[AsmPrinter][TLOF] ARM64 MachO support for replacing GOT equivalents
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / PeepholeOptimizer.cpp
1 //===-- PeepholeOptimizer.cpp - Peephole Optimizations --------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Perform peephole optimizations on the machine code:
11 //
12 // - Optimize Extensions
13 //
14 //     Optimization of sign / zero extension instructions. It may be extended to
15 //     handle other instructions with similar properties.
16 //
17 //     On some targets, some instructions, e.g. X86 sign / zero extension, may
18 //     leave the source value in the lower part of the result. This optimization
19 //     will replace some uses of the pre-extension value with uses of the
20 //     sub-register of the results.
21 //
22 // - Optimize Comparisons
23 //
24 //     Optimization of comparison instructions. For instance, in this code:
25 //
26 //       sub r1, 1
27 //       cmp r1, 0
28 //       bz  L1
29 //
30 //     If the "sub" instruction all ready sets (or could be modified to set) the
31 //     same flag that the "cmp" instruction sets and that "bz" uses, then we can
32 //     eliminate the "cmp" instruction.
33 //
34 //     Another instance, in this code:
35 //
36 //       sub r1, r3 | sub r1, imm
37 //       cmp r3, r1 or cmp r1, r3 | cmp r1, imm
38 //       bge L1
39 //
40 //     If the branch instruction can use flag from "sub", then we can replace
41 //     "sub" with "subs" and eliminate the "cmp" instruction.
42 //
43 // - Optimize Loads:
44 //
45 //     Loads that can be folded into a later instruction. A load is foldable
46 //     if it loads to virtual registers and the virtual register defined has 
47 //     a single use.
48 //
49 // - Optimize Copies and Bitcast (more generally, target specific copies):
50 //
51 //     Rewrite copies and bitcasts to avoid cross register bank copies
52 //     when possible.
53 //     E.g., Consider the following example, where capital and lower
54 //     letters denote different register file:
55 //     b = copy A <-- cross-bank copy
56 //     C = copy b <-- cross-bank copy
57 //   =>
58 //     b = copy A <-- cross-bank copy
59 //     C = copy A <-- same-bank copy
60 //
61 //     E.g., for bitcast:
62 //     b = bitcast A <-- cross-bank copy
63 //     C = bitcast b <-- cross-bank copy
64 //   =>
65 //     b = bitcast A <-- cross-bank copy
66 //     C = copy A    <-- same-bank copy
67 //===----------------------------------------------------------------------===//
68
69 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
70 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
71 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
72 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
73 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
74 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
75 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
76 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
77 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
78 #include "llvm/Support/Debug.h"
79 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
80 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
81 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
82 #include <utility>
83 using namespace llvm;
84
85 #define DEBUG_TYPE "peephole-opt"
86
87 // Optimize Extensions
88 static cl::opt<bool>
89 Aggressive("aggressive-ext-opt", cl::Hidden,
90            cl::desc("Aggressive extension optimization"));
91
92 static cl::opt<bool>
93 DisablePeephole("disable-peephole", cl::Hidden, cl::init(false),
94                 cl::desc("Disable the peephole optimizer"));
95
96 static cl::opt<bool>
97 DisableAdvCopyOpt("disable-adv-copy-opt", cl::Hidden, cl::init(false),
98                   cl::desc("Disable advanced copy optimization"));
99
100 STATISTIC(NumReuse,      "Number of extension results reused");
101 STATISTIC(NumCmps,       "Number of compares eliminated");
102 STATISTIC(NumImmFold,    "Number of move immediate folded");
103 STATISTIC(NumLoadFold,   "Number of loads folded");
104 STATISTIC(NumSelects,    "Number of selects optimized");
105 STATISTIC(NumUncoalescableCopies, "Number of uncoalescable copies optimized");
106 STATISTIC(NumRewrittenCopies, "Number of copies rewritten");
107
108 namespace {
109   class PeepholeOptimizer : public MachineFunctionPass {
110     const TargetInstrInfo *TII;
111     const TargetRegisterInfo *TRI;
112     MachineRegisterInfo   *MRI;
113     MachineDominatorTree  *DT;  // Machine dominator tree
114
115   public:
116     static char ID; // Pass identification
117     PeepholeOptimizer() : MachineFunctionPass(ID) {
118       initializePeepholeOptimizerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
119     }
120
121     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override;
122
123     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
124       AU.setPreservesCFG();
125       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
126       if (Aggressive) {
127         AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
128         AU.addPreserved<MachineDominatorTree>();
129       }
130     }
131
132   private:
133     bool optimizeCmpInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB);
134     bool optimizeExtInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
135                           SmallPtrSetImpl<MachineInstr*> &LocalMIs);
136     bool optimizeSelect(MachineInstr *MI,
137                         SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs);
138     bool optimizeCondBranch(MachineInstr *MI);
139     bool optimizeCopyOrBitcast(MachineInstr *MI);
140     bool optimizeCoalescableCopy(MachineInstr *MI);
141     bool optimizeUncoalescableCopy(MachineInstr *MI,
142                                    SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs);
143     bool findNextSource(unsigned &Reg, unsigned &SubReg);
144     bool isMoveImmediate(MachineInstr *MI,
145                          SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
146                          DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs);
147     bool foldImmediate(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
148                        SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
149                        DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs);
150     bool isLoadFoldable(MachineInstr *MI,
151                         SmallSet<unsigned, 16> &FoldAsLoadDefCandidates);
152
153     /// \brief Check whether \p MI is understood by the register coalescer
154     /// but may require some rewriting.
155     bool isCoalescableCopy(const MachineInstr &MI) {
156       // SubregToRegs are not interesting, because they are already register
157       // coalescer friendly.
158       return MI.isCopy() || (!DisableAdvCopyOpt &&
159                              (MI.isRegSequence() || MI.isInsertSubreg() ||
160                               MI.isExtractSubreg()));
161     }
162
163     /// \brief Check whether \p MI is a copy like instruction that is
164     /// not recognized by the register coalescer.
165     bool isUncoalescableCopy(const MachineInstr &MI) {
166       return MI.isBitcast() ||
167              (!DisableAdvCopyOpt &&
168               (MI.isRegSequenceLike() || MI.isInsertSubregLike() ||
169                MI.isExtractSubregLike()));
170     }
171   };
172
173   /// \brief Helper class to track the possible sources of a value defined by
174   /// a (chain of) copy related instructions.
175   /// Given a definition (instruction and definition index), this class
176   /// follows the use-def chain to find successive suitable sources.
177   /// The given source can be used to rewrite the definition into
178   /// def = COPY src.
179   ///
180   /// For instance, let us consider the following snippet:
181   /// v0 =
182   /// v2 = INSERT_SUBREG v1, v0, sub0
183   /// def = COPY v2.sub0
184   ///
185   /// Using a ValueTracker for def = COPY v2.sub0 will give the following
186   /// suitable sources:
187   /// v2.sub0 and v0.
188   /// Then, def can be rewritten into def = COPY v0.
189   class ValueTracker {
190   private:
191     /// The current point into the use-def chain.
192     const MachineInstr *Def;
193     /// The index of the definition in Def.
194     unsigned DefIdx;
195     /// The sub register index of the definition.
196     unsigned DefSubReg;
197     /// The register where the value can be found.
198     unsigned Reg;
199     /// Specifiy whether or not the value tracking looks through
200     /// complex instructions. When this is false, the value tracker
201     /// bails on everything that is not a copy or a bitcast.
202     ///
203     /// Note: This could have been implemented as a specialized version of
204     /// the ValueTracker class but that would have complicated the code of
205     /// the users of this class.
206     bool UseAdvancedTracking;
207     /// MachineRegisterInfo used to perform tracking.
208     const MachineRegisterInfo &MRI;
209     /// Optional TargetInstrInfo used to perform some complex
210     /// tracking.
211     const TargetInstrInfo *TII;
212
213     /// \brief Dispatcher to the right underlying implementation of
214     /// getNextSource.
215     bool getNextSourceImpl(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg);
216     /// \brief Specialized version of getNextSource for Copy instructions.
217     bool getNextSourceFromCopy(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg);
218     /// \brief Specialized version of getNextSource for Bitcast instructions.
219     bool getNextSourceFromBitcast(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg);
220     /// \brief Specialized version of getNextSource for RegSequence
221     /// instructions.
222     bool getNextSourceFromRegSequence(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg);
223     /// \brief Specialized version of getNextSource for InsertSubreg
224     /// instructions.
225     bool getNextSourceFromInsertSubreg(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg);
226     /// \brief Specialized version of getNextSource for ExtractSubreg
227     /// instructions.
228     bool getNextSourceFromExtractSubreg(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg);
229     /// \brief Specialized version of getNextSource for SubregToReg
230     /// instructions.
231     bool getNextSourceFromSubregToReg(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg);
232
233   public:
234     /// \brief Create a ValueTracker instance for the value defined by \p Reg.
235     /// \p DefSubReg represents the sub register index the value tracker will
236     /// track. It does not need to match the sub register index used in the
237     /// definition of \p Reg.
238     /// \p UseAdvancedTracking specifies whether or not the value tracker looks
239     /// through complex instructions. By default (false), it handles only copy
240     /// and bitcast instructions.
241     /// If \p Reg is a physical register, a value tracker constructed with
242     /// this constructor will not find any alternative source.
243     /// Indeed, when \p Reg is a physical register that constructor does not
244     /// know which definition of \p Reg it should track.
245     /// Use the next constructor to track a physical register.
246     ValueTracker(unsigned Reg, unsigned DefSubReg,
247                  const MachineRegisterInfo &MRI,
248                  bool UseAdvancedTracking = false,
249                  const TargetInstrInfo *TII = nullptr)
250         : Def(nullptr), DefIdx(0), DefSubReg(DefSubReg), Reg(Reg),
251           UseAdvancedTracking(UseAdvancedTracking), MRI(MRI), TII(TII) {
252       if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) {
253         Def = MRI.getVRegDef(Reg);
254         DefIdx = MRI.def_begin(Reg).getOperandNo();
255       }
256     }
257
258     /// \brief Create a ValueTracker instance for the value defined by
259     /// the pair \p MI, \p DefIdx.
260     /// Unlike the other constructor, the value tracker produced by this one
261     /// may be able to find a new source when the definition is a physical
262     /// register.
263     /// This could be useful to rewrite target specific instructions into
264     /// generic copy instructions.
265     ValueTracker(const MachineInstr &MI, unsigned DefIdx, unsigned DefSubReg,
266                  const MachineRegisterInfo &MRI,
267                  bool UseAdvancedTracking = false,
268                  const TargetInstrInfo *TII = nullptr)
269         : Def(&MI), DefIdx(DefIdx), DefSubReg(DefSubReg),
270           UseAdvancedTracking(UseAdvancedTracking), MRI(MRI), TII(TII) {
271       assert(DefIdx < Def->getDesc().getNumDefs() &&
272              Def->getOperand(DefIdx).isReg() && "Invalid definition");
273       Reg = Def->getOperand(DefIdx).getReg();
274     }
275
276     /// \brief Following the use-def chain, get the next available source
277     /// for the tracked value.
278     /// When the returned value is not nullptr, \p SrcReg gives the register
279     /// that contain the tracked value.
280     /// \note The sub register index returned in \p SrcSubReg must be used
281     /// on \p SrcReg to access the actual value.
282     /// \return Unless the returned value is nullptr (i.e., no source found),
283     /// \p SrcReg gives the register of the next source used in the returned
284     /// instruction and \p SrcSubReg the sub-register index to be used on that
285     /// source to get the tracked value. When nullptr is returned, no
286     /// alternative source has been found.
287     const MachineInstr *getNextSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg);
288
289     /// \brief Get the last register where the initial value can be found.
290     /// Initially this is the register of the definition.
291     /// Then, after each successful call to getNextSource, this is the
292     /// register of the last source.
293     unsigned getReg() const { return Reg; }
294   };
295 }
296
297 char PeepholeOptimizer::ID = 0;
298 char &llvm::PeepholeOptimizerID = PeepholeOptimizer::ID;
299 INITIALIZE_PASS_BEGIN(PeepholeOptimizer, "peephole-opts",
300                 "Peephole Optimizations", false, false)
301 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineDominatorTree)
302 INITIALIZE_PASS_END(PeepholeOptimizer, "peephole-opts",
303                 "Peephole Optimizations", false, false)
304
305 /// optimizeExtInstr - If instruction is a copy-like instruction, i.e. it reads
306 /// a single register and writes a single register and it does not modify the
307 /// source, and if the source value is preserved as a sub-register of the
308 /// result, then replace all reachable uses of the source with the subreg of the
309 /// result.
310 ///
311 /// Do not generate an EXTRACT that is used only in a debug use, as this changes
312 /// the code. Since this code does not currently share EXTRACTs, just ignore all
313 /// debug uses.
314 bool PeepholeOptimizer::
315 optimizeExtInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
316                  SmallPtrSetImpl<MachineInstr*> &LocalMIs) {
317   unsigned SrcReg, DstReg, SubIdx;
318   if (!TII->isCoalescableExtInstr(*MI, SrcReg, DstReg, SubIdx))
319     return false;
320
321   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DstReg) ||
322       TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg))
323     return false;
324
325   if (MRI->hasOneNonDBGUse(SrcReg))
326     // No other uses.
327     return false;
328
329   // Ensure DstReg can get a register class that actually supports
330   // sub-registers. Don't change the class until we commit.
331   const TargetRegisterClass *DstRC = MRI->getRegClass(DstReg);
332   DstRC = TRI->getSubClassWithSubReg(DstRC, SubIdx);
333   if (!DstRC)
334     return false;
335
336   // The ext instr may be operating on a sub-register of SrcReg as well.
337   // PPC::EXTSW is a 32 -> 64-bit sign extension, but it reads a 64-bit
338   // register.
339   // If UseSrcSubIdx is Set, SubIdx also applies to SrcReg, and only uses of
340   // SrcReg:SubIdx should be replaced.
341   bool UseSrcSubIdx =
342       TRI->getSubClassWithSubReg(MRI->getRegClass(SrcReg), SubIdx) != nullptr;
343
344   // The source has other uses. See if we can replace the other uses with use of
345   // the result of the extension.
346   SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 4> ReachedBBs;
347   for (MachineInstr &UI : MRI->use_nodbg_instructions(DstReg))
348     ReachedBBs.insert(UI.getParent());
349
350   // Uses that are in the same BB of uses of the result of the instruction.
351   SmallVector<MachineOperand*, 8> Uses;
352
353   // Uses that the result of the instruction can reach.
354   SmallVector<MachineOperand*, 8> ExtendedUses;
355
356   bool ExtendLife = true;
357   for (MachineOperand &UseMO : MRI->use_nodbg_operands(SrcReg)) {
358     MachineInstr *UseMI = UseMO.getParent();
359     if (UseMI == MI)
360       continue;
361
362     if (UseMI->isPHI()) {
363       ExtendLife = false;
364       continue;
365     }
366
367     // Only accept uses of SrcReg:SubIdx.
368     if (UseSrcSubIdx && UseMO.getSubReg() != SubIdx)
369       continue;
370
371     // It's an error to translate this:
372     //
373     //    %reg1025 = <sext> %reg1024
374     //     ...
375     //    %reg1026 = SUBREG_TO_REG 0, %reg1024, 4
376     //
377     // into this:
378     //
379     //    %reg1025 = <sext> %reg1024
380     //     ...
381     //    %reg1027 = COPY %reg1025:4
382     //    %reg1026 = SUBREG_TO_REG 0, %reg1027, 4
383     //
384     // The problem here is that SUBREG_TO_REG is there to assert that an
385     // implicit zext occurs. It doesn't insert a zext instruction. If we allow
386     // the COPY here, it will give us the value after the <sext>, not the
387     // original value of %reg1024 before <sext>.
388     if (UseMI->getOpcode() == TargetOpcode::SUBREG_TO_REG)
389       continue;
390
391     MachineBasicBlock *UseMBB = UseMI->getParent();
392     if (UseMBB == MBB) {
393       // Local uses that come after the extension.
394       if (!LocalMIs.count(UseMI))
395         Uses.push_back(&UseMO);
396     } else if (ReachedBBs.count(UseMBB)) {
397       // Non-local uses where the result of the extension is used. Always
398       // replace these unless it's a PHI.
399       Uses.push_back(&UseMO);
400     } else if (Aggressive && DT->dominates(MBB, UseMBB)) {
401       // We may want to extend the live range of the extension result in order
402       // to replace these uses.
403       ExtendedUses.push_back(&UseMO);
404     } else {
405       // Both will be live out of the def MBB anyway. Don't extend live range of
406       // the extension result.
407       ExtendLife = false;
408       break;
409     }
410   }
411
412   if (ExtendLife && !ExtendedUses.empty())
413     // Extend the liveness of the extension result.
414     Uses.append(ExtendedUses.begin(), ExtendedUses.end());
415
416   // Now replace all uses.
417   bool Changed = false;
418   if (!Uses.empty()) {
419     SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 4> PHIBBs;
420
421     // Look for PHI uses of the extended result, we don't want to extend the
422     // liveness of a PHI input. It breaks all kinds of assumptions down
423     // stream. A PHI use is expected to be the kill of its source values.
424     for (MachineInstr &UI : MRI->use_nodbg_instructions(DstReg))
425       if (UI.isPHI())
426         PHIBBs.insert(UI.getParent());
427
428     const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(SrcReg);
429     for (unsigned i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
430       MachineOperand *UseMO = Uses[i];
431       MachineInstr *UseMI = UseMO->getParent();
432       MachineBasicBlock *UseMBB = UseMI->getParent();
433       if (PHIBBs.count(UseMBB))
434         continue;
435
436       // About to add uses of DstReg, clear DstReg's kill flags.
437       if (!Changed) {
438         MRI->clearKillFlags(DstReg);
439         MRI->constrainRegClass(DstReg, DstRC);
440       }
441
442       unsigned NewVR = MRI->createVirtualRegister(RC);
443       MachineInstr *Copy = BuildMI(*UseMBB, UseMI, UseMI->getDebugLoc(),
444                                    TII->get(TargetOpcode::COPY), NewVR)
445         .addReg(DstReg, 0, SubIdx);
446       // SubIdx applies to both SrcReg and DstReg when UseSrcSubIdx is set.
447       if (UseSrcSubIdx) {
448         Copy->getOperand(0).setSubReg(SubIdx);
449         Copy->getOperand(0).setIsUndef();
450       }
451       UseMO->setReg(NewVR);
452       ++NumReuse;
453       Changed = true;
454     }
455   }
456
457   return Changed;
458 }
459
460 /// optimizeCmpInstr - If the instruction is a compare and the previous
461 /// instruction it's comparing against all ready sets (or could be modified to
462 /// set) the same flag as the compare, then we can remove the comparison and use
463 /// the flag from the previous instruction.
464 bool PeepholeOptimizer::optimizeCmpInstr(MachineInstr *MI,
465                                          MachineBasicBlock *MBB) {
466   // If this instruction is a comparison against zero and isn't comparing a
467   // physical register, we can try to optimize it.
468   unsigned SrcReg, SrcReg2;
469   int CmpMask, CmpValue;
470   if (!TII->analyzeCompare(MI, SrcReg, SrcReg2, CmpMask, CmpValue) ||
471       TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg) ||
472       (SrcReg2 != 0 && TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg2)))
473     return false;
474
475   // Attempt to optimize the comparison instruction.
476   if (TII->optimizeCompareInstr(MI, SrcReg, SrcReg2, CmpMask, CmpValue, MRI)) {
477     ++NumCmps;
478     return true;
479   }
480
481   return false;
482 }
483
484 /// Optimize a select instruction.
485 bool PeepholeOptimizer::optimizeSelect(MachineInstr *MI,
486                             SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs) {
487   unsigned TrueOp = 0;
488   unsigned FalseOp = 0;
489   bool Optimizable = false;
490   SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
491   if (TII->analyzeSelect(MI, Cond, TrueOp, FalseOp, Optimizable))
492     return false;
493   if (!Optimizable)
494     return false;
495   if (!TII->optimizeSelect(MI, LocalMIs))
496     return false;
497   MI->eraseFromParent();
498   ++NumSelects;
499   return true;
500 }
501
502 /// \brief Check if a simpler conditional branch can be
503 // generated
504 bool PeepholeOptimizer::optimizeCondBranch(MachineInstr *MI) {
505   return TII->optimizeCondBranch(MI);
506 }
507
508 /// \brief Check if the registers defined by the pair (RegisterClass, SubReg)
509 /// share the same register file.
510 static bool shareSameRegisterFile(const TargetRegisterInfo &TRI,
511                                   const TargetRegisterClass *DefRC,
512                                   unsigned DefSubReg,
513                                   const TargetRegisterClass *SrcRC,
514                                   unsigned SrcSubReg) {
515   // Same register class.
516   if (DefRC == SrcRC)
517     return true;
518
519   // Both operands are sub registers. Check if they share a register class.
520   unsigned SrcIdx, DefIdx;
521   if (SrcSubReg && DefSubReg)
522     return TRI.getCommonSuperRegClass(SrcRC, SrcSubReg, DefRC, DefSubReg,
523                                       SrcIdx, DefIdx) != nullptr;
524   // At most one of the register is a sub register, make it Src to avoid
525   // duplicating the test.
526   if (!SrcSubReg) {
527     std::swap(DefSubReg, SrcSubReg);
528     std::swap(DefRC, SrcRC);
529   }
530
531   // One of the register is a sub register, check if we can get a superclass.
532   if (SrcSubReg)
533     return TRI.getMatchingSuperRegClass(SrcRC, DefRC, SrcSubReg) != nullptr;
534   // Plain copy.
535   return TRI.getCommonSubClass(DefRC, SrcRC) != nullptr;
536 }
537
538 /// \brief Try to find the next source that share the same register file
539 /// for the value defined by \p Reg and \p SubReg.
540 /// When true is returned, \p Reg and \p SubReg are updated with the
541 /// register number and sub-register index of the new source.
542 /// \return False if no alternative sources are available. True otherwise.
543 bool PeepholeOptimizer::findNextSource(unsigned &Reg, unsigned &SubReg) {
544   // Do not try to find a new source for a physical register.
545   // So far we do not have any motivating example for doing that.
546   // Thus, instead of maintaining untested code, we will revisit that if
547   // that changes at some point.
548   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
549     return false;
550
551   const TargetRegisterClass *DefRC = MRI->getRegClass(Reg);
552   unsigned DefSubReg = SubReg;
553
554   unsigned Src;
555   unsigned SrcSubReg;
556   bool ShouldRewrite = false;
557
558   // Follow the chain of copies until we reach the top of the use-def chain
559   // or find a more suitable source.
560   ValueTracker ValTracker(Reg, DefSubReg, *MRI, !DisableAdvCopyOpt, TII);
561   do {
562     unsigned CopySrcReg, CopySrcSubReg;
563     if (!ValTracker.getNextSource(CopySrcReg, CopySrcSubReg))
564       break;
565     Src = CopySrcReg;
566     SrcSubReg = CopySrcSubReg;
567
568     // Do not extend the live-ranges of physical registers as they add
569     // constraints to the register allocator.
570     // Moreover, if we want to extend the live-range of a physical register,
571     // unlike SSA virtual register, we will have to check that they are not
572     // redefine before the related use.
573     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Src))
574       break;
575
576     const TargetRegisterClass *SrcRC = MRI->getRegClass(Src);
577
578     // If this source does not incur a cross register bank copy, use it.
579     ShouldRewrite = shareSameRegisterFile(*TRI, DefRC, DefSubReg, SrcRC,
580                                           SrcSubReg);
581   } while (!ShouldRewrite);
582
583   // If we did not find a more suitable source, there is nothing to optimize.
584   if (!ShouldRewrite || Src == Reg)
585     return false;
586
587   Reg = Src;
588   SubReg = SrcSubReg;
589   return true;
590 }
591
592 namespace {
593 /// \brief Helper class to rewrite the arguments of a copy-like instruction.
594 class CopyRewriter {
595 protected:
596   /// The copy-like instruction.
597   MachineInstr &CopyLike;
598   /// The index of the source being rewritten.
599   unsigned CurrentSrcIdx;
600
601 public:
602   CopyRewriter(MachineInstr &MI) : CopyLike(MI), CurrentSrcIdx(0) {}
603
604   virtual ~CopyRewriter() {}
605
606   /// \brief Get the next rewritable source (SrcReg, SrcSubReg) and
607   /// the related value that it affects (TrackReg, TrackSubReg).
608   /// A source is considered rewritable if its register class and the
609   /// register class of the related TrackReg may not be register
610   /// coalescer friendly. In other words, given a copy-like instruction
611   /// not all the arguments may be returned at rewritable source, since
612   /// some arguments are none to be register coalescer friendly.
613   ///
614   /// Each call of this method moves the current source to the next
615   /// rewritable source.
616   /// For instance, let CopyLike be the instruction to rewrite.
617   /// CopyLike has one definition and one source:
618   /// dst.dstSubIdx = CopyLike src.srcSubIdx.
619   ///
620   /// The first call will give the first rewritable source, i.e.,
621   /// the only source this instruction has:
622   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (src, srcSubIdx).
623   /// This source defines the whole definition, i.e.,
624   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, dstSubIdx).
625   ///
626   /// The second and subsequent calls will return false, has there is only one
627   /// rewritable source.
628   ///
629   /// \return True if a rewritable source has been found, false otherwise.
630   /// The output arguments are valid if and only if true is returned.
631   virtual bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
632                                        unsigned &TrackReg,
633                                        unsigned &TrackSubReg) {
634     // If CurrentSrcIdx == 1, this means this function has already been
635     // called once. CopyLike has one defintiion and one argument, thus,
636     // there is nothing else to rewrite.
637     if (!CopyLike.isCopy() || CurrentSrcIdx == 1)
638       return false;
639     // This is the first call to getNextRewritableSource.
640     // Move the CurrentSrcIdx to remember that we made that call.
641     CurrentSrcIdx = 1;
642     // The rewritable source is the argument.
643     const MachineOperand &MOSrc = CopyLike.getOperand(1);
644     SrcReg = MOSrc.getReg();
645     SrcSubReg = MOSrc.getSubReg();
646     // What we track are the alternative sources of the definition.
647     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
648     TrackReg = MODef.getReg();
649     TrackSubReg = MODef.getSubReg();
650     return true;
651   }
652
653   /// \brief Rewrite the current source with \p NewReg and \p NewSubReg
654   /// if possible.
655   /// \return True if the rewritting was possible, false otherwise.
656   virtual bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) {
657     if (!CopyLike.isCopy() || CurrentSrcIdx != 1)
658       return false;
659     MachineOperand &MOSrc = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
660     MOSrc.setReg(NewReg);
661     MOSrc.setSubReg(NewSubReg);
662     return true;
663   }
664 };
665
666 /// \brief Specialized rewriter for INSERT_SUBREG instruction.
667 class InsertSubregRewriter : public CopyRewriter {
668 public:
669   InsertSubregRewriter(MachineInstr &MI) : CopyRewriter(MI) {
670     assert(MI.isInsertSubreg() && "Invalid instruction");
671   }
672
673   /// \brief See CopyRewriter::getNextRewritableSource.
674   /// Here CopyLike has the following form:
675   /// dst = INSERT_SUBREG Src1, Src2.src2SubIdx, subIdx.
676   /// Src1 has the same register class has dst, hence, there is
677   /// nothing to rewrite.
678   /// Src2.src2SubIdx, may not be register coalescer friendly.
679   /// Therefore, the first call to this method returns:
680   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src2, src2SubIdx).
681   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, subIdx).
682   ///
683   /// Subsequence calls will return false.
684   bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
685                                unsigned &TrackReg,
686                                unsigned &TrackSubReg) override {
687     // If we already get the only source we can rewrite, return false.
688     if (CurrentSrcIdx == 2)
689       return false;
690     // We are looking at v2 = INSERT_SUBREG v0, v1, sub0.
691     CurrentSrcIdx = 2;
692     const MachineOperand &MOInsertedReg = CopyLike.getOperand(2);
693     SrcReg = MOInsertedReg.getReg();
694     SrcSubReg = MOInsertedReg.getSubReg();
695     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
696
697     // We want to track something that is compatible with the
698     // partial definition.
699     TrackReg = MODef.getReg();
700     if (MODef.getSubReg())
701       // Bails if we have to compose sub-register indices.
702       return false;
703     TrackSubReg = (unsigned)CopyLike.getOperand(3).getImm();
704     return true;
705   }
706   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
707     if (CurrentSrcIdx != 2)
708       return false;
709     // We are rewriting the inserted reg.
710     MachineOperand &MO = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
711     MO.setReg(NewReg);
712     MO.setSubReg(NewSubReg);
713     return true;
714   }
715 };
716
717 /// \brief Specialized rewriter for EXTRACT_SUBREG instruction.
718 class ExtractSubregRewriter : public CopyRewriter {
719   const TargetInstrInfo &TII;
720
721 public:
722   ExtractSubregRewriter(MachineInstr &MI, const TargetInstrInfo &TII)
723       : CopyRewriter(MI), TII(TII) {
724     assert(MI.isExtractSubreg() && "Invalid instruction");
725   }
726
727   /// \brief See CopyRewriter::getNextRewritableSource.
728   /// Here CopyLike has the following form:
729   /// dst.dstSubIdx = EXTRACT_SUBREG Src, subIdx.
730   /// There is only one rewritable source: Src.subIdx,
731   /// which defines dst.dstSubIdx.
732   bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
733                                unsigned &TrackReg,
734                                unsigned &TrackSubReg) override {
735     // If we already get the only source we can rewrite, return false.
736     if (CurrentSrcIdx == 1)
737       return false;
738     // We are looking at v1 = EXTRACT_SUBREG v0, sub0.
739     CurrentSrcIdx = 1;
740     const MachineOperand &MOExtractedReg = CopyLike.getOperand(1);
741     SrcReg = MOExtractedReg.getReg();
742     // If we have to compose sub-register indices, bails out.
743     if (MOExtractedReg.getSubReg())
744       return false;
745
746     SrcSubReg = CopyLike.getOperand(2).getImm();
747
748     // We want to track something that is compatible with the definition.
749     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
750     TrackReg = MODef.getReg();
751     TrackSubReg = MODef.getSubReg();
752     return true;
753   }
754
755   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
756     // The only source we can rewrite is the input register.
757     if (CurrentSrcIdx != 1)
758       return false;
759
760     CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx).setReg(NewReg);
761
762     // If we find a source that does not require to extract something,
763     // rewrite the operation with a copy.
764     if (!NewSubReg) {
765       // Move the current index to an invalid position.
766       // We do not want another call to this method to be able
767       // to do any change.
768       CurrentSrcIdx = -1;
769       // Rewrite the operation as a COPY.
770       // Get rid of the sub-register index.
771       CopyLike.RemoveOperand(2);
772       // Morph the operation into a COPY.
773       CopyLike.setDesc(TII.get(TargetOpcode::COPY));
774       return true;
775     }
776     CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx + 1).setImm(NewSubReg);
777     return true;
778   }
779 };
780
781 /// \brief Specialized rewriter for REG_SEQUENCE instruction.
782 class RegSequenceRewriter : public CopyRewriter {
783 public:
784   RegSequenceRewriter(MachineInstr &MI) : CopyRewriter(MI) {
785     assert(MI.isRegSequence() && "Invalid instruction");
786   }
787
788   /// \brief See CopyRewriter::getNextRewritableSource.
789   /// Here CopyLike has the following form:
790   /// dst = REG_SEQUENCE Src1.src1SubIdx, subIdx1, Src2.src2SubIdx, subIdx2.
791   /// Each call will return a different source, walking all the available
792   /// source.
793   ///
794   /// The first call returns:
795   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src1, src1SubIdx).
796   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, subIdx1).
797   ///
798   /// The second call returns:
799   /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src2, src2SubIdx).
800   /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, subIdx2).
801   ///
802   /// And so on, until all the sources have been traversed, then
803   /// it returns false.
804   bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
805                                unsigned &TrackReg,
806                                unsigned &TrackSubReg) override {
807     // We are looking at v0 = REG_SEQUENCE v1, sub1, v2, sub2, etc.
808
809     // If this is the first call, move to the first argument.
810     if (CurrentSrcIdx == 0) {
811       CurrentSrcIdx = 1;
812     } else {
813       // Otherwise, move to the next argument and check that it is valid.
814       CurrentSrcIdx += 2;
815       if (CurrentSrcIdx >= CopyLike.getNumOperands())
816         return false;
817     }
818     const MachineOperand &MOInsertedReg = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
819     SrcReg = MOInsertedReg.getReg();
820     // If we have to compose sub-register indices, bails out.
821     if ((SrcSubReg = MOInsertedReg.getSubReg()))
822       return false;
823
824     // We want to track something that is compatible with the related
825     // partial definition.
826     TrackSubReg = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx + 1).getImm();
827
828     const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
829     TrackReg = MODef.getReg();
830     // If we have to compose sub-registers, bails.
831     return MODef.getSubReg() == 0;
832   }
833
834   bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
835     // We cannot rewrite out of bound operands.
836     // Moreover, rewritable sources are at odd positions.
837     if ((CurrentSrcIdx & 1) != 1 || CurrentSrcIdx > CopyLike.getNumOperands())
838       return false;
839
840     MachineOperand &MO = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
841     MO.setReg(NewReg);
842     MO.setSubReg(NewSubReg);
843     return true;
844   }
845 };
846 } // End namespace.
847
848 /// \brief Get the appropriated CopyRewriter for \p MI.
849 /// \return A pointer to a dynamically allocated CopyRewriter or nullptr
850 /// if no rewriter works for \p MI.
851 static CopyRewriter *getCopyRewriter(MachineInstr &MI,
852                                      const TargetInstrInfo &TII) {
853   switch (MI.getOpcode()) {
854   default:
855     return nullptr;
856   case TargetOpcode::COPY:
857     return new CopyRewriter(MI);
858   case TargetOpcode::INSERT_SUBREG:
859     return new InsertSubregRewriter(MI);
860   case TargetOpcode::EXTRACT_SUBREG:
861     return new ExtractSubregRewriter(MI, TII);
862   case TargetOpcode::REG_SEQUENCE:
863     return new RegSequenceRewriter(MI);
864   }
865   llvm_unreachable(nullptr);
866 }
867
868 /// \brief Optimize generic copy instructions to avoid cross
869 /// register bank copy. The optimization looks through a chain of
870 /// copies and tries to find a source that has a compatible register
871 /// class.
872 /// Two register classes are considered to be compatible if they share
873 /// the same register bank.
874 /// New copies issued by this optimization are register allocator
875 /// friendly. This optimization does not remove any copy as it may
876 /// overconstraint the register allocator, but replaces some operands
877 /// when possible.
878 /// \pre isCoalescableCopy(*MI) is true.
879 /// \return True, when \p MI has been rewritten. False otherwise.
880 bool PeepholeOptimizer::optimizeCoalescableCopy(MachineInstr *MI) {
881   assert(MI && isCoalescableCopy(*MI) && "Invalid argument");
882   assert(MI->getDesc().getNumDefs() == 1 &&
883          "Coalescer can understand multiple defs?!");
884   const MachineOperand &MODef = MI->getOperand(0);
885   // Do not rewrite physical definitions.
886   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MODef.getReg()))
887     return false;
888
889   bool Changed = false;
890   // Get the right rewriter for the current copy.
891   std::unique_ptr<CopyRewriter> CpyRewriter(getCopyRewriter(*MI, *TII));
892   // If none exists, bails out.
893   if (!CpyRewriter)
894     return false;
895   // Rewrite each rewritable source.
896   unsigned SrcReg, SrcSubReg, TrackReg, TrackSubReg;
897   while (CpyRewriter->getNextRewritableSource(SrcReg, SrcSubReg, TrackReg,
898                                               TrackSubReg)) {
899     unsigned NewSrc = TrackReg;
900     unsigned NewSubReg = TrackSubReg;
901     // Try to find a more suitable source.
902     // If we failed to do so, or get the actual source,
903     // move to the next source.
904     if (!findNextSource(NewSrc, NewSubReg) || SrcReg == NewSrc)
905       continue;
906     // Rewrite source.
907     if (CpyRewriter->RewriteCurrentSource(NewSrc, NewSubReg)) {
908       // We may have extended the live-range of NewSrc, account for that.
909       MRI->clearKillFlags(NewSrc);
910       Changed = true;
911     }
912   }
913   // TODO: We could have a clean-up method to tidy the instruction.
914   // E.g., v0 = INSERT_SUBREG v1, v1.sub0, sub0
915   // => v0 = COPY v1
916   // Currently we haven't seen motivating example for that and we
917   // want to avoid untested code.
918   NumRewrittenCopies += Changed == true;
919   return Changed;
920 }
921
922 /// \brief Optimize copy-like instructions to create
923 /// register coalescer friendly instruction.
924 /// The optimization tries to kill-off the \p MI by looking
925 /// through a chain of copies to find a source that has a compatible
926 /// register class.
927 /// If such a source is found, it replace \p MI by a generic COPY
928 /// operation.
929 /// \pre isUncoalescableCopy(*MI) is true.
930 /// \return True, when \p MI has been optimized. In that case, \p MI has
931 /// been removed from its parent.
932 /// All COPY instructions created, are inserted in \p LocalMIs.
933 bool PeepholeOptimizer::optimizeUncoalescableCopy(
934     MachineInstr *MI, SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs) {
935   assert(MI && isUncoalescableCopy(*MI) && "Invalid argument");
936
937   // Check if we can rewrite all the values defined by this instruction.
938   SmallVector<
939       std::pair<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, TargetInstrInfo::RegSubRegPair>,
940       4> RewritePairs;
941   for (const MachineOperand &MODef : MI->defs()) {
942     if (MODef.isDead())
943       // We can ignore those.
944       continue;
945
946     // If a physical register is here, this is probably for a good reason.
947     // Do not rewrite that.
948     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MODef.getReg()))
949       return false;
950
951     // If we do not know how to rewrite this definition, there is no point
952     // in trying to kill this instruction.
953     TargetInstrInfo::RegSubRegPair Def(MODef.getReg(), MODef.getSubReg());
954     TargetInstrInfo::RegSubRegPair Src = Def;
955     if (!findNextSource(Src.Reg, Src.SubReg))
956       return false;
957     RewritePairs.push_back(std::make_pair(Def, Src));
958   }
959   // The change is possible for all defs, do it.
960   for (const auto &PairDefSrc : RewritePairs) {
961     const auto &Def = PairDefSrc.first;
962     const auto &Src = PairDefSrc.second;
963     // Rewrite the "copy" in a way the register coalescer understands.
964     assert(!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Def.Reg) &&
965            "We do not rewrite physical registers");
966     const TargetRegisterClass *DefRC = MRI->getRegClass(Def.Reg);
967     unsigned NewVR = MRI->createVirtualRegister(DefRC);
968     MachineInstr *NewCopy = BuildMI(*MI->getParent(), MI, MI->getDebugLoc(),
969                                     TII->get(TargetOpcode::COPY),
970                                     NewVR).addReg(Src.Reg, 0, Src.SubReg);
971     NewCopy->getOperand(0).setSubReg(Def.SubReg);
972     if (Def.SubReg)
973       NewCopy->getOperand(0).setIsUndef();
974     LocalMIs.insert(NewCopy);
975     MRI->replaceRegWith(Def.Reg, NewVR);
976     MRI->clearKillFlags(NewVR);
977     // We extended the lifetime of Src.
978     // Clear the kill flags to account for that.
979     MRI->clearKillFlags(Src.Reg);
980   }
981   // MI is now dead.
982   MI->eraseFromParent();
983   ++NumUncoalescableCopies;
984   return true;
985 }
986
987 /// isLoadFoldable - Check whether MI is a candidate for folding into a later
988 /// instruction. We only fold loads to virtual registers and the virtual
989 /// register defined has a single use.
990 bool PeepholeOptimizer::isLoadFoldable(
991                               MachineInstr *MI,
992                               SmallSet<unsigned, 16> &FoldAsLoadDefCandidates) {
993   if (!MI->canFoldAsLoad() || !MI->mayLoad())
994     return false;
995   const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
996   if (MCID.getNumDefs() != 1)
997     return false;
998
999   unsigned Reg = MI->getOperand(0).getReg();
1000   // To reduce compilation time, we check MRI->hasOneNonDBGUse when inserting
1001   // loads. It should be checked when processing uses of the load, since
1002   // uses can be removed during peephole.
1003   if (!MI->getOperand(0).getSubReg() &&
1004       TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) &&
1005       MRI->hasOneNonDBGUse(Reg)) {
1006     FoldAsLoadDefCandidates.insert(Reg);
1007     return true;
1008   }
1009   return false;
1010 }
1011
1012 bool PeepholeOptimizer::isMoveImmediate(MachineInstr *MI,
1013                                         SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
1014                                  DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs) {
1015   const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
1016   if (!MI->isMoveImmediate())
1017     return false;
1018   if (MCID.getNumDefs() != 1)
1019     return false;
1020   unsigned Reg = MI->getOperand(0).getReg();
1021   if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg)) {
1022     ImmDefMIs.insert(std::make_pair(Reg, MI));
1023     ImmDefRegs.insert(Reg);
1024     return true;
1025   }
1026
1027   return false;
1028 }
1029
1030 /// foldImmediate - Try folding register operands that are defined by move
1031 /// immediate instructions, i.e. a trivial constant folding optimization, if
1032 /// and only if the def and use are in the same BB.
1033 bool PeepholeOptimizer::foldImmediate(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
1034                                       SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
1035                                  DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs) {
1036   for (unsigned i = 0, e = MI->getDesc().getNumOperands(); i != e; ++i) {
1037     MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
1038     if (!MO.isReg() || MO.isDef())
1039       continue;
1040     unsigned Reg = MO.getReg();
1041     if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
1042       continue;
1043     if (ImmDefRegs.count(Reg) == 0)
1044       continue;
1045     DenseMap<unsigned, MachineInstr*>::iterator II = ImmDefMIs.find(Reg);
1046     assert(II != ImmDefMIs.end());
1047     if (TII->FoldImmediate(MI, II->second, Reg, MRI)) {
1048       ++NumImmFold;
1049       return true;
1050     }
1051   }
1052   return false;
1053 }
1054
1055 bool PeepholeOptimizer::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
1056   if (skipOptnoneFunction(*MF.getFunction()))
1057     return false;
1058
1059   DEBUG(dbgs() << "********** PEEPHOLE OPTIMIZER **********\n");
1060   DEBUG(dbgs() << "********** Function: " << MF.getName() << '\n');
1061
1062   if (DisablePeephole)
1063     return false;
1064
1065   TII = MF.getSubtarget().getInstrInfo();
1066   TRI = MF.getSubtarget().getRegisterInfo();
1067   MRI = &MF.getRegInfo();
1068   DT  = Aggressive ? &getAnalysis<MachineDominatorTree>() : nullptr;
1069
1070   bool Changed = false;
1071
1072   for (MachineFunction::iterator I = MF.begin(), E = MF.end(); I != E; ++I) {
1073     MachineBasicBlock *MBB = &*I;
1074
1075     bool SeenMoveImm = false;
1076
1077     // During this forward scan, at some point it needs to answer the question
1078     // "given a pointer to an MI in the current BB, is it located before or
1079     // after the current instruction".
1080     // To perform this, the following set keeps track of the MIs already seen
1081     // during the scan, if a MI is not in the set, it is assumed to be located
1082     // after. Newly created MIs have to be inserted in the set as well.
1083     SmallPtrSet<MachineInstr*, 16> LocalMIs;
1084     SmallSet<unsigned, 4> ImmDefRegs;
1085     DenseMap<unsigned, MachineInstr*> ImmDefMIs;
1086     SmallSet<unsigned, 16> FoldAsLoadDefCandidates;
1087
1088     for (MachineBasicBlock::iterator
1089            MII = I->begin(), MIE = I->end(); MII != MIE; ) {
1090       MachineInstr *MI = &*MII;
1091       // We may be erasing MI below, increment MII now.
1092       ++MII;
1093       LocalMIs.insert(MI);
1094
1095       // Skip debug values. They should not affect this peephole optimization.
1096       if (MI->isDebugValue())
1097           continue;
1098
1099       // If there exists an instruction which belongs to the following
1100       // categories, we will discard the load candidates.
1101       if (MI->isPosition() || MI->isPHI() || MI->isImplicitDef() ||
1102           MI->isKill() || MI->isInlineAsm() ||
1103           MI->hasUnmodeledSideEffects()) {
1104         FoldAsLoadDefCandidates.clear();
1105         continue;
1106       }
1107       if (MI->mayStore() || MI->isCall())
1108         FoldAsLoadDefCandidates.clear();
1109
1110       if ((isUncoalescableCopy(*MI) &&
1111            optimizeUncoalescableCopy(MI, LocalMIs)) ||
1112           (MI->isCompare() && optimizeCmpInstr(MI, MBB)) ||
1113           (MI->isSelect() && optimizeSelect(MI, LocalMIs))) {
1114         // MI is deleted.
1115         LocalMIs.erase(MI);
1116         Changed = true;
1117         continue;
1118       }
1119
1120       if (MI->isConditionalBranch() && optimizeCondBranch(MI)) {
1121         Changed = true;
1122         continue;
1123       }
1124
1125       if (isCoalescableCopy(*MI) && optimizeCoalescableCopy(MI)) {
1126         // MI is just rewritten.
1127         Changed = true;
1128         continue;
1129       }
1130
1131       if (isMoveImmediate(MI, ImmDefRegs, ImmDefMIs)) {
1132         SeenMoveImm = true;
1133       } else {
1134         Changed |= optimizeExtInstr(MI, MBB, LocalMIs);
1135         // optimizeExtInstr might have created new instructions after MI
1136         // and before the already incremented MII. Adjust MII so that the
1137         // next iteration sees the new instructions.
1138         MII = MI;
1139         ++MII;
1140         if (SeenMoveImm)
1141           Changed |= foldImmediate(MI, MBB, ImmDefRegs, ImmDefMIs);
1142       }
1143
1144       // Check whether MI is a load candidate for folding into a later
1145       // instruction. If MI is not a candidate, check whether we can fold an
1146       // earlier load into MI.
1147       if (!isLoadFoldable(MI, FoldAsLoadDefCandidates) &&
1148           !FoldAsLoadDefCandidates.empty()) {
1149         const MCInstrDesc &MIDesc = MI->getDesc();
1150         for (unsigned i = MIDesc.getNumDefs(); i != MIDesc.getNumOperands();
1151              ++i) {
1152           const MachineOperand &MOp = MI->getOperand(i);
1153           if (!MOp.isReg())
1154             continue;
1155           unsigned FoldAsLoadDefReg = MOp.getReg();
1156           if (FoldAsLoadDefCandidates.count(FoldAsLoadDefReg)) {
1157             // We need to fold load after optimizeCmpInstr, since
1158             // optimizeCmpInstr can enable folding by converting SUB to CMP.
1159             // Save FoldAsLoadDefReg because optimizeLoadInstr() resets it and
1160             // we need it for markUsesInDebugValueAsUndef().
1161             unsigned FoldedReg = FoldAsLoadDefReg;
1162             MachineInstr *DefMI = nullptr;
1163             MachineInstr *FoldMI = TII->optimizeLoadInstr(MI, MRI,
1164                                                           FoldAsLoadDefReg,
1165                                                           DefMI);
1166             if (FoldMI) {
1167               // Update LocalMIs since we replaced MI with FoldMI and deleted
1168               // DefMI.
1169               DEBUG(dbgs() << "Replacing: " << *MI);
1170               DEBUG(dbgs() << "     With: " << *FoldMI);
1171               LocalMIs.erase(MI);
1172               LocalMIs.erase(DefMI);
1173               LocalMIs.insert(FoldMI);
1174               MI->eraseFromParent();
1175               DefMI->eraseFromParent();
1176               MRI->markUsesInDebugValueAsUndef(FoldedReg);
1177               FoldAsLoadDefCandidates.erase(FoldedReg);
1178               ++NumLoadFold;
1179               // MI is replaced with FoldMI.
1180               Changed = true;
1181               break;
1182             }
1183           }
1184         }
1185       }
1186     }
1187   }
1188
1189   return Changed;
1190 }
1191
1192 bool ValueTracker::getNextSourceFromCopy(unsigned &SrcReg,
1193                                          unsigned &SrcSubReg) {
1194   assert(Def->isCopy() && "Invalid definition");
1195   // Copy instruction are supposed to be: Def = Src.
1196   // If someone breaks this assumption, bad things will happen everywhere.
1197   assert(Def->getNumOperands() == 2 && "Invalid number of operands");
1198
1199   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg() != DefSubReg)
1200     // If we look for a different subreg, it means we want a subreg of src.
1201     // Bails as we do not support composing subreg yet.
1202     return false;
1203   // Otherwise, we want the whole source.
1204   const MachineOperand &Src = Def->getOperand(1);
1205   SrcReg = Src.getReg();
1206   SrcSubReg = Src.getSubReg();
1207   return true;
1208 }
1209
1210 bool ValueTracker::getNextSourceFromBitcast(unsigned &SrcReg,
1211                                             unsigned &SrcSubReg) {
1212   assert(Def->isBitcast() && "Invalid definition");
1213
1214   // Bail if there are effects that a plain copy will not expose.
1215   if (Def->hasUnmodeledSideEffects())
1216     return false;
1217
1218   // Bitcasts with more than one def are not supported.
1219   if (Def->getDesc().getNumDefs() != 1)
1220     return false;
1221   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg() != DefSubReg)
1222     // If we look for a different subreg, it means we want a subreg of the src.
1223     // Bails as we do not support composing subreg yet.
1224     return false;
1225
1226   unsigned SrcIdx = Def->getNumOperands();
1227   for (unsigned OpIdx = DefIdx + 1, EndOpIdx = SrcIdx; OpIdx != EndOpIdx;
1228        ++OpIdx) {
1229     const MachineOperand &MO = Def->getOperand(OpIdx);
1230     if (!MO.isReg() || !MO.getReg())
1231       continue;
1232     assert(!MO.isDef() && "We should have skipped all the definitions by now");
1233     if (SrcIdx != EndOpIdx)
1234       // Multiple sources?
1235       return false;
1236     SrcIdx = OpIdx;
1237   }
1238   const MachineOperand &Src = Def->getOperand(SrcIdx);
1239   SrcReg = Src.getReg();
1240   SrcSubReg = Src.getSubReg();
1241   return true;
1242 }
1243
1244 bool ValueTracker::getNextSourceFromRegSequence(unsigned &SrcReg,
1245                                                 unsigned &SrcSubReg) {
1246   assert((Def->isRegSequence() || Def->isRegSequenceLike()) &&
1247          "Invalid definition");
1248
1249   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg())
1250     // If we are composing subreg, bails out.
1251     // The case we are checking is Def.<subreg> = REG_SEQUENCE.
1252     // This should almost never happen as the SSA property is tracked at
1253     // the register level (as opposed to the subreg level).
1254     // I.e.,
1255     // Def.sub0 =
1256     // Def.sub1 =
1257     // is a valid SSA representation for Def.sub0 and Def.sub1, but not for
1258     // Def. Thus, it must not be generated.
1259     // However, some code could theoretically generates a single
1260     // Def.sub0 (i.e, not defining the other subregs) and we would
1261     // have this case.
1262     // If we can ascertain (or force) that this never happens, we could
1263     // turn that into an assertion.
1264     return false;
1265
1266   if (!TII)
1267     // We could handle the REG_SEQUENCE here, but we do not want to
1268     // duplicate the code from the generic TII.
1269     return false;
1270
1271   SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPairAndIdx, 8> RegSeqInputRegs;
1272   if (!TII->getRegSequenceInputs(*Def, DefIdx, RegSeqInputRegs))
1273     return false;
1274
1275   // We are looking at:
1276   // Def = REG_SEQUENCE v0, sub0, v1, sub1, ...
1277   // Check if one of the operand defines the subreg we are interested in.
1278   for (auto &RegSeqInput : RegSeqInputRegs) {
1279     if (RegSeqInput.SubIdx == DefSubReg) {
1280       if (RegSeqInput.SubReg)
1281         // Bails if we have to compose sub registers.
1282         return false;
1283
1284       SrcReg = RegSeqInput.Reg;
1285       SrcSubReg = RegSeqInput.SubReg;
1286       return true;
1287     }
1288   }
1289
1290   // If the subreg we are tracking is super-defined by another subreg,
1291   // we could follow this value. However, this would require to compose
1292   // the subreg and we do not do that for now.
1293   return false;
1294 }
1295
1296 bool ValueTracker::getNextSourceFromInsertSubreg(unsigned &SrcReg,
1297                                                  unsigned &SrcSubReg) {
1298   assert((Def->isInsertSubreg() || Def->isInsertSubregLike()) &&
1299          "Invalid definition");
1300
1301   if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg())
1302     // If we are composing subreg, bails out.
1303     // Same remark as getNextSourceFromRegSequence.
1304     // I.e., this may be turned into an assert.
1305     return false;
1306
1307   if (!TII)
1308     // We could handle the REG_SEQUENCE here, but we do not want to
1309     // duplicate the code from the generic TII.
1310     return false;
1311
1312   TargetInstrInfo::RegSubRegPair BaseReg;
1313   TargetInstrInfo::RegSubRegPairAndIdx InsertedReg;
1314   if (!TII->getInsertSubregInputs(*Def, DefIdx, BaseReg, InsertedReg))
1315     return false;
1316
1317   // We are looking at:
1318   // Def = INSERT_SUBREG v0, v1, sub1
1319   // There are two cases:
1320   // 1. DefSubReg == sub1, get v1.
1321   // 2. DefSubReg != sub1, the value may be available through v0.
1322
1323   // #1 Check if the inserted register matches the required sub index.
1324   if (InsertedReg.SubIdx == DefSubReg) {
1325     SrcReg = InsertedReg.Reg;
1326     SrcSubReg = InsertedReg.SubReg;
1327     return true;
1328   }
1329   // #2 Otherwise, if the sub register we are looking for is not partial
1330   // defined by the inserted element, we can look through the main
1331   // register (v0).
1332   const MachineOperand &MODef = Def->getOperand(DefIdx);
1333   // If the result register (Def) and the base register (v0) do not
1334   // have the same register class or if we have to compose
1335   // subregisters, bails out.
1336   if (MRI.getRegClass(MODef.getReg()) != MRI.getRegClass(BaseReg.Reg) ||
1337       BaseReg.SubReg)
1338     return false;
1339
1340   // Get the TRI and check if the inserted sub-register overlaps with the
1341   // sub-register we are tracking.
1342   const TargetRegisterInfo *TRI = MRI.getTargetRegisterInfo();
1343   if (!TRI ||
1344       (TRI->getSubRegIndexLaneMask(DefSubReg) &
1345        TRI->getSubRegIndexLaneMask(InsertedReg.SubIdx)) != 0)
1346     return false;
1347   // At this point, the value is available in v0 via the same subreg
1348   // we used for Def.
1349   SrcReg = BaseReg.Reg;
1350   SrcSubReg = DefSubReg;
1351   return true;
1352 }
1353
1354 bool ValueTracker::getNextSourceFromExtractSubreg(unsigned &SrcReg,
1355                                                   unsigned &SrcSubReg) {
1356   assert((Def->isExtractSubreg() ||
1357           Def->isExtractSubregLike()) && "Invalid definition");
1358   // We are looking at:
1359   // Def = EXTRACT_SUBREG v0, sub0
1360
1361   // Bails if we have to compose sub registers.
1362   // Indeed, if DefSubReg != 0, we would have to compose it with sub0.
1363   if (DefSubReg)
1364     return false;
1365
1366   if (!TII)
1367     // We could handle the EXTRACT_SUBREG here, but we do not want to
1368     // duplicate the code from the generic TII.
1369     return false;
1370
1371   TargetInstrInfo::RegSubRegPairAndIdx ExtractSubregInputReg;
1372   if (!TII->getExtractSubregInputs(*Def, DefIdx, ExtractSubregInputReg))
1373     return false;
1374
1375   // Bails if we have to compose sub registers.
1376   // Likewise, if v0.subreg != 0, we would have to compose v0.subreg with sub0.
1377   if (ExtractSubregInputReg.SubReg)
1378     return false;
1379   // Otherwise, the value is available in the v0.sub0.
1380   SrcReg = ExtractSubregInputReg.Reg;
1381   SrcSubReg = ExtractSubregInputReg.SubIdx;
1382   return true;
1383 }
1384
1385 bool ValueTracker::getNextSourceFromSubregToReg(unsigned &SrcReg,
1386                                                 unsigned &SrcSubReg) {
1387   assert(Def->isSubregToReg() && "Invalid definition");
1388   // We are looking at:
1389   // Def = SUBREG_TO_REG Imm, v0, sub0
1390
1391   // Bails if we have to compose sub registers.
1392   // If DefSubReg != sub0, we would have to check that all the bits
1393   // we track are included in sub0 and if yes, we would have to
1394   // determine the right subreg in v0.
1395   if (DefSubReg != Def->getOperand(3).getImm())
1396     return false;
1397   // Bails if we have to compose sub registers.
1398   // Likewise, if v0.subreg != 0, we would have to compose it with sub0.
1399   if (Def->getOperand(2).getSubReg())
1400     return false;
1401
1402   SrcReg = Def->getOperand(2).getReg();
1403   SrcSubReg = Def->getOperand(3).getImm();
1404   return true;
1405 }
1406
1407 bool ValueTracker::getNextSourceImpl(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg) {
1408   assert(Def && "This method needs a valid definition");
1409
1410   assert(
1411       (DefIdx < Def->getDesc().getNumDefs() || Def->getDesc().isVariadic()) &&
1412       Def->getOperand(DefIdx).isDef() && "Invalid DefIdx");
1413   if (Def->isCopy())
1414     return getNextSourceFromCopy(SrcReg, SrcSubReg);
1415   if (Def->isBitcast())
1416     return getNextSourceFromBitcast(SrcReg, SrcSubReg);
1417   // All the remaining cases involve "complex" instructions.
1418   // Bails if we did not ask for the advanced tracking.
1419   if (!UseAdvancedTracking)
1420     return false;
1421   if (Def->isRegSequence() || Def->isRegSequenceLike())
1422     return getNextSourceFromRegSequence(SrcReg, SrcSubReg);
1423   if (Def->isInsertSubreg() || Def->isInsertSubregLike())
1424     return getNextSourceFromInsertSubreg(SrcReg, SrcSubReg);
1425   if (Def->isExtractSubreg() || Def->isExtractSubregLike())
1426     return getNextSourceFromExtractSubreg(SrcReg, SrcSubReg);
1427   if (Def->isSubregToReg())
1428     return getNextSourceFromSubregToReg(SrcReg, SrcSubReg);
1429   return false;
1430 }
1431
1432 const MachineInstr *ValueTracker::getNextSource(unsigned &SrcReg,
1433                                                 unsigned &SrcSubReg) {
1434   // If we reach a point where we cannot move up in the use-def chain,
1435   // there is nothing we can get.
1436   if (!Def)
1437     return nullptr;
1438
1439   const MachineInstr *PrevDef = nullptr;
1440   // Try to find the next source.
1441   if (getNextSourceImpl(SrcReg, SrcSubReg)) {
1442     // Update definition, definition index, and subregister for the
1443     // next call of getNextSource.
1444     // Update the current register.
1445     Reg = SrcReg;
1446     // Update the return value before moving up in the use-def chain.
1447     PrevDef = Def;
1448     // If we can still move up in the use-def chain, move to the next
1449     // defintion.
1450     if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) {
1451       Def = MRI.getVRegDef(Reg);
1452       DefIdx = MRI.def_begin(Reg).getOperandNo();
1453       DefSubReg = SrcSubReg;
1454       return PrevDef;
1455     }
1456   }
1457   // If we end up here, this means we will not be able to find another source
1458   // for the next iteration.
1459   // Make sure any new call to getNextSource bails out early by cutting the
1460   // use-def chain.
1461   Def = nullptr;
1462   return PrevDef;
1463 }