this constructor will not find any alternative source.
414     /// Indeed, when \p Reg is a physical register that constructor does not
415     /// know which definition of \p Reg it should track.
416     /// Use the next constructor to track a physical register.
417     ValueTracker(unsigned Reg, unsigned DefSubReg,
418                  const MachineRegisterInfo &MRI,
419                  const TargetInstrInfo *TII = nullptr)
420         : DefSubReg(DefSubReg), Reg(Reg), MRI(MRI), TII(TII) {
421       if (!Register::isPhysicalRegister(Reg)) {
422         Def = MRI.getVRegDef(Reg);
423         DefIdx = MRI.def_begin(Reg).getOperandNo();
424       }
425     }
426
427     /// Following the use-def chain, get the next available source
428     /// for the tracked value.
429     /// \return A ValueTrackerResult containing a set of registers
430     /// and sub registers with tracked values. A ValueTrackerResult with
431     /// an empty set of registers means no source was found.
432     ValueTrackerResult getNextSource();
433   };
434
435 } // end anonymous namespace
436
437 char PeepholeOptimizer::ID = 0;
438
439 char &llvm::PeepholeOptimizerID = PeepholeOptimizer::ID;
440
441 INITIALIZE_PASS_BEGIN(PeepholeOptimizer, DEBUG_TYPE,
442                       "Peephole Optimizations", false, false)
443 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineDominatorTree)
444 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineLoopInfo)
445 INITIALIZE_PASS_END(PeepholeOptimizer, DEBUG_TYPE,
446                     "Peephole Optimizations", false, false)
447
448 /// If instruction is a copy-like instruction, i.e. it reads a single register
449 /// and writes a single register and it does not modify the source, and if the
450 /// source value is preserved as a sub-register of the result, then replace all
451 /// reachable uses of the source with the subreg of the result.
452 ///
453 /// Do not generate an EXTRACT that is used only in a debug use, as this changes
454 /// the code. Since this code does not currently share EXTRACTs, just ignore all
455 /// debug uses.
456 bool PeepholeOptimizer::
457 optimizeExtInstr(MachineInstr &MI, MachineBasicBlock &MBB,
458                  SmallPtrSetImpl<MachineInstr*> &LocalMIs) {
459   unsigned SrcReg, DstReg, SubIdx;
460   if (!TII->isCoalescableExtInstr(MI, SrcReg, DstReg, SubIdx))
461     return false;
462
463   if (Register::isPhysicalRegister(DstReg) ||
464       Register::isPhysicalRegister(SrcReg))
465     return false;
466
467   if (MRI->hasOneNonDBGUse(SrcReg))
468     // No other uses.
469     return false;
470
471   // Ensure DstReg can get a register class that actually supports
472   // sub-registers. Don't change the class until we commit.
473   const TargetRegisterClass *DstRC = MRI->getRegClass(DstReg);
474   DstRC = TRI->getSubClassWithSubReg(DstRC, SubIdx);
475   if (!DstRC)
476     return false;
477
478   // The ext instr may be operating on a sub-register of SrcReg as well.
479   // PPC::EXTSW is a 32 -> 64-bit sign extension, but it reads a 64-bit
480   // register.
481   // If UseSrcSubIdx is Set, SubIdx also applies to SrcReg, and only uses of
482   // SrcReg:SubIdx should be replaced.
483   bool UseSrcSubIdx =
484       TRI->getSubClassWithSubReg(MRI->getRegClass(SrcReg), SubIdx) != nullptr;
485
486   // The source has other uses. See if we can replace the other uses with use of
487   // the result of the extension.
488   SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 4> ReachedBBs;
489   for (MachineInstr &UI : MRI->use_nodbg_instructions(DstReg))
490     ReachedBBs.insert(UI.getParent());
491
492   // Uses that are in the same BB of uses of the result of the instruction.
493   SmallVector<MachineOperand*, 8> Uses;
494
495   // Uses that the result of the instruction can reach.
496   SmallVector<MachineOperand*, 8> ExtendedUses;
497
498   bool ExtendLife = true;
499   for (MachineOperand &UseMO : MRI->use_nodbg_operands(SrcReg)) {
500     MachineInstr *UseMI = UseMO.getParent();
501     if (UseMI == &MI)
502       continue;
503
504     if (UseMI->isPHI()) {
505       ExtendLife = false;
506       continue;
507     }
508
509     // Only accept uses of SrcReg:SubIdx.
510     if (UseSrcSubIdx && UseMO.getSubReg() != SubIdx)
511       continue;
512
513     // It's an error to translate this:
514     //
515     //    %reg1025 = <sext> %reg1024
516     //     ...
517     //    %reg1026 = SUBREG_TO_REG 0, %reg1024, 4
518     //
519     // into this:
520     //
521     //    %reg1025 = <sext> %reg1024
522     //     ...
523     //    %reg1027 = COPY %reg1025:4
524     //    %reg1026 = SUBREG_TO_REG 0, %reg1027, 4
525     //
526     // The problem here is that SUBREG_TO_REG is there to assert that an
527     // implicit zext occurs. It doesn't insert a zext instruction. If we allow
528     // the COPY here, it will give us the value after the <sext>, not the
529     // original value of %reg1024 before <sext>.
530     if (UseMI->getOpcode() == TargetOpcode::SUBREG_TO_REG)
531       continue;
532
533     MachineBasicBlock *UseMBB = UseMI->getParent();
534     if (UseMBB == &MBB) {
535       // Local uses that come after the extension.
536       if (!LocalMIs.count(UseMI))
537         Uses.push_back(&UseMO);
538     } else if (ReachedBBs.count(UseMBB)) {
539       // Non-local uses where the result of the extension is used. Always
540       // replace these unless it's a PHI.
541       Uses.push_back(&UseMO);
542     } else if (Aggressive && DT->dominates(&MBB, UseMBB)) {
543       // We may want to extend the live range of the extension result in order
544       // to replace these uses.
545       ExtendedUses.push_back(&UseMO);
546     } else {
547       // Both will be live out of the def MBB anyway. Don't extend live range of
548       // the extension result.
549       ExtendLife = false;
550       break;
551     }
552   }
553
554   if (ExtendLife && !ExtendedUses.empty())
555     // Extend the liveness of the extension result.
556     Uses.append(ExtendedUses.begin(), ExtendedUses.end());
557
558   // Now replace all uses.
559   bool Changed = false;
560   if (!Uses.empty()) {
561     SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 4> PHIBBs;
562
563     // Look for PHI uses of the extended result, we don't want to extend the
564     // liveness of a PHI input. It breaks all kinds of assumptions down
565     // stream. A PHI use is expected to be the kill of its source values.
566     for (MachineInstr &UI : MRI->use_nodbg_instructions(DstReg))
567       if (UI.isPHI())
568         PHIBBs.insert(UI.getParent());
569
570     const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(SrcReg);
571     for (unsigned i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
572       MachineOperand *UseMO = Uses[i];
573       MachineInstr *UseMI = UseMO->getParent();
574       MachineBasicBlock *UseMBB = UseMI->getParent();
575       if (PHIBBs.count(UseMBB))
576         continue;
577
578       // About to add uses of DstReg, clear DstReg's kill flags.
579       if (!Changed) {
580         MRI->clearKillFlags(DstReg);
581         MRI->constrainRegClass(DstReg, DstRC);
582       }
583
584       Register NewVR = MRI->createVirtualRegister(RC);
585       MachineInstr *Copy = BuildMI(*UseMBB, UseMI, UseMI->getDebugLoc(),
586                                    TII->get(TargetOpcode::COPY), NewVR)
587         .addReg(DstReg, 0, SubIdx);
588       // SubIdx applies to both SrcReg and DstReg when UseSrcSubIdx is set.
589       if (UseSrcSubIdx) {
590         Copy->getOperand(0).setSubReg(SubIdx);
591         Copy->getOperand(0).setIsUndef();
592       }
593       UseMO->setReg(NewVR);
594       ++NumReuse;
595       Changed = true;
596     }
597   }
598
599   return Changed;
600 }
601
602 /// If the instruction is a compare and the previous instruction it's comparing
603 /// against already sets (or could be modified to set) the same flag as the
604 /// compare, then we can remove the comparison and use the flag from the
605 /// previous instruction.
606 bool PeepholeOptimizer::optimizeCmpInstr(MachineInstr &MI) {
607   // If this instruction is a comparison against zero and isn't comparing a
608   // physical register, we can try to optimize it.
609   unsigned SrcReg, SrcReg2;
610   int CmpMask, CmpValue;
611   if (!TII->analyzeCompare(MI, SrcReg, SrcReg2, CmpMask, CmpValue) ||
612       Register::isPhysicalRegister(SrcReg) ||
613       (SrcReg2 != 0 && Register::isPhysicalRegister(SrcReg2)))
614     return false;
615
616   // Attempt to optimize the comparison instruction.
617   if (TII->optimizeCompareInstr(MI, SrcReg, SrcReg2, CmpMask, CmpValue, MRI)) {
618     ++NumCmps;
619     return true;
620   }
621
622   return false;
623 }
624
625 /// Optimize a select instruction.
626 bool PeepholeOptimizer::optimizeSelect(MachineInstr &MI,
627                             SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs) {
628   unsigned TrueOp = 0;
629   unsigned FalseOp = 0;
630   bool Optimizable = false;
631   SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
632   if (TII->analyzeSelect(MI, Cond, TrueOp, FalseOp, Optimizable))
633     return false;
634   if (!Optimizable)
635     return false;
636   if (!TII->optimizeSelect(MI, LocalMIs))
637     return false;
638   MI.eraseFromParent();
639   ++NumSelects;
640   return true;
641 }
642
643 /// Check if a simpler conditional branch can be generated.
644 bool PeepholeOptimizer::optimizeCondBranch(MachineInstr &MI) {
645   return TII->optimizeCondBranch(MI);
646 }
647
648 /// Try to find the next source that share the same register file
649 /// for the value defined by \p Reg and \p SubReg.
650 /// When true is returned, the \p RewriteMap can be used by the client to
651 /// retrieve all Def -> Use along the way up to the next source. Any found
652 /// Use that is not itself a key for another entry, is the next source to
653 /// use. During the search for the next source, multiple sources can be found
654 /// given multiple incoming sources of a PHI instruction. In this case, we
655 /// look in each PHI source for the next source; all found next sources must
656 /// share the same register file as \p Reg and \p SubReg. The client should
657 /// then be capable to rewrite all intermediate PHIs to get the next source.
658 /// \return False if no alternative sources are available. True otherwise.
659 bool PeepholeOptimizer::findNextSource(RegSubRegPair RegSubReg,
660                                        RewriteMapTy &RewriteMap) {
661   // Do not try to find a new source for a physical register.
662   // So far we do not have any motivating example for doing that.
663   // Thus, instead of maintaining untested code, we will revisit that if
664   // that changes at some point.
665   unsigned Reg = RegSubReg.Reg;
666   if (Register::isPhysicalRegister(Reg))
667     return false;
668   const TargetRegisterClass *DefRC = MRI->getRegClass(Reg);
669
670   SmallVector<RegSubRegPair, 4> SrcToLook;
671   RegSubRegPair CurSrcPair = RegSubReg;
672   SrcToLook.push_back(CurSrcPair);
673
674   unsigned PHICount = 0;
675   do {
676     CurSrcPair = SrcToLook.pop_back_val();
677     // As explained above, do not handle physical registers
678     if (Register::isPhysicalRegister(CurSrcPair.Reg))
679       return false;
680
681     ValueTracker ValTracker(CurSrcPair.Reg, CurSrcPair.SubReg, *MRI, TII);
682
683     // Follow the chain of copies until we find a more suitable source, a phi
684     // or have to abort.
685     while (true) {
686       ValueTrackerResult Res = ValTracker.getNextSource();
687       // Abort at the end of a chain (without finding a suitable source).
688       if (!Res.isValid())
689         return false;
690
691       // Insert the Def -> Use entry for the recently found source.
692       ValueTrackerResult CurSrcRes = RewriteMap.lookup(CurSrcPair);
693       if (CurSrcRes.isValid()) {
694         assert(CurSrcRes == Res && "ValueTrackerResult found must match");
695         // An existent entry with multiple sources is a PHI cycle we must avoid.
696         // Otherwise it's an entry with a valid next source we already found.
697         if (CurSrcRes.getNumSources() > 1) {
698           LLVM_DEBUG(dbgs()
699                      << "findNextSource: found PHI cycle, aborting...\n");
700           return false;
701         }
702         break;
703       }
704       RewriteMap.insert(std::make_pair(CurSrcPair, Res));
705
706       // ValueTrackerResult usually have one source unless it's the result from
707       // a PHI instruction. Add the found PHI edges to be looked up further.
708       unsigned NumSrcs = Res.getNumSources();
709       if (NumSrcs > 1) {
710         PHICount++;
711         if (PHICount >= RewritePHILimit) {
712           LLVM_DEBUG(dbgs() << "findNextSource: PHI limit reached\n");
713           return false;
714         }
715
716         for (unsigned i = 0; i < NumSrcs; ++i)
717           SrcToLook.push_back(Res.getSrc(i));
718         break;
719       }
720
721       CurSrcPair = Res.getSrc(0);
722       // Do not extend the live-ranges of physical registers as they add
723       // constraints to the register allocator. Moreover, if we want to extend
724       // the live-range of a physical register, unlike SSA virtual register,
725       // we will have to check that they aren't redefine before the related use.
726       if (Register::isPhysicalRegister(CurSrcPair.Reg))
727         return false;
728
729       // Keep following the chain if the value isn't any better yet.
730       const TargetRegisterClass *SrcRC = MRI->getRegClass(CurSrcPair.Reg);
731       if (!TRI->shouldRewriteCopySrc(DefRC, RegSubReg.SubReg, SrcRC,
732                                      CurSrcPair.SubReg))
733         continue;
734
735       // We currently cannot deal with subreg operands on PHI instructions
736       // (see insertPHI()).
737       if (PHICount > 0 && CurSrcPair.SubReg != 0)
738         continue;
739
740       // We found a suitable source, and are done with this chain.
741       break;
742     }
743   } while (!SrcToLook.empty());
744
745   // If we did not find a more suitable source, there is nothing to optimize.
746   return CurSrcPair.Reg != Reg;
747 }
748
749 /// Insert a PHI instruction with incoming edges \p SrcRegs that are
750 /// guaranteed to have the same register class. This is necessary whenever we
751 /// successfully traverse a PHI instruction and find suitable sources coming
752 /// from its edges. By inserting a new PHI, we provide a rewritten PHI def
753 /// suitable to be used in a new COPY instruction.
754 static MachineInstr &
755 insertPHI(MachineRegisterInfo &MRI, const TargetInstrInfo &TII,
756           const SmallVectorImpl<RegSubRegPair> &SrcRegs,
757           MachineInstr &OrigPHI) {
758   assert(!SrcRegs.empty() && "No sources to create a PHI instruction?");
759
760   const TargetRegisterClass *NewRC = MRI.getRegClass(SrcRegs[0].Reg);
761   // NewRC is only correct if no subregisters are involved. findNextSource()
762   // should have rejected those cases already.
763   assert(SrcRegs[0].SubReg == 0 && "should not have subreg operand");
764   Register NewVR = MRI.createVirtualRegister(NewRC);
765   MachineBasicBlock *MBB = OrigPHI.getParent();
766   MachineInstrBuilder MIB = BuildMI(*MBB, &OrigPHI, OrigPHI.getDebugLoc(),
767                                     TII.get(TargetOpcode::PHI), NewVR);
768
769   unsigned MBBOpIdx = 2;
770   for (const RegSubRegPair &RegPair : SrcRegs) {
771     MIB.addReg(RegPair.Reg, 0, RegPair.SubReg);
772     MIB.addMBB(OrigPHI.getOperand(MBBOpIdx).getMBB());
773     // Since we're extended the lifetime of RegPair.Reg, clear the
774     // kill flags to account for that and make RegPair.Reg reaches
775     // the new PHI.
776     MRI.clearKillFlags(RegPair.Reg);
777     MBBOpIdx += 2;
778   }
779
780   return *MIB;
781 }
782
783 namespace {
784
785 /// Interface to query instructions amenable to copy rewriting.
786 class Rewriter {
787 protected:
788   MachineInstr &CopyLike;
789   unsigned CurrentSrcIdx = 0;   ///< The index of the source being rewritten.
790 public:
791   Rewriter(MachineInstr &CopyLike) : CopyLike(CopyLike) {}
792   virtual ~Rewriter() {}
793
794   /// Get the next rewritable source (SrcReg, SrcSubReg) and
795   /// the related value that it affects (DstReg, DstSubReg).
796   /// A source is considered rewritable if its register class and the
797   /// register class of the related DstReg may not be register
798   /// coalescer friendly. In other words, given a copy-like instruction
799   /// not all the arguments may be returned at rewritable source, since
800   /// some arguments are none to be register coalescer friendly.
801   ///
802   /// Each call of this method moves the current source to the next
803   /// rewritable source.
804   /// For instance, let CopyLike be the instruction to rewrite.
805   /// CopyLike has one definition and one source:
806   /// dst.dstSubIdx = CopyLike src.srcSubIdx.
807   ///
808   /// The first call will give the first rewritable source, i.e.,
809   /// the only source this instruction has:
810   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (src, srcSubIdx).
811   /// This source defines the whole definition, i.e.,
812   /// (DstReg, DstSubReg) = (dst, dstSubIdx).
813   ///
814   /// The second and subsequent calls will return false, as there is only one
815   /// rewritable source.
816   ///
817   /// \return True if a rewritable source has been found, false otherwise.
818   /// The output arguments are valid if and only if true is returned.
819   virtual bool getNextRewritableSource(RegSubRegPair &Src,
820                                        RegSubRegPair &Dst) = 0;
821
822   /// Rewrite the current source with \p NewReg and \p NewSubReg if possible.
823   /// \return True if the rewriting was possible, false otherwise.
824   virtual bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) = 0;
825 };
826
827 /// Rewriter for COPY instructions.
828 class CopyRewriter : public Rewriter {
829 public:
830   CopyRewriter(MachineInstr &MI) : Rewriter(MI) {
831     assert(MI.isCopy() && "Expected copy instruction");
832   }
833   virtual ~CopyRewriter() = default;
834
835   bool getNextRewritableSource(RegSubRegPair &Src,
836                                RegSubRegPair &Dst) override {
837     // CurrentSrcIdx > 0 means this function has already been called.
838     if (CurrentSrcIdx > 0)
839       return false;
840     // This is the first call to getNextRewritableSource.
841     // Move the CurrentSrcIdx to remember that we made that call.
842     CurrentSrcIdx = 1;
843     // The rewritable source is the argument.
844     const MachineOperand &MOSrc = CopyLike.getOperand(1);
845     Src = RegSubRegPair(MOSrc.getReg(), MOSrc.getSubReg());
846     // What we track are the alternative sources of the definition.
847     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
848     Dst = RegSubRegPair(MODef.getReg(), MODef.getSubReg());
849     return true;
850   }
851
852   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
853     if (CurrentSrcIdx != 1)
854       return false;
855     MachineOperand &MOSrc = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
856     MOSrc.setReg(NewReg);
857     MOSrc.setSubReg(NewSubReg);
858     return true;
859   }
860 };
861
862 /// Helper class to rewrite uncoalescable copy like instructions
863 /// into new COPY (coalescable friendly) instructions.
864 class UncoalescableRewriter : public Rewriter {
865   unsigned NumDefs;  ///< Number of defs in the bitcast.
866
867 public:
868   UncoalescableRewriter(MachineInstr &MI) : Rewriter(MI) {
869     NumDefs = MI.getDesc().getNumDefs();
870   }
871
872   /// \see See Rewriter::getNextRewritableSource()
873   /// All such sources need to be considered rewritable in order to
874   /// rewrite a uncoalescable copy-like instruction. This method return
875   /// each definition that must be checked if rewritable.
876   bool getNextRewritableSource(RegSubRegPair &Src,
877                                RegSubRegPair &Dst) override {
878     // Find the next non-dead definition and continue from there.
879     if (CurrentSrcIdx == NumDefs)
880       return false;
881
882     while (CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx).isDead()) {
883       ++CurrentSrcIdx;
884       if (CurrentSrcIdx == NumDefs)
885         return false;
886     }
887
888     // What we track are the alternative sources of the definition.
889     Src = RegSubRegPair(0, 0);
890     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
891     Dst = RegSubRegPair(MODef.getReg(), MODef.getSubReg());
892
893     CurrentSrcIdx++;
894     return true;
895   }
896
897   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
898     return false;
899   }
900 };
901
902 /// Specialized rewriter for INSERT_SUBREG instruction.
903 class InsertSubregRewriter : public Rewriter {
904 public:
905   InsertSubregRewriter(MachineInstr &MI) : Rewriter(MI) {
906     assert(MI.isInsertSubreg() && "Invalid instruction");
907   }
908
909   /// \see See Rewriter::getNextRewritableSource()
910   /// Here CopyLike has the following form:
911   /// dst = INSERT_SUBREG Src1, Src2.src2SubIdx, subIdx.
912   /// Src1 has the same register class has dst, hence, there is
913   /// nothing to rewrite.
914   /// Src2.src2SubIdx, may not be register coalescer friendly.
915   /// Therefore, the first call to this method returns:
916   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src2, src2SubIdx).
917   /// (DstReg, DstSubReg) = (dst, subIdx).
918   ///
919   /// Subsequence calls will return false.
920   bool getNextRewritableSource(RegSubRegPair &Src,
921                                RegSubRegPair &Dst) override {
922     // If we already get the only source we can rewrite, return false.
923     if (CurrentSrcIdx == 2)
924       return false;
925     // We are looking at v2 = INSERT_SUBREG v0, v1, sub0.
926     CurrentSrcIdx = 2;
927     const MachineOperand &MOInsertedReg = CopyLike.getOperand(2);
928     Src = RegSubRegPair(MOInsertedReg.getReg(), MOInsertedReg.getSubReg());
929     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
930
931     // We want to track something that is compatible with the
932     // partial definition.
933     if (MODef.getSubReg())
934       // Bail if we have to compose sub-register indices.
935       return false;
936     Dst = RegSubRegPair(MODef.getReg(),
937                         (unsigned)CopyLike.getOperand(3).getImm());
938     return true;
939   }
940
941   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
942     if (CurrentSrcIdx != 2)
943       return false;
944     // We are rewriting the inserted reg.
945     MachineOperand &MO = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
946     MO.setReg(NewReg);
947     MO.setSubReg(NewSubReg);
948     return true;
949   }
950 };
951
952 /// Specialized rewriter for EXTRACT_SUBREG instruction.
953 class ExtractSubregRewriter : public Rewriter {
954   const TargetInstrInfo &TII;
955
956 public:
957   ExtractSubregRewriter(MachineInstr &MI, const TargetInstrInfo &TII)
958       : Rewriter(MI), TII(TII) {
959     assert(MI.isExtractSubreg() && "Invalid instruction");
960   }
961
962   /// \see Rewriter::getNextRewritableSource()
963   /// Here CopyLike has the following form:
964   /// dst.dstSubIdx = EXTRACT_SUBREG Src, subIdx.
965   /// There is only one rewritable source: Src.subIdx,
966   /// which defines dst.dstSubIdx.
967   bool getNextRewritableSource(RegSubRegPair &Src,
968                                RegSubRegPair &Dst) override {
969     // If we already get the only source we can rewrite, return false.
970     if (CurrentSrcIdx == 1)
971       return false;
972     // We are looking at v1 = EXTRACT_SUBREG v0, sub0.
973     CurrentSrcIdx = 1;
974     const MachineOperand &MOExtractedReg = CopyLike.getOperand(1);
975     // If we have to compose sub-register indices, bail out.
976     if (MOExtractedReg.getSubReg())
977       return false;
978
979     Src = RegSubRegPair(MOExtractedReg.getReg(),
980                         CopyLike.getOperand(2).getImm());
981
982     // We want to track something that is compatible with the definition.
983     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
984     Dst = RegSubRegPair(MODef.getReg(), MODef.getSubReg());
985     return true;
986   }
987
988   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
989     // The only source we can rewrite is the input register.
990     if (CurrentSrcIdx != 1)
991       return false;
992
993     CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx).setReg(NewReg);
994
995     // If we find a source that does not require to extract something,
996     // rewrite the operation with a copy.
997     if (!NewSubReg) {
998       // Move the current index to an invalid position.
999       // We do not want another call to this method to be able
1000       // to do any change.
1001       CurrentSrcIdx = -1;
1002       // Rewrite the operation as a COPY.
1003       // Get rid of the sub-register index.
1004       CopyLike.RemoveOperand(2);
1005       // Morph the operation into a COPY.
1006       CopyLike.setDesc(TII.get(TargetOpcode::COPY));
1007       return true;
1008     }
1009     CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx + 1).setImm(NewSubReg);
1010     return true;
1011   }
1012 };
1013
1014 /// Specialized rewriter for REG_SEQUENCE instruction.
1015 class RegSequenceRewriter : public Rewriter {
1016 public:
1017   RegSequenceRewriter(MachineInstr &MI) : Rewriter(MI) {
1018     assert(MI.isRegSequence() && "Invalid instruction");
1019   }
1020
1021   /// \see Rewriter::getNextRewritableSource()
1022   /// Here CopyLike has the following form:
1023   /// dst = REG_SEQUENCE Src1.src1SubIdx, subIdx1, Src2.src2SubIdx, subIdx2.
1024   /// Each call will return a different source, walking all the available
1025   /// source.
1026   ///
1027   /// The first call returns:
1028   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src1, src1SubIdx).
1029   /// (DstReg, DstSubReg) = (dst, subIdx1).
1030   ///
1031   /// The second call returns:
1032   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src2, src2SubIdx).
1033   /// (DstReg, DstSubReg) = (dst, subIdx2).
1034   ///
1035   /// And so on, until all the sources have been traversed, then
1036   /// it returns false.
1037   bool getNextRewritableSource(RegSubRegPair &Src,
1038                                RegSubRegPair &Dst) override {
1039     // We are looking at v0 = REG_SEQUENCE v1, sub1, v2, sub2, etc.
1040
1041     // If this is the first call, move to the first argument.
1042     if (CurrentSrcIdx == 0) {
1043       CurrentSrcIdx = 1;
1044     } else {
1045       // Otherwise, move to the next argument and check that it is valid.
1046       CurrentSrcIdx += 2;
1047       if (CurrentSrcIdx >= CopyLike.getNumOperands())
1048         return false;
1049     }
1050     const MachineOperand &MOInsertedReg = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
1051     Src.Reg = MOInsertedReg.getReg();
1052     // If we have to compose sub-register indices, bail out.
1053     if ((Src.SubReg = MOInsertedReg.getSubReg()))
1054       return false;
1055
1056     // We want to track something that is compatible with the related
1057     // partial definition.
1058     Dst.SubReg = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx + 1).getImm();
1059
1060     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
1061     Dst.Reg = MODef.getReg();
1062     // If we have to compose sub-registers, bail.
1063     return MODef.getSubReg() == 0;
1064   }
1065
1066   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
1067     // We cannot rewrite out of bound operands.
1068     // Moreover, rewritable sources are at odd positions.
1069     if ((CurrentSrcIdx & 1) != 1 || CurrentSrcIdx > CopyLike.getNumOperands())
1070       return false;
1071
1072     MachineOperand &MO = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
1073     MO.setReg(NewReg);
1074     MO.setSubReg(NewSubReg);
1075     return true;
1076   }
1077 };
1078
1079 } // end anonymous namespace
1080
1081 /// Get the appropriated Rewriter for \p MI.
1082 /// \return A pointer to a dynamically allocated Rewriter or nullptr if no
1083 /// rewriter works for \p MI.
1084 static Rewriter *getCopyRewriter(MachineInstr &MI, const TargetInstrInfo &TII) {
1085   // Handle uncoalescable copy-like instructions.
1086   if (MI.isBitcast() || MI.isRegSequenceLike() || MI.isInsertSubregLike() ||
1087       MI.isExtractSubregLike())
1088     return new UncoalescableRewriter(MI);
1089
1090   switch (MI.getOpcode()) {
1091   default:
1092     return nullptr;
1093   case TargetOpcode::COPY:
1094     return new CopyRewriter(MI);
1095   case TargetOpcode::INSERT_SUBREG:
1096     return new InsertSubregRewriter(MI);
1097   case TargetOpcode::EXTRACT_SUBREG:
1098     return new ExtractSubregRewriter(MI, TII);
1099   case TargetOpcode::REG_SEQUENCE:
1100     return new RegSequenceRewriter(MI);
1101   }
1102 }
1103
1104 /// Given a \p Def.Reg and Def.SubReg  pair, use \p RewriteMap to find
1105 /// the new source to use for rewrite. If \p HandleMultipleSources is true and
1106 /// multiple sources for a given \p Def are found along the way, we found a
1107 /// PHI instructions that needs to be rewritten.
1108 /// TODO: HandleMultipleSources should be removed once we test PHI handling
1109 /// with coalescable copies.
1110 static RegSubRegPair
1111 getNewSource(MachineRegisterInfo *MRI, const TargetInstrInfo *TII,
1112              RegSubRegPair Def,
1113              const PeepholeOptimizer::RewriteMapTy &RewriteMap,
1114              bool HandleMultipleSources = true) {
1115   RegSubRegPair LookupSrc(Def.Reg, Def.SubReg);
1116   while (true) {
1117     ValueTrackerResult Res = RewriteMap.lookup(LookupSrc);
1118     // If there are no entries on the map, LookupSrc is the new source.
1119     if (!Res.isValid())
1120       return LookupSrc;
1121
1122     // There's only one source for this definition, keep searching...
1123     unsigned NumSrcs = Res.getNumSources();
1124     if (NumSrcs == 1) {
1125       LookupSrc.Reg = Res.getSrcReg(0);
1126       LookupSrc.SubReg = Res.getSrcSubReg(0);
1127       continue;
1128     }
1129
1130     // TODO: Remove once multiple srcs w/ coalescable copies are supported.
1131     if (!HandleMultipleSources)
1132       break;
1133
1134     // Multiple sources, recurse into each source to find a new source
1135     // for it. Then, rewrite the PHI accordingly to its new edges.
1136     SmallVector<RegSubRegPair, 4> NewPHISrcs;
1137     for (unsigned i = 0; i < NumSrcs; ++i) {
1138       RegSubRegPair PHISrc(Res.getSrcReg(i), Res.getSrcSubReg(i));
1139       NewPHISrcs.push_back(
1140           getNewSource(MRI, TII, PHISrc, RewriteMap, HandleMultipleSources));
1141     }
1142
1143     // Build the new PHI node and return its def register as the new source.
1144     MachineInstr &OrigPHI = const_cast<MachineInstr &>(*Res.getInst());
1145     MachineInstr &NewPHI = insertPHI(*MRI, *TII, NewPHISrcs, OrigPHI);
1146     LLVM_DEBUG(dbgs() << "-- getNewSource\n");
1147     LLVM_DEBUG(dbgs() << "   Replacing: " << OrigPHI);
1148     LLVM_DEBUG(dbgs() << "        With: " << NewPHI);
1149     const MachineOperand &MODef = NewPHI.getOperand(0);
1150     return RegSubRegPair(MODef.getReg(), MODef.getSubReg());
1151   }
1152
1153   return RegSubRegPair(0, 0);
1154 }
1155
1156 /// Optimize generic copy instructions to avoid cross register bank copy.
1157 /// The optimization looks through a chain of copies and tries to find a source
1158 /// that has a compatible register class.
1159 /// Two register classes are considered to be compatible if they share the same
1160 /// register bank.
1161 /// New copies issued by this optimization are register allocator
1162 /// friendly. This optimization does not remove any copy as it may
1163 /// overconstrain the register allocator, but replaces some operands
1164 /// when possible.
1165 /// \pre isCoalescableCopy(*MI) is true.
1166 /// \return True, when \p MI has been rewritten. False otherwise.
1167 bool PeepholeOptimizer::optimizeCoalescableCopy(MachineInstr &MI) {
1168   assert(isCoalescableCopy(MI) && "Invalid argument");
1169   assert(MI.getDesc().getNumDefs() == 1 &&
1170          "Coalescer can understand multiple defs?!");
1171   const MachineOperand &MODef = MI.getOperand(0);
1172   // Do not rewrite physical definitions.
1173   if (Register::isPhysicalRegister(MODef.getReg()))
1174     return false;
1175
1176   bool Changed = false;
1177   // Get the right rewriter for the current copy.
1178   std::unique_ptr<Rewriter> CpyRewriter(getCopyRewriter(MI, *TII));
1179   // If none exists, bail out.
1180   if (!CpyRewriter)
1181     return false;
1182   // Rewrite each rewritable source.
1183   RegSubRegPair Src;
1184   RegSubRegPair TrackPair;
1185   while (CpyRewriter->getNextRewritableSource(Src, TrackPair)) {
1186     // Keep track of PHI nodes and its incoming edges when looking for sources.
1187     RewriteMapTy RewriteMap;
1188     // Try to find a more suitable source. If we failed to do so, or get the
1189     // actual source, move to the next source.
1190     if (!findNextSource(TrackPair, RewriteMap))
1191       continue;
1192
1193     // Get the new source to rewrite. TODO: Only enable handling of multiple
1194     // sources (PHIs) once we have a motivating example and testcases for it.
1195     RegSubRegPair NewSrc = getNewSource(MRI, TII, TrackPair, RewriteMap,
1196                                         /*HandleMultipleSources=*/false);
1197     if (Src.Reg == NewSrc.Reg || NewSrc.Reg == 0)
1198       continue;
1199
1200     // Rewrite source.
1201     if (CpyRewriter->RewriteCurrentSource(NewSrc.Reg, NewSrc.SubReg)) {
1202       // We may have extended the live-range of NewSrc, account for that.
1203       MRI->clearKillFlags(NewSrc.Reg);
1204       Changed = true;
1205     }
1206   }
1207   // TODO: We could have a clean-up method to tidy the instruction.
1208   // E.g., v0 = INSERT_SUBREG v1, v1.sub0, sub0
1209   // => v0 = COPY v1
1210   // Currently we haven't seen motivating example for that and we
1211   // want to avoid untested code.
1212   NumRewrittenCopies += Changed;
1213   return Changed;
1214 }
1215
1216 /// Rewrite the source found through \p Def, by using the \p RewriteMap
1217 /// and create a new COPY instruction. More info about RewriteMap in
1218 /// PeepholeOptimizer::findNextSource. Right now this is only used to handle
1219 /// Uncoalescable copies, since they are copy like instructions that aren't
1220 /// recognized by the register allocator.
1221 MachineInstr &
1222 PeepholeOptimizer::rewriteSource(MachineInstr &CopyLike,
1223                                  RegSubRegPair Def, RewriteMapTy &RewriteMap) {
1224   assert(!Register::isPhysicalRegister(Def.Reg) &&
1225          "We do not rewrite physical registers");
1226
1227   // Find the new source to use in the COPY rewrite.
1228   RegSubRegPair NewSrc = getNewSource(MRI, TII, Def, RewriteMap);
1229
1230   // Insert the COPY.
1231   const TargetRegisterClass *DefRC = MRI->getRegClass(Def.Reg);
1232   Register NewVReg = MRI->createVirtualRegister(DefRC);
1233
1234   MachineInstr *NewCopy =
1235       BuildMI(*CopyLike.getParent(), &CopyLike, CopyLike.getDebugLoc(),
1236               TII->get(TargetOpcode::COPY), NewVReg)
1237           .addReg(NewSrc.Reg, 0, NewSrc.SubReg);
1238
1239   if (Def.SubReg) {
1240     NewCopy->getOperand(0).setSubReg(Def.SubReg);
1241     NewCopy->getOperand(0).setIsUndef();
1242   }
1243
1244   LLVM_DEBUG(dbgs() << "-- RewriteSource\n");
1245   LLVM_DEBUG(dbgs() << "   Replacing: " << CopyLike);
1246   LLVM_DEBUG(dbgs() << "        With: " << *NewCopy);
1247   MRI->replaceRegWith(Def.Reg, NewVReg);
1248   MRI->clearKillFlags(NewVReg);
1249
1250   // We extended the lifetime of NewSrc.Reg, clear the kill flags to
1251   // account for that.
1252   MRI->clearKillFlags(NewSrc.Reg);
1253
1254   return *NewCopy;
1255 }
1256
1257 /// Optimize copy-like instructions to create
1258 /// register coalescer friendly instruction.
1259 /// The optimization tries to kill-off the \p MI by looking
1260 /// through a chain of copies to find a source that has a compatible
1261 /// register class.
1262 /// If such a source is found, it replace \p MI by a generic COPY
1263 /// operation.
1264 /// \pre isUncoalescableCopy(*MI) is true.
1265 /// \return True, when \p MI has been optimized. In that case, \p MI has
1266 /// been removed from its parent.
1267 /// All COPY instructions created, are inserted in \p LocalMIs.
1268 bool PeepholeOptimizer::optimizeUncoalescableCopy(
1269     MachineInstr &MI, SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs) {
1270   assert(isUncoalescableCopy(MI) && "Invalid argument");
1271   UncoalescableRewriter CpyRewriter(MI);
1272
1273   // Rewrite each rewritable source by generating new COPYs. This works
1274   // differently from optimizeCoalescableCopy since it first makes sure that all
1275   // definitions can be rewritten.
1276   RewriteMapTy RewriteMap;
1277   RegSubRegPair Src;
1278   RegSubRegPair Def;
1279   SmallVector<RegSubRegPair, 4> RewritePairs;
1280   while (CpyRewriter.getNextRewritableSource(Src, Def)) {
1281     // If a physical register is here, this is probably for a good reason.
1282     // Do not rewrite that.
1283     if (Register::isPhysicalRegister(Def.Reg))
1284       return false;
1285
1286     // If we do not know how to rewrite this definition, there is no point
1287     // in trying to kill this instruction.
1288     if (!findNextSource(Def, RewriteMap))
1289       return false;
1290
1291     RewritePairs.push_back(Def);
1292   }
1293
1294   // The change is possible for all defs, do it.
1295   for (const RegSubRegPair &Def : RewritePairs) {
1296     // Rewrite the "copy" in a way the register coalescer understands.
1297     MachineInstr &NewCopy = rewriteSource(MI, Def, RewriteMap);
1298     LocalMIs.insert(&NewCopy);
1299   }
1300
1301   // MI is now dead.
1302   MI.eraseFromParent();
1303   ++NumUncoalescableCopies;
1304   return true;
1305 }
1306
1307 /// Check whether MI is a candidate for folding into a later instruction.
1308 /// We only fold loads to virtual registers and the virtual register defined
1309 /// has a single user.
1310 bool PeepholeOptimizer::isLoadFoldable(
1311     MachineInstr &MI, SmallSet<unsigned, 16> &FoldAsLoadDefCandidates) {
1312   if (!MI.canFoldAsLoad() || !MI.mayLoad())
1313     return false;
1314   const MCInstrDesc &MCID = MI.getDesc();
1315   if (MCID.getNumDefs() != 1)
1316     return false;
1317
1318   Register Reg = MI.getOperand(0).getReg();
1319   // To reduce compilation time, we check MRI->hasOneNonDBGUser when inserting
1320   // loads. It should be checked when processing uses of the load, since
1321   // uses can be removed during peephole.
1322   if (!MI.getOperand(0).getSubReg() && Register::isVirtualRegister(Reg) &&
1323       MRI->hasOneNonDBGUser(Reg)) {
1324     FoldAsLoadDefCandidates.insert(Reg);
1325     return true;
1326   }
1327   return false;
1328 }
1329
1330 bool PeepholeOptimizer::isMoveImmediate(
1331     MachineInstr &MI, SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
1332     DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &ImmDefMIs) {
1333   const MCInstrDesc &MCID = MI.getDesc();
1334   if (!MI.isMoveImmediate())
1335     return false;
1336   if (MCID.getNumDefs() != 1)
1337     return false;
1338   Register Reg = MI.getOperand(0).getReg();
1339   if (Register::isVirtualRegister(Reg)) {
1340     ImmDefMIs.insert(std::make_pair(Reg, &MI));
1341     ImmDefRegs.insert(Reg);
1342     return true;
1343   }
1344
1345   return false;
1346 }
1347
1348 /// Try folding register operands that are defined by move immediate
1349 /// instructions, i.e. a trivial constant folding optimization, if
1350 /// and only if the def and use are in the same BB.
1351 bool PeepholeOptimizer::foldImmediate(MachineInstr &MI,
1352     SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
1353     DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &ImmDefMIs) {
1354   for (unsigned i = 0, e = MI.getDesc().getNumOperands(); i != e; ++i) {
1355     MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
1356     if (!MO.isReg() || MO.isDef())
1357       continue;
1358     // Ignore dead implicit defs.
1359     if (MO.isImplicit() && MO.isDead())
1360       continue;
1361     Register Reg = MO.getReg();
1362     if (!Register::isVirtualRegister(Reg))
1363       continue;
1364     if (ImmDefRegs.count(Reg) == 0)
1365       continue;
1366     DenseMap<unsigned, MachineInstr*>::iterator II = ImmDefMIs.find(Reg);
1367     assert(II != ImmDefMIs.end() && "couldn't find immediate definition");
1368     if (TII->FoldImmediate(MI, *II->second, Reg, MRI)) {
1369       ++NumImmFold;
1370       return true;
1371     }
1372   }
1373   return false;
1374 }
1375
1376 // FIXME: This is very simple and misses some cases which should be handled when
1377 // motivating examples are found.
1378 //
1379 // The copy rewriting logic should look at uses as well as defs and be able to
1380 // eliminate copies across blocks.
1381 //
1382 // Later copies that are subregister extracts will also not be eliminated since
1383 // only the first copy is considered.
1384 //
1385 // e.g.
1386 // %1 = COPY %0
1387 // %2 = COPY %0:sub1
1388 //
1389 // Should replace %2 uses with %1:sub1
1390 bool PeepholeOptimizer::foldRedundantCopy(MachineInstr &MI,
1391     SmallSet<unsigned, 4> &CopySrcRegs,
1392     DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &CopyMIs) {
1393   assert(MI.isCopy() && "expected a COPY machine instruction");
1394
1395   Register SrcReg = MI.getOperand(1).getReg();
1396   if (!Register::isVirtualRegister(SrcReg))
1397     return false;
1398
1399   Register DstReg = MI.getOperand(0).getReg();
1400   if (!Register::isVirtualRegister(DstReg))
1401     return false;
1402
1403   if (CopySrcRegs.insert(SrcReg).second) {
1404     // First copy of this reg seen.
1405     CopyMIs.insert(std::make_pair(SrcReg, &MI));
1406     return false;
1407   }
1408
1409   MachineInstr *PrevCopy = CopyMIs.find(SrcReg)->second;
1410
1411   unsigned SrcSubReg = MI.getOperand(1).getSubReg();
1412   unsigned PrevSrcSubReg = PrevCopy->getOperand(1).getSubReg();
1413
1414   // Can't replace different subregister extracts.
1415   if (SrcSubReg != PrevSrcSubReg)
1416     return false;
1417
1418   Register PrevDstReg = PrevCopy->getOperand(0).getReg();
1419
1420   // Only replace if the copy register class is the same.
1421   //
1422   // TODO: If we have multiple copies to different register classes, we may want
1423   // to track multiple copies of the same source register.
1424   if (MRI->getRegClass(DstReg) != MRI->getRegClass(PrevDstReg))
1425     return false;
1426
1427   MRI->replaceRegWith(DstReg, PrevDstReg);
1428
1429   // Lifetime of the previous copy has been extended.
1430   MRI->clearKillFlags(PrevDstReg);
1431   return true;
1432 }
1433
1434 bool PeepholeOptimizer::isNAPhysCopy(unsigned Reg) {
1435   return Register::isPhysicalRegister(Reg) && !MRI->isAllocatable(Reg);
1436 }
1437
1438 bool PeepholeOptimizer::foldRedundantNAPhysCopy(
1439     MachineInstr &MI, DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &NAPhysToVirtMIs) {
1440   assert(MI.isCopy() && "expected a COPY machine instruction");
1441
1442   if (DisableNAPhysCopyOpt)
1443     return false;
1444
1445   Register DstReg = MI.getOperand(0).getReg();
1446   Register SrcReg = MI.getOperand(1).getReg();
1447   if (isNAPhysCopy(SrcReg) && Register::isVirtualRegister(DstReg)) {
1448     // %vreg = COPY %physreg
1449     // Avoid using a datastructure which can track multiple live non-allocatable
1450     // phys->virt copies since LLVM doesn't seem to do this.
1451     NAPhysToVirtMIs.insert({SrcReg, &MI});
1452     return false;
1453   }
1454
1455   if (!(Register::isVirtualRegister(SrcReg) && isNAPhysCopy(DstReg)))
1456     return false;
1457
1458   // %physreg = COPY %vreg
1459   auto PrevCopy = NAPhysToVirtMIs.find(DstReg);
1460   if (PrevCopy == NAPhysToVirtMIs.end()) {
1461     // We can't remove the copy: there was an intervening clobber of the
1462     // non-allocatable physical register after the copy to virtual.
1463     LLVM_DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: intervening clobber forbids erasing "
1464                       << MI);
1465     return false;
1466   }
1467
1468   Register PrevDstReg = PrevCopy->second->getOperand(0).getReg();
1469   if (PrevDstReg == SrcReg) {
1470     // Remove the virt->phys copy: we saw the virtual register definition, and
1471     // the non-allocatable physical register's state hasn't changed since then.
1472     LLVM_DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: erasing " << MI);
1473     ++NumNAPhysCopies;
1474     return true;
1475   }
1476
1477   // Potential missed optimization opportunity: we saw a different virtual
1478   // register get a copy of the non-allocatable physical register, and we only
1479   // track one such copy. Avoid getting confused by this new non-allocatable
1480   // physical register definition, and remove it from the tracked copies.
1481   LLVM_DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: missed opportunity " << MI);
1482   NAPhysToVirtMIs.erase(PrevCopy);
1483   return false;
1484 }
1485
1486 /// \bried Returns true if \p MO is a virtual register operand.
1487 static bool isVirtualRegisterOperand(MachineOperand &MO) {
1488   if (!MO.isReg())
1489     return false;
1490   return Register::isVirtualRegister(MO.getReg());
1491 }
1492
1493 bool PeepholeOptimizer::findTargetRecurrence(
1494     unsigned Reg, const SmallSet<unsigned, 2> &TargetRegs,
1495     RecurrenceCycle &RC) {
1496   // Recurrence found if Reg is in TargetRegs.
1497   if (TargetRegs.count(Reg))
1498     return true;
1499
1500   // TODO: Curerntly, we only allow the last instruction of the recurrence
1501   // cycle (the instruction that feeds the PHI instruction) to have more than
1502   // one uses to guarantee that commuting operands does not tie registers
1503   // with overlapping live range. Once we have actual live range info of
1504   // each register, this constraint can be relaxed.
1505   if (!MRI->hasOneNonDBGUse(Reg))
1506     return false;
1507
1508   // Give up if the reccurrence chain length is longer than the limit.
1509   if (RC.size() >= MaxRecurrenceChain)
1510     return false;
1511
1512   MachineInstr &MI = *(MRI->use_instr_nodbg_begin(Reg));
1513   unsigned Idx = MI.findRegisterUseOperandIdx(Reg);
1514
1515   // Only interested in recurrences whose instructions have only one def, which
1516   // is a virtual register.
1517   if (MI.getDesc().getNumDefs() != 1)
1518     return false;
1519
1520   MachineOperand &DefOp = MI.getOperand(0);
1521   if (!isVirtualRegisterOperand(DefOp))
1522     return false;
1523
1524   // Check if def operand of MI is tied to any use operand. We are only
1525   // interested in the case that all the instructions in the recurrence chain
1526   // have there def operand tied with one of the use operand.
1527   unsigned TiedUseIdx;
1528   if (!MI.isRegTiedToUseOperand(0, &TiedUseIdx))
1529     return false;
1530
1531   if (Idx == TiedUseIdx) {
1532     RC.push_back(RecurrenceInstr(&MI));
1533     return findTargetRecurrence(DefOp.getReg(), TargetRegs, RC);
1534   } else {
1535     // If Idx is not TiedUseIdx, check if Idx is commutable with TiedUseIdx.
1536     unsigned CommIdx = TargetInstrInfo::CommuteAnyOperandIndex;
1537     if (TII->findCommutedOpIndices(MI, Idx, CommIdx) && CommIdx == TiedUseIdx) {
1538       RC.push_back(RecurrenceInstr(&MI, Idx, CommIdx));
1539       return findTargetRecurrence(DefOp.getReg(), TargetRegs, RC);
1540     }
1541   }
1542
1543   return false;
1544 }
1545
1546 /// Phi instructions will eventually be lowered to copy instructions.
1547 /// If phi is in a loop header, a recurrence may formulated around the source
1548 /// and destination of the phi. For such case commuting operands of the
1549 /// instructions in the recurrence may enable coalescing of the copy instruction
1550 /// generated from the phi. For example, if there is a recurrence of
1551 ///
1552 /// LoopHeader:
1553 ///   %1 = phi(%0, %100)
1554 /// LoopLatch:
1555 ///   %0<def, tied1> = ADD %2<def, tied0>, %1
1556 ///
1557 /// , the fact that %0 and %2 are in the same tied operands set makes
1558 /// the coalescing of copy instruction generated from the phi in
1559 /// LoopHeader(i.e. %1 = COPY %0) impossible, because %1 and
1560 /// %2 have overlapping live range. This introduces additional move
1561 /// instruction to the final assembly. However, if we commute %2 and
1562 /// %1 of ADD instruction, the redundant move instruction can be
1563 /// avoided.
1564 bool PeepholeOptimizer::optimizeRecurrence(MachineInstr &PHI) {
1565   SmallSet<unsigned, 2> TargetRegs;
1566   for (unsigned Idx = 1; Idx < PHI.getNumOperands(); Idx += 2) {
1567     MachineOperand &MO = PHI.getOperand(Idx);
1568     assert(isVirtualRegisterOperand(MO) && "Invalid PHI instruction");
1569     TargetRegs.insert(MO.getReg());
1570   }
1571
1572   bool Changed = false;
1573   RecurrenceCycle RC;
1574   if (findTargetRecurrence(PHI.getOperand(0).getReg(), TargetRegs, RC)) {
1575     // Commutes operands of instructions in RC if necessary so that the copy to
1576     // be generated from PHI can be coalesced.
1577     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Optimize recurrence chain from " << PHI);
1578     for (auto &RI : RC) {
1579       LLVM_DEBUG(dbgs() << "\tInst: " << *(RI.getMI()));
1580       auto CP = RI.getCommutePair();
1581       if (CP) {
1582         Changed = true;
1583         TII->commuteInstruction(*(RI.getMI()), false, (*CP).first,
1584                                 (*CP).second);
1585         LLVM_DEBUG(dbgs() << "\t\tCommuted: " << *(RI.getMI()));
1586       }
1587     }
1588   }
1589
1590   return Changed;
1591 }
1592
1593 bool PeepholeOptimizer::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
1594   if (skipFunction(MF.getFunction()))
1595     return false;
1596
1597   LLVM_DEBUG(dbgs() << "********** PEEPHOLE OPTIMIZER **********\n");
1598   LLVM_DEBUG(dbgs() << "********** Function: " << MF.getName() << '\n');
1599
1600   if (DisablePeephole)
1601     return false;
1602
1603   TII = MF.getSubtarget().getInstrInfo();
1604   TRI = MF.getSubtarget().getRegisterInfo();
1605   MRI = &MF.getRegInfo();
1606   DT  = Aggressive ? &getAnalysis<MachineDominatorTree>() : nullptr;
1607   MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
1608
1609   bool Changed = false;
1610
1611   for (MachineBasicBlock &MBB : MF) {
1612     bool SeenMoveImm = false;
1613
1614     // During this forward scan, at some point it needs to answer the question
1615     // "given a pointer to an MI in the current BB, is it located before or
1616     // after the current instruction".
1617     // To perform this, the following set keeps track of the MIs already seen
1618     // during the scan, if a MI is not in the set, it is assumed to be located
1619     // after. Newly created MIs have to be inserted in the set as well.
1620     SmallPtrSet<MachineInstr*, 16> LocalMIs;
1621     SmallSet<unsigned, 4> ImmDefRegs;
1622     DenseMap<unsigned, MachineInstr*> ImmDefMIs;
1623     SmallSet<unsigned, 16> FoldAsLoadDefCandidates;
1624
1625     // Track when a non-allocatable physical register is copied to a virtual
1626     // register so that useless moves can be removed.
1627     //
1628     // %physreg is the map index; MI is the last valid `%vreg = COPY %physreg`
1629     // without any intervening re-definition of %physreg.
1630     DenseMap<unsigned, MachineInstr *> NAPhysToVirtMIs;
1631
1632     // Set of virtual registers that are copied from.
1633     SmallSet<unsigned, 4> CopySrcRegs;
1634     DenseMap<unsigned, MachineInstr *> CopySrcMIs;
1635
1636     bool IsLoopHeader = MLI->isLoopHeader(&MBB);
1637
1638     for (MachineBasicBlock::iterator MII = MBB.begin(), MIE = MBB.end();
1639          MII != MIE; ) {
1640       MachineInstr *MI = &*MII;
1641       // We may be erasing MI below, increment MII now.
1642       ++MII;
1643       LocalMIs.insert(MI);
1644
1645       // Skip debug instructions. They should not affect this peephole optimization.
1646       if (MI->isDebugInstr())
1647           continue;
1648
1649       if (MI->isPosition())
1650         continue;
1651
1652       if (IsLoopHeader && MI->isPHI()) {
1653         if (optimizeRecurrence(*MI)) {
1654           Changed = true;
1655           continue;
1656         }
1657       }
1658
1659       if (!MI->isCopy()) {
1660         for (const MachineOperand &MO : MI->operands()) {
1661           // Visit all operands: definitions can be implicit or explicit.
1662           if (MO.isReg()) {
1663             Register Reg = MO.getReg();
1664             if (MO.isDef() && isNAPhysCopy(Reg)) {
1665               const auto &Def = NAPhysToVirtMIs.find(Reg);
1666               if (Def != NAPhysToVirtMIs.end()) {
1667                 // A new definition of the non-allocatable physical register
1668                 // invalidates previous copies.
1669                 LLVM_DEBUG(dbgs()
1670                            << "NAPhysCopy: invalidating because of " << *MI);
1671                 NAPhysToVirtMIs.erase(Def);
1672               }
1673             }
1674           } else if (MO.isRegMask()) {
1675             const uint32_t *RegMask = MO.getRegMask();
1676             for (auto &RegMI : NAPhysToVirtMIs) {
1677               unsigned Def = RegMI.first;
1678               if (MachineOperand::clobbersPhysReg(RegMask, Def)) {
1679                 LLVM_DEBUG(dbgs()
1680                            << "NAPhysCopy: invalidating because of " << *MI);
1681                 NAPhysToVirtMIs.erase(Def);
1682               }
1683             }
1684           }
1685         }
1686       }
1687
1688       if (MI->isImplicitDef() || MI->isKill())
1689         continue;
1690
1691       if (MI->isInlineAsm() || MI->hasUnmodeledSideEffects()) {
1692         // Blow away all non-allocatable physical registers knowledge since we
1693         // don't know what's correct anymore.
1694         //
1695         // FIXME: handle explicit asm clobbers.
1696         LLVM_DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: blowing away all info due to "
1697                           << *MI);
1698         NAPhysToVirtMIs.clear();
1699       }
1700
1701       if ((isUncoalescableCopy(*MI) &&
1702            optimizeUncoalescableCopy(*MI, LocalMIs)) ||
1703           (MI->isCompare() && optimizeCmpInstr(*MI)) ||
1704           (MI->isSelect() && optimizeSelect(*MI, LocalMIs))) {
1705         // MI is deleted.
1706         LocalMIs.erase(MI);
1707         Changed = true;
1708         continue;
1709       }
1710
1711       if (MI->isConditionalBranch() && optimizeCondBranch(*MI)) {
1712         Changed = true;
1713         continue;
1714       }
1715
1716       if (isCoalescableCopy(*MI) && optimizeCoalescableCopy(*MI)) {
1717         // MI is just rewritten.
1718         Changed = true;
1719         continue;
1720       }
1721
1722       if (MI->isCopy() &&
1723           (foldRedundantCopy(*MI, CopySrcRegs, CopySrcMIs) ||
1724            foldRedundantNAPhysCopy(*MI, NAPhysToVirtMIs))) {
1725         LocalMIs.erase(MI);
1726         MI->eraseFromParent();
1727         Changed = true;
1728         continue;
1729       }
1730
1731       if (isMoveImmediate(*MI, ImmDefRegs, ImmDefMIs)) {
1732         SeenMoveImm = true;
1733       } else {
1734         Changed |= optimizeExtInstr(*MI, MBB, LocalMIs);
1735         // optimizeExtInstr might have created new instructions after MI
1736         // and before the already incremented MII. Adjust MII so that the
1737         // next iteration sees the new instructions.
1738         MII = MI;
1739         ++MII;
1740         if (SeenMoveImm)
1741           Changed |= foldImmediate(*MI, ImmDefRegs, ImmDefMIs);
1742       }
1743
1744       // Check whether MI is a load candidate for folding into a later
1745       // instruction. If MI is not a candidate, check whether we can fold an
1746       // earlier load into MI.
1747       if (!isLoadFoldable(*MI, FoldAsLoadDefCandidates) &&
1748           !FoldAsLoadDefCandidates.empty()) {
1749
1750         // We visit each operand even after successfully folding a previous
1751         // one.  This allows us to fold multiple loads into a single
1752         // instruction.  We do assume that optimizeLoadInstr doesn't insert
1753         // foldable uses earlier in the argument list.  Since we don't restart
1754         // iteration, we'd miss such cases.
1755         const MCInstrDesc &MIDesc = MI->getDesc();
1756         for (unsigned i = MIDesc.getNumDefs(); i != MI->getNumOperands();
1757              ++i) {
1758           const MachineOperand &MOp = MI->getOperand(i);
1759           if (!MOp.isReg())
1760             continue;
1761           unsigned FoldAsLoadDefReg = MOp.getReg();
1762           if (FoldAsLoadDefCandidates.count(FoldAsLoadDefReg)) {
1763             // We need to fold load after optimizeCmpInstr, since
1764             // optimizeCmpInstr can enable folding by converting SUB to CMP.
1765             // Save FoldAsLoadDefReg because optimizeLoadInstr() resets it and
1766             // we need it for markUsesInDebugValueAsUndef().
1767             unsigned FoldedReg = FoldAsLoadDefReg;
1768             MachineInstr *DefMI = nullptr;
1769             if (MachineInstr *FoldMI =
1770                     TII->optimizeLoadInstr(*MI, MRI, FoldAsLoadDefReg, DefMI)) {
1771               // Update LocalMIs since we replaced MI with FoldMI and deleted
1772               // DefMI.
1773               LLVM_DEBUG(dbgs() << "Replacing: " << *MI);
1774               LLVM_DEBUG(dbgs() << "     With: " << *FoldMI);
1775               LocalMIs.erase(MI);
1776               LocalMIs.erase(DefMI);
1777               LocalMIs.insert(FoldMI);
1778               if (MI->isCall())
1779                 MI->getMF()->moveCallSiteInfo(MI, FoldMI);
1780               MI->eraseFromParent();
1781               DefMI->eraseFromParent();
1782               MRI->markUsesInDebugValueAsUndef(FoldedReg);
1783               FoldAsLoadDefCandidates.erase(FoldedReg);
1784               ++NumLoadFold;
1785
1786               // MI is replaced with FoldMI so we can continue trying to fold
1787               Changed = true;
1788               MI = FoldMI;
1789             }
1790           }
1791         }
1792       }
1793
1794       // If we run into an instruction we can't fold across, discard
1795       // the load candidates.  Note: We might be able to fold *into* this
1796       // instruction, so this needs to be after the folding logic.
1797       if (MI->isLoadFoldBarrier()) {
1798         LLVM_DEBUG(dbgs() << "Encountered load fold barrier on " << *MI);
1799         FoldAsLoadDefCandidates.clear();
1800       }
1801     }
1802   }
1803
1804   return Changed;
1805 }
1806
1807 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromCopy() {
1808   assert(Def->isCopy() && "Invalid definition");
1809   // Copy instruction are supposed to be: Def = Src.
1810   // If someone breaks this assumption, bad things will happen everywhere.
1811   // There may be implicit uses preventing the copy to be moved across
1812   // some target specific register definitions
1813   assert(Def->getNumOperands() - Def->getNumImplicitOperands() == 2 &&
1814          "Invalid number of operands");
1815   assert(!Def->hasImplicitDef() && "Only implicit uses are allowed");
1816
1817   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg() != DefSubReg)
1818     // If we look for a different subreg, it means we want a subreg of src.
1819     // Bails as we do not support composing subregs yet.
1820     return ValueTrackerResult();
1821   // Otherwise, we want the whole source.
1822   const MachineOperand &Src = Def->getOperand(1);
1823   if (Src.isUndef())
1824     return ValueTrackerResult();
1825   return ValueTrackerResult(Src.getReg(), Src.getSubReg());
1826 }
1827
1828 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromBitcast() {
1829   assert(Def->isBitcast() && "Invalid definition");
1830
1831   // Bail if there are effects that a plain copy will not expose.
1832   if (Def->mayRaiseFPException() || Def->hasUnmodeledSideEffects())
1833     return ValueTrackerResult();
1834
1835   // Bitcasts with more than one def are not supported.
1836   if (Def->getDesc().getNumDefs() != 1)
1837     return ValueTrackerResult();
1838   const MachineOperand DefOp = Def->getOperand(DefIdx);
1839   if (DefOp.getSubReg() != DefSubReg)
1840     // If we look for a different subreg, it means we want a subreg of the src.
1841     // Bails as we do not support composing subregs yet.
1842     return ValueTrackerResult();
1843
1844   unsigned SrcIdx = Def->getNumOperands();
1845   for (unsigned OpIdx = DefIdx + 1, EndOpIdx = SrcIdx; OpIdx != EndOpIdx;
1846        ++OpIdx) {
1847     const MachineOperand &MO = Def->getOperand(OpIdx);
1848     if (!MO.isReg() || !MO.getReg())
1849       continue;
1850     // Ignore dead implicit defs.
1851     if (MO.isImplicit() && MO.isDead())
1852       continue;
1853     assert(!MO.isDef() && "We should have skipped all the definitions by now");
1854     if (SrcIdx != EndOpIdx)
1855       // Multiple sources?
1856       return ValueTrackerResult();
1857     SrcIdx = OpIdx;
1858   }
1859
1860   // In some rare case, Def has no input, SrcIdx is out of bound,
1861   // getOperand(SrcIdx) will fail below.
1862   if (SrcIdx >= Def->getNumOperands())
1863     return ValueTrackerResult();
1864
1865   // Stop when any user of the bitcast is a SUBREG_TO_REG, replacing with a COPY
1866   // will break the assumed guarantees for the upper bits.
1867   for (const MachineInstr &UseMI : MRI.use_nodbg_instructions(DefOp.getReg())) {
1868     if (UseMI.isSubregToReg())
1869       return ValueTrackerResult();
1870   }
1871
1872   const MachineOperand &Src = Def->getOperand(SrcIdx);
1873   if (Src.isUndef())
1874     return ValueTrackerResult();
1875   return ValueTrackerResult(Src.getReg(), Src.getSubReg());
1876 }
1877
1878 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromRegSequence() {
1879   assert((Def->isRegSequence() || Def->isRegSequenceLike()) &&
1880          "Invalid definition");
1881
1882   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg())
1883     // If we are composing subregs, bail out.
1884     // The case we are checking is Def.<subreg> = REG_SEQUENCE.
1885     // This should almost never happen as the SSA property is tracked at
1886     // the register level (as opposed to the subreg level).
1887     // I.e.,
1888     // Def.sub0 =
1889     // Def.sub1 =
1890     // is a valid SSA representation for Def.sub0 and Def.sub1, but not for
1891     // Def. Thus, it must not be generated.
1892     // However, some code could theoretically generates a single
1893     // Def.sub0 (i.e, not defining the other subregs) and we would
1894     // have this case.
1895     // If we can ascertain (or force) that this never happens, we could
1896     // turn that into an assertion.
1897     return ValueTrackerResult();
1898
1899   if (!TII)
1900     // We could handle the REG_SEQUENCE here, but we do not want to
1901     // duplicate the code from the generic TII.
1902     return ValueTrackerResult();
1903
1904   SmallVector<RegSubRegPairAndIdx, 8> RegSeqInputRegs;
1905   if (!TII->getRegSequenceInputs(*Def, DefIdx, RegSeqInputRegs))
1906     return ValueTrackerResult();
1907
1908   // We are looking at:
1909   // Def = REG_SEQUENCE v0, sub0, v1, sub1, ...
1910   // Check if one of the operand defines the subreg we are interested in.
1911   for (const RegSubRegPairAndIdx &RegSeqInput : RegSeqInputRegs) {
1912     if (RegSeqInput.SubIdx == DefSubReg)
1913       return ValueTrackerResult(RegSeqInput.Reg, RegSeqInput.SubReg);
1914   }
1915
1916   // If the subreg we are tracking is super-defined by another subreg,
1917   // we could follow this value. However, this would require to compose
1918   // the subreg and we do not do that for now.
1919   return ValueTrackerResult();
1920 }
1921
1922 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromInsertSubreg() {
1923   assert((Def->isInsertSubreg() || Def->isInsertSubregLike()) &&
1924          "Invalid definition");
1925
1926   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg())
1927     // If we are composing subreg, bail out.
1928     // Same remark as getNextSourceFromRegSequence.
1929     // I.e., this may be turned into an assert.
1930     return ValueTrackerResult();
1931
1932   if (!TII)
1933     // We could handle the REG_SEQUENCE here, but we do not want to
1934     // duplicate the code from the generic TII.
1935     return ValueTrackerResult();
1936
1937   RegSubRegPair BaseReg;
1938   RegSubRegPairAndIdx InsertedReg;
1939   if (!TII->getInsertSubregInputs(*Def, DefIdx, BaseReg, InsertedReg))
1940     return ValueTrackerResult();
1941
1942   // We are looking at:
1943   // Def = INSERT_SUBREG v0, v1, sub1
1944   // There are two cases:
1945   // 1. DefSubReg == sub1, get v1.
1946   // 2. DefSubReg != sub1, the value may be available through v0.
1947
1948   // #1 Check if the inserted register matches the required sub index.
1949   if (InsertedReg.SubIdx == DefSubReg) {
1950     return ValueTrackerResult(InsertedReg.Reg, InsertedReg.SubReg);
1951   }
1952   // #2 Otherwise, if the sub register we are looking for is not partial
1953   // defined by the inserted element, we can look through the main
1954   // register (v0).
1955   const MachineOperand &MODef = Def->getOperand(DefIdx);
1956   // If the result register (Def) and the base register (v0) do not
1957   // have the same register class or if we have to compose
1958   // subregisters, bail out.
1959   if (MRI.getRegClass(MODef.getReg()) != MRI.getRegClass(BaseReg.Reg) ||
1960       BaseReg.SubReg)
1961     return ValueTrackerResult();
1962
1963   // Get the TRI and check if the inserted sub-register overlaps with the
1964   // sub-register we are tracking.
1965   const TargetRegisterInfo *TRI = MRI.getTargetRegisterInfo();
1966   if (!TRI ||
1967       !(TRI->getSubRegIndexLaneMask(DefSubReg) &
1968         TRI->getSubRegIndexLaneMask(InsertedReg.SubIdx)).none())
1969     return ValueTrackerResult();
1970   // At this point, the value is available in v0 via the same subreg
1971   // we used for Def.
1972   return ValueTrackerResult(BaseReg.Reg, DefSubReg);
1973 }
1974
1975 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromExtractSubreg() {
1976   assert((Def->isExtractSubreg() ||
1977           Def->isExtractSubregLike()) && "Invalid definition");
1978   // We are looking at:
1979   // Def = EXTRACT_SUBREG v0, sub0
1980
1981   // Bail if we have to compose sub registers.
1982   // Indeed, if DefSubReg != 0, we would have to compose it with sub0.
1983   if (DefSubReg)
1984     return ValueTrackerResult();
1985
1986   if (!TII)
1987     // We could handle the EXTRACT_SUBREG here, but we do not want to
1988     // duplicate the code from the generic TII.
1989     return ValueTrackerResult();
1990
1991   RegSubRegPairAndIdx ExtractSubregInputReg;
1992   if (!TII->getExtractSubregInputs(*Def, DefIdx, ExtractSubregInputReg))
1993     return ValueTrackerResult();
1994
1995   // Bail if we have to compose sub registers.
1996   // Likewise, if v0.subreg != 0, we would have to compose v0.subreg with sub0.
1997   if (ExtractSubregInputReg.SubReg)
1998     return ValueTrackerResult();
1999   // Otherwise, the value is available in the v0.sub0.
2000   return ValueTrackerResult(ExtractSubregInputReg.Reg,
2001                             ExtractSubregInputReg.SubIdx);
2002 }
2003
2004 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromSubregToReg() {
2005   assert(Def->isSubregToReg() && "Invalid definition");
2006   // We are looking at:
2007   // Def = SUBREG_TO_REG Imm, v0, sub0
2008
2009   // Bail if we have to compose sub registers.
2010   // If DefSubReg != sub0, we would have to check that all the bits
2011   // we track are included in sub0 and if yes, we would have to
2012   // determine the right subreg in v0.
2013   if (DefSubReg != Def->getOperand(3).getImm())
2014     return ValueTrackerResult();
2015   // Bail if we have to compose sub registers.
2016   // Likewise, if v0.subreg != 0, we would have to compose it with sub0.
2017   if (Def->getOperand(2).getSubReg())
2018     return ValueTrackerResult();
2019
2020   return ValueTrackerResult(Def->getOperand(2).getReg(),
2021                             Def->getOperand(3).getImm());
2022 }
2023
2024 /// Explore each PHI incoming operand and return its sources.
2025 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromPHI() {
2026   assert(Def->isPHI() && "Invalid definition");
2027   ValueTrackerResult Res;
2028
2029   // If we look for a different subreg, bail as we do not support composing
2030   // subregs yet.
2031   if (Def->getOperand(0).getSubReg() != DefSubReg)
2032     return ValueTrackerResult();
2033
2034   // Return all register sources for PHI instructions.
2035   for (unsigned i = 1, e = Def->getNumOperands(); i < e; i += 2) {
2036     const MachineOperand &MO = Def->getOperand(i);
2037     assert(MO.isReg() && "Invalid PHI instruction");
2038     // We have no code to deal with undef operands. They shouldn't happen in
2039     // normal programs anyway.
2040     if (MO.isUndef())
2041       return ValueTrackerResult();
2042     Res.addSource(MO.getReg(), MO.getSubReg());
2043   }
2044
2045   return Res;
2046 }
2047
2048 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceImpl() {
2049   assert(Def && "This method needs a valid definition");
2050
2051   assert(((Def->getOperand(DefIdx).isDef() &&
2052            (DefIdx < Def->getDesc().getNumDefs() ||
2053             Def->getDesc().isVariadic())) ||
2054           Def->getOperand(DefIdx).isImplicit()) &&
2055          "Invalid DefIdx");
2056   if (Def->isCopy())
2057     return getNextSourceFromCopy();
2058   if (Def->isBitcast())
2059     return getNextSourceFromBitcast();
2060   // All the remaining cases involve "complex" instructions.
2061   // Bail if we did not ask for the advanced tracking.
2062   if (DisableAdvCopyOpt)
2063     return ValueTrackerResult();
2064   if (Def->isRegSequence() || Def->isRegSequenceLike())
2065     return getNextSourceFromRegSequence();
2066   if (Def->isInsertSubreg() || Def->isInsertSubregLike())
2067     return getNextSourceFromInsertSubreg();
2068   if (Def->isExtractSubreg() || Def->isExtractSubregLike())
2069     return getNextSourceFromExtractSubreg();
2070   if (Def->isSubregToReg())
2071     return getNextSourceFromSubregToReg();
2072   if (Def->isPHI())
2073     return getNextSourceFromPHI();
2074   return ValueTrackerResult();
2075 }
2076
2077 ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSource() {
2078   // If we reach a point where we cannot move up in the use-def chain,
2079   // there is nothing we can get.
2080   if (!Def)
2081     return ValueTrackerResult();
2082
2083   ValueTrackerResult Res = getNextSourceImpl();
2084   if (Res.isValid()) {
2085     // Update definition, definition index, and subregister for the
2086     // next call of getNextSource.
2087     // Update the current register.
2088     bool OneRegSrc = Res.getNumSources() == 1;
2089     if (OneRegSrc)
2090       Reg = Res.getSrcReg(0);
2091     // Update the result before moving up in the use-def chain
2092     // with the instruction containing the last found sources.
2093     Res.setInst(Def);
2094
2095     // If we can still move up in the use-def chain, move to the next
2096     // definition.
2097     if (!Register::isPhysicalRegister(Reg) && OneRegSrc) {
2098       MachineRegisterInfo::def_iterator DI = MRI.def_begin(Reg);
2099       if (DI != MRI.def_end()) {
2100         Def = DI->getParent();
2101         DefIdx = DI.getOperandNo();
2102         DefSubReg = Res.getSrcSubReg(0);
2103       } else {
2104         Def = nullptr;
2105       }
2106       return Res;
2107     }
2108   }
2109   // If we end up here, this means we will not be able to find another source
2110   // for the next iteration. Make sure any new call to getNextSource bails out
2111   // early by cutting the use-def chain.
2112   Def = nullptr;
2113   return Res;
2114 }