Minor cleanup:
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / BranchFolding.cpp
1 //===-- BranchFolding.cpp - Fold machine code branch instructions ---------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass forwards branches to unconditional branches to make them branch
11 // directly to the target block.  This pass often results in dead MBB's, which
12 // it then removes.
13 //
14 // Note that this pass must be run after register allocation, it cannot handle
15 // SSA form.
16 //
17 //===----------------------------------------------------------------------===//
18
19 #define DEBUG_TYPE "branchfolding"
20 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
21 #include "llvm/CodeGen/MachineModuleInfo.h"
22 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
23 #include "llvm/CodeGen/MachineJumpTableInfo.h"
24 #include "llvm/CodeGen/RegisterScavenging.h"
25 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
26 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
27 #include "llvm/Target/MRegisterInfo.h"
28 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
29 #include "llvm/Support/Debug.h"
30 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
31 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
32 #include <algorithm>
33 using namespace llvm;
34
35 STATISTIC(NumDeadBlocks, "Number of dead blocks removed");
36 STATISTIC(NumBranchOpts, "Number of branches optimized");
37 STATISTIC(NumTailMerge , "Number of block tails merged");
38 static cl::opt<cl::boolOrDefault> FlagEnableTailMerge("enable-tail-merge", 
39                               cl::init(cl::BOU_UNSET), cl::Hidden);
40 namespace {
41   // Throttle for huge numbers of predecessors (compile speed problems)
42   cl::opt<unsigned>
43   TailMergeThreshold("tail-merge-threshold", 
44             cl::desc("Max number of predecessors to consider tail merging"),
45             cl::init(100), cl::Hidden);
46
47   struct BranchFolder : public MachineFunctionPass {
48     static char ID;
49     BranchFolder(bool defaultEnableTailMerge) : 
50         MachineFunctionPass((intptr_t)&ID) {
51           switch (FlagEnableTailMerge) {
52           case cl::BOU_UNSET: EnableTailMerge = defaultEnableTailMerge; break;
53           case cl::BOU_TRUE: EnableTailMerge = true; break;
54           case cl::BOU_FALSE: EnableTailMerge = false; break;
55           }
56     }
57
58     virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
59     virtual const char *getPassName() const { return "Control Flow Optimizer"; }
60     const TargetInstrInfo *TII;
61     MachineModuleInfo *MMI;
62     bool MadeChange;
63   private:
64     // Tail Merging.
65     bool EnableTailMerge;
66     bool TailMergeBlocks(MachineFunction &MF);
67     bool TryMergeBlocks(MachineBasicBlock* SuccBB,
68                         MachineBasicBlock* PredBB);
69     void ReplaceTailWithBranchTo(MachineBasicBlock::iterator OldInst,
70                                  MachineBasicBlock *NewDest);
71     MachineBasicBlock *SplitMBBAt(MachineBasicBlock &CurMBB,
72                                   MachineBasicBlock::iterator BBI1);
73
74     std::vector<std::pair<unsigned,MachineBasicBlock*> > MergePotentials;
75     const MRegisterInfo *RegInfo;
76     RegScavenger *RS;
77     // Branch optzn.
78     bool OptimizeBranches(MachineFunction &MF);
79     void OptimizeBlock(MachineBasicBlock *MBB);
80     void RemoveDeadBlock(MachineBasicBlock *MBB);
81     
82     bool CanFallThrough(MachineBasicBlock *CurBB);
83     bool CanFallThrough(MachineBasicBlock *CurBB, bool BranchUnAnalyzable,
84                         MachineBasicBlock *TBB, MachineBasicBlock *FBB,
85                         const std::vector<MachineOperand> &Cond);
86   };
87   char BranchFolder::ID = 0;
88 }
89
90 FunctionPass *llvm::createBranchFoldingPass(bool DefaultEnableTailMerge) { 
91       return new BranchFolder(DefaultEnableTailMerge); }
92
93 /// RemoveDeadBlock - Remove the specified dead machine basic block from the
94 /// function, updating the CFG.
95 void BranchFolder::RemoveDeadBlock(MachineBasicBlock *MBB) {
96   assert(MBB->pred_empty() && "MBB must be dead!");
97   DOUT << "\nRemoving MBB: " << *MBB;
98   
99   MachineFunction *MF = MBB->getParent();
100   // drop all successors.
101   while (!MBB->succ_empty())
102     MBB->removeSuccessor(MBB->succ_end()-1);
103   
104   // If there is DWARF info to active, check to see if there are any LABEL
105   // records in the basic block.  If so, unregister them from MachineModuleInfo.
106   if (MMI && !MBB->empty()) {
107     for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB->begin(), E = MBB->end();
108          I != E; ++I) {
109       if ((unsigned)I->getOpcode() == TargetInstrInfo::LABEL) {
110         // The label ID # is always operand #0, an immediate.
111         MMI->InvalidateLabel(I->getOperand(0).getImm());
112       }
113     }
114   }
115   
116   // Remove the block.
117   MF->getBasicBlockList().erase(MBB);
118 }
119
120 bool BranchFolder::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
121   TII = MF.getTarget().getInstrInfo();
122   if (!TII) return false;
123
124   // Fix CFG.  The later algorithms expect it to be right.
125   bool EverMadeChange = false;
126   for (MachineFunction::iterator I = MF.begin(), E = MF.end(); I != E; I++) {
127     MachineBasicBlock *MBB = I, *TBB = 0, *FBB = 0;
128     std::vector<MachineOperand> Cond;
129     if (!TII->AnalyzeBranch(*MBB, TBB, FBB, Cond))
130       EverMadeChange |= MBB->CorrectExtraCFGEdges(TBB, FBB, !Cond.empty());
131   }
132
133   RegInfo = MF.getTarget().getRegisterInfo();
134   RS = RegInfo->requiresRegisterScavenging(MF) ? new RegScavenger() : NULL;
135
136   MMI = getAnalysisToUpdate<MachineModuleInfo>();
137
138   bool MadeChangeThisIteration = true;
139   while (MadeChangeThisIteration) {
140     MadeChangeThisIteration = false;
141     MadeChangeThisIteration |= TailMergeBlocks(MF);
142     MadeChangeThisIteration |= OptimizeBranches(MF);
143     EverMadeChange |= MadeChangeThisIteration;
144   }
145
146   // See if any jump tables have become mergable or dead as the code generator
147   // did its thing.
148   MachineJumpTableInfo *JTI = MF.getJumpTableInfo();
149   const std::vector<MachineJumpTableEntry> &JTs = JTI->getJumpTables();
150   if (!JTs.empty()) {
151     // Figure out how these jump tables should be merged.
152     std::vector<unsigned> JTMapping;
153     JTMapping.reserve(JTs.size());
154     
155     // We always keep the 0th jump table.
156     JTMapping.push_back(0);
157
158     // Scan the jump tables, seeing if there are any duplicates.  Note that this
159     // is N^2, which should be fixed someday.
160     for (unsigned i = 1, e = JTs.size(); i != e; ++i)
161       JTMapping.push_back(JTI->getJumpTableIndex(JTs[i].MBBs));
162     
163     // If a jump table was merge with another one, walk the function rewriting
164     // references to jump tables to reference the new JT ID's.  Keep track of
165     // whether we see a jump table idx, if not, we can delete the JT.
166     std::vector<bool> JTIsLive;
167     JTIsLive.resize(JTs.size());
168     for (MachineFunction::iterator BB = MF.begin(), E = MF.end();
169          BB != E; ++BB) {
170       for (MachineBasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
171            I != E; ++I)
172         for (unsigned op = 0, e = I->getNumOperands(); op != e; ++op) {
173           MachineOperand &Op = I->getOperand(op);
174           if (!Op.isJumpTableIndex()) continue;
175           unsigned NewIdx = JTMapping[Op.getJumpTableIndex()];
176           Op.setJumpTableIndex(NewIdx);
177
178           // Remember that this JT is live.
179           JTIsLive[NewIdx] = true;
180         }
181     }
182    
183     // Finally, remove dead jump tables.  This happens either because the
184     // indirect jump was unreachable (and thus deleted) or because the jump
185     // table was merged with some other one.
186     for (unsigned i = 0, e = JTIsLive.size(); i != e; ++i)
187       if (!JTIsLive[i]) {
188         JTI->RemoveJumpTable(i);
189         EverMadeChange = true;
190       }
191   }
192   
193   delete RS;
194   return EverMadeChange;
195 }
196
197 //===----------------------------------------------------------------------===//
198 //  Tail Merging of Blocks
199 //===----------------------------------------------------------------------===//
200
201 /// HashMachineInstr - Compute a hash value for MI and its operands.
202 static unsigned HashMachineInstr(const MachineInstr *MI) {
203   unsigned Hash = MI->getOpcode();
204   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
205     const MachineOperand &Op = MI->getOperand(i);
206     
207     // Merge in bits from the operand if easy.
208     unsigned OperandHash = 0;
209     switch (Op.getType()) {
210     case MachineOperand::MO_Register:          OperandHash = Op.getReg(); break;
211     case MachineOperand::MO_Immediate:         OperandHash = Op.getImm(); break;
212     case MachineOperand::MO_MachineBasicBlock:
213       OperandHash = Op.getMachineBasicBlock()->getNumber();
214       break;
215     case MachineOperand::MO_FrameIndex: OperandHash = Op.getFrameIndex(); break;
216     case MachineOperand::MO_ConstantPoolIndex:
217       OperandHash = Op.getConstantPoolIndex();
218       break;
219     case MachineOperand::MO_JumpTableIndex:
220       OperandHash = Op.getJumpTableIndex();
221       break;
222     case MachineOperand::MO_GlobalAddress:
223     case MachineOperand::MO_ExternalSymbol:
224       // Global address / external symbol are too hard, don't bother, but do
225       // pull in the offset.
226       OperandHash = Op.getOffset();
227       break;
228     default: break;
229     }
230     
231     Hash += ((OperandHash << 3) | Op.getType()) << (i&31);
232   }
233   return Hash;
234 }
235
236 /// HashEndOfMBB - Hash the last few instructions in the MBB.  For blocks
237 /// with no successors, we hash two instructions, because cross-jumping 
238 /// only saves code when at least two instructions are removed (since a 
239 /// branch must be inserted).  For blocks with a successor, one of the
240 /// two blocks to be tail-merged will end with a branch already, so
241 /// it gains to cross-jump even for one instruction.
242
243 static unsigned HashEndOfMBB(const MachineBasicBlock *MBB,
244                              unsigned minCommonTailLength) {
245   MachineBasicBlock::const_iterator I = MBB->end();
246   if (I == MBB->begin())
247     return 0;   // Empty MBB.
248   
249   --I;
250   unsigned Hash = HashMachineInstr(I);
251     
252   if (I == MBB->begin() || minCommonTailLength == 1)
253     return Hash;   // Single instr MBB.
254   
255   --I;
256   // Hash in the second-to-last instruction.
257   Hash ^= HashMachineInstr(I) << 2;
258   return Hash;
259 }
260
261 /// ComputeCommonTailLength - Given two machine basic blocks, compute the number
262 /// of instructions they actually have in common together at their end.  Return
263 /// iterators for the first shared instruction in each block.
264 static unsigned ComputeCommonTailLength(MachineBasicBlock *MBB1,
265                                         MachineBasicBlock *MBB2,
266                                         MachineBasicBlock::iterator &I1,
267                                         MachineBasicBlock::iterator &I2) {
268   I1 = MBB1->end();
269   I2 = MBB2->end();
270   
271   unsigned TailLen = 0;
272   while (I1 != MBB1->begin() && I2 != MBB2->begin()) {
273     --I1; --I2;
274     if (!I1->isIdenticalTo(I2)) {
275       ++I1; ++I2;
276       break;
277     }
278     ++TailLen;
279   }
280   return TailLen;
281 }
282
283 /// ReplaceTailWithBranchTo - Delete the instruction OldInst and everything
284 /// after it, replacing it with an unconditional branch to NewDest.  This
285 /// returns true if OldInst's block is modified, false if NewDest is modified.
286 void BranchFolder::ReplaceTailWithBranchTo(MachineBasicBlock::iterator OldInst,
287                                            MachineBasicBlock *NewDest) {
288   MachineBasicBlock *OldBB = OldInst->getParent();
289   
290   // Remove all the old successors of OldBB from the CFG.
291   while (!OldBB->succ_empty())
292     OldBB->removeSuccessor(OldBB->succ_begin());
293   
294   // Remove all the dead instructions from the end of OldBB.
295   OldBB->erase(OldInst, OldBB->end());
296
297   // If OldBB isn't immediately before OldBB, insert a branch to it.
298   if (++MachineFunction::iterator(OldBB) != MachineFunction::iterator(NewDest))
299     TII->InsertBranch(*OldBB, NewDest, 0, std::vector<MachineOperand>());
300   OldBB->addSuccessor(NewDest);
301   ++NumTailMerge;
302 }
303
304 /// SplitMBBAt - Given a machine basic block and an iterator into it, split the
305 /// MBB so that the part before the iterator falls into the part starting at the
306 /// iterator.  This returns the new MBB.
307 MachineBasicBlock *BranchFolder::SplitMBBAt(MachineBasicBlock &CurMBB,
308                                             MachineBasicBlock::iterator BBI1) {
309   // Create the fall-through block.
310   MachineFunction::iterator MBBI = &CurMBB;
311   MachineBasicBlock *NewMBB = new MachineBasicBlock(CurMBB.getBasicBlock());
312   CurMBB.getParent()->getBasicBlockList().insert(++MBBI, NewMBB);
313
314   // Move all the successors of this block to the specified block.
315   while (!CurMBB.succ_empty()) {
316     MachineBasicBlock *S = *(CurMBB.succ_end()-1);
317     NewMBB->addSuccessor(S);
318     CurMBB.removeSuccessor(S);
319   }
320  
321   // Add an edge from CurMBB to NewMBB for the fall-through.
322   CurMBB.addSuccessor(NewMBB);
323   
324   // Splice the code over.
325   NewMBB->splice(NewMBB->end(), &CurMBB, BBI1, CurMBB.end());
326
327   // For targets that use the register scavenger, we must maintain LiveIns.
328   if (RS) {
329     RS->enterBasicBlock(&CurMBB);
330     if (!CurMBB.empty())
331       RS->forward(prior(CurMBB.end()));
332     BitVector RegsLiveAtExit(RegInfo->getNumRegs());
333     RS->getRegsUsed(RegsLiveAtExit, false);
334     for (unsigned int i=0, e=RegInfo->getNumRegs(); i!=e; i++)
335       if (RegsLiveAtExit[i])
336         NewMBB->addLiveIn(i);
337   }
338
339   return NewMBB;
340 }
341
342 /// EstimateRuntime - Make a rough estimate for how long it will take to run
343 /// the specified code.
344 static unsigned EstimateRuntime(MachineBasicBlock::iterator I,
345                                 MachineBasicBlock::iterator E,
346                                 const TargetInstrInfo *TII) {
347   unsigned Time = 0;
348   for (; I != E; ++I) {
349     const TargetInstrDescriptor &TID = TII->get(I->getOpcode());
350     if (TID.Flags & M_CALL_FLAG)
351       Time += 10;
352     else if (TID.Flags & (M_LOAD_FLAG|M_STORE_FLAG))
353       Time += 2;
354     else
355       ++Time;
356   }
357   return Time;
358 }
359
360 /// ShouldSplitFirstBlock - We need to either split MBB1 at MBB1I or MBB2 at
361 /// MBB2I and then insert an unconditional branch in the other block.  Determine
362 /// which is the best to split
363 static bool ShouldSplitFirstBlock(MachineBasicBlock *MBB1,
364                                   MachineBasicBlock::iterator MBB1I,
365                                   MachineBasicBlock *MBB2,
366                                   MachineBasicBlock::iterator MBB2I,
367                                   const TargetInstrInfo *TII,
368                                   MachineBasicBlock *PredBB) {
369   // If one block is the entry block, split the other one; we can't generate
370   // a branch to the entry block, as its label is not emitted.
371   MachineBasicBlock *Entry = MBB1->getParent()->begin();
372   if (MBB1 == Entry)
373     return false;
374   if (MBB2 == Entry)
375     return true;
376
377   // If one block falls through into the common successor, choose that
378   // one to split; it is one instruction less to do that.
379   if (PredBB) {
380     if (MBB1 == PredBB)
381       return true;
382     else if (MBB2 == PredBB)
383       return false;
384   }
385   // TODO: if we had some notion of which block was hotter, we could split
386   // the hot block, so it is the fall-through.  Since we don't have profile info
387   // make a decision based on which will hurt most to split.
388   unsigned MBB1Time = EstimateRuntime(MBB1->begin(), MBB1I, TII);
389   unsigned MBB2Time = EstimateRuntime(MBB2->begin(), MBB2I, TII);
390   
391   // If the MBB1 prefix takes "less time" to run than the MBB2 prefix, split the
392   // MBB1 block so it falls through.  This will penalize the MBB2 path, but will
393   // have a lower overall impact on the program execution.
394   return MBB1Time < MBB2Time;
395 }
396
397 // CurMBB needs to add an unconditional branch to SuccMBB (we removed these
398 // branches temporarily for tail merging).  In the case where CurMBB ends
399 // with a conditional branch to the next block, optimize by reversing the
400 // test and conditionally branching to SuccMBB instead.
401
402 static void FixTail(MachineBasicBlock* CurMBB, MachineBasicBlock *SuccBB,
403                     const TargetInstrInfo *TII) {
404   MachineFunction *MF = CurMBB->getParent();
405   MachineFunction::iterator I = next(MachineFunction::iterator(CurMBB));
406   MachineBasicBlock *TBB = 0, *FBB = 0;
407   std::vector<MachineOperand> Cond;
408   if (I != MF->end() &&
409       !TII->AnalyzeBranch(*CurMBB, TBB, FBB, Cond)) {
410     MachineBasicBlock *NextBB = I;
411     if (TBB == NextBB && Cond.size() && !FBB) {
412       if (!TII->ReverseBranchCondition(Cond)) {
413         TII->RemoveBranch(*CurMBB);
414         TII->InsertBranch(*CurMBB, SuccBB, NULL, Cond);
415         return;
416       }
417     }
418   }
419   TII->InsertBranch(*CurMBB, SuccBB, NULL, std::vector<MachineOperand>());
420 }
421
422 static bool MergeCompare(const std::pair<unsigned,MachineBasicBlock*> &p,
423                          const std::pair<unsigned,MachineBasicBlock*> &q) {
424     if (p.first < q.first)
425       return true;
426      else if (p.first > q.first)
427       return false;
428     else if (p.second->getNumber() < q.second->getNumber())
429       return true;
430     else if (p.second->getNumber() > q.second->getNumber())
431       return false;
432     else {
433       // _GLIBCXX_DEBUG checks strict weak ordering, which involves comparing
434       // an object with itself.
435 #ifndef _GLIBCXX_DEBUG
436       assert(0 && "Predecessor appears twice");
437 #endif
438       return(false);
439     }
440 }
441
442 // See if any of the blocks in MergePotentials (which all have a common single
443 // successor, or all have no successor) can be tail-merged.  If there is a
444 // successor, any blocks in MergePotentials that are not tail-merged and
445 // are not immediately before Succ must have an unconditional branch to
446 // Succ added (but the predecessor/successor lists need no adjustment).  
447 // The lone predecessor of Succ that falls through into Succ,
448 // if any, is given in PredBB.
449
450 bool BranchFolder::TryMergeBlocks(MachineBasicBlock *SuccBB,
451                                   MachineBasicBlock* PredBB) {
452   unsigned minCommonTailLength = (SuccBB ? 1 : 2);
453   MadeChange = false;
454   
455   // Sort by hash value so that blocks with identical end sequences sort
456   // together.
457   std::stable_sort(MergePotentials.begin(), MergePotentials.end(), MergeCompare);
458
459   // Walk through equivalence sets looking for actual exact matches.
460   while (MergePotentials.size() > 1) {
461     unsigned CurHash  = (MergePotentials.end()-1)->first;
462     unsigned PrevHash = (MergePotentials.end()-2)->first;
463     MachineBasicBlock *CurMBB = (MergePotentials.end()-1)->second;
464     
465     // If there is nothing that matches the hash of the current basic block,
466     // give up.
467     if (CurHash != PrevHash) {
468       if (SuccBB && CurMBB != PredBB)
469         FixTail(CurMBB, SuccBB, TII);
470       MergePotentials.pop_back();
471       continue;
472     }
473     
474     // Look through all the pairs of blocks that have the same hash as this
475     // one, and find the pair that has the largest number of instructions in
476     // common.
477      // Since instructions may get combined later (e.g. single stores into
478     // store multiple) this measure is not particularly accurate.
479    MachineBasicBlock::iterator BBI1, BBI2;
480     
481     unsigned FoundI = ~0U, FoundJ = ~0U;
482     unsigned maxCommonTailLength = 0U;
483     for (int i = MergePotentials.size()-1;
484          i != -1 && MergePotentials[i].first == CurHash; --i) {
485       for (int j = i-1; 
486            j != -1 && MergePotentials[j].first == CurHash; --j) {
487         MachineBasicBlock::iterator TrialBBI1, TrialBBI2;
488         unsigned CommonTailLen = ComputeCommonTailLength(
489                                                 MergePotentials[i].second,
490                                                 MergePotentials[j].second,
491                                                 TrialBBI1, TrialBBI2);
492         if (CommonTailLen >= minCommonTailLength &&
493             CommonTailLen > maxCommonTailLength) {
494           FoundI = i;
495           FoundJ = j;
496           maxCommonTailLength = CommonTailLen;
497           BBI1 = TrialBBI1;
498           BBI2 = TrialBBI2;
499         }
500       }
501     }
502
503     // If we didn't find any pair that has at least minCommonTailLength 
504     // instructions in common, bail out.  All entries with this
505     // hash code can go away now.
506     if (FoundI == ~0U) {
507       for (int i = MergePotentials.size()-1;
508            i != -1 && MergePotentials[i].first == CurHash; --i) {
509         // Put the unconditional branch back, if we need one.
510         CurMBB = MergePotentials[i].second;
511         if (SuccBB && CurMBB != PredBB)
512           FixTail(CurMBB, SuccBB, TII);
513         MergePotentials.pop_back();
514       }
515       continue;
516     }
517
518     // Otherwise, move the block(s) to the right position(s).  So that
519     // BBI1/2 will be valid, the last must be I and the next-to-last J.
520     if (FoundI != MergePotentials.size()-1)
521       std::swap(MergePotentials[FoundI], *(MergePotentials.end()-1));
522     if (FoundJ != MergePotentials.size()-2)
523       std::swap(MergePotentials[FoundJ], *(MergePotentials.end()-2));
524
525     CurMBB = (MergePotentials.end()-1)->second;
526     MachineBasicBlock *MBB2 = (MergePotentials.end()-2)->second;
527
528     // If neither block is the entire common tail, split the tail of one block
529     // to make it redundant with the other tail.  Also, we cannot jump to the
530     // entry block, so if one block is the entry block, split the other one.
531     MachineBasicBlock *Entry = CurMBB->getParent()->begin();
532     if (CurMBB->begin() == BBI1 && CurMBB != Entry)
533       ;   // CurMBB is common tail
534     else if (MBB2->begin() == BBI2 && MBB2 != Entry)
535       ;   // MBB2 is common tail
536     else {
537       if (0) { // Enable this to disable partial tail merges.
538         MergePotentials.pop_back();
539         continue;
540       }
541       
542       // Decide whether we want to split CurMBB or MBB2.
543       if (ShouldSplitFirstBlock(CurMBB, BBI1, MBB2, BBI2, TII, PredBB)) {
544         CurMBB = SplitMBBAt(*CurMBB, BBI1);
545         BBI1 = CurMBB->begin();
546         MergePotentials.back().second = CurMBB;
547       } else {
548         MBB2 = SplitMBBAt(*MBB2, BBI2);
549         BBI2 = MBB2->begin();
550         (MergePotentials.end()-2)->second = MBB2;
551       }
552     }
553     
554     if (MBB2->begin() == BBI2 && MBB2 != Entry) {
555       // Hack the end off CurMBB, making it jump to MBBI@ instead.
556       ReplaceTailWithBranchTo(BBI1, MBB2);
557       // This modifies CurMBB, so remove it from the worklist.
558       MergePotentials.pop_back();
559     } else {
560       assert(CurMBB->begin() == BBI1 && CurMBB != Entry && 
561              "Didn't split block correctly?");
562       // Hack the end off MBB2, making it jump to CurMBB instead.
563       ReplaceTailWithBranchTo(BBI2, CurMBB);
564       // This modifies MBB2, so remove it from the worklist.
565       MergePotentials.erase(MergePotentials.end()-2);
566     }
567     MadeChange = true;
568   }
569   return MadeChange;
570 }
571
572 bool BranchFolder::TailMergeBlocks(MachineFunction &MF) {
573
574   if (!EnableTailMerge) return false;
575  
576   MadeChange = false;
577
578   // First find blocks with no successors.
579   MergePotentials.clear();
580   for (MachineFunction::iterator I = MF.begin(), E = MF.end(); I != E; ++I) {
581     if (I->succ_empty())
582       MergePotentials.push_back(std::make_pair(HashEndOfMBB(I, 2U), I));
583   }
584   // See if we can do any tail merging on those.
585   if (MergePotentials.size() < TailMergeThreshold)
586     MadeChange |= TryMergeBlocks(NULL, NULL);
587
588   // Look at blocks (IBB) with multiple predecessors (PBB).
589   // We change each predecessor to a canonical form, by
590   // (1) temporarily removing any unconditional branch from the predecessor
591   // to IBB, and
592   // (2) alter conditional branches so they branch to the other block
593   // not IBB; this may require adding back an unconditional branch to IBB 
594   // later, where there wasn't one coming in.  E.g.
595   //   Bcc IBB
596   //   fallthrough to QBB
597   // here becomes
598   //   Bncc QBB
599   // with a conceptual B to IBB after that, which never actually exists.
600   // With those changes, we see whether the predecessors' tails match,
601   // and merge them if so.  We change things out of canonical form and
602   // back to the way they were later in the process.  (OptimizeBranches
603   // would undo some of this, but we can't use it, because we'd get into
604   // a compile-time infinite loop repeatedly doing and undoing the same
605   // transformations.)
606
607   for (MachineFunction::iterator I = MF.begin(), E = MF.end(); I != E; ++I) {
608     if (!I->succ_empty() && I->pred_size() >= 2 && 
609          I->pred_size() < TailMergeThreshold) {
610       MachineBasicBlock *IBB = I;
611       MachineBasicBlock *PredBB = prior(I);
612       MergePotentials.clear();
613       for (MachineBasicBlock::pred_iterator P = I->pred_begin(), 
614                                             E2 = I->pred_end();
615            P != E2; ++P) {
616         MachineBasicBlock* PBB = *P;
617         // Skip blocks that loop to themselves, can't tail merge these.
618         if (PBB==IBB)
619           continue;
620         MachineBasicBlock *TBB = 0, *FBB = 0;
621         std::vector<MachineOperand> Cond;
622         if (!TII->AnalyzeBranch(*PBB, TBB, FBB, Cond)) {
623           // Failing case:  IBB is the target of a cbr, and
624           // we cannot reverse the branch.
625           std::vector<MachineOperand> NewCond(Cond);
626           if (Cond.size() && TBB==IBB) {
627             if (TII->ReverseBranchCondition(NewCond))
628               continue;
629             // This is the QBB case described above
630             if (!FBB)
631               FBB = next(MachineFunction::iterator(PBB));
632           }
633           // Failing case:  the only way IBB can be reached from PBB is via
634           // exception handling.  Happens for landing pads.  Would be nice
635           // to have a bit in the edge so we didn't have to do all this.
636           if (IBB->isLandingPad()) {
637             MachineFunction::iterator IP = PBB;  IP++;
638             MachineBasicBlock* PredNextBB = NULL;
639             if (IP!=MF.end())
640               PredNextBB = IP;
641             if (TBB==NULL) {
642               if (IBB!=PredNextBB)      // fallthrough
643                 continue;
644             } else if (FBB) {
645               if (TBB!=IBB && FBB!=IBB)   // cbr then ubr
646                 continue;
647             } else if (Cond.size() == 0) {
648               if (TBB!=IBB)               // ubr
649                 continue;
650             } else {
651               if (TBB!=IBB && IBB!=PredNextBB)  // cbr
652                 continue;
653             }
654           }
655           // Remove the unconditional branch at the end, if any.
656           if (TBB && (Cond.size()==0 || FBB)) {
657             TII->RemoveBranch(*PBB);
658             if (Cond.size())
659               // reinsert conditional branch only, for now
660               TII->InsertBranch(*PBB, (TBB==IBB) ? FBB : TBB, 0, NewCond);
661           }
662           MergePotentials.push_back(std::make_pair(HashEndOfMBB(PBB, 1U), *P));
663         }
664       }
665     if (MergePotentials.size() >= 2)
666       MadeChange |= TryMergeBlocks(I, PredBB);
667     // Reinsert an unconditional branch if needed.
668     // The 1 below can be either an original single predecessor, or a result
669     // of removing blocks in TryMergeBlocks.
670     PredBB = prior(I);      // this may have been changed in TryMergeBlocks
671     if (MergePotentials.size()==1 && 
672         (MergePotentials.begin())->second != PredBB)
673       FixTail((MergePotentials.begin())->second, I, TII);
674     }
675   }
676   return MadeChange;
677 }
678
679 //===----------------------------------------------------------------------===//
680 //  Branch Optimization
681 //===----------------------------------------------------------------------===//
682
683 bool BranchFolder::OptimizeBranches(MachineFunction &MF) {
684   MadeChange = false;
685   
686   // Make sure blocks are numbered in order
687   MF.RenumberBlocks();
688
689   for (MachineFunction::iterator I = ++MF.begin(), E = MF.end(); I != E; ) {
690     MachineBasicBlock *MBB = I++;
691     OptimizeBlock(MBB);
692     
693     // If it is dead, remove it.
694     if (MBB->pred_empty()) {
695       RemoveDeadBlock(MBB);
696       MadeChange = true;
697       ++NumDeadBlocks;
698     }
699   }
700   return MadeChange;
701 }
702
703
704 /// CanFallThrough - Return true if the specified block (with the specified
705 /// branch condition) can implicitly transfer control to the block after it by
706 /// falling off the end of it.  This should return false if it can reach the
707 /// block after it, but it uses an explicit branch to do so (e.g. a table jump).
708 ///
709 /// True is a conservative answer.
710 ///
711 bool BranchFolder::CanFallThrough(MachineBasicBlock *CurBB,
712                                   bool BranchUnAnalyzable,
713                                   MachineBasicBlock *TBB, MachineBasicBlock *FBB,
714                                   const std::vector<MachineOperand> &Cond) {
715   MachineFunction::iterator Fallthrough = CurBB;
716   ++Fallthrough;
717   // If FallthroughBlock is off the end of the function, it can't fall through.
718   if (Fallthrough == CurBB->getParent()->end())
719     return false;
720   
721   // If FallthroughBlock isn't a successor of CurBB, no fallthrough is possible.
722   if (!CurBB->isSuccessor(Fallthrough))
723     return false;
724   
725   // If we couldn't analyze the branch, assume it could fall through.
726   if (BranchUnAnalyzable) return true;
727   
728   // If there is no branch, control always falls through.
729   if (TBB == 0) return true;
730
731   // If there is some explicit branch to the fallthrough block, it can obviously
732   // reach, even though the branch should get folded to fall through implicitly.
733   if (MachineFunction::iterator(TBB) == Fallthrough ||
734       MachineFunction::iterator(FBB) == Fallthrough)
735     return true;
736   
737   // If it's an unconditional branch to some block not the fall through, it 
738   // doesn't fall through.
739   if (Cond.empty()) return false;
740   
741   // Otherwise, if it is conditional and has no explicit false block, it falls
742   // through.
743   return FBB == 0;
744 }
745
746 /// CanFallThrough - Return true if the specified can implicitly transfer
747 /// control to the block after it by falling off the end of it.  This should
748 /// return false if it can reach the block after it, but it uses an explicit
749 /// branch to do so (e.g. a table jump).
750 ///
751 /// True is a conservative answer.
752 ///
753 bool BranchFolder::CanFallThrough(MachineBasicBlock *CurBB) {
754   MachineBasicBlock *TBB = 0, *FBB = 0;
755   std::vector<MachineOperand> Cond;
756   bool CurUnAnalyzable = TII->AnalyzeBranch(*CurBB, TBB, FBB, Cond);
757   return CanFallThrough(CurBB, CurUnAnalyzable, TBB, FBB, Cond);
758 }
759
760 /// IsBetterFallthrough - Return true if it would be clearly better to
761 /// fall-through to MBB1 than to fall through into MBB2.  This has to return
762 /// a strict ordering, returning true for both (MBB1,MBB2) and (MBB2,MBB1) will
763 /// result in infinite loops.
764 static bool IsBetterFallthrough(MachineBasicBlock *MBB1, 
765                                 MachineBasicBlock *MBB2,
766                                 const TargetInstrInfo &TII) {
767   // Right now, we use a simple heuristic.  If MBB2 ends with a call, and
768   // MBB1 doesn't, we prefer to fall through into MBB1.  This allows us to
769   // optimize branches that branch to either a return block or an assert block
770   // into a fallthrough to the return.
771   if (MBB1->empty() || MBB2->empty()) return false;
772
773   MachineInstr *MBB1I = --MBB1->end();
774   MachineInstr *MBB2I = --MBB2->end();
775   return TII.isCall(MBB2I->getOpcode()) && !TII.isCall(MBB1I->getOpcode());
776 }
777
778 /// OptimizeBlock - Analyze and optimize control flow related to the specified
779 /// block.  This is never called on the entry block.
780 void BranchFolder::OptimizeBlock(MachineBasicBlock *MBB) {
781   MachineFunction::iterator FallThrough = MBB;
782   ++FallThrough;
783   
784   // If this block is empty, make everyone use its fall-through, not the block
785   // explicitly.  Landing pads should not do this since the landing-pad table
786   // points to this block.
787   if (MBB->empty() && !MBB->isLandingPad()) {
788     // Dead block?  Leave for cleanup later.
789     if (MBB->pred_empty()) return;
790     
791     if (FallThrough == MBB->getParent()->end()) {
792       // TODO: Simplify preds to not branch here if possible!
793     } else {
794       // Rewrite all predecessors of the old block to go to the fallthrough
795       // instead.
796       while (!MBB->pred_empty()) {
797         MachineBasicBlock *Pred = *(MBB->pred_end()-1);
798         Pred->ReplaceUsesOfBlockWith(MBB, FallThrough);
799       }
800       
801       // If MBB was the target of a jump table, update jump tables to go to the
802       // fallthrough instead.
803       MBB->getParent()->getJumpTableInfo()->
804         ReplaceMBBInJumpTables(MBB, FallThrough);
805       MadeChange = true;
806     }
807     return;
808   }
809
810   // Check to see if we can simplify the terminator of the block before this
811   // one.
812   MachineBasicBlock &PrevBB = *prior(MachineFunction::iterator(MBB));
813
814   MachineBasicBlock *PriorTBB = 0, *PriorFBB = 0;
815   std::vector<MachineOperand> PriorCond;
816   bool PriorUnAnalyzable =
817     TII->AnalyzeBranch(PrevBB, PriorTBB, PriorFBB, PriorCond);
818   if (!PriorUnAnalyzable) {
819     // If the CFG for the prior block has extra edges, remove them.
820     MadeChange |= PrevBB.CorrectExtraCFGEdges(PriorTBB, PriorFBB,
821                                               !PriorCond.empty());
822     
823     // If the previous branch is conditional and both conditions go to the same
824     // destination, remove the branch, replacing it with an unconditional one or
825     // a fall-through.
826     if (PriorTBB && PriorTBB == PriorFBB) {
827       TII->RemoveBranch(PrevBB);
828       PriorCond.clear(); 
829       if (PriorTBB != MBB)
830         TII->InsertBranch(PrevBB, PriorTBB, 0, PriorCond);
831       MadeChange = true;
832       ++NumBranchOpts;
833       return OptimizeBlock(MBB);
834     }
835     
836     // If the previous branch *only* branches to *this* block (conditional or
837     // not) remove the branch.
838     if (PriorTBB == MBB && PriorFBB == 0) {
839       TII->RemoveBranch(PrevBB);
840       MadeChange = true;
841       ++NumBranchOpts;
842       return OptimizeBlock(MBB);
843     }
844     
845     // If the prior block branches somewhere else on the condition and here if
846     // the condition is false, remove the uncond second branch.
847     if (PriorFBB == MBB) {
848       TII->RemoveBranch(PrevBB);
849       TII->InsertBranch(PrevBB, PriorTBB, 0, PriorCond);
850       MadeChange = true;
851       ++NumBranchOpts;
852       return OptimizeBlock(MBB);
853     }
854     
855     // If the prior block branches here on true and somewhere else on false, and
856     // if the branch condition is reversible, reverse the branch to create a
857     // fall-through.
858     if (PriorTBB == MBB) {
859       std::vector<MachineOperand> NewPriorCond(PriorCond);
860       if (!TII->ReverseBranchCondition(NewPriorCond)) {
861         TII->RemoveBranch(PrevBB);
862         TII->InsertBranch(PrevBB, PriorFBB, 0, NewPriorCond);
863         MadeChange = true;
864         ++NumBranchOpts;
865         return OptimizeBlock(MBB);
866       }
867     }
868     
869     // If this block doesn't fall through (e.g. it ends with an uncond branch or
870     // has no successors) and if the pred falls through into this block, and if
871     // it would otherwise fall through into the block after this, move this
872     // block to the end of the function.
873     //
874     // We consider it more likely that execution will stay in the function (e.g.
875     // due to loops) than it is to exit it.  This asserts in loops etc, moving
876     // the assert condition out of the loop body.
877     if (!PriorCond.empty() && PriorFBB == 0 &&
878         MachineFunction::iterator(PriorTBB) == FallThrough &&
879         !CanFallThrough(MBB)) {
880       bool DoTransform = true;
881       
882       // We have to be careful that the succs of PredBB aren't both no-successor
883       // blocks.  If neither have successors and if PredBB is the second from
884       // last block in the function, we'd just keep swapping the two blocks for
885       // last.  Only do the swap if one is clearly better to fall through than
886       // the other.
887       if (FallThrough == --MBB->getParent()->end() &&
888           !IsBetterFallthrough(PriorTBB, MBB, *TII))
889         DoTransform = false;
890
891       // We don't want to do this transformation if we have control flow like:
892       //   br cond BB2
893       // BB1:
894       //   ..
895       //   jmp BBX
896       // BB2:
897       //   ..
898       //   ret
899       //
900       // In this case, we could actually be moving the return block *into* a
901       // loop!
902       if (DoTransform && !MBB->succ_empty() &&
903           (!CanFallThrough(PriorTBB) || PriorTBB->empty()))
904         DoTransform = false;
905       
906       
907       if (DoTransform) {
908         // Reverse the branch so we will fall through on the previous true cond.
909         std::vector<MachineOperand> NewPriorCond(PriorCond);
910         if (!TII->ReverseBranchCondition(NewPriorCond)) {
911           DOUT << "\nMoving MBB: " << *MBB;
912           DOUT << "To make fallthrough to: " << *PriorTBB << "\n";
913           
914           TII->RemoveBranch(PrevBB);
915           TII->InsertBranch(PrevBB, MBB, 0, NewPriorCond);
916
917           // Move this block to the end of the function.
918           MBB->moveAfter(--MBB->getParent()->end());
919           MadeChange = true;
920           ++NumBranchOpts;
921           return;
922         }
923       }
924     }
925   }
926   
927   // Analyze the branch in the current block.
928   MachineBasicBlock *CurTBB = 0, *CurFBB = 0;
929   std::vector<MachineOperand> CurCond;
930   bool CurUnAnalyzable = TII->AnalyzeBranch(*MBB, CurTBB, CurFBB, CurCond);
931   if (!CurUnAnalyzable) {
932     // If the CFG for the prior block has extra edges, remove them.
933     MadeChange |= MBB->CorrectExtraCFGEdges(CurTBB, CurFBB, !CurCond.empty());
934
935     // If this is a two-way branch, and the FBB branches to this block, reverse 
936     // the condition so the single-basic-block loop is faster.  Instead of:
937     //    Loop: xxx; jcc Out; jmp Loop
938     // we want:
939     //    Loop: xxx; jncc Loop; jmp Out
940     if (CurTBB && CurFBB && CurFBB == MBB && CurTBB != MBB) {
941       std::vector<MachineOperand> NewCond(CurCond);
942       if (!TII->ReverseBranchCondition(NewCond)) {
943         TII->RemoveBranch(*MBB);
944         TII->InsertBranch(*MBB, CurFBB, CurTBB, NewCond);
945         MadeChange = true;
946         ++NumBranchOpts;
947         return OptimizeBlock(MBB);
948       }
949     }
950     
951     
952     // If this branch is the only thing in its block, see if we can forward
953     // other blocks across it.
954     if (CurTBB && CurCond.empty() && CurFBB == 0 && 
955         TII->isBranch(MBB->begin()->getOpcode()) && CurTBB != MBB) {
956       // This block may contain just an unconditional branch.  Because there can
957       // be 'non-branch terminators' in the block, try removing the branch and
958       // then seeing if the block is empty.
959       TII->RemoveBranch(*MBB);
960
961       // If this block is just an unconditional branch to CurTBB, we can
962       // usually completely eliminate the block.  The only case we cannot
963       // completely eliminate the block is when the block before this one
964       // falls through into MBB and we can't understand the prior block's branch
965       // condition.
966       if (MBB->empty()) {
967         bool PredHasNoFallThrough = TII->BlockHasNoFallThrough(PrevBB);
968         if (PredHasNoFallThrough || !PriorUnAnalyzable ||
969             !PrevBB.isSuccessor(MBB)) {
970           // If the prior block falls through into us, turn it into an
971           // explicit branch to us to make updates simpler.
972           if (!PredHasNoFallThrough && PrevBB.isSuccessor(MBB) && 
973               PriorTBB != MBB && PriorFBB != MBB) {
974             if (PriorTBB == 0) {
975               assert(PriorCond.empty() && PriorFBB == 0 &&
976                      "Bad branch analysis");
977               PriorTBB = MBB;
978             } else {
979               assert(PriorFBB == 0 && "Machine CFG out of date!");
980               PriorFBB = MBB;
981             }
982             TII->RemoveBranch(PrevBB);
983             TII->InsertBranch(PrevBB, PriorTBB, PriorFBB, PriorCond);
984           }
985
986           // Iterate through all the predecessors, revectoring each in-turn.
987           size_t PI = 0;
988           bool DidChange = false;
989           bool HasBranchToSelf = false;
990           while(PI != MBB->pred_size()) {
991             MachineBasicBlock *PMBB = *(MBB->pred_begin() + PI);
992             if (PMBB == MBB) {
993               // If this block has an uncond branch to itself, leave it.
994               ++PI;
995               HasBranchToSelf = true;
996             } else {
997               DidChange = true;
998               PMBB->ReplaceUsesOfBlockWith(MBB, CurTBB);
999             }
1000           }
1001
1002           // Change any jumptables to go to the new MBB.
1003           MBB->getParent()->getJumpTableInfo()->
1004             ReplaceMBBInJumpTables(MBB, CurTBB);
1005           if (DidChange) {
1006             ++NumBranchOpts;
1007             MadeChange = true;
1008             if (!HasBranchToSelf) return;
1009           }
1010         }
1011       }
1012       
1013       // Add the branch back if the block is more than just an uncond branch.
1014       TII->InsertBranch(*MBB, CurTBB, 0, CurCond);
1015     }
1016   }
1017
1018   // If the prior block doesn't fall through into this block, and if this
1019   // block doesn't fall through into some other block, see if we can find a
1020   // place to move this block where a fall-through will happen.
1021   if (!CanFallThrough(&PrevBB, PriorUnAnalyzable,
1022                       PriorTBB, PriorFBB, PriorCond)) {
1023     // Now we know that there was no fall-through into this block, check to
1024     // see if it has a fall-through into its successor.
1025     bool CurFallsThru = CanFallThrough(MBB, CurUnAnalyzable, CurTBB, CurFBB, 
1026                                        CurCond);
1027
1028     if (!MBB->isLandingPad()) {
1029       // Check all the predecessors of this block.  If one of them has no fall
1030       // throughs, move this block right after it.
1031       for (MachineBasicBlock::pred_iterator PI = MBB->pred_begin(),
1032            E = MBB->pred_end(); PI != E; ++PI) {
1033         // Analyze the branch at the end of the pred.
1034         MachineBasicBlock *PredBB = *PI;
1035         MachineFunction::iterator PredFallthrough = PredBB; ++PredFallthrough;
1036         if (PredBB != MBB && !CanFallThrough(PredBB)
1037             && (!CurFallsThru || !CurTBB || !CurFBB)
1038             && (!CurFallsThru || MBB->getNumber() >= PredBB->getNumber())) {
1039           // If the current block doesn't fall through, just move it.
1040           // If the current block can fall through and does not end with a
1041           // conditional branch, we need to append an unconditional jump to 
1042           // the (current) next block.  To avoid a possible compile-time
1043           // infinite loop, move blocks only backward in this case.
1044           // Also, if there are already 2 branches here, we cannot add a third;
1045           // this means we have the case
1046           // Bcc next
1047           // B elsewhere
1048           // next:
1049           if (CurFallsThru) {
1050             MachineBasicBlock *NextBB = next(MachineFunction::iterator(MBB));
1051             CurCond.clear();
1052             TII->InsertBranch(*MBB, NextBB, 0, CurCond);
1053           }
1054           MBB->moveAfter(PredBB);
1055           MadeChange = true;
1056           return OptimizeBlock(MBB);
1057         }
1058       }
1059     }
1060         
1061     if (!CurFallsThru) {
1062       // Check all successors to see if we can move this block before it.
1063       for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = MBB->succ_begin(),
1064            E = MBB->succ_end(); SI != E; ++SI) {
1065         // Analyze the branch at the end of the block before the succ.
1066         MachineBasicBlock *SuccBB = *SI;
1067         MachineFunction::iterator SuccPrev = SuccBB; --SuccPrev;
1068         std::vector<MachineOperand> SuccPrevCond;
1069         
1070         // If this block doesn't already fall-through to that successor, and if
1071         // the succ doesn't already have a block that can fall through into it,
1072         // and if the successor isn't an EH destination, we can arrange for the
1073         // fallthrough to happen.
1074         if (SuccBB != MBB && !CanFallThrough(SuccPrev) &&
1075             !SuccBB->isLandingPad()) {
1076           MBB->moveBefore(SuccBB);
1077           MadeChange = true;
1078           return OptimizeBlock(MBB);
1079         }
1080       }
1081       
1082       // Okay, there is no really great place to put this block.  If, however,
1083       // the block before this one would be a fall-through if this block were
1084       // removed, move this block to the end of the function.
1085       if (FallThrough != MBB->getParent()->end() &&
1086           PrevBB.isSuccessor(FallThrough)) {
1087         MBB->moveAfter(--MBB->getParent()->end());
1088         MadeChange = true;
1089         return;
1090       }
1091     }
1092   }
1093 }