6b83d47bced974064babc74cc831e1ac12fc76e3
[oota-llvm.git] / lib / Target / X86 / README.txt
1 //===---------------------------------------------------------------------===//
2 // Random ideas for the X86 backend.
3 //===---------------------------------------------------------------------===//
4
5 We should add support for the "movbe" instruction, which does a byte-swapping
6 copy (3-addr bswap + memory support?)  This is available on Atom processors.
7
8 //===---------------------------------------------------------------------===//
9
10 CodeGen/X86/lea-3.ll:test3 should be a single LEA, not a shift/move.  The X86
11 backend knows how to three-addressify this shift, but it appears the register
12 allocator isn't even asking it to do so in this case.  We should investigate
13 why this isn't happening, it could have significant impact on other important
14 cases for X86 as well.
15
16 //===---------------------------------------------------------------------===//
17
18 This should be one DIV/IDIV instruction, not a libcall:
19
20 unsigned test(unsigned long long X, unsigned Y) {
21         return X/Y;
22 }
23
24 This can be done trivially with a custom legalizer.  What about overflow 
25 though?  http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=14224
26
27 //===---------------------------------------------------------------------===//
28
29 Improvements to the multiply -> shift/add algorithm:
30 http://gcc.gnu.org/ml/gcc-patches/2004-08/msg01590.html
31
32 //===---------------------------------------------------------------------===//
33
34 Improve code like this (occurs fairly frequently, e.g. in LLVM):
35 long long foo(int x) { return 1LL << x; }
36
37 http://gcc.gnu.org/ml/gcc-patches/2004-09/msg01109.html
38 http://gcc.gnu.org/ml/gcc-patches/2004-09/msg01128.html
39 http://gcc.gnu.org/ml/gcc-patches/2004-09/msg01136.html
40
41 Another useful one would be  ~0ULL >> X and ~0ULL << X.
42
43 One better solution for 1LL << x is:
44         xorl    %eax, %eax
45         xorl    %edx, %edx
46         testb   $32, %cl
47         sete    %al
48         setne   %dl
49         sall    %cl, %eax
50         sall    %cl, %edx
51
52 But that requires good 8-bit subreg support.
53
54 Also, this might be better.  It's an extra shift, but it's one instruction
55 shorter, and doesn't stress 8-bit subreg support.
56 (From http://gcc.gnu.org/ml/gcc-patches/2004-09/msg01148.html,
57 but without the unnecessary and.)
58         movl %ecx, %eax
59         shrl $5, %eax
60         movl %eax, %edx
61         xorl $1, %edx
62         sall %cl, %eax
63         sall %cl. %edx
64
65 64-bit shifts (in general) expand to really bad code.  Instead of using
66 cmovs, we should expand to a conditional branch like GCC produces.
67
68 //===---------------------------------------------------------------------===//
69
70 Some isel ideas:
71
72 1. Dynamic programming based approach when compile time if not an
73    issue.
74 2. Code duplication (addressing mode) during isel.
75 3. Other ideas from "Register-Sensitive Selection, Duplication, and
76    Sequencing of Instructions".
77 4. Scheduling for reduced register pressure.  E.g. "Minimum Register 
78    Instruction Sequence Problem: Revisiting Optimal Code Generation for DAGs" 
79    and other related papers.
80    http://citeseer.ist.psu.edu/govindarajan01minimum.html
81
82 //===---------------------------------------------------------------------===//
83
84 Should we promote i16 to i32 to avoid partial register update stalls?
85
86 //===---------------------------------------------------------------------===//
87
88 Leave any_extend as pseudo instruction and hint to register
89 allocator. Delay codegen until post register allocation.
90 Note. any_extend is now turned into an INSERT_SUBREG. We still need to teach
91 the coalescer how to deal with it though.
92
93 //===---------------------------------------------------------------------===//
94
95 It appears icc use push for parameter passing. Need to investigate.
96
97 //===---------------------------------------------------------------------===//
98
99 This:
100
101 void foo(void);
102 void bar(int x, int *P) { 
103   x >>= 2;
104   if (x) 
105     foo();
106   *P = x;
107 }
108
109 compiles into:
110
111         movq    %rsi, %rbx
112         movl    %edi, %r14d
113         sarl    $2, %r14d
114         testl   %r14d, %r14d
115         je      LBB0_2
116
117 Instead of doing an explicit test, we can use the flags off the sar.  This
118 occurs in a bigger testcase like this, which is pretty common:
119
120 #include <vector>
121
122
123 int test1(std::vector<int> &X) {
124   int Sum = 0;
125   for (long i = 0, e = X.size(); i != e; ++i)
126     X[i] = 0;
127   return Sum;
128 }
129 compiles into:
130
131         movq    %rsi, %rbx
132         movl    %edi, %r14d
133         sarl    $2, %r14d
134         testl   %r14d, %r14d
135         je      LBB0_2
136
137 Instead of doing an explicit test, we can use the flags off the sar.  This
138 occurs in a bigger testcase like this, which is pretty common:
139
140 #include <vector>
141
142
143 int test1(std::vector<int> &X) {
144   int Sum = 0;
145   for (long i = 0, e = X.size(); i != e; ++i)
146     X[i] = 0;
147   return Sum;
148 }
149 compiles into:
150
151         movq    %rsi, %rbx
152         movl    %edi, %r14d
153         sarl    $2, %r14d
154         testl   %r14d, %r14d
155         je      LBB0_2
156
157 Instead of doing an explicit test, we can use the flags off the sar.  This
158 occurs in a bigger testcase like this, which is pretty common:
159
160 #include <vector>
161
162
163 int test1(std::vector<int> &X) {
164   int Sum = 0;
165   for (long i = 0, e = X.size(); i != e; ++i)
166     X[i] = 0;
167   return Sum;
168 }
169 compiles into:
170
171         movq    %rsi, %rbx
172         movl    %edi, %r14d
173         sarl    $2, %r14d
174         testl   %r14d, %r14d
175         je      LBB0_2
176
177 Instead of doing an explicit test, we can use the flags off the sar.  This
178 occurs in a bigger testcase like this, which is pretty common in bootstrap:
179
180 #include <vector>
181 int test1(std::vector<int> &X) {
182   int Sum = 0;
183   for (long i = 0, e = X.size(); i != e; ++i)
184     X[i] = 0;
185   return Sum;
186 }
187
188 //===---------------------------------------------------------------------===//
189
190 Only use inc/neg/not instructions on processors where they are faster than
191 add/sub/xor.  They are slower on the P4 due to only updating some processor
192 flags.
193
194 //===---------------------------------------------------------------------===//
195
196 The instruction selector sometimes misses folding a load into a compare.  The
197 pattern is written as (cmp reg, (load p)).  Because the compare isn't 
198 commutative, it is not matched with the load on both sides.  The dag combiner
199 should be made smart enough to cannonicalize the load into the RHS of a compare
200 when it can invert the result of the compare for free.
201
202 //===---------------------------------------------------------------------===//
203
204 In many cases, LLVM generates code like this:
205
206 _test:
207         movl 8(%esp), %eax
208         cmpl %eax, 4(%esp)
209         setl %al
210         movzbl %al, %eax
211         ret
212
213 on some processors (which ones?), it is more efficient to do this:
214
215 _test:
216         movl 8(%esp), %ebx
217         xor  %eax, %eax
218         cmpl %ebx, 4(%esp)
219         setl %al
220         ret
221
222 Doing this correctly is tricky though, as the xor clobbers the flags.
223
224 //===---------------------------------------------------------------------===//
225
226 We should generate bts/btr/etc instructions on targets where they are cheap or
227 when codesize is important.  e.g., for:
228
229 void setbit(int *target, int bit) {
230     *target |= (1 << bit);
231 }
232 void clearbit(int *target, int bit) {
233     *target &= ~(1 << bit);
234 }
235
236 //===---------------------------------------------------------------------===//
237
238 Instead of the following for memset char*, 1, 10:
239
240         movl $16843009, 4(%edx)
241         movl $16843009, (%edx)
242         movw $257, 8(%edx)
243
244 It might be better to generate
245
246         movl $16843009, %eax
247         movl %eax, 4(%edx)
248         movl %eax, (%edx)
249         movw al, 8(%edx)
250         
251 when we can spare a register. It reduces code size.
252
253 //===---------------------------------------------------------------------===//
254
255 Evaluate what the best way to codegen sdiv X, (2^C) is.  For X/8, we currently
256 get this:
257
258 define i32 @test1(i32 %X) {
259     %Y = sdiv i32 %X, 8
260     ret i32 %Y
261 }
262
263 _test1:
264         movl 4(%esp), %eax
265         movl %eax, %ecx
266         sarl $31, %ecx
267         shrl $29, %ecx
268         addl %ecx, %eax
269         sarl $3, %eax
270         ret
271
272 GCC knows several different ways to codegen it, one of which is this:
273
274 _test1:
275         movl    4(%esp), %eax
276         cmpl    $-1, %eax
277         leal    7(%eax), %ecx
278         cmovle  %ecx, %eax
279         sarl    $3, %eax
280         ret
281
282 which is probably slower, but it's interesting at least :)
283
284 //===---------------------------------------------------------------------===//
285
286 We are currently lowering large (1MB+) memmove/memcpy to rep/stosl and rep/movsl
287 We should leave these as libcalls for everything over a much lower threshold,
288 since libc is hand tuned for medium and large mem ops (avoiding RFO for large
289 stores, TLB preheating, etc)
290
291 //===---------------------------------------------------------------------===//
292
293 Optimize this into something reasonable:
294  x * copysign(1.0, y) * copysign(1.0, z)
295
296 //===---------------------------------------------------------------------===//
297
298 Optimize copysign(x, *y) to use an integer load from y.
299
300 //===---------------------------------------------------------------------===//
301
302 The following tests perform worse with LSR:
303
304 lambda, siod, optimizer-eval, ackermann, hash2, nestedloop, strcat, and Treesor.
305
306 //===---------------------------------------------------------------------===//
307
308 Adding to the list of cmp / test poor codegen issues:
309
310 int test(__m128 *A, __m128 *B) {
311   if (_mm_comige_ss(*A, *B))
312     return 3;
313   else
314     return 4;
315 }
316
317 _test:
318         movl 8(%esp), %eax
319         movaps (%eax), %xmm0
320         movl 4(%esp), %eax
321         movaps (%eax), %xmm1
322         comiss %xmm0, %xmm1
323         setae %al
324         movzbl %al, %ecx
325         movl $3, %eax
326         movl $4, %edx
327         cmpl $0, %ecx
328         cmove %edx, %eax
329         ret
330
331 Note the setae, movzbl, cmpl, cmove can be replaced with a single cmovae. There
332 are a number of issues. 1) We are introducing a setcc between the result of the
333 intrisic call and select. 2) The intrinsic is expected to produce a i32 value
334 so a any extend (which becomes a zero extend) is added.
335
336 We probably need some kind of target DAG combine hook to fix this.
337
338 //===---------------------------------------------------------------------===//
339
340 We generate significantly worse code for this than GCC:
341 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=21150
342 http://gcc.gnu.org/bugzilla/attachment.cgi?id=8701
343
344 There is also one case we do worse on PPC.
345
346 //===---------------------------------------------------------------------===//
347
348 For this:
349
350 int test(int a)
351 {
352   return a * 3;
353 }
354
355 We currently emits
356         imull $3, 4(%esp), %eax
357
358 Perhaps this is what we really should generate is? Is imull three or four
359 cycles? Note: ICC generates this:
360         movl    4(%esp), %eax
361         leal    (%eax,%eax,2), %eax
362
363 The current instruction priority is based on pattern complexity. The former is
364 more "complex" because it folds a load so the latter will not be emitted.
365
366 Perhaps we should use AddedComplexity to give LEA32r a higher priority? We
367 should always try to match LEA first since the LEA matching code does some
368 estimate to determine whether the match is profitable.
369
370 However, if we care more about code size, then imull is better. It's two bytes
371 shorter than movl + leal.
372
373 On a Pentium M, both variants have the same characteristics with regard
374 to throughput; however, the multiplication has a latency of four cycles, as
375 opposed to two cycles for the movl+lea variant.
376
377 //===---------------------------------------------------------------------===//
378
379 __builtin_ffs codegen is messy.
380
381 int ffs_(unsigned X) { return __builtin_ffs(X); }
382
383 llvm produces:
384 ffs_:
385         movl    4(%esp), %ecx
386         bsfl    %ecx, %eax
387         movl    $32, %edx
388         cmove   %edx, %eax
389         incl    %eax
390         xorl    %edx, %edx
391         testl   %ecx, %ecx
392         cmove   %edx, %eax
393         ret
394
395 vs gcc:
396
397 _ffs_:
398         movl    $-1, %edx
399         bsfl    4(%esp), %eax
400         cmove   %edx, %eax
401         addl    $1, %eax
402         ret
403
404 Another example of __builtin_ffs (use predsimplify to eliminate a select):
405
406 int foo (unsigned long j) {
407   if (j)
408     return __builtin_ffs (j) - 1;
409   else
410     return 0;
411 }
412
413 //===---------------------------------------------------------------------===//
414
415 It appears gcc place string data with linkonce linkage in
416 .section __TEXT,__const_coal,coalesced instead of
417 .section __DATA,__const_coal,coalesced.
418 Take a look at darwin.h, there are other Darwin assembler directives that we
419 do not make use of.
420
421 //===---------------------------------------------------------------------===//
422
423 define i32 @foo(i32* %a, i32 %t) {
424 entry:
425         br label %cond_true
426
427 cond_true:              ; preds = %cond_true, %entry
428         %x.0.0 = phi i32 [ 0, %entry ], [ %tmp9, %cond_true ]           ; <i32> [#uses=3]
429         %t_addr.0.0 = phi i32 [ %t, %entry ], [ %tmp7, %cond_true ]             ; <i32> [#uses=1]
430         %tmp2 = getelementptr i32* %a, i32 %x.0.0               ; <i32*> [#uses=1]
431         %tmp3 = load i32* %tmp2         ; <i32> [#uses=1]
432         %tmp5 = add i32 %t_addr.0.0, %x.0.0             ; <i32> [#uses=1]
433         %tmp7 = add i32 %tmp5, %tmp3            ; <i32> [#uses=2]
434         %tmp9 = add i32 %x.0.0, 1               ; <i32> [#uses=2]
435         %tmp = icmp sgt i32 %tmp9, 39           ; <i1> [#uses=1]
436         br i1 %tmp, label %bb12, label %cond_true
437
438 bb12:           ; preds = %cond_true
439         ret i32 %tmp7
440 }
441 is pessimized by -loop-reduce and -indvars
442
443 //===---------------------------------------------------------------------===//
444
445 u32 to float conversion improvement:
446
447 float uint32_2_float( unsigned u ) {
448   float fl = (int) (u & 0xffff);
449   float fh = (int) (u >> 16);
450   fh *= 0x1.0p16f;
451   return fh + fl;
452 }
453
454 00000000        subl    $0x04,%esp
455 00000003        movl    0x08(%esp,1),%eax
456 00000007        movl    %eax,%ecx
457 00000009        shrl    $0x10,%ecx
458 0000000c        cvtsi2ss        %ecx,%xmm0
459 00000010        andl    $0x0000ffff,%eax
460 00000015        cvtsi2ss        %eax,%xmm1
461 00000019        mulss   0x00000078,%xmm0
462 00000021        addss   %xmm1,%xmm0
463 00000025        movss   %xmm0,(%esp,1)
464 0000002a        flds    (%esp,1)
465 0000002d        addl    $0x04,%esp
466 00000030        ret
467
468 //===---------------------------------------------------------------------===//
469
470 When using fastcc abi, align stack slot of argument of type double on 8 byte
471 boundary to improve performance.
472
473 //===---------------------------------------------------------------------===//
474
475 GCC's ix86_expand_int_movcc function (in i386.c) has a ton of interesting
476 simplifications for integer "x cmp y ? a : b".
477
478 //===---------------------------------------------------------------------===//
479
480 Consider the expansion of:
481
482 define i32 @test3(i32 %X) {
483         %tmp1 = urem i32 %X, 255
484         ret i32 %tmp1
485 }
486
487 Currently it compiles to:
488
489 ...
490         movl $2155905153, %ecx
491         movl 8(%esp), %esi
492         movl %esi, %eax
493         mull %ecx
494 ...
495
496 This could be "reassociated" into:
497
498         movl $2155905153, %eax
499         movl 8(%esp), %ecx
500         mull %ecx
501
502 to avoid the copy.  In fact, the existing two-address stuff would do this
503 except that mul isn't a commutative 2-addr instruction.  I guess this has
504 to be done at isel time based on the #uses to mul?
505
506 //===---------------------------------------------------------------------===//
507
508 Make sure the instruction which starts a loop does not cross a cacheline
509 boundary. This requires knowning the exact length of each machine instruction.
510 That is somewhat complicated, but doable. Example 256.bzip2:
511
512 In the new trace, the hot loop has an instruction which crosses a cacheline
513 boundary.  In addition to potential cache misses, this can't help decoding as I
514 imagine there has to be some kind of complicated decoder reset and realignment
515 to grab the bytes from the next cacheline.
516
517 532  532 0x3cfc movb     (1809(%esp, %esi), %bl   <<<--- spans 2 64 byte lines
518 942  942 0x3d03 movl     %dh, (1809(%esp, %esi)
519 937  937 0x3d0a incl     %esi
520 3    3   0x3d0b cmpb     %bl, %dl
521 27   27  0x3d0d jnz      0x000062db <main+11707>
522
523 //===---------------------------------------------------------------------===//
524
525 In c99 mode, the preprocessor doesn't like assembly comments like #TRUNCATE.
526
527 //===---------------------------------------------------------------------===//
528
529 This could be a single 16-bit load.
530
531 int f(char *p) {
532     if ((p[0] == 1) & (p[1] == 2)) return 1;
533     return 0;
534 }
535
536 //===---------------------------------------------------------------------===//
537
538 We should inline lrintf and probably other libc functions.
539
540 //===---------------------------------------------------------------------===//
541
542 Use the FLAGS values from arithmetic instructions more.  For example, compile:
543
544 int add_zf(int *x, int y, int a, int b) {
545      if ((*x += y) == 0)
546           return a;
547      else
548           return b;
549 }
550
551 to:
552        addl    %esi, (%rdi)
553        movl    %edx, %eax
554        cmovne  %ecx, %eax
555        ret
556 instead of:
557
558 _add_zf:
559         addl (%rdi), %esi
560         movl %esi, (%rdi)
561         testl %esi, %esi
562         cmove %edx, %ecx
563         movl %ecx, %eax
564         ret
565
566 As another example, compile function f2 in test/CodeGen/X86/cmp-test.ll
567 without a test instruction.
568
569 //===---------------------------------------------------------------------===//
570
571 These two functions have identical effects:
572
573 unsigned int f(unsigned int i, unsigned int n) {++i; if (i == n) ++i; return i;}
574 unsigned int f2(unsigned int i, unsigned int n) {++i; i += i == n; return i;}
575
576 We currently compile them to:
577
578 _f:
579         movl 4(%esp), %eax
580         movl %eax, %ecx
581         incl %ecx
582         movl 8(%esp), %edx
583         cmpl %edx, %ecx
584         jne LBB1_2      #UnifiedReturnBlock
585 LBB1_1: #cond_true
586         addl $2, %eax
587         ret
588 LBB1_2: #UnifiedReturnBlock
589         movl %ecx, %eax
590         ret
591 _f2:
592         movl 4(%esp), %eax
593         movl %eax, %ecx
594         incl %ecx
595         cmpl 8(%esp), %ecx
596         sete %cl
597         movzbl %cl, %ecx
598         leal 1(%ecx,%eax), %eax
599         ret
600
601 both of which are inferior to GCC's:
602
603 _f:
604         movl    4(%esp), %edx
605         leal    1(%edx), %eax
606         addl    $2, %edx
607         cmpl    8(%esp), %eax
608         cmove   %edx, %eax
609         ret
610 _f2:
611         movl    4(%esp), %eax
612         addl    $1, %eax
613         xorl    %edx, %edx
614         cmpl    8(%esp), %eax
615         sete    %dl
616         addl    %edx, %eax
617         ret
618
619 //===---------------------------------------------------------------------===//
620
621 This code:
622
623 void test(int X) {
624   if (X) abort();
625 }
626
627 is currently compiled to:
628
629 _test:
630         subl $12, %esp
631         cmpl $0, 16(%esp)
632         jne LBB1_1
633         addl $12, %esp
634         ret
635 LBB1_1:
636         call L_abort$stub
637
638 It would be better to produce:
639
640 _test:
641         subl $12, %esp
642         cmpl $0, 16(%esp)
643         jne L_abort$stub
644         addl $12, %esp
645         ret
646
647 This can be applied to any no-return function call that takes no arguments etc.
648 Alternatively, the stack save/restore logic could be shrink-wrapped, producing
649 something like this:
650
651 _test:
652         cmpl $0, 4(%esp)
653         jne LBB1_1
654         ret
655 LBB1_1:
656         subl $12, %esp
657         call L_abort$stub
658
659 Both are useful in different situations.  Finally, it could be shrink-wrapped
660 and tail called, like this:
661
662 _test:
663         cmpl $0, 4(%esp)
664         jne LBB1_1
665         ret
666 LBB1_1:
667         pop %eax   # realign stack.
668         call L_abort$stub
669
670 Though this probably isn't worth it.
671
672 //===---------------------------------------------------------------------===//
673
674 Sometimes it is better to codegen subtractions from a constant (e.g. 7-x) with
675 a neg instead of a sub instruction.  Consider:
676
677 int test(char X) { return 7-X; }
678
679 we currently produce:
680 _test:
681         movl $7, %eax
682         movsbl 4(%esp), %ecx
683         subl %ecx, %eax
684         ret
685
686 We would use one fewer register if codegen'd as:
687
688         movsbl 4(%esp), %eax
689         neg %eax
690         add $7, %eax
691         ret
692
693 Note that this isn't beneficial if the load can be folded into the sub.  In
694 this case, we want a sub:
695
696 int test(int X) { return 7-X; }
697 _test:
698         movl $7, %eax
699         subl 4(%esp), %eax
700         ret
701
702 //===---------------------------------------------------------------------===//
703
704 Leaf functions that require one 4-byte spill slot have a prolog like this:
705
706 _foo:
707         pushl   %esi
708         subl    $4, %esp
709 ...
710 and an epilog like this:
711         addl    $4, %esp
712         popl    %esi
713         ret
714
715 It would be smaller, and potentially faster, to push eax on entry and to
716 pop into a dummy register instead of using addl/subl of esp.  Just don't pop 
717 into any return registers :)
718
719 //===---------------------------------------------------------------------===//
720
721 The X86 backend should fold (branch (or (setcc, setcc))) into multiple 
722 branches.  We generate really poor code for:
723
724 double testf(double a) {
725        return a == 0.0 ? 0.0 : (a > 0.0 ? 1.0 : -1.0);
726 }
727
728 For example, the entry BB is:
729
730 _testf:
731         subl    $20, %esp
732         pxor    %xmm0, %xmm0
733         movsd   24(%esp), %xmm1
734         ucomisd %xmm0, %xmm1
735         setnp   %al
736         sete    %cl
737         testb   %cl, %al
738         jne     LBB1_5  # UnifiedReturnBlock
739 LBB1_1: # cond_true
740
741
742 it would be better to replace the last four instructions with:
743
744         jp LBB1_1
745         je LBB1_5
746 LBB1_1:
747
748 We also codegen the inner ?: into a diamond:
749
750        cvtss2sd        LCPI1_0(%rip), %xmm2
751         cvtss2sd        LCPI1_1(%rip), %xmm3
752         ucomisd %xmm1, %xmm0
753         ja      LBB1_3  # cond_true
754 LBB1_2: # cond_true
755         movapd  %xmm3, %xmm2
756 LBB1_3: # cond_true
757         movapd  %xmm2, %xmm0
758         ret
759
760 We should sink the load into xmm3 into the LBB1_2 block.  This should
761 be pretty easy, and will nuke all the copies.
762
763 //===---------------------------------------------------------------------===//
764
765 This:
766         #include <algorithm>
767         inline std::pair<unsigned, bool> full_add(unsigned a, unsigned b)
768         { return std::make_pair(a + b, a + b < a); }
769         bool no_overflow(unsigned a, unsigned b)
770         { return !full_add(a, b).second; }
771
772 Should compile to:
773
774
775         _Z11no_overflowjj:
776                 addl    %edi, %esi
777                 setae   %al
778                 ret
779
780 FIXME: That code looks wrong; bool return is normally defined as zext.
781
782 on x86-64, not:
783
784 __Z11no_overflowjj:
785         addl    %edi, %esi
786         cmpl    %edi, %esi
787         setae   %al
788         movzbl  %al, %eax
789         ret
790
791
792 //===---------------------------------------------------------------------===//
793
794 The following code:
795
796 bb114.preheader:                ; preds = %cond_next94
797         %tmp231232 = sext i16 %tmp62 to i32             ; <i32> [#uses=1]
798         %tmp233 = sub i32 32, %tmp231232                ; <i32> [#uses=1]
799         %tmp245246 = sext i16 %tmp65 to i32             ; <i32> [#uses=1]
800         %tmp252253 = sext i16 %tmp68 to i32             ; <i32> [#uses=1]
801         %tmp254 = sub i32 32, %tmp252253                ; <i32> [#uses=1]
802         %tmp553554 = bitcast i16* %tmp37 to i8*         ; <i8*> [#uses=2]
803         %tmp583584 = sext i16 %tmp98 to i32             ; <i32> [#uses=1]
804         %tmp585 = sub i32 32, %tmp583584                ; <i32> [#uses=1]
805         %tmp614615 = sext i16 %tmp101 to i32            ; <i32> [#uses=1]
806         %tmp621622 = sext i16 %tmp104 to i32            ; <i32> [#uses=1]
807         %tmp623 = sub i32 32, %tmp621622                ; <i32> [#uses=1]
808         br label %bb114
809
810 produces:
811
812 LBB3_5: # bb114.preheader
813         movswl  -68(%ebp), %eax
814         movl    $32, %ecx
815         movl    %ecx, -80(%ebp)
816         subl    %eax, -80(%ebp)
817         movswl  -52(%ebp), %eax
818         movl    %ecx, -84(%ebp)
819         subl    %eax, -84(%ebp)
820         movswl  -70(%ebp), %eax
821         movl    %ecx, -88(%ebp)
822         subl    %eax, -88(%ebp)
823         movswl  -50(%ebp), %eax
824         subl    %eax, %ecx
825         movl    %ecx, -76(%ebp)
826         movswl  -42(%ebp), %eax
827         movl    %eax, -92(%ebp)
828         movswl  -66(%ebp), %eax
829         movl    %eax, -96(%ebp)
830         movw    $0, -98(%ebp)
831
832 This appears to be bad because the RA is not folding the store to the stack 
833 slot into the movl.  The above instructions could be:
834         movl    $32, -80(%ebp)
835 ...
836         movl    $32, -84(%ebp)
837 ...
838 This seems like a cross between remat and spill folding.
839
840 This has redundant subtractions of %eax from a stack slot. However, %ecx doesn't
841 change, so we could simply subtract %eax from %ecx first and then use %ecx (or
842 vice-versa).
843
844 //===---------------------------------------------------------------------===//
845
846 This code:
847
848         %tmp659 = icmp slt i16 %tmp654, 0               ; <i1> [#uses=1]
849         br i1 %tmp659, label %cond_true662, label %cond_next715
850
851 produces this:
852
853         testw   %cx, %cx
854         movswl  %cx, %esi
855         jns     LBB4_109        # cond_next715
856
857 Shark tells us that using %cx in the testw instruction is sub-optimal. It
858 suggests using the 32-bit register (which is what ICC uses).
859
860 //===---------------------------------------------------------------------===//
861
862 We compile this:
863
864 void compare (long long foo) {
865   if (foo < 4294967297LL)
866     abort();
867 }
868
869 to:
870
871 compare:
872         subl    $4, %esp
873         cmpl    $0, 8(%esp)
874         setne   %al
875         movzbw  %al, %ax
876         cmpl    $1, 12(%esp)
877         setg    %cl
878         movzbw  %cl, %cx
879         cmove   %ax, %cx
880         testb   $1, %cl
881         jne     .LBB1_2 # UnifiedReturnBlock
882 .LBB1_1:        # ifthen
883         call    abort
884 .LBB1_2:        # UnifiedReturnBlock
885         addl    $4, %esp
886         ret
887
888 (also really horrible code on ppc).  This is due to the expand code for 64-bit
889 compares.  GCC produces multiple branches, which is much nicer:
890
891 compare:
892         subl    $12, %esp
893         movl    20(%esp), %edx
894         movl    16(%esp), %eax
895         decl    %edx
896         jle     .L7
897 .L5:
898         addl    $12, %esp
899         ret
900         .p2align 4,,7
901 .L7:
902         jl      .L4
903         cmpl    $0, %eax
904         .p2align 4,,8
905         ja      .L5
906 .L4:
907         .p2align 4,,9
908         call    abort
909
910 //===---------------------------------------------------------------------===//
911
912 Tail call optimization improvements: Tail call optimization currently
913 pushes all arguments on the top of the stack (their normal place for
914 non-tail call optimized calls) that source from the callers arguments
915 or  that source from a virtual register (also possibly sourcing from
916 callers arguments).
917 This is done to prevent overwriting of parameters (see example
918 below) that might be used later.
919
920 example:  
921
922 int callee(int32, int64); 
923 int caller(int32 arg1, int32 arg2) { 
924   int64 local = arg2 * 2; 
925   return callee(arg2, (int64)local); 
926 }
927
928 [arg1]          [!arg2 no longer valid since we moved local onto it]
929 [arg2]      ->  [(int64)
930 [RETADDR]        local  ]
931
932 Moving arg1 onto the stack slot of callee function would overwrite
933 arg2 of the caller.
934
935 Possible optimizations:
936
937
938  - Analyse the actual parameters of the callee to see which would
939    overwrite a caller parameter which is used by the callee and only
940    push them onto the top of the stack.
941
942    int callee (int32 arg1, int32 arg2);
943    int caller (int32 arg1, int32 arg2) {
944        return callee(arg1,arg2);
945    }
946
947    Here we don't need to write any variables to the top of the stack
948    since they don't overwrite each other.
949
950    int callee (int32 arg1, int32 arg2);
951    int caller (int32 arg1, int32 arg2) {
952        return callee(arg2,arg1);
953    }
954
955    Here we need to push the arguments because they overwrite each
956    other.
957
958 //===---------------------------------------------------------------------===//
959
960 main ()
961 {
962   int i = 0;
963   unsigned long int z = 0;
964
965   do {
966     z -= 0x00004000;
967     i++;
968     if (i > 0x00040000)
969       abort ();
970   } while (z > 0);
971   exit (0);
972 }
973
974 gcc compiles this to:
975
976 _main:
977         subl    $28, %esp
978         xorl    %eax, %eax
979         jmp     L2
980 L3:
981         cmpl    $262144, %eax
982         je      L10
983 L2:
984         addl    $1, %eax
985         cmpl    $262145, %eax
986         jne     L3
987         call    L_abort$stub
988 L10:
989         movl    $0, (%esp)
990         call    L_exit$stub
991
992 llvm:
993
994 _main:
995         subl    $12, %esp
996         movl    $1, %eax
997         movl    $16384, %ecx
998 LBB1_1: # bb
999         cmpl    $262145, %eax
1000         jge     LBB1_4  # cond_true
1001 LBB1_2: # cond_next
1002         incl    %eax
1003         addl    $4294950912, %ecx
1004         cmpl    $16384, %ecx
1005         jne     LBB1_1  # bb
1006 LBB1_3: # bb11
1007         xorl    %eax, %eax
1008         addl    $12, %esp
1009         ret
1010 LBB1_4: # cond_true
1011         call    L_abort$stub
1012
1013 1. LSR should rewrite the first cmp with induction variable %ecx.
1014 2. DAG combiner should fold
1015         leal    1(%eax), %edx
1016         cmpl    $262145, %edx
1017    =>
1018         cmpl    $262144, %eax
1019
1020 //===---------------------------------------------------------------------===//
1021
1022 define i64 @test(double %X) {
1023         %Y = fptosi double %X to i64
1024         ret i64 %Y
1025 }
1026
1027 compiles to:
1028
1029 _test:
1030         subl    $20, %esp
1031         movsd   24(%esp), %xmm0
1032         movsd   %xmm0, 8(%esp)
1033         fldl    8(%esp)
1034         fisttpll        (%esp)
1035         movl    4(%esp), %edx
1036         movl    (%esp), %eax
1037         addl    $20, %esp
1038         #FP_REG_KILL
1039         ret
1040
1041 This should just fldl directly from the input stack slot.
1042
1043 //===---------------------------------------------------------------------===//
1044
1045 This code:
1046 int foo (int x) { return (x & 65535) | 255; }
1047
1048 Should compile into:
1049
1050 _foo:
1051         movzwl  4(%esp), %eax
1052         orl     $255, %eax
1053         ret
1054
1055 instead of:
1056 _foo:
1057         movl    $255, %eax
1058         orl     4(%esp), %eax
1059         andl    $65535, %eax
1060         ret
1061
1062 //===---------------------------------------------------------------------===//
1063
1064 We're codegen'ing multiply of long longs inefficiently:
1065
1066 unsigned long long LLM(unsigned long long arg1, unsigned long long arg2) {
1067   return arg1 *  arg2;
1068 }
1069
1070 We compile to (fomit-frame-pointer):
1071
1072 _LLM:
1073         pushl   %esi
1074         movl    8(%esp), %ecx
1075         movl    16(%esp), %esi
1076         movl    %esi, %eax
1077         mull    %ecx
1078         imull   12(%esp), %esi
1079         addl    %edx, %esi
1080         imull   20(%esp), %ecx
1081         movl    %esi, %edx
1082         addl    %ecx, %edx
1083         popl    %esi
1084         ret
1085
1086 This looks like a scheduling deficiency and lack of remat of the load from
1087 the argument area.  ICC apparently produces:
1088
1089         movl      8(%esp), %ecx
1090         imull     12(%esp), %ecx
1091         movl      16(%esp), %eax
1092         imull     4(%esp), %eax 
1093         addl      %eax, %ecx  
1094         movl      4(%esp), %eax
1095         mull      12(%esp) 
1096         addl      %ecx, %edx
1097         ret
1098
1099 Note that it remat'd loads from 4(esp) and 12(esp).  See this GCC PR:
1100 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=17236
1101
1102 //===---------------------------------------------------------------------===//
1103
1104 We can fold a store into "zeroing a reg".  Instead of:
1105
1106 xorl    %eax, %eax
1107 movl    %eax, 124(%esp)
1108
1109 we should get:
1110
1111 movl    $0, 124(%esp)
1112
1113 if the flags of the xor are dead.
1114
1115 Likewise, we isel "x<<1" into "add reg,reg".  If reg is spilled, this should
1116 be folded into: shl [mem], 1
1117
1118 //===---------------------------------------------------------------------===//
1119
1120 In SSE mode, we turn abs and neg into a load from the constant pool plus a xor
1121 or and instruction, for example:
1122
1123         xorpd   LCPI1_0, %xmm2
1124
1125 However, if xmm2 gets spilled, we end up with really ugly code like this:
1126
1127         movsd   (%esp), %xmm0
1128         xorpd   LCPI1_0, %xmm0
1129         movsd   %xmm0, (%esp)
1130
1131 Since we 'know' that this is a 'neg', we can actually "fold" the spill into
1132 the neg/abs instruction, turning it into an *integer* operation, like this:
1133
1134         xorl 2147483648, [mem+4]     ## 2147483648 = (1 << 31)
1135
1136 you could also use xorb, but xorl is less likely to lead to a partial register
1137 stall.  Here is a contrived testcase:
1138
1139 double a, b, c;
1140 void test(double *P) {
1141   double X = *P;
1142   a = X;
1143   bar();
1144   X = -X;
1145   b = X;
1146   bar();
1147   c = X;
1148 }
1149
1150 //===---------------------------------------------------------------------===//
1151
1152 The generated code on x86 for checking for signed overflow on a multiply the
1153 obvious way is much longer than it needs to be.
1154
1155 int x(int a, int b) {
1156   long long prod = (long long)a*b;
1157   return  prod > 0x7FFFFFFF || prod < (-0x7FFFFFFF-1);
1158 }
1159
1160 See PR2053 for more details.
1161
1162 //===---------------------------------------------------------------------===//
1163
1164 We should investigate using cdq/ctld (effect: edx = sar eax, 31)
1165 more aggressively; it should cost the same as a move+shift on any modern
1166 processor, but it's a lot shorter. Downside is that it puts more
1167 pressure on register allocation because it has fixed operands.
1168
1169 Example:
1170 int abs(int x) {return x < 0 ? -x : x;}
1171
1172 gcc compiles this to the following when using march/mtune=pentium2/3/4/m/etc.:
1173 abs:
1174         movl    4(%esp), %eax
1175         cltd
1176         xorl    %edx, %eax
1177         subl    %edx, %eax
1178         ret
1179
1180 //===---------------------------------------------------------------------===//
1181
1182 Take the following code (from 
1183 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=16541):
1184
1185 extern unsigned char first_one[65536];
1186 int FirstOnet(unsigned long long arg1)
1187 {
1188   if (arg1 >> 48)
1189     return (first_one[arg1 >> 48]);
1190   return 0;
1191 }
1192
1193
1194 The following code is currently generated:
1195 FirstOnet:
1196         movl    8(%esp), %eax
1197         cmpl    $65536, %eax
1198         movl    4(%esp), %ecx
1199         jb      .LBB1_2 # UnifiedReturnBlock
1200 .LBB1_1:        # ifthen
1201         shrl    $16, %eax
1202         movzbl  first_one(%eax), %eax
1203         ret
1204 .LBB1_2:        # UnifiedReturnBlock
1205         xorl    %eax, %eax
1206         ret
1207
1208 We could change the "movl 8(%esp), %eax" into "movzwl 10(%esp), %eax"; this
1209 lets us change the cmpl into a testl, which is shorter, and eliminate the shift.
1210
1211 //===---------------------------------------------------------------------===//
1212
1213 We compile this function:
1214
1215 define i32 @foo(i32 %a, i32 %b, i32 %c, i8 zeroext  %d) nounwind  {
1216 entry:
1217         %tmp2 = icmp eq i8 %d, 0                ; <i1> [#uses=1]
1218         br i1 %tmp2, label %bb7, label %bb
1219
1220 bb:             ; preds = %entry
1221         %tmp6 = add i32 %b, %a          ; <i32> [#uses=1]
1222         ret i32 %tmp6
1223
1224 bb7:            ; preds = %entry
1225         %tmp10 = sub i32 %a, %c         ; <i32> [#uses=1]
1226         ret i32 %tmp10
1227 }
1228
1229 to:
1230
1231 foo:                                    # @foo
1232 # BB#0:                                 # %entry
1233         movl    4(%esp), %ecx
1234         cmpb    $0, 16(%esp)
1235         je      .LBB0_2
1236 # BB#1:                                 # %bb
1237         movl    8(%esp), %eax
1238         addl    %ecx, %eax
1239         ret
1240 .LBB0_2:                                # %bb7
1241         movl    12(%esp), %edx
1242         movl    %ecx, %eax
1243         subl    %edx, %eax
1244         ret
1245
1246 There's an obviously unnecessary movl in .LBB0_2, and we could eliminate a
1247 couple more movls by putting 4(%esp) into %eax instead of %ecx.
1248
1249 //===---------------------------------------------------------------------===//
1250
1251 See rdar://4653682.
1252
1253 From flops:
1254
1255 LBB1_15:        # bb310
1256         cvtss2sd        LCPI1_0, %xmm1
1257         addsd   %xmm1, %xmm0
1258         movsd   176(%esp), %xmm2
1259         mulsd   %xmm0, %xmm2
1260         movapd  %xmm2, %xmm3
1261         mulsd   %xmm3, %xmm3
1262         movapd  %xmm3, %xmm4
1263         mulsd   LCPI1_23, %xmm4
1264         addsd   LCPI1_24, %xmm4
1265         mulsd   %xmm3, %xmm4
1266         addsd   LCPI1_25, %xmm4
1267         mulsd   %xmm3, %xmm4
1268         addsd   LCPI1_26, %xmm4
1269         mulsd   %xmm3, %xmm4
1270         addsd   LCPI1_27, %xmm4
1271         mulsd   %xmm3, %xmm4
1272         addsd   LCPI1_28, %xmm4
1273         mulsd   %xmm3, %xmm4
1274         addsd   %xmm1, %xmm4
1275         mulsd   %xmm2, %xmm4
1276         movsd   152(%esp), %xmm1
1277         addsd   %xmm4, %xmm1
1278         movsd   %xmm1, 152(%esp)
1279         incl    %eax
1280         cmpl    %eax, %esi
1281         jge     LBB1_15 # bb310
1282 LBB1_16:        # bb358.loopexit
1283         movsd   152(%esp), %xmm0
1284         addsd   %xmm0, %xmm0
1285         addsd   LCPI1_22, %xmm0
1286         movsd   %xmm0, 152(%esp)
1287
1288 Rather than spilling the result of the last addsd in the loop, we should have
1289 insert a copy to split the interval (one for the duration of the loop, one
1290 extending to the fall through). The register pressure in the loop isn't high
1291 enough to warrant the spill.
1292
1293 Also check why xmm7 is not used at all in the function.
1294
1295 //===---------------------------------------------------------------------===//
1296
1297 Take the following:
1298
1299 target datalayout = "e-p:32:32:32-i1:8:8-i8:8:8-i16:16:16-i32:32:32-i64:32:64-f32:32:32-f64:32:64-v64:64:64-v128:128:128-a0:0:64-f80:128:128"
1300 target triple = "i386-apple-darwin8"
1301 @in_exit.4870.b = internal global i1 false              ; <i1*> [#uses=2]
1302 define fastcc void @abort_gzip() noreturn nounwind  {
1303 entry:
1304         %tmp.b.i = load i1* @in_exit.4870.b             ; <i1> [#uses=1]
1305         br i1 %tmp.b.i, label %bb.i, label %bb4.i
1306 bb.i:           ; preds = %entry
1307         tail call void @exit( i32 1 ) noreturn nounwind 
1308         unreachable
1309 bb4.i:          ; preds = %entry
1310         store i1 true, i1* @in_exit.4870.b
1311         tail call void @exit( i32 1 ) noreturn nounwind 
1312         unreachable
1313 }
1314 declare void @exit(i32) noreturn nounwind 
1315
1316 This compiles into:
1317 _abort_gzip:                            ## @abort_gzip
1318 ## BB#0:                                ## %entry
1319         subl    $12, %esp
1320         movb    _in_exit.4870.b, %al
1321         cmpb    $1, %al
1322         jne     LBB0_2
1323
1324 We somehow miss folding the movb into the cmpb.
1325
1326 //===---------------------------------------------------------------------===//
1327
1328 We compile:
1329
1330 int test(int x, int y) {
1331   return x-y-1;
1332 }
1333
1334 into (-m64):
1335
1336 _test:
1337         decl    %edi
1338         movl    %edi, %eax
1339         subl    %esi, %eax
1340         ret
1341
1342 it would be better to codegen as: x+~y  (notl+addl)
1343
1344 //===---------------------------------------------------------------------===//
1345
1346 This code:
1347
1348 int foo(const char *str,...)
1349 {
1350  __builtin_va_list a; int x;
1351  __builtin_va_start(a,str); x = __builtin_va_arg(a,int); __builtin_va_end(a);
1352  return x;
1353 }
1354
1355 gets compiled into this on x86-64:
1356         subq    $200, %rsp
1357         movaps  %xmm7, 160(%rsp)
1358         movaps  %xmm6, 144(%rsp)
1359         movaps  %xmm5, 128(%rsp)
1360         movaps  %xmm4, 112(%rsp)
1361         movaps  %xmm3, 96(%rsp)
1362         movaps  %xmm2, 80(%rsp)
1363         movaps  %xmm1, 64(%rsp)
1364         movaps  %xmm0, 48(%rsp)
1365         movq    %r9, 40(%rsp)
1366         movq    %r8, 32(%rsp)
1367         movq    %rcx, 24(%rsp)
1368         movq    %rdx, 16(%rsp)
1369         movq    %rsi, 8(%rsp)
1370         leaq    (%rsp), %rax
1371         movq    %rax, 192(%rsp)
1372         leaq    208(%rsp), %rax
1373         movq    %rax, 184(%rsp)
1374         movl    $48, 180(%rsp)
1375         movl    $8, 176(%rsp)
1376         movl    176(%rsp), %eax
1377         cmpl    $47, %eax
1378         jbe     .LBB1_3 # bb
1379 .LBB1_1:        # bb3
1380         movq    184(%rsp), %rcx
1381         leaq    8(%rcx), %rax
1382         movq    %rax, 184(%rsp)
1383 .LBB1_2:        # bb4
1384         movl    (%rcx), %eax
1385         addq    $200, %rsp
1386         ret
1387 .LBB1_3:        # bb
1388         movl    %eax, %ecx
1389         addl    $8, %eax
1390         addq    192(%rsp), %rcx
1391         movl    %eax, 176(%rsp)
1392         jmp     .LBB1_2 # bb4
1393
1394 gcc 4.3 generates:
1395         subq    $96, %rsp
1396 .LCFI0:
1397         leaq    104(%rsp), %rax
1398         movq    %rsi, -80(%rsp)
1399         movl    $8, -120(%rsp)
1400         movq    %rax, -112(%rsp)
1401         leaq    -88(%rsp), %rax
1402         movq    %rax, -104(%rsp)
1403         movl    $8, %eax
1404         cmpl    $48, %eax
1405         jb      .L6
1406         movq    -112(%rsp), %rdx
1407         movl    (%rdx), %eax
1408         addq    $96, %rsp
1409         ret
1410         .p2align 4,,10
1411         .p2align 3
1412 .L6:
1413         mov     %eax, %edx
1414         addq    -104(%rsp), %rdx
1415         addl    $8, %eax
1416         movl    %eax, -120(%rsp)
1417         movl    (%rdx), %eax
1418         addq    $96, %rsp
1419         ret
1420
1421 and it gets compiled into this on x86:
1422         pushl   %ebp
1423         movl    %esp, %ebp
1424         subl    $4, %esp
1425         leal    12(%ebp), %eax
1426         movl    %eax, -4(%ebp)
1427         leal    16(%ebp), %eax
1428         movl    %eax, -4(%ebp)
1429         movl    12(%ebp), %eax
1430         addl    $4, %esp
1431         popl    %ebp
1432         ret
1433
1434 gcc 4.3 generates:
1435         pushl   %ebp
1436         movl    %esp, %ebp
1437         movl    12(%ebp), %eax
1438         popl    %ebp
1439         ret
1440
1441 //===---------------------------------------------------------------------===//
1442
1443 Teach tblgen not to check bitconvert source type in some cases. This allows us
1444 to consolidate the following patterns in X86InstrMMX.td:
1445
1446 def : Pat<(v2i32 (bitconvert (i64 (vector_extract (v2i64 VR128:$src),
1447                                                   (iPTR 0))))),
1448           (v2i32 (MMX_MOVDQ2Qrr VR128:$src))>;
1449 def : Pat<(v4i16 (bitconvert (i64 (vector_extract (v2i64 VR128:$src),
1450                                                   (iPTR 0))))),
1451           (v4i16 (MMX_MOVDQ2Qrr VR128:$src))>;
1452 def : Pat<(v8i8 (bitconvert (i64 (vector_extract (v2i64 VR128:$src),
1453                                                   (iPTR 0))))),
1454           (v8i8 (MMX_MOVDQ2Qrr VR128:$src))>;
1455
1456 There are other cases in various td files.
1457
1458 //===---------------------------------------------------------------------===//
1459
1460 Take something like the following on x86-32:
1461 unsigned a(unsigned long long x, unsigned y) {return x % y;}
1462
1463 We currently generate a libcall, but we really shouldn't: the expansion is
1464 shorter and likely faster than the libcall.  The expected code is something
1465 like the following:
1466
1467         movl    12(%ebp), %eax
1468         movl    16(%ebp), %ecx
1469         xorl    %edx, %edx
1470         divl    %ecx
1471         movl    8(%ebp), %eax
1472         divl    %ecx
1473         movl    %edx, %eax
1474         ret
1475
1476 A similar code sequence works for division.
1477
1478 //===---------------------------------------------------------------------===//
1479
1480 These should compile to the same code, but the later codegen's to useless
1481 instructions on X86. This may be a trivial dag combine (GCC PR7061):
1482
1483 struct s1 { unsigned char a, b; };
1484 unsigned long f1(struct s1 x) {
1485     return x.a + x.b;
1486 }
1487 struct s2 { unsigned a: 8, b: 8; };
1488 unsigned long f2(struct s2 x) {
1489     return x.a + x.b;
1490 }
1491
1492 //===---------------------------------------------------------------------===//
1493
1494 We currently compile this:
1495
1496 define i32 @func1(i32 %v1, i32 %v2) nounwind {
1497 entry:
1498   %t = call {i32, i1} @llvm.sadd.with.overflow.i32(i32 %v1, i32 %v2)
1499   %sum = extractvalue {i32, i1} %t, 0
1500   %obit = extractvalue {i32, i1} %t, 1
1501   br i1 %obit, label %overflow, label %normal
1502 normal:
1503   ret i32 %sum
1504 overflow:
1505   call void @llvm.trap()
1506   unreachable
1507 }
1508 declare {i32, i1} @llvm.sadd.with.overflow.i32(i32, i32)
1509 declare void @llvm.trap()
1510
1511 to:
1512
1513 _func1:
1514         movl    4(%esp), %eax
1515         addl    8(%esp), %eax
1516         jo      LBB1_2  ## overflow
1517 LBB1_1: ## normal
1518         ret
1519 LBB1_2: ## overflow
1520         ud2
1521
1522 it would be nice to produce "into" someday.
1523
1524 //===---------------------------------------------------------------------===//
1525
1526 This code:
1527
1528 void vec_mpys1(int y[], const int x[], int scaler) {
1529 int i;
1530 for (i = 0; i < 150; i++)
1531  y[i] += (((long long)scaler * (long long)x[i]) >> 31);
1532 }
1533
1534 Compiles to this loop with GCC 3.x:
1535
1536 .L5:
1537         movl    %ebx, %eax
1538         imull   (%edi,%ecx,4)
1539         shrdl   $31, %edx, %eax
1540         addl    %eax, (%esi,%ecx,4)
1541         incl    %ecx
1542         cmpl    $149, %ecx
1543         jle     .L5
1544
1545 llvm-gcc compiles it to the much uglier:
1546
1547 LBB1_1: ## bb1
1548         movl    24(%esp), %eax
1549         movl    (%eax,%edi,4), %ebx
1550         movl    %ebx, %ebp
1551         imull   %esi, %ebp
1552         movl    %ebx, %eax
1553         mull    %ecx
1554         addl    %ebp, %edx
1555         sarl    $31, %ebx
1556         imull   %ecx, %ebx
1557         addl    %edx, %ebx
1558         shldl   $1, %eax, %ebx
1559         movl    20(%esp), %eax
1560         addl    %ebx, (%eax,%edi,4)
1561         incl    %edi
1562         cmpl    $150, %edi
1563         jne     LBB1_1  ## bb1
1564
1565 The issue is that we hoist the cast of "scaler" to long long outside of the
1566 loop, the value comes into the loop as two values, and
1567 RegsForValue::getCopyFromRegs doesn't know how to put an AssertSext on the
1568 constructed BUILD_PAIR which represents the cast value.
1569
1570 //===---------------------------------------------------------------------===//
1571
1572 Test instructions can be eliminated by using EFLAGS values from arithmetic
1573 instructions. This is currently not done for mul, and, or, xor, neg, shl,
1574 sra, srl, shld, shrd, atomic ops, and others. It is also currently not done
1575 for read-modify-write instructions. It is also current not done if the
1576 OF or CF flags are needed.
1577
1578 The shift operators have the complication that when the shift count is
1579 zero, EFLAGS is not set, so they can only subsume a test instruction if
1580 the shift count is known to be non-zero. Also, using the EFLAGS value
1581 from a shift is apparently very slow on some x86 implementations.
1582
1583 In read-modify-write instructions, the root node in the isel match is
1584 the store, and isel has no way for the use of the EFLAGS result of the
1585 arithmetic to be remapped to the new node.
1586
1587 Add and subtract instructions set OF on signed overflow and CF on unsiged
1588 overflow, while test instructions always clear OF and CF. In order to
1589 replace a test with an add or subtract in a situation where OF or CF is
1590 needed, codegen must be able to prove that the operation cannot see
1591 signed or unsigned overflow, respectively.
1592
1593 //===---------------------------------------------------------------------===//
1594
1595 memcpy/memmove do not lower to SSE copies when possible.  A silly example is:
1596 define <16 x float> @foo(<16 x float> %A) nounwind {
1597         %tmp = alloca <16 x float>, align 16
1598         %tmp2 = alloca <16 x float>, align 16
1599         store <16 x float> %A, <16 x float>* %tmp
1600         %s = bitcast <16 x float>* %tmp to i8*
1601         %s2 = bitcast <16 x float>* %tmp2 to i8*
1602         call void @llvm.memcpy.i64(i8* %s, i8* %s2, i64 64, i32 16)
1603         %R = load <16 x float>* %tmp2
1604         ret <16 x float> %R
1605 }
1606
1607 declare void @llvm.memcpy.i64(i8* nocapture, i8* nocapture, i64, i32) nounwind
1608
1609 which compiles to:
1610
1611 _foo:
1612         subl    $140, %esp
1613         movaps  %xmm3, 112(%esp)
1614         movaps  %xmm2, 96(%esp)
1615         movaps  %xmm1, 80(%esp)
1616         movaps  %xmm0, 64(%esp)
1617         movl    60(%esp), %eax
1618         movl    %eax, 124(%esp)
1619         movl    56(%esp), %eax
1620         movl    %eax, 120(%esp)
1621         movl    52(%esp), %eax
1622         <many many more 32-bit copies>
1623         movaps  (%esp), %xmm0
1624         movaps  16(%esp), %xmm1
1625         movaps  32(%esp), %xmm2
1626         movaps  48(%esp), %xmm3
1627         addl    $140, %esp
1628         ret
1629
1630 On Nehalem, it may even be cheaper to just use movups when unaligned than to
1631 fall back to lower-granularity chunks.
1632
1633 //===---------------------------------------------------------------------===//
1634
1635 Implement processor-specific optimizations for parity with GCC on these
1636 processors.  GCC does two optimizations:
1637
1638 1. ix86_pad_returns inserts a noop before ret instructions if immediately
1639    preceeded by a conditional branch or is the target of a jump.
1640 2. ix86_avoid_jump_misspredicts inserts noops in cases where a 16-byte block of
1641    code contains more than 3 branches.
1642    
1643 The first one is done for all AMDs, Core2, and "Generic"
1644 The second one is done for: Atom, Pentium Pro, all AMDs, Pentium 4, Nocona,
1645   Core 2, and "Generic"
1646
1647 //===---------------------------------------------------------------------===//
1648
1649 Testcase:
1650 int a(int x) { return (x & 127) > 31; }
1651
1652 Current output:
1653         movl    4(%esp), %eax
1654         andl    $127, %eax
1655         cmpl    $31, %eax
1656         seta    %al
1657         movzbl  %al, %eax
1658         ret
1659
1660 Ideal output:
1661         xorl    %eax, %eax
1662         testl   $96, 4(%esp)
1663         setne   %al
1664         ret
1665
1666 This should definitely be done in instcombine, canonicalizing the range
1667 condition into a != condition.  We get this IR:
1668
1669 define i32 @a(i32 %x) nounwind readnone {
1670 entry:
1671         %0 = and i32 %x, 127            ; <i32> [#uses=1]
1672         %1 = icmp ugt i32 %0, 31                ; <i1> [#uses=1]
1673         %2 = zext i1 %1 to i32          ; <i32> [#uses=1]
1674         ret i32 %2
1675 }
1676
1677 Instcombine prefers to strength reduce relational comparisons to equality
1678 comparisons when possible, this should be another case of that.  This could
1679 be handled pretty easily in InstCombiner::visitICmpInstWithInstAndIntCst, but it
1680 looks like InstCombiner::visitICmpInstWithInstAndIntCst should really already
1681 be redesigned to use ComputeMaskedBits and friends.
1682
1683
1684 //===---------------------------------------------------------------------===//
1685 Testcase:
1686 int x(int a) { return (a&0xf0)>>4; }
1687
1688 Current output:
1689         movl    4(%esp), %eax
1690         shrl    $4, %eax
1691         andl    $15, %eax
1692         ret
1693
1694 Ideal output:
1695         movzbl  4(%esp), %eax
1696         shrl    $4, %eax
1697         ret
1698
1699 //===---------------------------------------------------------------------===//
1700
1701 Re-implement atomic builtins __sync_add_and_fetch() and __sync_sub_and_fetch
1702 properly.
1703
1704 When the return value is not used (i.e. only care about the value in the
1705 memory), x86 does not have to use add to implement these. Instead, it can use
1706 add, sub, inc, dec instructions with the "lock" prefix.
1707
1708 This is currently implemented using a bit of instruction selection trick. The
1709 issue is the target independent pattern produces one output and a chain and we
1710 want to map it into one that just output a chain. The current trick is to select
1711 it into a MERGE_VALUES with the first definition being an implicit_def. The
1712 proper solution is to add new ISD opcodes for the no-output variant. DAG
1713 combiner can then transform the node before it gets to target node selection.
1714
1715 Problem #2 is we are adding a whole bunch of x86 atomic instructions when in
1716 fact these instructions are identical to the non-lock versions. We need a way to
1717 add target specific information to target nodes and have this information
1718 carried over to machine instructions. Asm printer (or JIT) can use this
1719 information to add the "lock" prefix.
1720
1721 //===---------------------------------------------------------------------===//
1722
1723 _Bool bar(int *x) { return *x & 1; }
1724
1725 define zeroext i1 @bar(i32* nocapture %x) nounwind readonly {
1726 entry:
1727   %tmp1 = load i32* %x                            ; <i32> [#uses=1]
1728   %and = and i32 %tmp1, 1                         ; <i32> [#uses=1]
1729   %tobool = icmp ne i32 %and, 0                   ; <i1> [#uses=1]
1730   ret i1 %tobool
1731 }
1732
1733 bar:                                                        # @bar
1734 # BB#0:                                                     # %entry
1735         movl    4(%esp), %eax
1736         movb    (%eax), %al
1737         andb    $1, %al
1738         movzbl  %al, %eax
1739         ret
1740
1741 Missed optimization: should be movl+andl.
1742
1743 //===---------------------------------------------------------------------===//
1744
1745 Consider the following two functions compiled with clang:
1746 _Bool foo(int *x) { return !(*x & 4); }
1747 unsigned bar(int *x) { return !(*x & 4); }
1748
1749 foo:
1750         movl    4(%esp), %eax
1751         testb   $4, (%eax)
1752         sete    %al
1753         movzbl  %al, %eax
1754         ret
1755
1756 bar:
1757         movl    4(%esp), %eax
1758         movl    (%eax), %eax
1759         shrl    $2, %eax
1760         andl    $1, %eax
1761         xorl    $1, %eax
1762         ret
1763
1764 The second function generates more code even though the two functions are
1765 are functionally identical.
1766
1767 //===---------------------------------------------------------------------===//
1768
1769 Take the following C code:
1770 int x(int y) { return (y & 63) << 14; }
1771
1772 Code produced by gcc:
1773         andl    $63, %edi
1774         sall    $14, %edi
1775         movl    %edi, %eax
1776         ret
1777
1778 Code produced by clang:
1779         shll    $14, %edi
1780         movl    %edi, %eax
1781         andl    $1032192, %eax
1782         ret
1783
1784 The code produced by gcc is 3 bytes shorter.  This sort of construct often
1785 shows up with bitfields.
1786
1787 //===---------------------------------------------------------------------===//
1788
1789 Take the following C code:
1790 int f(int a, int b) { return (unsigned char)a == (unsigned char)b; }
1791
1792 We generate the following IR with clang:
1793 define i32 @f(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1794 entry:
1795   %tmp = xor i32 %b, %a                           ; <i32> [#uses=1]
1796   %tmp6 = and i32 %tmp, 255                       ; <i32> [#uses=1]
1797   %cmp = icmp eq i32 %tmp6, 0                     ; <i1> [#uses=1]
1798   %conv5 = zext i1 %cmp to i32                    ; <i32> [#uses=1]
1799   ret i32 %conv5
1800 }
1801
1802 And the following x86 code:
1803         xorl    %esi, %edi
1804         testb   $-1, %dil
1805         sete    %al
1806         movzbl  %al, %eax
1807         ret
1808
1809 A cmpb instead of the xorl+testb would be one instruction shorter.
1810
1811 //===---------------------------------------------------------------------===//
1812
1813 Given the following C code:
1814 int f(int a, int b) { return (signed char)a == (signed char)b; }
1815
1816 We generate the following IR with clang:
1817 define i32 @f(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1818 entry:
1819   %sext = shl i32 %a, 24                          ; <i32> [#uses=1]
1820   %conv1 = ashr i32 %sext, 24                     ; <i32> [#uses=1]
1821   %sext6 = shl i32 %b, 24                         ; <i32> [#uses=1]
1822   %conv4 = ashr i32 %sext6, 24                    ; <i32> [#uses=1]
1823   %cmp = icmp eq i32 %conv1, %conv4               ; <i1> [#uses=1]
1824   %conv5 = zext i1 %cmp to i32                    ; <i32> [#uses=1]
1825   ret i32 %conv5
1826 }
1827
1828 And the following x86 code:
1829         movsbl  %sil, %eax
1830         movsbl  %dil, %ecx
1831         cmpl    %eax, %ecx
1832         sete    %al
1833         movzbl  %al, %eax
1834         ret
1835
1836
1837 It should be possible to eliminate the sign extensions.
1838
1839 //===---------------------------------------------------------------------===//
1840
1841 LLVM misses a load+store narrowing opportunity in this code:
1842
1843 %struct.bf = type { i64, i16, i16, i32 }
1844
1845 @bfi = external global %struct.bf*                ; <%struct.bf**> [#uses=2]
1846
1847 define void @t1() nounwind ssp {
1848 entry:
1849   %0 = load %struct.bf** @bfi, align 8            ; <%struct.bf*> [#uses=1]
1850   %1 = getelementptr %struct.bf* %0, i64 0, i32 1 ; <i16*> [#uses=1]
1851   %2 = bitcast i16* %1 to i32*                    ; <i32*> [#uses=2]
1852   %3 = load i32* %2, align 1                      ; <i32> [#uses=1]
1853   %4 = and i32 %3, -65537                         ; <i32> [#uses=1]
1854   store i32 %4, i32* %2, align 1
1855   %5 = load %struct.bf** @bfi, align 8            ; <%struct.bf*> [#uses=1]
1856   %6 = getelementptr %struct.bf* %5, i64 0, i32 1 ; <i16*> [#uses=1]
1857   %7 = bitcast i16* %6 to i32*                    ; <i32*> [#uses=2]
1858   %8 = load i32* %7, align 1                      ; <i32> [#uses=1]
1859   %9 = and i32 %8, -131073                        ; <i32> [#uses=1]
1860   store i32 %9, i32* %7, align 1
1861   ret void
1862 }
1863
1864 LLVM currently emits this:
1865
1866   movq  bfi(%rip), %rax
1867   andl  $-65537, 8(%rax)
1868   movq  bfi(%rip), %rax
1869   andl  $-131073, 8(%rax)
1870   ret
1871
1872 It could narrow the loads and stores to emit this:
1873
1874   movq  bfi(%rip), %rax
1875   andb  $-2, 10(%rax)
1876   movq  bfi(%rip), %rax
1877   andb  $-3, 10(%rax)
1878   ret
1879
1880 The trouble is that there is a TokenFactor between the store and the
1881 load, making it non-trivial to determine if there's anything between
1882 the load and the store which would prohibit narrowing.
1883
1884 //===---------------------------------------------------------------------===//
1885
1886 This code:
1887 void foo(unsigned x) {
1888   if (x == 0) bar();
1889   else if (x == 1) qux();
1890 }
1891
1892 currently compiles into:
1893 _foo:
1894         movl    4(%esp), %eax
1895         cmpl    $1, %eax
1896         je      LBB0_3
1897         testl   %eax, %eax
1898         jne     LBB0_4
1899
1900 the testl could be removed:
1901 _foo:
1902         movl    4(%esp), %eax
1903         cmpl    $1, %eax
1904         je      LBB0_3
1905         jb      LBB0_4
1906
1907 0 is the only unsigned number < 1.
1908
1909 //===---------------------------------------------------------------------===//