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055cef36e0ae0d523c7cfeb7c947ca8ec0ecf1d0
[android-x86/external-llvm.git] / lib / CodeGen / MachineOutliner.cpp
1 //===---- MachineOutliner.cpp - Outline instructions -----------*- C++ -*-===//
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 /// \file
11 /// Replaces repeated sequences of instructions with function calls.
12 ///
13 /// This works by placing every instruction from every basic block in a
14 /// suffix tree, and repeatedly querying that tree for repeated sequences of
15 /// instructions. If a sequence of instructions appears often, then it ought
16 /// to be beneficial to pull out into a function.
17 ///
18 /// The MachineOutliner communicates with a given target using hooks defined in
19 /// TargetInstrInfo.h. The target supplies the outliner with information on how
20 /// a specific sequence of instructions should be outlined. This information
21 /// is used to deduce the number of instructions necessary to
22 ///
23 /// * Create an outlined function
24 /// * Call that outlined function
25 ///
26 /// Targets must implement
27 ///   * getOutliningCandidateInfo
28 ///   * insertOutlinerEpilogue
29 ///   * insertOutlinedCall
30 ///   * insertOutlinerPrologue
31 ///   * isFunctionSafeToOutlineFrom
32 ///
33 /// in order to make use of the MachineOutliner.
34 ///
35 /// This was originally presented at the 2016 LLVM Developers' Meeting in the
36 /// talk "Reducing Code Size Using Outlining". For a high-level overview of
37 /// how this pass works, the talk is available on YouTube at
38 ///
39 /// https://www.youtube.com/watch?v=yorld-WSOeU
40 ///
41 /// The slides for the talk are available at
42 ///
43 /// http://www.llvm.org/devmtg/2016-11/Slides/Paquette-Outliner.pdf
44 ///
45 /// The talk provides an overview of how the outliner finds candidates and
46 /// ultimately outlines them. It describes how the main data structure for this
47 /// pass, the suffix tree, is queried and purged for candidates. It also gives
48 /// a simplified suffix tree construction algorithm for suffix trees based off
49 /// of the algorithm actually used here, Ukkonen's algorithm.
50 ///
51 /// For the original RFC for this pass, please see
52 ///
53 /// http://lists.llvm.org/pipermail/llvm-dev/2016-August/104170.html
54 ///
55 /// For more information on the suffix tree data structure, please see
56 /// https://www.cs.helsinki.fi/u/ukkonen/SuffixT1withFigs.pdf
57 ///
58 //===----------------------------------------------------------------------===//
59 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
60 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
61 #include "llvm/ADT/Twine.h"
62 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
63 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
64 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
65 #include "llvm/CodeGen/MachineModuleInfo.h"
66 #include "llvm/CodeGen/MachineOptimizationRemarkEmitter.h"
67 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
68 #include "llvm/CodeGen/TargetInstrInfo.h"
69 #include "llvm/CodeGen/TargetRegisterInfo.h"
70 #include "llvm/CodeGen/TargetSubtargetInfo.h"
71 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
72 #include "llvm/Support/Allocator.h"
73 #include "llvm/Support/Debug.h"
74 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
75 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
76 #include <functional>
77 #include <map>
78 #include <sstream>
79 #include <tuple>
80 #include <vector>
81
82 #define DEBUG_TYPE "machine-outliner"
83
84 using namespace llvm;
85 using namespace ore;
86
87 STATISTIC(NumOutlined, "Number of candidates outlined");
88 STATISTIC(FunctionsCreated, "Number of functions created");
89
90 namespace {
91
92 /// \brief An individual sequence of instructions to be replaced with a call to
93 /// an outlined function.
94 struct Candidate {
95 private:
96   /// The start index of this \p Candidate in the instruction list.
97   unsigned StartIdx;
98
99   /// The number of instructions in this \p Candidate.
100   unsigned Len;
101
102 public:
103   /// Set to false if the candidate overlapped with another candidate.
104   bool InCandidateList = true;
105
106   /// \brief The index of this \p Candidate's \p OutlinedFunction in the list of
107   /// \p OutlinedFunctions.
108   unsigned FunctionIdx;
109
110   /// Contains all target-specific information for this \p Candidate.
111   TargetInstrInfo::MachineOutlinerInfo MInfo;
112
113   /// Return the number of instructions in this Candidate.
114   unsigned getLength() const { return Len; }
115
116   /// Return the start index of this candidate.
117   unsigned getStartIdx() const { return StartIdx; }
118
119   // Return the end index of this candidate.
120   unsigned getEndIdx() const { return StartIdx + Len - 1; }
121
122   /// \brief The number of instructions that would be saved by outlining every
123   /// candidate of this type.
124   ///
125   /// This is a fixed value which is not updated during the candidate pruning
126   /// process. It is only used for deciding which candidate to keep if two
127   /// candidates overlap. The true benefit is stored in the OutlinedFunction
128   /// for some given candidate.
129   unsigned Benefit = 0;
130
131   Candidate(unsigned StartIdx, unsigned Len, unsigned FunctionIdx)
132       : StartIdx(StartIdx), Len(Len), FunctionIdx(FunctionIdx) {}
133
134   Candidate() {}
135
136   /// \brief Used to ensure that \p Candidates are outlined in an order that
137   /// preserves the start and end indices of other \p Candidates.
138   bool operator<(const Candidate &RHS) const {
139     return getStartIdx() > RHS.getStartIdx();
140   }
141 };
142
143 /// \brief The information necessary to create an outlined function for some
144 /// class of candidate.
145 struct OutlinedFunction {
146
147 private:
148   /// The number of candidates for this \p OutlinedFunction.
149   unsigned OccurrenceCount = 0;
150
151 public:
152   std::vector<std::shared_ptr<Candidate>> Candidates;
153
154   /// The actual outlined function created.
155   /// This is initialized after we go through and create the actual function.
156   MachineFunction *MF = nullptr;
157
158   /// A number assigned to this function which appears at the end of its name.
159   unsigned Name;
160
161   /// \brief The sequence of integers corresponding to the instructions in this
162   /// function.
163   std::vector<unsigned> Sequence;
164
165   /// Contains all target-specific information for this \p OutlinedFunction.
166   TargetInstrInfo::MachineOutlinerInfo MInfo;
167
168   /// Return the number of candidates for this \p OutlinedFunction.
169   unsigned getOccurrenceCount() { return OccurrenceCount; }
170
171   /// Decrement the occurrence count of this OutlinedFunction and return the
172   /// new count.
173   unsigned decrement() {
174     assert(OccurrenceCount > 0 && "Can't decrement an empty function!");
175     OccurrenceCount--;
176     return getOccurrenceCount();
177   }
178
179   /// \brief Return the number of instructions it would take to outline this
180   /// function.
181   unsigned getOutliningCost() {
182     return (OccurrenceCount * MInfo.CallOverhead) + Sequence.size() +
183            MInfo.FrameOverhead;
184   }
185
186   /// \brief Return the number of instructions that would be saved by outlining
187   /// this function.
188   unsigned getBenefit() {
189     unsigned NotOutlinedCost = OccurrenceCount * Sequence.size();
190     unsigned OutlinedCost = getOutliningCost();
191     return (NotOutlinedCost < OutlinedCost) ? 0
192                                             : NotOutlinedCost - OutlinedCost;
193   }
194
195   OutlinedFunction(unsigned Name, unsigned OccurrenceCount,
196                    const std::vector<unsigned> &Sequence,
197                    TargetInstrInfo::MachineOutlinerInfo &MInfo)
198       : OccurrenceCount(OccurrenceCount), Name(Name), Sequence(Sequence),
199         MInfo(MInfo) {}
200 };
201
202 /// Represents an undefined index in the suffix tree.
203 const unsigned EmptyIdx = -1;
204
205 /// A node in a suffix tree which represents a substring or suffix.
206 ///
207 /// Each node has either no children or at least two children, with the root
208 /// being a exception in the empty tree.
209 ///
210 /// Children are represented as a map between unsigned integers and nodes. If
211 /// a node N has a child M on unsigned integer k, then the mapping represented
212 /// by N is a proper prefix of the mapping represented by M. Note that this,
213 /// although similar to a trie is somewhat different: each node stores a full
214 /// substring of the full mapping rather than a single character state.
215 ///
216 /// Each internal node contains a pointer to the internal node representing
217 /// the same string, but with the first character chopped off. This is stored
218 /// in \p Link. Each leaf node stores the start index of its respective
219 /// suffix in \p SuffixIdx.
220 struct SuffixTreeNode {
221
222   /// The children of this node.
223   ///
224   /// A child existing on an unsigned integer implies that from the mapping
225   /// represented by the current node, there is a way to reach another
226   /// mapping by tacking that character on the end of the current string.
227   DenseMap<unsigned, SuffixTreeNode *> Children;
228
229   /// A flag set to false if the node has been pruned from the tree.
230   bool IsInTree = true;
231
232   /// The start index of this node's substring in the main string.
233   unsigned StartIdx = EmptyIdx;
234
235   /// The end index of this node's substring in the main string.
236   ///
237   /// Every leaf node must have its \p EndIdx incremented at the end of every
238   /// step in the construction algorithm. To avoid having to update O(N)
239   /// nodes individually at the end of every step, the end index is stored
240   /// as a pointer.
241   unsigned *EndIdx = nullptr;
242
243   /// For leaves, the start index of the suffix represented by this node.
244   ///
245   /// For all other nodes, this is ignored.
246   unsigned SuffixIdx = EmptyIdx;
247
248   /// \brief For internal nodes, a pointer to the internal node representing
249   /// the same sequence with the first character chopped off.
250   ///
251   /// This acts as a shortcut in Ukkonen's algorithm. One of the things that
252   /// Ukkonen's algorithm does to achieve linear-time construction is
253   /// keep track of which node the next insert should be at. This makes each
254   /// insert O(1), and there are a total of O(N) inserts. The suffix link
255   /// helps with inserting children of internal nodes.
256   ///
257   /// Say we add a child to an internal node with associated mapping S. The
258   /// next insertion must be at the node representing S - its first character.
259   /// This is given by the way that we iteratively build the tree in Ukkonen's
260   /// algorithm. The main idea is to look at the suffixes of each prefix in the
261   /// string, starting with the longest suffix of the prefix, and ending with
262   /// the shortest. Therefore, if we keep pointers between such nodes, we can
263   /// move to the next insertion point in O(1) time. If we don't, then we'd
264   /// have to query from the root, which takes O(N) time. This would make the
265   /// construction algorithm O(N^2) rather than O(N).
266   SuffixTreeNode *Link = nullptr;
267
268   /// The parent of this node. Every node except for the root has a parent.
269   SuffixTreeNode *Parent = nullptr;
270
271   /// The number of times this node's string appears in the tree.
272   ///
273   /// This is equal to the number of leaf children of the string. It represents
274   /// the number of suffixes that the node's string is a prefix of.
275   unsigned OccurrenceCount = 0;
276
277   /// The length of the string formed by concatenating the edge labels from the
278   /// root to this node.
279   unsigned ConcatLen = 0;
280
281   /// Returns true if this node is a leaf.
282   bool isLeaf() const { return SuffixIdx != EmptyIdx; }
283
284   /// Returns true if this node is the root of its owning \p SuffixTree.
285   bool isRoot() const { return StartIdx == EmptyIdx; }
286
287   /// Return the number of elements in the substring associated with this node.
288   size_t size() const {
289
290     // Is it the root? If so, it's the empty string so return 0.
291     if (isRoot())
292       return 0;
293
294     assert(*EndIdx != EmptyIdx && "EndIdx is undefined!");
295
296     // Size = the number of elements in the string.
297     // For example, [0 1 2 3] has length 4, not 3. 3-0 = 3, so we have 3-0+1.
298     return *EndIdx - StartIdx + 1;
299   }
300
301   SuffixTreeNode(unsigned StartIdx, unsigned *EndIdx, SuffixTreeNode *Link,
302                  SuffixTreeNode *Parent)
303       : StartIdx(StartIdx), EndIdx(EndIdx), Link(Link), Parent(Parent) {}
304
305   SuffixTreeNode() {}
306 };
307
308 /// A data structure for fast substring queries.
309 ///
310 /// Suffix trees represent the suffixes of their input strings in their leaves.
311 /// A suffix tree is a type of compressed trie structure where each node
312 /// represents an entire substring rather than a single character. Each leaf
313 /// of the tree is a suffix.
314 ///
315 /// A suffix tree can be seen as a type of state machine where each state is a
316 /// substring of the full string. The tree is structured so that, for a string
317 /// of length N, there are exactly N leaves in the tree. This structure allows
318 /// us to quickly find repeated substrings of the input string.
319 ///
320 /// In this implementation, a "string" is a vector of unsigned integers.
321 /// These integers may result from hashing some data type. A suffix tree can
322 /// contain 1 or many strings, which can then be queried as one large string.
323 ///
324 /// The suffix tree is implemented using Ukkonen's algorithm for linear-time
325 /// suffix tree construction. Ukkonen's algorithm is explained in more detail
326 /// in the paper by Esko Ukkonen "On-line construction of suffix trees. The
327 /// paper is available at
328 ///
329 /// https://www.cs.helsinki.fi/u/ukkonen/SuffixT1withFigs.pdf
330 class SuffixTree {
331 public:
332   /// Stores each leaf node in the tree.
333   ///
334   /// This is used for finding outlining candidates.
335   std::vector<SuffixTreeNode *> LeafVector;
336
337   /// Each element is an integer representing an instruction in the module.
338   ArrayRef<unsigned> Str;
339
340 private:
341   /// Maintains each node in the tree.
342   SpecificBumpPtrAllocator<SuffixTreeNode> NodeAllocator;
343
344   /// The root of the suffix tree.
345   ///
346   /// The root represents the empty string. It is maintained by the
347   /// \p NodeAllocator like every other node in the tree.
348   SuffixTreeNode *Root = nullptr;
349
350   /// Maintains the end indices of the internal nodes in the tree.
351   ///
352   /// Each internal node is guaranteed to never have its end index change
353   /// during the construction algorithm; however, leaves must be updated at
354   /// every step. Therefore, we need to store leaf end indices by reference
355   /// to avoid updating O(N) leaves at every step of construction. Thus,
356   /// every internal node must be allocated its own end index.
357   BumpPtrAllocator InternalEndIdxAllocator;
358
359   /// The end index of each leaf in the tree.
360   unsigned LeafEndIdx = -1;
361
362   /// \brief Helper struct which keeps track of the next insertion point in
363   /// Ukkonen's algorithm.
364   struct ActiveState {
365     /// The next node to insert at.
366     SuffixTreeNode *Node;
367
368     /// The index of the first character in the substring currently being added.
369     unsigned Idx = EmptyIdx;
370
371     /// The length of the substring we have to add at the current step.
372     unsigned Len = 0;
373   };
374
375   /// \brief The point the next insertion will take place at in the
376   /// construction algorithm.
377   ActiveState Active;
378
379   /// Allocate a leaf node and add it to the tree.
380   ///
381   /// \param Parent The parent of this node.
382   /// \param StartIdx The start index of this node's associated string.
383   /// \param Edge The label on the edge leaving \p Parent to this node.
384   ///
385   /// \returns A pointer to the allocated leaf node.
386   SuffixTreeNode *insertLeaf(SuffixTreeNode &Parent, unsigned StartIdx,
387                              unsigned Edge) {
388
389     assert(StartIdx <= LeafEndIdx && "String can't start after it ends!");
390
391     SuffixTreeNode *N = new (NodeAllocator.Allocate())
392         SuffixTreeNode(StartIdx, &LeafEndIdx, nullptr, &Parent);
393     Parent.Children[Edge] = N;
394
395     return N;
396   }
397
398   /// Allocate an internal node and add it to the tree.
399   ///
400   /// \param Parent The parent of this node. Only null when allocating the root.
401   /// \param StartIdx The start index of this node's associated string.
402   /// \param EndIdx The end index of this node's associated string.
403   /// \param Edge The label on the edge leaving \p Parent to this node.
404   ///
405   /// \returns A pointer to the allocated internal node.
406   SuffixTreeNode *insertInternalNode(SuffixTreeNode *Parent, unsigned StartIdx,
407                                      unsigned EndIdx, unsigned Edge) {
408
409     assert(StartIdx <= EndIdx && "String can't start after it ends!");
410     assert(!(!Parent && StartIdx != EmptyIdx) &&
411            "Non-root internal nodes must have parents!");
412
413     unsigned *E = new (InternalEndIdxAllocator) unsigned(EndIdx);
414     SuffixTreeNode *N = new (NodeAllocator.Allocate())
415         SuffixTreeNode(StartIdx, E, Root, Parent);
416     if (Parent)
417       Parent->Children[Edge] = N;
418
419     return N;
420   }
421
422   /// \brief Set the suffix indices of the leaves to the start indices of their
423   /// respective suffixes. Also stores each leaf in \p LeafVector at its
424   /// respective suffix index.
425   ///
426   /// \param[in] CurrNode The node currently being visited.
427   /// \param CurrIdx The current index of the string being visited.
428   void setSuffixIndices(SuffixTreeNode &CurrNode, unsigned CurrIdx) {
429
430     bool IsLeaf = CurrNode.Children.size() == 0 && !CurrNode.isRoot();
431
432     // Store the length of the concatenation of all strings from the root to
433     // this node.
434     if (!CurrNode.isRoot()) {
435       if (CurrNode.ConcatLen == 0)
436         CurrNode.ConcatLen = CurrNode.size();
437
438       if (CurrNode.Parent)
439         CurrNode.ConcatLen += CurrNode.Parent->ConcatLen;
440     }
441
442     // Traverse the tree depth-first.
443     for (auto &ChildPair : CurrNode.Children) {
444       assert(ChildPair.second && "Node had a null child!");
445       setSuffixIndices(*ChildPair.second, CurrIdx + ChildPair.second->size());
446     }
447
448     // Is this node a leaf?
449     if (IsLeaf) {
450       // If yes, give it a suffix index and bump its parent's occurrence count.
451       CurrNode.SuffixIdx = Str.size() - CurrIdx;
452       assert(CurrNode.Parent && "CurrNode had no parent!");
453       CurrNode.Parent->OccurrenceCount++;
454
455       // Store the leaf in the leaf vector for pruning later.
456       LeafVector[CurrNode.SuffixIdx] = &CurrNode;
457     }
458   }
459
460   /// \brief Construct the suffix tree for the prefix of the input ending at
461   /// \p EndIdx.
462   ///
463   /// Used to construct the full suffix tree iteratively. At the end of each
464   /// step, the constructed suffix tree is either a valid suffix tree, or a
465   /// suffix tree with implicit suffixes. At the end of the final step, the
466   /// suffix tree is a valid tree.
467   ///
468   /// \param EndIdx The end index of the current prefix in the main string.
469   /// \param SuffixesToAdd The number of suffixes that must be added
470   /// to complete the suffix tree at the current phase.
471   ///
472   /// \returns The number of suffixes that have not been added at the end of
473   /// this step.
474   unsigned extend(unsigned EndIdx, unsigned SuffixesToAdd) {
475     SuffixTreeNode *NeedsLink = nullptr;
476
477     while (SuffixesToAdd > 0) {
478
479       // Are we waiting to add anything other than just the last character?
480       if (Active.Len == 0) {
481         // If not, then say the active index is the end index.
482         Active.Idx = EndIdx;
483       }
484
485       assert(Active.Idx <= EndIdx && "Start index can't be after end index!");
486
487       // The first character in the current substring we're looking at.
488       unsigned FirstChar = Str[Active.Idx];
489
490       // Have we inserted anything starting with FirstChar at the current node?
491       if (Active.Node->Children.count(FirstChar) == 0) {
492         // If not, then we can just insert a leaf and move too the next step.
493         insertLeaf(*Active.Node, EndIdx, FirstChar);
494
495         // The active node is an internal node, and we visited it, so it must
496         // need a link if it doesn't have one.
497         if (NeedsLink) {
498           NeedsLink->Link = Active.Node;
499           NeedsLink = nullptr;
500         }
501       } else {
502         // There's a match with FirstChar, so look for the point in the tree to
503         // insert a new node.
504         SuffixTreeNode *NextNode = Active.Node->Children[FirstChar];
505
506         unsigned SubstringLen = NextNode->size();
507
508         // Is the current suffix we're trying to insert longer than the size of
509         // the child we want to move to?
510         if (Active.Len >= SubstringLen) {
511           // If yes, then consume the characters we've seen and move to the next
512           // node.
513           Active.Idx += SubstringLen;
514           Active.Len -= SubstringLen;
515           Active.Node = NextNode;
516           continue;
517         }
518
519         // Otherwise, the suffix we're trying to insert must be contained in the
520         // next node we want to move to.
521         unsigned LastChar = Str[EndIdx];
522
523         // Is the string we're trying to insert a substring of the next node?
524         if (Str[NextNode->StartIdx + Active.Len] == LastChar) {
525           // If yes, then we're done for this step. Remember our insertion point
526           // and move to the next end index. At this point, we have an implicit
527           // suffix tree.
528           if (NeedsLink && !Active.Node->isRoot()) {
529             NeedsLink->Link = Active.Node;
530             NeedsLink = nullptr;
531           }
532
533           Active.Len++;
534           break;
535         }
536
537         // The string we're trying to insert isn't a substring of the next node,
538         // but matches up to a point. Split the node.
539         //
540         // For example, say we ended our search at a node n and we're trying to
541         // insert ABD. Then we'll create a new node s for AB, reduce n to just
542         // representing C, and insert a new leaf node l to represent d. This
543         // allows us to ensure that if n was a leaf, it remains a leaf.
544         //
545         //   | ABC  ---split--->  | AB
546         //   n                    s
547         //                     C / \ D
548         //                      n   l
549
550         // The node s from the diagram
551         SuffixTreeNode *SplitNode =
552             insertInternalNode(Active.Node, NextNode->StartIdx,
553                                NextNode->StartIdx + Active.Len - 1, FirstChar);
554
555         // Insert the new node representing the new substring into the tree as
556         // a child of the split node. This is the node l from the diagram.
557         insertLeaf(*SplitNode, EndIdx, LastChar);
558
559         // Make the old node a child of the split node and update its start
560         // index. This is the node n from the diagram.
561         NextNode->StartIdx += Active.Len;
562         NextNode->Parent = SplitNode;
563         SplitNode->Children[Str[NextNode->StartIdx]] = NextNode;
564
565         // SplitNode is an internal node, update the suffix link.
566         if (NeedsLink)
567           NeedsLink->Link = SplitNode;
568
569         NeedsLink = SplitNode;
570       }
571
572       // We've added something new to the tree, so there's one less suffix to
573       // add.
574       SuffixesToAdd--;
575
576       if (Active.Node->isRoot()) {
577         if (Active.Len > 0) {
578           Active.Len--;
579           Active.Idx = EndIdx - SuffixesToAdd + 1;
580         }
581       } else {
582         // Start the next phase at the next smallest suffix.
583         Active.Node = Active.Node->Link;
584       }
585     }
586
587     return SuffixesToAdd;
588   }
589
590 public:
591   /// Construct a suffix tree from a sequence of unsigned integers.
592   ///
593   /// \param Str The string to construct the suffix tree for.
594   SuffixTree(const std::vector<unsigned> &Str) : Str(Str) {
595     Root = insertInternalNode(nullptr, EmptyIdx, EmptyIdx, 0);
596     Root->IsInTree = true;
597     Active.Node = Root;
598     LeafVector = std::vector<SuffixTreeNode *>(Str.size());
599
600     // Keep track of the number of suffixes we have to add of the current
601     // prefix.
602     unsigned SuffixesToAdd = 0;
603     Active.Node = Root;
604
605     // Construct the suffix tree iteratively on each prefix of the string.
606     // PfxEndIdx is the end index of the current prefix.
607     // End is one past the last element in the string.
608     for (unsigned PfxEndIdx = 0, End = Str.size(); PfxEndIdx < End;
609          PfxEndIdx++) {
610       SuffixesToAdd++;
611       LeafEndIdx = PfxEndIdx; // Extend each of the leaves.
612       SuffixesToAdd = extend(PfxEndIdx, SuffixesToAdd);
613     }
614
615     // Set the suffix indices of each leaf.
616     assert(Root && "Root node can't be nullptr!");
617     setSuffixIndices(*Root, 0);
618   }
619 };
620
621 /// \brief Maps \p MachineInstrs to unsigned integers and stores the mappings.
622 struct InstructionMapper {
623
624   /// \brief The next available integer to assign to a \p MachineInstr that
625   /// cannot be outlined.
626   ///
627   /// Set to -3 for compatability with \p DenseMapInfo<unsigned>.
628   unsigned IllegalInstrNumber = -3;
629
630   /// \brief The next available integer to assign to a \p MachineInstr that can
631   /// be outlined.
632   unsigned LegalInstrNumber = 0;
633
634   /// Correspondence from \p MachineInstrs to unsigned integers.
635   DenseMap<MachineInstr *, unsigned, MachineInstrExpressionTrait>
636       InstructionIntegerMap;
637
638   /// Corresponcence from unsigned integers to \p MachineInstrs.
639   /// Inverse of \p InstructionIntegerMap.
640   DenseMap<unsigned, MachineInstr *> IntegerInstructionMap;
641
642   /// The vector of unsigned integers that the module is mapped to.
643   std::vector<unsigned> UnsignedVec;
644
645   /// \brief Stores the location of the instruction associated with the integer
646   /// at index i in \p UnsignedVec for each index i.
647   std::vector<MachineBasicBlock::iterator> InstrList;
648
649   /// \brief Maps \p *It to a legal integer.
650   ///
651   /// Updates \p InstrList, \p UnsignedVec, \p InstructionIntegerMap,
652   /// \p IntegerInstructionMap, and \p LegalInstrNumber.
653   ///
654   /// \returns The integer that \p *It was mapped to.
655   unsigned mapToLegalUnsigned(MachineBasicBlock::iterator &It) {
656
657     // Get the integer for this instruction or give it the current
658     // LegalInstrNumber.
659     InstrList.push_back(It);
660     MachineInstr &MI = *It;
661     bool WasInserted;
662     DenseMap<MachineInstr *, unsigned, MachineInstrExpressionTrait>::iterator
663         ResultIt;
664     std::tie(ResultIt, WasInserted) =
665         InstructionIntegerMap.insert(std::make_pair(&MI, LegalInstrNumber));
666     unsigned MINumber = ResultIt->second;
667
668     // There was an insertion.
669     if (WasInserted) {
670       LegalInstrNumber++;
671       IntegerInstructionMap.insert(std::make_pair(MINumber, &MI));
672     }
673
674     UnsignedVec.push_back(MINumber);
675
676     // Make sure we don't overflow or use any integers reserved by the DenseMap.
677     if (LegalInstrNumber >= IllegalInstrNumber)
678       report_fatal_error("Instruction mapping overflow!");
679
680     assert(LegalInstrNumber != DenseMapInfo<unsigned>::getEmptyKey() &&
681            "Tried to assign DenseMap tombstone or empty key to instruction.");
682     assert(LegalInstrNumber != DenseMapInfo<unsigned>::getTombstoneKey() &&
683            "Tried to assign DenseMap tombstone or empty key to instruction.");
684
685     return MINumber;
686   }
687
688   /// Maps \p *It to an illegal integer.
689   ///
690   /// Updates \p InstrList, \p UnsignedVec, and \p IllegalInstrNumber.
691   ///
692   /// \returns The integer that \p *It was mapped to.
693   unsigned mapToIllegalUnsigned(MachineBasicBlock::iterator &It) {
694     unsigned MINumber = IllegalInstrNumber;
695
696     InstrList.push_back(It);
697     UnsignedVec.push_back(IllegalInstrNumber);
698     IllegalInstrNumber--;
699
700     assert(LegalInstrNumber < IllegalInstrNumber &&
701            "Instruction mapping overflow!");
702
703     assert(IllegalInstrNumber != DenseMapInfo<unsigned>::getEmptyKey() &&
704            "IllegalInstrNumber cannot be DenseMap tombstone or empty key!");
705
706     assert(IllegalInstrNumber != DenseMapInfo<unsigned>::getTombstoneKey() &&
707            "IllegalInstrNumber cannot be DenseMap tombstone or empty key!");
708
709     return MINumber;
710   }
711
712   /// \brief Transforms a \p MachineBasicBlock into a \p vector of \p unsigneds
713   /// and appends it to \p UnsignedVec and \p InstrList.
714   ///
715   /// Two instructions are assigned the same integer if they are identical.
716   /// If an instruction is deemed unsafe to outline, then it will be assigned an
717   /// unique integer. The resulting mapping is placed into a suffix tree and
718   /// queried for candidates.
719   ///
720   /// \param MBB The \p MachineBasicBlock to be translated into integers.
721   /// \param TRI \p TargetRegisterInfo for the module.
722   /// \param TII \p TargetInstrInfo for the module.
723   void convertToUnsignedVec(MachineBasicBlock &MBB,
724                             const TargetRegisterInfo &TRI,
725                             const TargetInstrInfo &TII) {
726     for (MachineBasicBlock::iterator It = MBB.begin(), Et = MBB.end(); It != Et;
727          It++) {
728
729       // Keep track of where this instruction is in the module.
730       switch (TII.getOutliningType(*It)) {
731       case TargetInstrInfo::MachineOutlinerInstrType::Illegal:
732         mapToIllegalUnsigned(It);
733         break;
734
735       case TargetInstrInfo::MachineOutlinerInstrType::Legal:
736         mapToLegalUnsigned(It);
737         break;
738
739       case TargetInstrInfo::MachineOutlinerInstrType::Invisible:
740         break;
741       }
742     }
743
744     // After we're done every insertion, uniquely terminate this part of the
745     // "string". This makes sure we won't match across basic block or function
746     // boundaries since the "end" is encoded uniquely and thus appears in no
747     // repeated substring.
748     InstrList.push_back(MBB.end());
749     UnsignedVec.push_back(IllegalInstrNumber);
750     IllegalInstrNumber--;
751   }
752
753   InstructionMapper() {
754     // Make sure that the implementation of DenseMapInfo<unsigned> hasn't
755     // changed.
756     assert(DenseMapInfo<unsigned>::getEmptyKey() == (unsigned)-1 &&
757            "DenseMapInfo<unsigned>'s empty key isn't -1!");
758     assert(DenseMapInfo<unsigned>::getTombstoneKey() == (unsigned)-2 &&
759            "DenseMapInfo<unsigned>'s tombstone key isn't -2!");
760   }
761 };
762
763 /// \brief An interprocedural pass which finds repeated sequences of
764 /// instructions and replaces them with calls to functions.
765 ///
766 /// Each instruction is mapped to an unsigned integer and placed in a string.
767 /// The resulting mapping is then placed in a \p SuffixTree. The \p SuffixTree
768 /// is then repeatedly queried for repeated sequences of instructions. Each
769 /// non-overlapping repeated sequence is then placed in its own
770 /// \p MachineFunction and each instance is then replaced with a call to that
771 /// function.
772 struct MachineOutliner : public ModulePass {
773
774   static char ID;
775
776   /// \brief Set to true if the outliner should consider functions with
777   /// linkonceodr linkage.
778   bool OutlineFromLinkOnceODRs = false;
779
780   StringRef getPassName() const override { return "Machine Outliner"; }
781
782   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
783     AU.addRequired<MachineModuleInfo>();
784     AU.addPreserved<MachineModuleInfo>();
785     AU.setPreservesAll();
786     ModulePass::getAnalysisUsage(AU);
787   }
788
789   MachineOutliner(bool OutlineFromLinkOnceODRs = false)
790       : ModulePass(ID), OutlineFromLinkOnceODRs(OutlineFromLinkOnceODRs) {
791     initializeMachineOutlinerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
792   }
793
794   /// Find all repeated substrings that satisfy the outlining cost model.
795   ///
796   /// If a substring appears at least twice, then it must be represented by
797   /// an internal node which appears in at least two suffixes. Each suffix is
798   /// represented by a leaf node. To do this, we visit each internal node in
799   /// the tree, using the leaf children of each internal node. If an internal
800   /// node represents a beneficial substring, then we use each of its leaf
801   /// children to find the locations of its substring.
802   ///
803   /// \param ST A suffix tree to query.
804   /// \param TII TargetInstrInfo for the target.
805   /// \param Mapper Contains outlining mapping information.
806   /// \param[out] CandidateList Filled with candidates representing each
807   /// beneficial substring.
808   /// \param[out] FunctionList Filled with a list of \p OutlinedFunctions each
809   /// type of candidate.
810   ///
811   /// \returns The length of the longest candidate found.
812   unsigned
813   findCandidates(SuffixTree &ST, const TargetInstrInfo &TII,
814                  InstructionMapper &Mapper,
815                  std::vector<std::shared_ptr<Candidate>> &CandidateList,
816                  std::vector<OutlinedFunction> &FunctionList);
817
818   /// \brief Replace the sequences of instructions represented by the
819   /// \p Candidates in \p CandidateList with calls to \p MachineFunctions
820   /// described in \p FunctionList.
821   ///
822   /// \param M The module we are outlining from.
823   /// \param CandidateList A list of candidates to be outlined.
824   /// \param FunctionList A list of functions to be inserted into the module.
825   /// \param Mapper Contains the instruction mappings for the module.
826   bool outline(Module &M,
827                const ArrayRef<std::shared_ptr<Candidate>> &CandidateList,
828                std::vector<OutlinedFunction> &FunctionList,
829                InstructionMapper &Mapper);
830
831   /// Creates a function for \p OF and inserts it into the module.
832   MachineFunction *createOutlinedFunction(Module &M, const OutlinedFunction &OF,
833                                           InstructionMapper &Mapper);
834
835   /// Find potential outlining candidates and store them in \p CandidateList.
836   ///
837   /// For each type of potential candidate, also build an \p OutlinedFunction
838   /// struct containing the information to build the function for that
839   /// candidate.
840   ///
841   /// \param[out] CandidateList Filled with outlining candidates for the module.
842   /// \param[out] FunctionList Filled with functions corresponding to each type
843   /// of \p Candidate.
844   /// \param ST The suffix tree for the module.
845   /// \param TII TargetInstrInfo for the module.
846   ///
847   /// \returns The length of the longest candidate found. 0 if there are none.
848   unsigned
849   buildCandidateList(std::vector<std::shared_ptr<Candidate>> &CandidateList,
850                      std::vector<OutlinedFunction> &FunctionList,
851                      SuffixTree &ST, InstructionMapper &Mapper,
852                      const TargetInstrInfo &TII);
853
854   /// Helper function for pruneOverlaps.
855   /// Removes \p C from the candidate list, and updates its \p OutlinedFunction.
856   void prune(Candidate &C, std::vector<OutlinedFunction> &FunctionList);
857
858   /// \brief Remove any overlapping candidates that weren't handled by the
859   /// suffix tree's pruning method.
860   ///
861   /// Pruning from the suffix tree doesn't necessarily remove all overlaps.
862   /// If a short candidate is chosen for outlining, then a longer candidate
863   /// which has that short candidate as a suffix is chosen, the tree's pruning
864   /// method will not find it. Thus, we need to prune before outlining as well.
865   ///
866   /// \param[in,out] CandidateList A list of outlining candidates.
867   /// \param[in,out] FunctionList A list of functions to be outlined.
868   /// \param Mapper Contains instruction mapping info for outlining.
869   /// \param MaxCandidateLen The length of the longest candidate.
870   /// \param TII TargetInstrInfo for the module.
871   void pruneOverlaps(std::vector<std::shared_ptr<Candidate>> &CandidateList,
872                      std::vector<OutlinedFunction> &FunctionList,
873                      InstructionMapper &Mapper, unsigned MaxCandidateLen,
874                      const TargetInstrInfo &TII);
875
876   /// Construct a suffix tree on the instructions in \p M and outline repeated
877   /// strings from that tree.
878   bool runOnModule(Module &M) override;
879 };
880
881 } // Anonymous namespace.
882
883 char MachineOutliner::ID = 0;
884
885 namespace llvm {
886 ModulePass *createMachineOutlinerPass(bool OutlineFromLinkOnceODRs) {
887   return new MachineOutliner(OutlineFromLinkOnceODRs);
888 }
889
890 } // namespace llvm
891
892 INITIALIZE_PASS(MachineOutliner, DEBUG_TYPE, "Machine Function Outliner", false,
893                 false)
894
895 unsigned MachineOutliner::findCandidates(
896     SuffixTree &ST, const TargetInstrInfo &TII, InstructionMapper &Mapper,
897     std::vector<std::shared_ptr<Candidate>> &CandidateList,
898     std::vector<OutlinedFunction> &FunctionList) {
899   CandidateList.clear();
900   FunctionList.clear();
901   unsigned MaxLen = 0;
902
903   // FIXME: Visit internal nodes instead of leaves.
904   for (SuffixTreeNode *Leaf : ST.LeafVector) {
905     assert(Leaf && "Leaves in LeafVector cannot be null!");
906     if (!Leaf->IsInTree)
907       continue;
908
909     assert(Leaf->Parent && "All leaves must have parents!");
910     SuffixTreeNode &Parent = *(Leaf->Parent);
911
912     // If it doesn't appear enough, or we already outlined from it, skip it.
913     if (Parent.OccurrenceCount < 2 || Parent.isRoot() || !Parent.IsInTree)
914       continue;
915
916     // Figure out if this candidate is beneficial.
917     unsigned StringLen = Leaf->ConcatLen - (unsigned)Leaf->size();
918
919     // Too short to be beneficial; skip it.
920     // FIXME: This isn't necessarily true for, say, X86. If we factor in
921     // instruction lengths we need more information than this.
922     if (StringLen < 2)
923       continue;
924
925     // If this is a beneficial class of candidate, then every one is stored in
926     // this vector.
927     std::vector<Candidate> CandidatesForRepeatedSeq;
928
929     // Describes the start and end point of each candidate. This allows the
930     // target to infer some information about each occurrence of each repeated
931     // sequence.
932     // FIXME: CandidatesForRepeatedSeq and this should be combined.
933     std::vector<
934         std::pair<MachineBasicBlock::iterator, MachineBasicBlock::iterator>>
935         RepeatedSequenceLocs;
936
937     // Figure out the call overhead for each instance of the sequence.
938     for (auto &ChildPair : Parent.Children) {
939       SuffixTreeNode *M = ChildPair.second;
940
941       if (M && M->IsInTree && M->isLeaf()) {
942         // Each sequence is over [StartIt, EndIt].
943         MachineBasicBlock::iterator StartIt = Mapper.InstrList[M->SuffixIdx];
944         MachineBasicBlock::iterator EndIt =
945             Mapper.InstrList[M->SuffixIdx + StringLen - 1];
946
947         CandidatesForRepeatedSeq.emplace_back(M->SuffixIdx, StringLen,
948                                               FunctionList.size());
949         RepeatedSequenceLocs.emplace_back(std::make_pair(StartIt, EndIt));
950
951         // Never visit this leaf again.
952         M->IsInTree = false;
953       }
954     }
955
956     // We've found something we might want to outline.
957     // Create an OutlinedFunction to store it and check if it'd be beneficial
958     // to outline.
959     TargetInstrInfo::MachineOutlinerInfo MInfo =
960         TII.getOutlininingCandidateInfo(RepeatedSequenceLocs);
961     std::vector<unsigned> Seq;
962     for (unsigned i = Leaf->SuffixIdx; i < Leaf->SuffixIdx + StringLen; i++)
963       Seq.push_back(ST.Str[i]);
964     OutlinedFunction OF(FunctionList.size(), Parent.OccurrenceCount, Seq,
965                         MInfo);
966     unsigned Benefit = OF.getBenefit();
967
968     // Is it better to outline this candidate than not?
969     if (Benefit < 1) {
970       // Outlining this candidate would take more instructions than not
971       // outlining.
972       // Emit a remark explaining why we didn't outline this candidate.
973       std::pair<MachineBasicBlock::iterator, MachineBasicBlock::iterator> C =
974           RepeatedSequenceLocs[0];
975       MachineOptimizationRemarkEmitter MORE(
976           *(C.first->getParent()->getParent()), nullptr);
977       MORE.emit([&]() {
978         MachineOptimizationRemarkMissed R(DEBUG_TYPE, "NotOutliningCheaper",
979                                           C.first->getDebugLoc(),
980                                           C.first->getParent());
981         R << "Did not outline " << NV("Length", StringLen) << " instructions"
982           << " from " << NV("NumOccurrences", RepeatedSequenceLocs.size())
983           << " locations."
984           << " Instructions from outlining all occurrences ("
985           << NV("OutliningCost", OF.getOutliningCost()) << ")"
986           << " >= Unoutlined instruction count ("
987           << NV("NotOutliningCost", StringLen * OF.getOccurrenceCount()) << ")"
988           << " (Also found at: ";
989
990         // Tell the user the other places the candidate was found.
991         for (unsigned i = 1, e = RepeatedSequenceLocs.size(); i < e; i++) {
992           R << NV((Twine("OtherStartLoc") + Twine(i)).str(),
993                   RepeatedSequenceLocs[i].first->getDebugLoc());
994           if (i != e - 1)
995             R << ", ";
996         }
997
998         R << ")";
999         return R;
1000       });
1001
1002       // Move to the next candidate.
1003       continue;
1004     }
1005
1006     if (StringLen > MaxLen)
1007       MaxLen = StringLen;
1008
1009     // At this point, the candidate class is seen as beneficial. Set their
1010     // benefit values and save them in the candidate list.
1011     std::vector<std::shared_ptr<Candidate>> CandidatesForFn;
1012     for (Candidate &C : CandidatesForRepeatedSeq) {
1013       C.Benefit = Benefit;
1014       C.MInfo = MInfo;
1015       std::shared_ptr<Candidate> Cptr = std::make_shared<Candidate>(C);
1016       CandidateList.push_back(Cptr);
1017       CandidatesForFn.push_back(Cptr);
1018     }
1019
1020     FunctionList.push_back(OF);
1021     FunctionList.back().Candidates = CandidatesForFn;
1022
1023     // Move to the next function.
1024     Parent.IsInTree = false;
1025   }
1026
1027   return MaxLen;
1028 }
1029
1030 // Remove C from the candidate space, and update its OutlinedFunction.
1031 void MachineOutliner::prune(Candidate &C,
1032                             std::vector<OutlinedFunction> &FunctionList) {
1033   // Get the OutlinedFunction associated with this Candidate.
1034   OutlinedFunction &F = FunctionList[C.FunctionIdx];
1035
1036   // Update C's associated function's occurrence count.
1037   F.decrement();
1038
1039   // Remove C from the CandidateList.
1040   C.InCandidateList = false;
1041
1042   DEBUG(dbgs() << "- Removed a Candidate \n";
1043         dbgs() << "--- Num fns left for candidate: " << F.getOccurrenceCount()
1044                << "\n";
1045         dbgs() << "--- Candidate's functions's benefit: " << F.getBenefit()
1046                << "\n";);
1047 }
1048
1049 void MachineOutliner::pruneOverlaps(
1050     std::vector<std::shared_ptr<Candidate>> &CandidateList,
1051     std::vector<OutlinedFunction> &FunctionList, InstructionMapper &Mapper,
1052     unsigned MaxCandidateLen, const TargetInstrInfo &TII) {
1053
1054   // Return true if this candidate became unbeneficial for outlining in a
1055   // previous step.
1056   auto ShouldSkipCandidate = [&FunctionList, this](Candidate &C) {
1057
1058     // Check if the candidate was removed in a previous step.
1059     if (!C.InCandidateList)
1060       return true;
1061
1062     // C must be alive. Check if we should remove it.
1063     if (FunctionList[C.FunctionIdx].getBenefit() < 1) {
1064       prune(C, FunctionList);
1065       return true;
1066     }
1067
1068     // C is in the list, and F is still beneficial.
1069     return false;
1070   };
1071
1072   // TODO: Experiment with interval trees or other interval-checking structures
1073   // to lower the time complexity of this function.
1074   // TODO: Can we do better than the simple greedy choice?
1075   // Check for overlaps in the range.
1076   // This is O(MaxCandidateLen * CandidateList.size()).
1077   for (auto It = CandidateList.begin(), Et = CandidateList.end(); It != Et;
1078        It++) {
1079     Candidate &C1 = **It;
1080
1081     // If C1 was already pruned, or its function is no longer beneficial for
1082     // outlining, move to the next candidate.
1083     if (ShouldSkipCandidate(C1))
1084       continue;
1085
1086     // The minimum start index of any candidate that could overlap with this
1087     // one.
1088     unsigned FarthestPossibleIdx = 0;
1089
1090     // Either the index is 0, or it's at most MaxCandidateLen indices away.
1091     if (C1.getStartIdx() > MaxCandidateLen)
1092       FarthestPossibleIdx = C1.getStartIdx() - MaxCandidateLen;
1093
1094     // Compare against the candidates in the list that start at at most
1095     // FarthestPossibleIdx indices away from C1. There are at most
1096     // MaxCandidateLen of these.
1097     for (auto Sit = It + 1; Sit != Et; Sit++) {
1098       Candidate &C2 = **Sit;
1099
1100       // Is this candidate too far away to overlap?
1101       if (C2.getStartIdx() < FarthestPossibleIdx)
1102         break;
1103
1104       // If C2 was already pruned, or its function is no longer beneficial for
1105       // outlining, move to the next candidate.
1106       if (ShouldSkipCandidate(C2))
1107         continue;
1108
1109       // Do C1 and C2 overlap?
1110       //
1111       // Not overlapping:
1112       // High indices... [C1End ... C1Start][C2End ... C2Start] ...Low indices
1113       //
1114       // We sorted our candidate list so C2Start <= C1Start. We know that
1115       // C2End > C2Start since each candidate has length >= 2. Therefore, all we
1116       // have to check is C2End < C2Start to see if we overlap.
1117       if (C2.getEndIdx() < C1.getStartIdx())
1118         continue;
1119
1120       // C1 and C2 overlap.
1121       // We need to choose the better of the two.
1122       //
1123       // Approximate this by picking the one which would have saved us the
1124       // most instructions before any pruning.
1125
1126       // Is C2 a better candidate?
1127       if (C2.Benefit > C1.Benefit) {
1128         // Yes, so prune C1. Since C1 is dead, we don't have to compare it
1129         // against anything anymore, so break.
1130         prune(C1, FunctionList);
1131         break;
1132       }
1133
1134       // Prune C2 and move on to the next candidate.
1135       prune(C2, FunctionList);
1136     }
1137   }
1138 }
1139
1140 unsigned MachineOutliner::buildCandidateList(
1141     std::vector<std::shared_ptr<Candidate>> &CandidateList,
1142     std::vector<OutlinedFunction> &FunctionList, SuffixTree &ST,
1143     InstructionMapper &Mapper, const TargetInstrInfo &TII) {
1144
1145   std::vector<unsigned> CandidateSequence; // Current outlining candidate.
1146   unsigned MaxCandidateLen = 0;            // Length of the longest candidate.
1147
1148   MaxCandidateLen =
1149       findCandidates(ST, TII, Mapper, CandidateList, FunctionList);
1150
1151   // Sort the candidates in decending order. This will simplify the outlining
1152   // process when we have to remove the candidates from the mapping by
1153   // allowing us to cut them out without keeping track of an offset.
1154   std::stable_sort(
1155       CandidateList.begin(), CandidateList.end(),
1156       [](const std::shared_ptr<Candidate> &LHS,
1157          const std::shared_ptr<Candidate> &RHS) { return *LHS < *RHS; });
1158
1159   return MaxCandidateLen;
1160 }
1161
1162 MachineFunction *
1163 MachineOutliner::createOutlinedFunction(Module &M, const OutlinedFunction &OF,
1164                                         InstructionMapper &Mapper) {
1165
1166   // Create the function name. This should be unique. For now, just hash the
1167   // module name and include it in the function name plus the number of this
1168   // function.
1169   std::ostringstream NameStream;
1170   NameStream << "OUTLINED_FUNCTION_" << OF.Name;
1171
1172   // Create the function using an IR-level function.
1173   LLVMContext &C = M.getContext();
1174   Function *F = dyn_cast<Function>(
1175       M.getOrInsertFunction(NameStream.str(), Type::getVoidTy(C)));
1176   assert(F && "Function was null!");
1177
1178   // NOTE: If this is linkonceodr, then we can take advantage of linker deduping
1179   // which gives us better results when we outline from linkonceodr functions.
1180   F->setLinkage(GlobalValue::PrivateLinkage);
1181   F->setUnnamedAddr(GlobalValue::UnnamedAddr::Global);
1182
1183   BasicBlock *EntryBB = BasicBlock::Create(C, "entry", F);
1184   IRBuilder<> Builder(EntryBB);
1185   Builder.CreateRetVoid();
1186
1187   MachineModuleInfo &MMI = getAnalysis<MachineModuleInfo>();
1188   MachineFunction &MF = MMI.getOrCreateMachineFunction(*F);
1189   MachineBasicBlock &MBB = *MF.CreateMachineBasicBlock();
1190   const TargetSubtargetInfo &STI = MF.getSubtarget();
1191   const TargetInstrInfo &TII = *STI.getInstrInfo();
1192
1193   // Insert the new function into the module.
1194   MF.insert(MF.begin(), &MBB);
1195
1196   TII.insertOutlinerPrologue(MBB, MF, OF.MInfo);
1197
1198   // Copy over the instructions for the function using the integer mappings in
1199   // its sequence.
1200   for (unsigned Str : OF.Sequence) {
1201     MachineInstr *NewMI =
1202         MF.CloneMachineInstr(Mapper.IntegerInstructionMap.find(Str)->second);
1203     NewMI->dropMemRefs();
1204
1205     // Don't keep debug information for outlined instructions.
1206     // FIXME: This means outlined functions are currently undebuggable.
1207     NewMI->setDebugLoc(DebugLoc());
1208     MBB.insert(MBB.end(), NewMI);
1209   }
1210
1211   TII.insertOutlinerEpilogue(MBB, MF, OF.MInfo);
1212
1213   return &MF;
1214 }
1215
1216 bool MachineOutliner::outline(
1217     Module &M, const ArrayRef<std::shared_ptr<Candidate>> &CandidateList,
1218     std::vector<OutlinedFunction> &FunctionList, InstructionMapper &Mapper) {
1219
1220   bool OutlinedSomething = false;
1221   // Replace the candidates with calls to their respective outlined functions.
1222   for (const std::shared_ptr<Candidate> &Cptr : CandidateList) {
1223     Candidate &C = *Cptr;
1224     // Was the candidate removed during pruneOverlaps?
1225     if (!C.InCandidateList)
1226       continue;
1227
1228     // If not, then look at its OutlinedFunction.
1229     OutlinedFunction &OF = FunctionList[C.FunctionIdx];
1230
1231     // Was its OutlinedFunction made unbeneficial during pruneOverlaps?
1232     if (OF.getBenefit() < 1)
1233       continue;
1234
1235     // If not, then outline it.
1236     assert(C.getStartIdx() < Mapper.InstrList.size() &&
1237            "Candidate out of bounds!");
1238     MachineBasicBlock *MBB = (*Mapper.InstrList[C.getStartIdx()]).getParent();
1239     MachineBasicBlock::iterator StartIt = Mapper.InstrList[C.getStartIdx()];
1240     unsigned EndIdx = C.getEndIdx();
1241
1242     assert(EndIdx < Mapper.InstrList.size() && "Candidate out of bounds!");
1243     MachineBasicBlock::iterator EndIt = Mapper.InstrList[EndIdx];
1244     assert(EndIt != MBB->end() && "EndIt out of bounds!");
1245
1246     EndIt++; // Erase needs one past the end index.
1247
1248     // Does this candidate have a function yet?
1249     if (!OF.MF) {
1250       OF.MF = createOutlinedFunction(M, OF, Mapper);
1251       MachineBasicBlock *MBB = &*OF.MF->begin();
1252
1253       // Output a remark telling the user that an outlined function was created,
1254       // and explaining where it came from.
1255       MachineOptimizationRemarkEmitter MORE(*OF.MF, nullptr);
1256       MachineOptimizationRemark R(DEBUG_TYPE, "OutlinedFunction",
1257                                   MBB->findDebugLoc(MBB->begin()), MBB);
1258       R << "Saved " << NV("OutliningBenefit", OF.getBenefit())
1259         << " instructions by "
1260         << "outlining " << NV("Length", OF.Sequence.size()) << " instructions "
1261         << "from " << NV("NumOccurrences", OF.getOccurrenceCount())
1262         << " locations. "
1263         << "(Found at: ";
1264
1265       // Tell the user the other places the candidate was found.
1266       for (size_t i = 0, e = OF.Candidates.size(); i < e; i++) {
1267
1268         // Skip over things that were pruned.
1269         if (!OF.Candidates[i]->InCandidateList)
1270           continue;
1271
1272         R << NV(
1273             (Twine("StartLoc") + Twine(i)).str(),
1274             Mapper.InstrList[OF.Candidates[i]->getStartIdx()]->getDebugLoc());
1275         if (i != e - 1)
1276           R << ", ";
1277       }
1278
1279       R << ")";
1280
1281       MORE.emit(R);
1282       FunctionsCreated++;
1283     }
1284
1285     MachineFunction *MF = OF.MF;
1286     const TargetSubtargetInfo &STI = MF->getSubtarget();
1287     const TargetInstrInfo &TII = *STI.getInstrInfo();
1288
1289     // Insert a call to the new function and erase the old sequence.
1290     TII.insertOutlinedCall(M, *MBB, StartIt, *MF, C.MInfo);
1291     StartIt = Mapper.InstrList[C.getStartIdx()];
1292     MBB->erase(StartIt, EndIt);
1293
1294     OutlinedSomething = true;
1295
1296     // Statistics.
1297     NumOutlined++;
1298   }
1299
1300   DEBUG(dbgs() << "OutlinedSomething = " << OutlinedSomething << "\n";);
1301
1302   return OutlinedSomething;
1303 }
1304
1305 bool MachineOutliner::runOnModule(Module &M) {
1306
1307   // Is there anything in the module at all?
1308   if (M.empty())
1309     return false;
1310
1311   MachineModuleInfo &MMI = getAnalysis<MachineModuleInfo>();
1312   const TargetSubtargetInfo &STI =
1313       MMI.getOrCreateMachineFunction(*M.begin()).getSubtarget();
1314   const TargetRegisterInfo *TRI = STI.getRegisterInfo();
1315   const TargetInstrInfo *TII = STI.getInstrInfo();
1316
1317   InstructionMapper Mapper;
1318
1319   // Build instruction mappings for each function in the module.
1320   for (Function &F : M) {
1321     MachineFunction &MF = MMI.getOrCreateMachineFunction(F);
1322
1323     // Is the function empty? Safe to outline from?
1324     if (F.empty() ||
1325         !TII->isFunctionSafeToOutlineFrom(MF, OutlineFromLinkOnceODRs))
1326       continue;
1327
1328     // If it is, look at each MachineBasicBlock in the function.
1329     for (MachineBasicBlock &MBB : MF) {
1330
1331       // Is there anything in MBB?
1332       if (MBB.empty())
1333         continue;
1334
1335       // If yes, map it.
1336       Mapper.convertToUnsignedVec(MBB, *TRI, *TII);
1337     }
1338   }
1339
1340   // Construct a suffix tree, use it to find candidates, and then outline them.
1341   SuffixTree ST(Mapper.UnsignedVec);
1342   std::vector<std::shared_ptr<Candidate>> CandidateList;
1343   std::vector<OutlinedFunction> FunctionList;
1344
1345   // Find all of the outlining candidates.
1346   unsigned MaxCandidateLen =
1347       buildCandidateList(CandidateList, FunctionList, ST, Mapper, *TII);
1348
1349   // Remove candidates that overlap with other candidates.
1350   pruneOverlaps(CandidateList, FunctionList, Mapper, MaxCandidateLen, *TII);
1351
1352   // Outline each of the candidates and return true if something was outlined.
1353   return outline(M, CandidateList, FunctionList, Mapper);
1354 }