OSDN Git Service

2007-11-13 Sebastian Pop <sebastian.pop@amd.com>
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / predict.c
1 /* Branch prediction routines for the GNU compiler.
2    Copyright (C) 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2007
3    Free Software Foundation, Inc.
4
5 This file is part of GCC.
6
7 GCC is free software; you can redistribute it and/or modify it under
8 the terms of the GNU General Public License as published by the Free
9 Software Foundation; either version 3, or (at your option) any later
10 version.
11
12 GCC is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
13 WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
14 FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
15 for more details.
16
17 You should have received a copy of the GNU General Public License
18 along with GCC; see the file COPYING3.  If not see
19 <http://www.gnu.org/licenses/>.  */
20
21 /* References:
22
23    [1] "Branch Prediction for Free"
24        Ball and Larus; PLDI '93.
25    [2] "Static Branch Frequency and Program Profile Analysis"
26        Wu and Larus; MICRO-27.
27    [3] "Corpus-based Static Branch Prediction"
28        Calder, Grunwald, Lindsay, Martin, Mozer, and Zorn; PLDI '95.  */
29
30
31 #include "config.h"
32 #include "system.h"
33 #include "coretypes.h"
34 #include "tm.h"
35 #include "tree.h"
36 #include "rtl.h"
37 #include "tm_p.h"
38 #include "hard-reg-set.h"
39 #include "basic-block.h"
40 #include "insn-config.h"
41 #include "regs.h"
42 #include "flags.h"
43 #include "output.h"
44 #include "function.h"
45 #include "except.h"
46 #include "toplev.h"
47 #include "recog.h"
48 #include "expr.h"
49 #include "predict.h"
50 #include "coverage.h"
51 #include "sreal.h"
52 #include "params.h"
53 #include "target.h"
54 #include "cfgloop.h"
55 #include "tree-flow.h"
56 #include "ggc.h"
57 #include "tree-dump.h"
58 #include "tree-pass.h"
59 #include "timevar.h"
60 #include "tree-scalar-evolution.h"
61 #include "cfgloop.h"
62 #include "pointer-set.h"
63
64 /* real constants: 0, 1, 1-1/REG_BR_PROB_BASE, REG_BR_PROB_BASE,
65                    1/REG_BR_PROB_BASE, 0.5, BB_FREQ_MAX.  */
66 static sreal real_zero, real_one, real_almost_one, real_br_prob_base,
67              real_inv_br_prob_base, real_one_half, real_bb_freq_max;
68
69 /* Random guesstimation given names.  */
70 #define PROB_VERY_UNLIKELY      (REG_BR_PROB_BASE / 100 - 1)
71 #define PROB_EVEN               (REG_BR_PROB_BASE / 2)
72 #define PROB_VERY_LIKELY        (REG_BR_PROB_BASE - PROB_VERY_UNLIKELY)
73 #define PROB_ALWAYS             (REG_BR_PROB_BASE)
74
75 static void combine_predictions_for_insn (rtx, basic_block);
76 static void dump_prediction (FILE *, enum br_predictor, int, basic_block, int);
77 static void predict_paths_leading_to (basic_block, int *, enum br_predictor, enum prediction);
78 static void compute_function_frequency (void);
79 static void choose_function_section (void);
80 static bool can_predict_insn_p (const_rtx);
81
82 /* Information we hold about each branch predictor.
83    Filled using information from predict.def.  */
84
85 struct predictor_info
86 {
87   const char *const name;       /* Name used in the debugging dumps.  */
88   const int hitrate;            /* Expected hitrate used by
89                                    predict_insn_def call.  */
90   const int flags;
91 };
92
93 /* Use given predictor without Dempster-Shaffer theory if it matches
94    using first_match heuristics.  */
95 #define PRED_FLAG_FIRST_MATCH 1
96
97 /* Recompute hitrate in percent to our representation.  */
98
99 #define HITRATE(VAL) ((int) ((VAL) * REG_BR_PROB_BASE + 50) / 100)
100
101 #define DEF_PREDICTOR(ENUM, NAME, HITRATE, FLAGS) {NAME, HITRATE, FLAGS},
102 static const struct predictor_info predictor_info[]= {
103 #include "predict.def"
104
105   /* Upper bound on predictors.  */
106   {NULL, 0, 0}
107 };
108 #undef DEF_PREDICTOR
109
110 /* Return true in case BB can be CPU intensive and should be optimized
111    for maximal performance.  */
112
113 bool
114 maybe_hot_bb_p (const_basic_block bb)
115 {
116   if (profile_info && flag_branch_probabilities
117       && (bb->count
118           < profile_info->sum_max / PARAM_VALUE (HOT_BB_COUNT_FRACTION)))
119     return false;
120   if (!profile_info || !flag_branch_probabilities)
121     {
122       if (cfun->function_frequency == FUNCTION_FREQUENCY_UNLIKELY_EXECUTED)
123         return false;
124       if (cfun->function_frequency == FUNCTION_FREQUENCY_HOT)
125         return true;
126     }
127   if (bb->frequency < BB_FREQ_MAX / PARAM_VALUE (HOT_BB_FREQUENCY_FRACTION))
128     return false;
129   return true;
130 }
131
132 /* Return true in case BB is cold and should be optimized for size.  */
133
134 bool
135 probably_cold_bb_p (const_basic_block bb)
136 {
137   if (profile_info && flag_branch_probabilities
138       && (bb->count
139           < profile_info->sum_max / PARAM_VALUE (HOT_BB_COUNT_FRACTION)))
140     return true;
141   if ((!profile_info || !flag_branch_probabilities)
142       && cfun->function_frequency == FUNCTION_FREQUENCY_UNLIKELY_EXECUTED)
143     return true;
144   if (bb->frequency < BB_FREQ_MAX / PARAM_VALUE (HOT_BB_FREQUENCY_FRACTION))
145     return true;
146   return false;
147 }
148
149 /* Return true in case BB is probably never executed.  */
150 bool
151 probably_never_executed_bb_p (const_basic_block bb)
152 {
153   if (profile_info && flag_branch_probabilities)
154     return ((bb->count + profile_info->runs / 2) / profile_info->runs) == 0;
155   if ((!profile_info || !flag_branch_probabilities)
156       && cfun->function_frequency == FUNCTION_FREQUENCY_UNLIKELY_EXECUTED)
157     return true;
158   return false;
159 }
160
161 /* Return true if the one of outgoing edges is already predicted by
162    PREDICTOR.  */
163
164 bool
165 rtl_predicted_by_p (const_basic_block bb, enum br_predictor predictor)
166 {
167   rtx note;
168   if (!INSN_P (BB_END (bb)))
169     return false;
170   for (note = REG_NOTES (BB_END (bb)); note; note = XEXP (note, 1))
171     if (REG_NOTE_KIND (note) == REG_BR_PRED
172         && INTVAL (XEXP (XEXP (note, 0), 0)) == (int)predictor)
173       return true;
174   return false;
175 }
176
177 /* This map contains for a basic block the list of predictions for the
178    outgoing edges.  */
179
180 static struct pointer_map_t *bb_predictions;
181
182 /* Return true if the one of outgoing edges is already predicted by
183    PREDICTOR.  */
184
185 bool
186 tree_predicted_by_p (const_basic_block bb, enum br_predictor predictor)
187 {
188   struct edge_prediction *i;
189   void **preds = pointer_map_contains (bb_predictions, bb);
190
191   if (!preds)
192     return false;
193   
194   for (i = *preds; i; i = i->ep_next)
195     if (i->ep_predictor == predictor)
196       return true;
197   return false;
198 }
199
200 /* Return true when the probability of edge is reliable.
201   
202    The profile guessing code is good at predicting branch outcome (ie.
203    taken/not taken), that is predicted right slightly over 75% of time.
204    It is however notoriously poor on predicting the probability itself.
205    In general the profile appear a lot flatter (with probabilities closer
206    to 50%) than the reality so it is bad idea to use it to drive optimization
207    such as those disabling dynamic branch prediction for well predictable
208    branches.
209
210    There are two exceptions - edges leading to noreturn edges and edges
211    predicted by number of iterations heuristics are predicted well.  This macro
212    should be able to distinguish those, but at the moment it simply check for
213    noreturn heuristic that is only one giving probability over 99% or bellow
214    1%.  In future we might want to propagate reliability information across the
215    CFG if we find this information useful on multiple places.   */
216 static bool
217 probability_reliable_p (int prob)
218 {
219   return (profile_status == PROFILE_READ
220           || (profile_status == PROFILE_GUESSED
221               && (prob <= HITRATE (1) || prob >= HITRATE (99))));
222 }
223
224 /* Same predicate as above, working on edges.  */
225 bool
226 edge_probability_reliable_p (const_edge e)
227 {
228   return probability_reliable_p (e->probability);
229 }
230
231 /* Same predicate as edge_probability_reliable_p, working on notes.  */
232 bool
233 br_prob_note_reliable_p (const_rtx note)
234 {
235   gcc_assert (REG_NOTE_KIND (note) == REG_BR_PROB);
236   return probability_reliable_p (INTVAL (XEXP (note, 0)));
237 }
238
239 static void
240 predict_insn (rtx insn, enum br_predictor predictor, int probability)
241 {
242   gcc_assert (any_condjump_p (insn));
243   if (!flag_guess_branch_prob)
244     return;
245
246   REG_NOTES (insn)
247     = gen_rtx_EXPR_LIST (REG_BR_PRED,
248                          gen_rtx_CONCAT (VOIDmode,
249                                          GEN_INT ((int) predictor),
250                                          GEN_INT ((int) probability)),
251                          REG_NOTES (insn));
252 }
253
254 /* Predict insn by given predictor.  */
255
256 void
257 predict_insn_def (rtx insn, enum br_predictor predictor,
258                   enum prediction taken)
259 {
260    int probability = predictor_info[(int) predictor].hitrate;
261
262    if (taken != TAKEN)
263      probability = REG_BR_PROB_BASE - probability;
264
265    predict_insn (insn, predictor, probability);
266 }
267
268 /* Predict edge E with given probability if possible.  */
269
270 void
271 rtl_predict_edge (edge e, enum br_predictor predictor, int probability)
272 {
273   rtx last_insn;
274   last_insn = BB_END (e->src);
275
276   /* We can store the branch prediction information only about
277      conditional jumps.  */
278   if (!any_condjump_p (last_insn))
279     return;
280
281   /* We always store probability of branching.  */
282   if (e->flags & EDGE_FALLTHRU)
283     probability = REG_BR_PROB_BASE - probability;
284
285   predict_insn (last_insn, predictor, probability);
286 }
287
288 /* Predict edge E with the given PROBABILITY.  */
289 void
290 tree_predict_edge (edge e, enum br_predictor predictor, int probability)
291 {
292   gcc_assert (profile_status != PROFILE_GUESSED);
293   if ((e->src != ENTRY_BLOCK_PTR && EDGE_COUNT (e->src->succs) > 1)
294       && flag_guess_branch_prob && optimize)
295     {
296       struct edge_prediction *i = XNEW (struct edge_prediction);
297       void **preds = pointer_map_insert (bb_predictions, e->src);
298
299       i->ep_next = *preds;
300       *preds = i;
301       i->ep_probability = probability;
302       i->ep_predictor = predictor;
303       i->ep_edge = e;
304     }
305 }
306
307 /* Remove all predictions on given basic block that are attached
308    to edge E.  */
309 void
310 remove_predictions_associated_with_edge (edge e)
311 {
312   void **preds;
313   
314   if (!bb_predictions)
315     return;
316
317   preds = pointer_map_contains (bb_predictions, e->src);
318
319   if (preds)
320     {
321       struct edge_prediction **prediction = (struct edge_prediction **) preds;
322       struct edge_prediction *next;
323
324       while (*prediction)
325         {
326           if ((*prediction)->ep_edge == e)
327             {
328               next = (*prediction)->ep_next;
329               free (*prediction);
330               *prediction = next;
331             }
332           else
333             prediction = &((*prediction)->ep_next);
334         }
335     }
336 }
337
338 /* Clears the list of predictions stored for BB.  */
339
340 static void
341 clear_bb_predictions (basic_block bb)
342 {
343   void **preds = pointer_map_contains (bb_predictions, bb);
344   struct edge_prediction *pred, *next;
345
346   if (!preds)
347     return;
348
349   for (pred = *preds; pred; pred = next)
350     {
351       next = pred->ep_next;
352       free (pred);
353     }
354   *preds = NULL;
355 }
356
357 /* Return true when we can store prediction on insn INSN.
358    At the moment we represent predictions only on conditional
359    jumps, not at computed jump or other complicated cases.  */
360 static bool
361 can_predict_insn_p (const_rtx insn)
362 {
363   return (JUMP_P (insn)
364           && any_condjump_p (insn)
365           && EDGE_COUNT (BLOCK_FOR_INSN (insn)->succs) >= 2);
366 }
367
368 /* Predict edge E by given predictor if possible.  */
369
370 void
371 predict_edge_def (edge e, enum br_predictor predictor,
372                   enum prediction taken)
373 {
374    int probability = predictor_info[(int) predictor].hitrate;
375
376    if (taken != TAKEN)
377      probability = REG_BR_PROB_BASE - probability;
378
379    predict_edge (e, predictor, probability);
380 }
381
382 /* Invert all branch predictions or probability notes in the INSN.  This needs
383    to be done each time we invert the condition used by the jump.  */
384
385 void
386 invert_br_probabilities (rtx insn)
387 {
388   rtx note;
389
390   for (note = REG_NOTES (insn); note; note = XEXP (note, 1))
391     if (REG_NOTE_KIND (note) == REG_BR_PROB)
392       XEXP (note, 0) = GEN_INT (REG_BR_PROB_BASE - INTVAL (XEXP (note, 0)));
393     else if (REG_NOTE_KIND (note) == REG_BR_PRED)
394       XEXP (XEXP (note, 0), 1)
395         = GEN_INT (REG_BR_PROB_BASE - INTVAL (XEXP (XEXP (note, 0), 1)));
396 }
397
398 /* Dump information about the branch prediction to the output file.  */
399
400 static void
401 dump_prediction (FILE *file, enum br_predictor predictor, int probability,
402                  basic_block bb, int used)
403 {
404   edge e;
405   edge_iterator ei;
406
407   if (!file)
408     return;
409
410   FOR_EACH_EDGE (e, ei, bb->succs)
411     if (! (e->flags & EDGE_FALLTHRU))
412       break;
413
414   fprintf (file, "  %s heuristics%s: %.1f%%",
415            predictor_info[predictor].name,
416            used ? "" : " (ignored)", probability * 100.0 / REG_BR_PROB_BASE);
417
418   if (bb->count)
419     {
420       fprintf (file, "  exec ");
421       fprintf (file, HOST_WIDEST_INT_PRINT_DEC, bb->count);
422       if (e)
423         {
424           fprintf (file, " hit ");
425           fprintf (file, HOST_WIDEST_INT_PRINT_DEC, e->count);
426           fprintf (file, " (%.1f%%)", e->count * 100.0 / bb->count);
427         }
428     }
429
430   fprintf (file, "\n");
431 }
432
433 /* We can not predict the probabilities of outgoing edges of bb.  Set them
434    evenly and hope for the best.  */
435 static void
436 set_even_probabilities (basic_block bb)
437 {
438   int nedges = 0;
439   edge e;
440   edge_iterator ei;
441
442   FOR_EACH_EDGE (e, ei, bb->succs)
443     if (!(e->flags & (EDGE_EH | EDGE_FAKE)))
444       nedges ++;
445   FOR_EACH_EDGE (e, ei, bb->succs)
446     if (!(e->flags & (EDGE_EH | EDGE_FAKE)))
447       e->probability = (REG_BR_PROB_BASE + nedges / 2) / nedges;
448     else
449       e->probability = 0;
450 }
451
452 /* Combine all REG_BR_PRED notes into single probability and attach REG_BR_PROB
453    note if not already present.  Remove now useless REG_BR_PRED notes.  */
454
455 static void
456 combine_predictions_for_insn (rtx insn, basic_block bb)
457 {
458   rtx prob_note;
459   rtx *pnote;
460   rtx note;
461   int best_probability = PROB_EVEN;
462   int best_predictor = END_PREDICTORS;
463   int combined_probability = REG_BR_PROB_BASE / 2;
464   int d;
465   bool first_match = false;
466   bool found = false;
467
468   if (!can_predict_insn_p (insn))
469     {
470       set_even_probabilities (bb);
471       return;
472     }
473
474   prob_note = find_reg_note (insn, REG_BR_PROB, 0);
475   pnote = &REG_NOTES (insn);
476   if (dump_file)
477     fprintf (dump_file, "Predictions for insn %i bb %i\n", INSN_UID (insn),
478              bb->index);
479
480   /* We implement "first match" heuristics and use probability guessed
481      by predictor with smallest index.  */
482   for (note = REG_NOTES (insn); note; note = XEXP (note, 1))
483     if (REG_NOTE_KIND (note) == REG_BR_PRED)
484       {
485         int predictor = INTVAL (XEXP (XEXP (note, 0), 0));
486         int probability = INTVAL (XEXP (XEXP (note, 0), 1));
487
488         found = true;
489         if (best_predictor > predictor)
490           best_probability = probability, best_predictor = predictor;
491
492         d = (combined_probability * probability
493              + (REG_BR_PROB_BASE - combined_probability)
494              * (REG_BR_PROB_BASE - probability));
495
496         /* Use FP math to avoid overflows of 32bit integers.  */
497         if (d == 0)
498           /* If one probability is 0% and one 100%, avoid division by zero.  */
499           combined_probability = REG_BR_PROB_BASE / 2;
500         else
501           combined_probability = (((double) combined_probability) * probability
502                                   * REG_BR_PROB_BASE / d + 0.5);
503       }
504
505   /* Decide which heuristic to use.  In case we didn't match anything,
506      use no_prediction heuristic, in case we did match, use either
507      first match or Dempster-Shaffer theory depending on the flags.  */
508
509   if (predictor_info [best_predictor].flags & PRED_FLAG_FIRST_MATCH)
510     first_match = true;
511
512   if (!found)
513     dump_prediction (dump_file, PRED_NO_PREDICTION,
514                      combined_probability, bb, true);
515   else
516     {
517       dump_prediction (dump_file, PRED_DS_THEORY, combined_probability,
518                        bb, !first_match);
519       dump_prediction (dump_file, PRED_FIRST_MATCH, best_probability,
520                        bb, first_match);
521     }
522
523   if (first_match)
524     combined_probability = best_probability;
525   dump_prediction (dump_file, PRED_COMBINED, combined_probability, bb, true);
526
527   while (*pnote)
528     {
529       if (REG_NOTE_KIND (*pnote) == REG_BR_PRED)
530         {
531           int predictor = INTVAL (XEXP (XEXP (*pnote, 0), 0));
532           int probability = INTVAL (XEXP (XEXP (*pnote, 0), 1));
533
534           dump_prediction (dump_file, predictor, probability, bb,
535                            !first_match || best_predictor == predictor);
536           *pnote = XEXP (*pnote, 1);
537         }
538       else
539         pnote = &XEXP (*pnote, 1);
540     }
541
542   if (!prob_note)
543     {
544       REG_NOTES (insn)
545         = gen_rtx_EXPR_LIST (REG_BR_PROB,
546                              GEN_INT (combined_probability), REG_NOTES (insn));
547
548       /* Save the prediction into CFG in case we are seeing non-degenerated
549          conditional jump.  */
550       if (!single_succ_p (bb))
551         {
552           BRANCH_EDGE (bb)->probability = combined_probability;
553           FALLTHRU_EDGE (bb)->probability
554             = REG_BR_PROB_BASE - combined_probability;
555         }
556     }
557   else if (!single_succ_p (bb))
558     {
559       int prob = INTVAL (XEXP (prob_note, 0));
560
561       BRANCH_EDGE (bb)->probability = prob;
562       FALLTHRU_EDGE (bb)->probability = REG_BR_PROB_BASE - prob;
563     }
564   else
565     single_succ_edge (bb)->probability = REG_BR_PROB_BASE;
566 }
567
568 /* Combine predictions into single probability and store them into CFG.
569    Remove now useless prediction entries.  */
570
571 static void
572 combine_predictions_for_bb (basic_block bb)
573 {
574   int best_probability = PROB_EVEN;
575   int best_predictor = END_PREDICTORS;
576   int combined_probability = REG_BR_PROB_BASE / 2;
577   int d;
578   bool first_match = false;
579   bool found = false;
580   struct edge_prediction *pred;
581   int nedges = 0;
582   edge e, first = NULL, second = NULL;
583   edge_iterator ei;
584   void **preds;
585
586   FOR_EACH_EDGE (e, ei, bb->succs)
587     if (!(e->flags & (EDGE_EH | EDGE_FAKE)))
588       {
589         nedges ++;
590         if (first && !second)
591           second = e;
592         if (!first)
593           first = e;
594       }
595
596   /* When there is no successor or only one choice, prediction is easy. 
597
598      We are lazy for now and predict only basic blocks with two outgoing
599      edges.  It is possible to predict generic case too, but we have to
600      ignore first match heuristics and do more involved combining.  Implement
601      this later.  */
602   if (nedges != 2)
603     {
604       if (!bb->count)
605         set_even_probabilities (bb);
606       clear_bb_predictions (bb);
607       if (dump_file)
608         fprintf (dump_file, "%i edges in bb %i predicted to even probabilities\n",
609                  nedges, bb->index);
610       return;
611     }
612
613   if (dump_file)
614     fprintf (dump_file, "Predictions for bb %i\n", bb->index);
615
616   preds = pointer_map_contains (bb_predictions, bb);
617   if (preds)
618     {
619       /* We implement "first match" heuristics and use probability guessed
620          by predictor with smallest index.  */
621       for (pred = *preds; pred; pred = pred->ep_next)
622         {
623           int predictor = pred->ep_predictor;
624           int probability = pred->ep_probability;
625
626           if (pred->ep_edge != first)
627             probability = REG_BR_PROB_BASE - probability;
628
629           found = true;
630           if (best_predictor > predictor)
631             best_probability = probability, best_predictor = predictor;
632
633           d = (combined_probability * probability
634                + (REG_BR_PROB_BASE - combined_probability)
635                * (REG_BR_PROB_BASE - probability));
636
637           /* Use FP math to avoid overflows of 32bit integers.  */
638           if (d == 0)
639             /* If one probability is 0% and one 100%, avoid division by zero.  */
640             combined_probability = REG_BR_PROB_BASE / 2;
641           else
642             combined_probability = (((double) combined_probability)
643                                     * probability
644                                     * REG_BR_PROB_BASE / d + 0.5);
645         }
646     }
647
648   /* Decide which heuristic to use.  In case we didn't match anything,
649      use no_prediction heuristic, in case we did match, use either
650      first match or Dempster-Shaffer theory depending on the flags.  */
651
652   if (predictor_info [best_predictor].flags & PRED_FLAG_FIRST_MATCH)
653     first_match = true;
654
655   if (!found)
656     dump_prediction (dump_file, PRED_NO_PREDICTION, combined_probability, bb, true);
657   else
658     {
659       dump_prediction (dump_file, PRED_DS_THEORY, combined_probability, bb,
660                        !first_match);
661       dump_prediction (dump_file, PRED_FIRST_MATCH, best_probability, bb,
662                        first_match);
663     }
664
665   if (first_match)
666     combined_probability = best_probability;
667   dump_prediction (dump_file, PRED_COMBINED, combined_probability, bb, true);
668
669   if (preds)
670     {
671       for (pred = *preds; pred; pred = pred->ep_next)
672         {
673           int predictor = pred->ep_predictor;
674           int probability = pred->ep_probability;
675
676           if (pred->ep_edge != EDGE_SUCC (bb, 0))
677             probability = REG_BR_PROB_BASE - probability;
678           dump_prediction (dump_file, predictor, probability, bb,
679                            !first_match || best_predictor == predictor);
680         }
681     }
682   clear_bb_predictions (bb);
683
684   if (!bb->count)
685     {
686       first->probability = combined_probability;
687       second->probability = REG_BR_PROB_BASE - combined_probability;
688     }
689 }
690
691 /* Predict edge probabilities by exploiting loop structure.  */
692
693 static void
694 predict_loops (void)
695 {
696   loop_iterator li;
697   struct loop *loop;
698
699   scev_initialize ();
700
701   /* Try to predict out blocks in a loop that are not part of a
702      natural loop.  */
703   FOR_EACH_LOOP (li, loop, 0)
704     {
705       basic_block bb, *bbs;
706       unsigned j, n_exits;
707       VEC (edge, heap) *exits;
708       struct tree_niter_desc niter_desc;
709       edge ex;
710
711       exits = get_loop_exit_edges (loop);
712       n_exits = VEC_length (edge, exits);
713
714       for (j = 0; VEC_iterate (edge, exits, j, ex); j++)
715         {
716           tree niter = NULL;
717           HOST_WIDE_INT nitercst;
718           int max = PARAM_VALUE (PARAM_MAX_PREDICTED_ITERATIONS);
719           int probability;
720           enum br_predictor predictor;
721
722           if (number_of_iterations_exit (loop, ex, &niter_desc, false))
723             niter = niter_desc.niter;
724           if (!niter || TREE_CODE (niter_desc.niter) != INTEGER_CST)
725             niter = loop_niter_by_eval (loop, ex);
726
727           if (TREE_CODE (niter) == INTEGER_CST)
728             {
729               if (host_integerp (niter, 1)
730                   && compare_tree_int (niter, max-1) == -1)
731                 nitercst = tree_low_cst (niter, 1) + 1;
732               else
733                 nitercst = max;
734               predictor = PRED_LOOP_ITERATIONS;
735             }
736           /* If we have just one exit and we can derive some information about
737              the number of iterations of the loop from the statements inside
738              the loop, use it to predict this exit.  */
739           else if (n_exits == 1)
740             {
741               nitercst = estimated_loop_iterations_int (loop, false);
742               if (nitercst < 0)
743                 continue;
744               if (nitercst > max)
745                 nitercst = max;
746
747               predictor = PRED_LOOP_ITERATIONS_GUESSED;
748             }
749           else
750             continue;
751
752           probability = ((REG_BR_PROB_BASE + nitercst / 2) / nitercst);
753           predict_edge (ex, predictor, probability);
754         }
755       VEC_free (edge, heap, exits);
756
757       bbs = get_loop_body (loop);
758
759       for (j = 0; j < loop->num_nodes; j++)
760         {
761           int header_found = 0;
762           edge e;
763           edge_iterator ei;
764
765           bb = bbs[j];
766
767           /* Bypass loop heuristics on continue statement.  These
768              statements construct loops via "non-loop" constructs
769              in the source language and are better to be handled
770              separately.  */
771           if (predicted_by_p (bb, PRED_CONTINUE))
772             continue;
773
774           /* Loop branch heuristics - predict an edge back to a
775              loop's head as taken.  */
776           if (bb == loop->latch)
777             {
778               e = find_edge (loop->latch, loop->header);
779               if (e)
780                 {
781                   header_found = 1;
782                   predict_edge_def (e, PRED_LOOP_BRANCH, TAKEN);
783                 }
784             }
785
786           /* Loop exit heuristics - predict an edge exiting the loop if the
787              conditional has no loop header successors as not taken.  */
788           if (!header_found
789               /* If we already used more reliable loop exit predictors, do not
790                  bother with PRED_LOOP_EXIT.  */
791               && !predicted_by_p (bb, PRED_LOOP_ITERATIONS_GUESSED)
792               && !predicted_by_p (bb, PRED_LOOP_ITERATIONS))
793             {
794               /* For loop with many exits we don't want to predict all exits
795                  with the pretty large probability, because if all exits are
796                  considered in row, the loop would be predicted to iterate
797                  almost never.  The code to divide probability by number of
798                  exits is very rough.  It should compute the number of exits
799                  taken in each patch through function (not the overall number
800                  of exits that might be a lot higher for loops with wide switch
801                  statements in them) and compute n-th square root.
802
803                  We limit the minimal probability by 2% to avoid
804                  EDGE_PROBABILITY_RELIABLE from trusting the branch prediction
805                  as this was causing regression in perl benchmark containing such
806                  a wide loop.  */
807                 
808               int probability = ((REG_BR_PROB_BASE
809                                   - predictor_info [(int) PRED_LOOP_EXIT].hitrate)
810                                  / n_exits);
811               if (probability < HITRATE (2))
812                 probability = HITRATE (2);
813               FOR_EACH_EDGE (e, ei, bb->succs)
814                 if (e->dest->index < NUM_FIXED_BLOCKS
815                     || !flow_bb_inside_loop_p (loop, e->dest))
816                   predict_edge (e, PRED_LOOP_EXIT, probability);
817             }
818         }
819       
820       /* Free basic blocks from get_loop_body.  */
821       free (bbs);
822     }
823
824   scev_finalize ();
825 }
826
827 /* Attempt to predict probabilities of BB outgoing edges using local
828    properties.  */
829 static void
830 bb_estimate_probability_locally (basic_block bb)
831 {
832   rtx last_insn = BB_END (bb);
833   rtx cond;
834
835   if (! can_predict_insn_p (last_insn))
836     return;
837   cond = get_condition (last_insn, NULL, false, false);
838   if (! cond)
839     return;
840
841   /* Try "pointer heuristic."
842      A comparison ptr == 0 is predicted as false.
843      Similarly, a comparison ptr1 == ptr2 is predicted as false.  */
844   if (COMPARISON_P (cond)
845       && ((REG_P (XEXP (cond, 0)) && REG_POINTER (XEXP (cond, 0)))
846           || (REG_P (XEXP (cond, 1)) && REG_POINTER (XEXP (cond, 1)))))
847     {
848       if (GET_CODE (cond) == EQ)
849         predict_insn_def (last_insn, PRED_POINTER, NOT_TAKEN);
850       else if (GET_CODE (cond) == NE)
851         predict_insn_def (last_insn, PRED_POINTER, TAKEN);
852     }
853   else
854
855   /* Try "opcode heuristic."
856      EQ tests are usually false and NE tests are usually true. Also,
857      most quantities are positive, so we can make the appropriate guesses
858      about signed comparisons against zero.  */
859     switch (GET_CODE (cond))
860       {
861       case CONST_INT:
862         /* Unconditional branch.  */
863         predict_insn_def (last_insn, PRED_UNCONDITIONAL,
864                           cond == const0_rtx ? NOT_TAKEN : TAKEN);
865         break;
866
867       case EQ:
868       case UNEQ:
869         /* Floating point comparisons appears to behave in a very
870            unpredictable way because of special role of = tests in
871            FP code.  */
872         if (FLOAT_MODE_P (GET_MODE (XEXP (cond, 0))))
873           ;
874         /* Comparisons with 0 are often used for booleans and there is
875            nothing useful to predict about them.  */
876         else if (XEXP (cond, 1) == const0_rtx
877                  || XEXP (cond, 0) == const0_rtx)
878           ;
879         else
880           predict_insn_def (last_insn, PRED_OPCODE_NONEQUAL, NOT_TAKEN);
881         break;
882
883       case NE:
884       case LTGT:
885         /* Floating point comparisons appears to behave in a very
886            unpredictable way because of special role of = tests in
887            FP code.  */
888         if (FLOAT_MODE_P (GET_MODE (XEXP (cond, 0))))
889           ;
890         /* Comparisons with 0 are often used for booleans and there is
891            nothing useful to predict about them.  */
892         else if (XEXP (cond, 1) == const0_rtx
893                  || XEXP (cond, 0) == const0_rtx)
894           ;
895         else
896           predict_insn_def (last_insn, PRED_OPCODE_NONEQUAL, TAKEN);
897         break;
898
899       case ORDERED:
900         predict_insn_def (last_insn, PRED_FPOPCODE, TAKEN);
901         break;
902
903       case UNORDERED:
904         predict_insn_def (last_insn, PRED_FPOPCODE, NOT_TAKEN);
905         break;
906
907       case LE:
908       case LT:
909         if (XEXP (cond, 1) == const0_rtx || XEXP (cond, 1) == const1_rtx
910             || XEXP (cond, 1) == constm1_rtx)
911           predict_insn_def (last_insn, PRED_OPCODE_POSITIVE, NOT_TAKEN);
912         break;
913
914       case GE:
915       case GT:
916         if (XEXP (cond, 1) == const0_rtx || XEXP (cond, 1) == const1_rtx
917             || XEXP (cond, 1) == constm1_rtx)
918           predict_insn_def (last_insn, PRED_OPCODE_POSITIVE, TAKEN);
919         break;
920
921       default:
922         break;
923       }
924 }
925
926 /* Set edge->probability for each successor edge of BB.  */
927 void
928 guess_outgoing_edge_probabilities (basic_block bb)
929 {
930   bb_estimate_probability_locally (bb);
931   combine_predictions_for_insn (BB_END (bb), bb);
932 }
933 \f
934 /* Return constant EXPR will likely have at execution time, NULL if unknown. 
935    The function is used by builtin_expect branch predictor so the evidence
936    must come from this construct and additional possible constant folding.
937   
938    We may want to implement more involved value guess (such as value range
939    propagation based prediction), but such tricks shall go to new
940    implementation.  */
941
942 static tree
943 expr_expected_value (tree expr, bitmap visited)
944 {
945   if (TREE_CONSTANT (expr))
946     return expr;
947   else if (TREE_CODE (expr) == SSA_NAME)
948     {
949       tree def = SSA_NAME_DEF_STMT (expr);
950
951       /* If we were already here, break the infinite cycle.  */
952       if (bitmap_bit_p (visited, SSA_NAME_VERSION (expr)))
953         return NULL;
954       bitmap_set_bit (visited, SSA_NAME_VERSION (expr));
955
956       if (TREE_CODE (def) == PHI_NODE)
957         {
958           /* All the arguments of the PHI node must have the same constant
959              length.  */
960           int i;
961           tree val = NULL, new_val;
962
963           for (i = 0; i < PHI_NUM_ARGS (def); i++)
964             {
965               tree arg = PHI_ARG_DEF (def, i);
966
967               /* If this PHI has itself as an argument, we cannot
968                  determine the string length of this argument.  However,
969                  if we can find an expected constant value for the other
970                  PHI args then we can still be sure that this is
971                  likely a constant.  So be optimistic and just
972                  continue with the next argument.  */
973               if (arg == PHI_RESULT (def))
974                 continue;
975
976               new_val = expr_expected_value (arg, visited);
977               if (!new_val)
978                 return NULL;
979               if (!val)
980                 val = new_val;
981               else if (!operand_equal_p (val, new_val, false))
982                 return NULL;
983             }
984           return val;
985         }
986       if (TREE_CODE (def) != GIMPLE_MODIFY_STMT
987           || GIMPLE_STMT_OPERAND (def, 0) != expr)
988         return NULL;
989       return expr_expected_value (GIMPLE_STMT_OPERAND (def, 1), visited);
990     }
991   else if (TREE_CODE (expr) == CALL_EXPR)
992     {
993       tree decl = get_callee_fndecl (expr);
994       if (!decl)
995         return NULL;
996       if (DECL_BUILT_IN_CLASS (decl) == BUILT_IN_NORMAL
997           && DECL_FUNCTION_CODE (decl) == BUILT_IN_EXPECT)
998         {
999           tree val;
1000
1001           if (call_expr_nargs (expr) != 2)
1002             return NULL;
1003           val = CALL_EXPR_ARG (expr, 0);
1004           if (TREE_CONSTANT (val))
1005             return val;
1006           return CALL_EXPR_ARG (expr, 1);
1007         }
1008     }
1009   if (BINARY_CLASS_P (expr) || COMPARISON_CLASS_P (expr))
1010     {
1011       tree op0, op1, res;
1012       op0 = expr_expected_value (TREE_OPERAND (expr, 0), visited);
1013       if (!op0)
1014         return NULL;
1015       op1 = expr_expected_value (TREE_OPERAND (expr, 1), visited);
1016       if (!op1)
1017         return NULL;
1018       res = fold_build2 (TREE_CODE (expr), TREE_TYPE (expr), op0, op1);
1019       if (TREE_CONSTANT (res))
1020         return res;
1021       return NULL;
1022     }
1023   if (UNARY_CLASS_P (expr))
1024     {
1025       tree op0, res;
1026       op0 = expr_expected_value (TREE_OPERAND (expr, 0), visited);
1027       if (!op0)
1028         return NULL;
1029       res = fold_build1 (TREE_CODE (expr), TREE_TYPE (expr), op0);
1030       if (TREE_CONSTANT (res))
1031         return res;
1032       return NULL;
1033     }
1034   return NULL;
1035 }
1036 \f
1037 /* Get rid of all builtin_expect calls we no longer need.  */
1038 static void
1039 strip_builtin_expect (void)
1040 {
1041   basic_block bb;
1042   FOR_EACH_BB (bb)
1043     {
1044       block_stmt_iterator bi;
1045       for (bi = bsi_start (bb); !bsi_end_p (bi); bsi_next (&bi))
1046         {
1047           tree stmt = bsi_stmt (bi);
1048           tree fndecl;
1049           tree call;
1050
1051           if (TREE_CODE (stmt) == GIMPLE_MODIFY_STMT
1052               && (call = GIMPLE_STMT_OPERAND (stmt, 1))
1053               && TREE_CODE (call) == CALL_EXPR
1054               && (fndecl = get_callee_fndecl (call))
1055               && DECL_BUILT_IN_CLASS (fndecl) == BUILT_IN_NORMAL
1056               && DECL_FUNCTION_CODE (fndecl) == BUILT_IN_EXPECT
1057               && call_expr_nargs (call) == 2)
1058             {
1059               GIMPLE_STMT_OPERAND (stmt, 1) = CALL_EXPR_ARG (call, 0);
1060               update_stmt (stmt);
1061             }
1062         }
1063     }
1064 }
1065 \f
1066 /* Predict using opcode of the last statement in basic block.  */
1067 static void
1068 tree_predict_by_opcode (basic_block bb)
1069 {
1070   tree stmt = last_stmt (bb);
1071   edge then_edge;
1072   tree cond;
1073   tree op0;
1074   tree type;
1075   tree val;
1076   bitmap visited;
1077   edge_iterator ei;
1078
1079   if (!stmt || TREE_CODE (stmt) != COND_EXPR)
1080     return;
1081   FOR_EACH_EDGE (then_edge, ei, bb->succs)
1082     if (then_edge->flags & EDGE_TRUE_VALUE)
1083       break;
1084   cond = TREE_OPERAND (stmt, 0);
1085   if (!COMPARISON_CLASS_P (cond))
1086     return;
1087   op0 = TREE_OPERAND (cond, 0);
1088   type = TREE_TYPE (op0);
1089   visited = BITMAP_ALLOC (NULL);
1090   val = expr_expected_value (cond, visited);
1091   BITMAP_FREE (visited);
1092   if (val)
1093     {
1094       if (integer_zerop (val))
1095         predict_edge_def (then_edge, PRED_BUILTIN_EXPECT, NOT_TAKEN);
1096       else
1097         predict_edge_def (then_edge, PRED_BUILTIN_EXPECT, TAKEN);
1098       return;
1099     }
1100   /* Try "pointer heuristic."
1101      A comparison ptr == 0 is predicted as false.
1102      Similarly, a comparison ptr1 == ptr2 is predicted as false.  */
1103   if (POINTER_TYPE_P (type))
1104     {
1105       if (TREE_CODE (cond) == EQ_EXPR)
1106         predict_edge_def (then_edge, PRED_TREE_POINTER, NOT_TAKEN);
1107       else if (TREE_CODE (cond) == NE_EXPR)
1108         predict_edge_def (then_edge, PRED_TREE_POINTER, TAKEN);
1109     }
1110   else
1111
1112   /* Try "opcode heuristic."
1113      EQ tests are usually false and NE tests are usually true. Also,
1114      most quantities are positive, so we can make the appropriate guesses
1115      about signed comparisons against zero.  */
1116     switch (TREE_CODE (cond))
1117       {
1118       case EQ_EXPR:
1119       case UNEQ_EXPR:
1120         /* Floating point comparisons appears to behave in a very
1121            unpredictable way because of special role of = tests in
1122            FP code.  */
1123         if (FLOAT_TYPE_P (type))
1124           ;
1125         /* Comparisons with 0 are often used for booleans and there is
1126            nothing useful to predict about them.  */
1127         else if (integer_zerop (op0)
1128                  || integer_zerop (TREE_OPERAND (cond, 1)))
1129           ;
1130         else
1131           predict_edge_def (then_edge, PRED_TREE_OPCODE_NONEQUAL, NOT_TAKEN);
1132         break;
1133
1134       case NE_EXPR:
1135       case LTGT_EXPR:
1136         /* Floating point comparisons appears to behave in a very
1137            unpredictable way because of special role of = tests in
1138            FP code.  */
1139         if (FLOAT_TYPE_P (type))
1140           ;
1141         /* Comparisons with 0 are often used for booleans and there is
1142            nothing useful to predict about them.  */
1143         else if (integer_zerop (op0)
1144                  || integer_zerop (TREE_OPERAND (cond, 1)))
1145           ;
1146         else
1147           predict_edge_def (then_edge, PRED_TREE_OPCODE_NONEQUAL, TAKEN);
1148         break;
1149
1150       case ORDERED_EXPR:
1151         predict_edge_def (then_edge, PRED_TREE_FPOPCODE, TAKEN);
1152         break;
1153
1154       case UNORDERED_EXPR:
1155         predict_edge_def (then_edge, PRED_TREE_FPOPCODE, NOT_TAKEN);
1156         break;
1157
1158       case LE_EXPR:
1159       case LT_EXPR:
1160         if (integer_zerop (TREE_OPERAND (cond, 1))
1161             || integer_onep (TREE_OPERAND (cond, 1))
1162             || integer_all_onesp (TREE_OPERAND (cond, 1))
1163             || real_zerop (TREE_OPERAND (cond, 1))
1164             || real_onep (TREE_OPERAND (cond, 1))
1165             || real_minus_onep (TREE_OPERAND (cond, 1)))
1166           predict_edge_def (then_edge, PRED_TREE_OPCODE_POSITIVE, NOT_TAKEN);
1167         break;
1168
1169       case GE_EXPR:
1170       case GT_EXPR:
1171         if (integer_zerop (TREE_OPERAND (cond, 1))
1172             || integer_onep (TREE_OPERAND (cond, 1))
1173             || integer_all_onesp (TREE_OPERAND (cond, 1))
1174             || real_zerop (TREE_OPERAND (cond, 1))
1175             || real_onep (TREE_OPERAND (cond, 1))
1176             || real_minus_onep (TREE_OPERAND (cond, 1)))
1177           predict_edge_def (then_edge, PRED_TREE_OPCODE_POSITIVE, TAKEN);
1178         break;
1179
1180       default:
1181         break;
1182       }
1183 }
1184
1185 /* Try to guess whether the value of return means error code.  */
1186 static enum br_predictor
1187 return_prediction (tree val, enum prediction *prediction)
1188 {
1189   /* VOID.  */
1190   if (!val)
1191     return PRED_NO_PREDICTION;
1192   /* Different heuristics for pointers and scalars.  */
1193   if (POINTER_TYPE_P (TREE_TYPE (val)))
1194     {
1195       /* NULL is usually not returned.  */
1196       if (integer_zerop (val))
1197         {
1198           *prediction = NOT_TAKEN;
1199           return PRED_NULL_RETURN;
1200         }
1201     }
1202   else if (INTEGRAL_TYPE_P (TREE_TYPE (val)))
1203     {
1204       /* Negative return values are often used to indicate
1205          errors.  */
1206       if (TREE_CODE (val) == INTEGER_CST
1207           && tree_int_cst_sgn (val) < 0)
1208         {
1209           *prediction = NOT_TAKEN;
1210           return PRED_NEGATIVE_RETURN;
1211         }
1212       /* Constant return values seems to be commonly taken.
1213          Zero/one often represent booleans so exclude them from the
1214          heuristics.  */
1215       if (TREE_CONSTANT (val)
1216           && (!integer_zerop (val) && !integer_onep (val)))
1217         {
1218           *prediction = TAKEN;
1219           return PRED_CONST_RETURN;
1220         }
1221     }
1222   return PRED_NO_PREDICTION;
1223 }
1224
1225 /* Find the basic block with return expression and look up for possible
1226    return value trying to apply RETURN_PREDICTION heuristics.  */
1227 static void
1228 apply_return_prediction (int *heads)
1229 {
1230   tree return_stmt = NULL;
1231   tree return_val;
1232   edge e;
1233   tree phi;
1234   int phi_num_args, i;
1235   enum br_predictor pred;
1236   enum prediction direction;
1237   edge_iterator ei;
1238
1239   FOR_EACH_EDGE (e, ei, EXIT_BLOCK_PTR->preds)
1240     {
1241       return_stmt = last_stmt (e->src);
1242       if (return_stmt
1243           && TREE_CODE (return_stmt) == RETURN_EXPR)
1244         break;
1245     }
1246   if (!e)
1247     return;
1248   return_val = TREE_OPERAND (return_stmt, 0);
1249   if (!return_val)
1250     return;
1251   if (TREE_CODE (return_val) == GIMPLE_MODIFY_STMT)
1252     return_val = GIMPLE_STMT_OPERAND (return_val, 1);
1253   if (TREE_CODE (return_val) != SSA_NAME
1254       || !SSA_NAME_DEF_STMT (return_val)
1255       || TREE_CODE (SSA_NAME_DEF_STMT (return_val)) != PHI_NODE)
1256     return;
1257   for (phi = SSA_NAME_DEF_STMT (return_val); phi; phi = PHI_CHAIN (phi))
1258     if (PHI_RESULT (phi) == return_val)
1259       break;
1260   if (!phi)
1261     return;
1262   phi_num_args = PHI_NUM_ARGS (phi);
1263   pred = return_prediction (PHI_ARG_DEF (phi, 0), &direction);
1264
1265   /* Avoid the degenerate case where all return values form the function
1266      belongs to same category (ie they are all positive constants)
1267      so we can hardly say something about them.  */
1268   for (i = 1; i < phi_num_args; i++)
1269     if (pred != return_prediction (PHI_ARG_DEF (phi, i), &direction))
1270       break;
1271   if (i != phi_num_args)
1272     for (i = 0; i < phi_num_args; i++)
1273       {
1274         pred = return_prediction (PHI_ARG_DEF (phi, i), &direction);
1275         if (pred != PRED_NO_PREDICTION)
1276           predict_paths_leading_to (PHI_ARG_EDGE (phi, i)->src, heads, pred,
1277                                     direction);
1278       }
1279 }
1280
1281 /* Look for basic block that contains unlikely to happen events
1282    (such as noreturn calls) and mark all paths leading to execution
1283    of this basic blocks as unlikely.  */
1284
1285 static void
1286 tree_bb_level_predictions (void)
1287 {
1288   basic_block bb;
1289   int *heads;
1290
1291   heads = XCNEWVEC (int, last_basic_block);
1292   heads[ENTRY_BLOCK_PTR->next_bb->index] = last_basic_block;
1293
1294   apply_return_prediction (heads);
1295
1296   FOR_EACH_BB (bb)
1297     {
1298       block_stmt_iterator bsi = bsi_last (bb);
1299
1300       for (bsi = bsi_start (bb); !bsi_end_p (bsi); bsi_next (&bsi))
1301         {
1302           tree stmt = bsi_stmt (bsi);
1303           tree decl;
1304           switch (TREE_CODE (stmt))
1305             {
1306               case GIMPLE_MODIFY_STMT:
1307                 if (TREE_CODE (GIMPLE_STMT_OPERAND (stmt, 1)) == CALL_EXPR)
1308                   {
1309                     stmt = GIMPLE_STMT_OPERAND (stmt, 1);
1310                     goto call_expr;
1311                   }
1312                 break;
1313               case CALL_EXPR:
1314 call_expr:;
1315                 if (call_expr_flags (stmt) & ECF_NORETURN)
1316                   predict_paths_leading_to (bb, heads, PRED_NORETURN,
1317                                             NOT_TAKEN);
1318                 decl = get_callee_fndecl (stmt);
1319                 if (decl
1320                     && lookup_attribute ("cold",
1321                                          DECL_ATTRIBUTES (decl)))
1322                   predict_paths_leading_to (bb, heads, PRED_COLD_FUNCTION,
1323                                             NOT_TAKEN);
1324                 break;
1325               default:
1326                 break;
1327             }
1328         }
1329     }
1330
1331   free (heads);
1332 }
1333
1334 #ifdef ENABLE_CHECKING
1335
1336 /* Callback for pointer_map_traverse, asserts that the pointer map is
1337    empty.  */
1338
1339 static bool
1340 assert_is_empty (const void *key ATTRIBUTE_UNUSED, void **value,
1341                  void *data ATTRIBUTE_UNUSED)
1342 {
1343   gcc_assert (!*value);
1344   return false;
1345 }
1346 #endif
1347
1348 /* Predict branch probabilities and estimate profile of the tree CFG.  */
1349 static unsigned int
1350 tree_estimate_probability (void)
1351 {
1352   basic_block bb;
1353
1354   loop_optimizer_init (0);
1355   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1356     flow_loops_dump (dump_file, NULL, 0);
1357
1358   add_noreturn_fake_exit_edges ();
1359   connect_infinite_loops_to_exit ();
1360   /* We use loop_niter_by_eval, which requires that the loops have
1361      preheaders.  */
1362   create_preheaders (CP_SIMPLE_PREHEADERS);
1363   calculate_dominance_info (CDI_POST_DOMINATORS);
1364
1365   bb_predictions = pointer_map_create ();
1366   tree_bb_level_predictions ();
1367
1368   mark_irreducible_loops ();
1369   record_loop_exits ();
1370   if (number_of_loops () > 1)
1371     predict_loops ();
1372
1373   FOR_EACH_BB (bb)
1374     {
1375       edge e;
1376       edge_iterator ei;
1377
1378       FOR_EACH_EDGE (e, ei, bb->succs)
1379         {
1380           /* Predict early returns to be probable, as we've already taken
1381              care for error returns and other cases are often used for
1382              fast paths through function. 
1383
1384              Since we've already removed the return statements, we are
1385              looking for CFG like:
1386
1387                if (conditional)
1388                  {
1389                    ..
1390                    goto return_block
1391                  }
1392                some other blocks
1393              return_block:
1394                return_stmt.  */
1395           if (e->dest != bb->next_bb
1396               && e->dest != EXIT_BLOCK_PTR
1397               && single_succ_p (e->dest)
1398               && single_succ_edge (e->dest)->dest == EXIT_BLOCK_PTR
1399               && TREE_CODE (last_stmt (e->dest)) == RETURN_EXPR)
1400             {
1401               edge e1;
1402               edge_iterator ei1;
1403
1404               if (single_succ_p (bb))
1405                 {
1406                   FOR_EACH_EDGE (e1, ei1, bb->preds)
1407                     if (!predicted_by_p (e1->src, PRED_NULL_RETURN)
1408                         && !predicted_by_p (e1->src, PRED_CONST_RETURN)
1409                         && !predicted_by_p (e1->src, PRED_NEGATIVE_RETURN))
1410                       predict_edge_def (e1, PRED_TREE_EARLY_RETURN, NOT_TAKEN);
1411                 }
1412                else
1413                 if (!predicted_by_p (e->src, PRED_NULL_RETURN)
1414                     && !predicted_by_p (e->src, PRED_CONST_RETURN)
1415                     && !predicted_by_p (e->src, PRED_NEGATIVE_RETURN))
1416                   predict_edge_def (e, PRED_TREE_EARLY_RETURN, NOT_TAKEN);
1417             }
1418
1419           /* Look for block we are guarding (ie we dominate it,
1420              but it doesn't postdominate us).  */
1421           if (e->dest != EXIT_BLOCK_PTR && e->dest != bb
1422               && dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, e->dest, e->src)
1423               && !dominated_by_p (CDI_POST_DOMINATORS, e->src, e->dest))
1424             {
1425               block_stmt_iterator bi;
1426
1427               /* The call heuristic claims that a guarded function call
1428                  is improbable.  This is because such calls are often used
1429                  to signal exceptional situations such as printing error
1430                  messages.  */
1431               for (bi = bsi_start (e->dest); !bsi_end_p (bi);
1432                    bsi_next (&bi))
1433                 {
1434                   tree stmt = bsi_stmt (bi);
1435                   if ((TREE_CODE (stmt) == CALL_EXPR
1436                        || (TREE_CODE (stmt) == GIMPLE_MODIFY_STMT
1437                            && TREE_CODE (GIMPLE_STMT_OPERAND (stmt, 1))
1438                               == CALL_EXPR))
1439                       /* Constant and pure calls are hardly used to signalize
1440                          something exceptional.  */
1441                       && TREE_SIDE_EFFECTS (stmt))
1442                     {
1443                       predict_edge_def (e, PRED_CALL, NOT_TAKEN);
1444                       break;
1445                     }
1446                 }
1447             }
1448         }
1449       tree_predict_by_opcode (bb);
1450     }
1451   FOR_EACH_BB (bb)
1452     combine_predictions_for_bb (bb);
1453
1454 #ifdef ENABLE_CHECKING
1455   pointer_map_traverse (bb_predictions, assert_is_empty, NULL);
1456 #endif
1457   pointer_map_destroy (bb_predictions);
1458   bb_predictions = NULL;
1459
1460   strip_builtin_expect ();
1461   estimate_bb_frequencies ();
1462   free_dominance_info (CDI_POST_DOMINATORS);
1463   remove_fake_exit_edges ();
1464   loop_optimizer_finalize ();
1465   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1466     dump_tree_cfg (dump_file, dump_flags);
1467   if (profile_status == PROFILE_ABSENT)
1468     profile_status = PROFILE_GUESSED;
1469   return 0;
1470 }
1471 \f
1472 /* Sets branch probabilities according to PREDiction and
1473    FLAGS. HEADS[bb->index] should be index of basic block in that we
1474    need to alter branch predictions (i.e. the first of our dominators
1475    such that we do not post-dominate it) (but we fill this information
1476    on demand, so -1 may be there in case this was not needed yet).  */
1477
1478 static void
1479 predict_paths_leading_to (basic_block bb, int *heads, enum br_predictor pred,
1480                           enum prediction taken)
1481 {
1482   edge e;
1483   edge_iterator ei;
1484   int y;
1485
1486   if (heads[bb->index] == ENTRY_BLOCK)
1487     {
1488       /* This is first time we need this field in heads array; so
1489          find first dominator that we do not post-dominate (we are
1490          using already known members of heads array).  */
1491       basic_block ai = bb;
1492       basic_block next_ai = get_immediate_dominator (CDI_DOMINATORS, bb);
1493       int head;
1494
1495       while (heads[next_ai->index] == ENTRY_BLOCK)
1496         {
1497           if (!dominated_by_p (CDI_POST_DOMINATORS, next_ai, bb))
1498             break;
1499           heads[next_ai->index] = ai->index;
1500           ai = next_ai;
1501           next_ai = get_immediate_dominator (CDI_DOMINATORS, next_ai);
1502         }
1503       if (!dominated_by_p (CDI_POST_DOMINATORS, next_ai, bb))
1504         head = next_ai->index;
1505       else
1506         head = heads[next_ai->index];
1507       while (next_ai != bb)
1508         {
1509           next_ai = ai;
1510           ai = BASIC_BLOCK (heads[ai->index]);
1511           heads[next_ai->index] = head;
1512         }
1513     }
1514   y = heads[bb->index];
1515
1516   /* Now find the edge that leads to our branch and aply the prediction.  */
1517
1518   if (y == last_basic_block)
1519     return;
1520   FOR_EACH_EDGE (e, ei, BASIC_BLOCK (y)->succs)
1521     if (e->dest->index >= NUM_FIXED_BLOCKS
1522         && dominated_by_p (CDI_POST_DOMINATORS, e->dest, bb))
1523       predict_edge_def (e, pred, taken);
1524 }
1525 \f
1526 /* This is used to carry information about basic blocks.  It is
1527    attached to the AUX field of the standard CFG block.  */
1528
1529 typedef struct block_info_def
1530 {
1531   /* Estimated frequency of execution of basic_block.  */
1532   sreal frequency;
1533
1534   /* To keep queue of basic blocks to process.  */
1535   basic_block next;
1536
1537   /* Number of predecessors we need to visit first.  */
1538   int npredecessors;
1539 } *block_info;
1540
1541 /* Similar information for edges.  */
1542 typedef struct edge_info_def
1543 {
1544   /* In case edge is a loopback edge, the probability edge will be reached
1545      in case header is.  Estimated number of iterations of the loop can be
1546      then computed as 1 / (1 - back_edge_prob).  */
1547   sreal back_edge_prob;
1548   /* True if the edge is a loopback edge in the natural loop.  */
1549   unsigned int back_edge:1;
1550 } *edge_info;
1551
1552 #define BLOCK_INFO(B)   ((block_info) (B)->aux)
1553 #define EDGE_INFO(E)    ((edge_info) (E)->aux)
1554
1555 /* Helper function for estimate_bb_frequencies.
1556    Propagate the frequencies in blocks marked in
1557    TOVISIT, starting in HEAD.  */
1558
1559 static void
1560 propagate_freq (basic_block head, bitmap tovisit)
1561 {
1562   basic_block bb;
1563   basic_block last;
1564   unsigned i;
1565   edge e;
1566   basic_block nextbb;
1567   bitmap_iterator bi;
1568
1569   /* For each basic block we need to visit count number of his predecessors
1570      we need to visit first.  */
1571   EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (tovisit, 0, i, bi)
1572     {
1573       edge_iterator ei;
1574       int count = 0;
1575
1576        /* The outermost "loop" includes the exit block, which we can not
1577           look up via BASIC_BLOCK.  Detect this and use EXIT_BLOCK_PTR
1578           directly.  Do the same for the entry block.  */
1579       bb = BASIC_BLOCK (i);
1580
1581       FOR_EACH_EDGE (e, ei, bb->preds)
1582         {
1583           bool visit = bitmap_bit_p (tovisit, e->src->index);
1584
1585           if (visit && !(e->flags & EDGE_DFS_BACK))
1586             count++;
1587           else if (visit && dump_file && !EDGE_INFO (e)->back_edge)
1588             fprintf (dump_file,
1589                      "Irreducible region hit, ignoring edge to %i->%i\n",
1590                      e->src->index, bb->index);
1591         }
1592       BLOCK_INFO (bb)->npredecessors = count;
1593     }
1594
1595   memcpy (&BLOCK_INFO (head)->frequency, &real_one, sizeof (real_one));
1596   last = head;
1597   for (bb = head; bb; bb = nextbb)
1598     {
1599       edge_iterator ei;
1600       sreal cyclic_probability, frequency;
1601
1602       memcpy (&cyclic_probability, &real_zero, sizeof (real_zero));
1603       memcpy (&frequency, &real_zero, sizeof (real_zero));
1604
1605       nextbb = BLOCK_INFO (bb)->next;
1606       BLOCK_INFO (bb)->next = NULL;
1607
1608       /* Compute frequency of basic block.  */
1609       if (bb != head)
1610         {
1611 #ifdef ENABLE_CHECKING
1612           FOR_EACH_EDGE (e, ei, bb->preds)
1613             gcc_assert (!bitmap_bit_p (tovisit, e->src->index)
1614                         || (e->flags & EDGE_DFS_BACK));
1615 #endif
1616
1617           FOR_EACH_EDGE (e, ei, bb->preds)
1618             if (EDGE_INFO (e)->back_edge)
1619               {
1620                 sreal_add (&cyclic_probability, &cyclic_probability,
1621                            &EDGE_INFO (e)->back_edge_prob);
1622               }
1623             else if (!(e->flags & EDGE_DFS_BACK))
1624               {
1625                 sreal tmp;
1626
1627                 /*  frequency += (e->probability
1628                                   * BLOCK_INFO (e->src)->frequency /
1629                                   REG_BR_PROB_BASE);  */
1630
1631                 sreal_init (&tmp, e->probability, 0);
1632                 sreal_mul (&tmp, &tmp, &BLOCK_INFO (e->src)->frequency);
1633                 sreal_mul (&tmp, &tmp, &real_inv_br_prob_base);
1634                 sreal_add (&frequency, &frequency, &tmp);
1635               }
1636
1637           if (sreal_compare (&cyclic_probability, &real_zero) == 0)
1638             {
1639               memcpy (&BLOCK_INFO (bb)->frequency, &frequency,
1640                       sizeof (frequency));
1641             }
1642           else
1643             {
1644               if (sreal_compare (&cyclic_probability, &real_almost_one) > 0)
1645                 {
1646                   memcpy (&cyclic_probability, &real_almost_one,
1647                           sizeof (real_almost_one));
1648                 }
1649
1650               /* BLOCK_INFO (bb)->frequency = frequency
1651                                               / (1 - cyclic_probability) */
1652
1653               sreal_sub (&cyclic_probability, &real_one, &cyclic_probability);
1654               sreal_div (&BLOCK_INFO (bb)->frequency,
1655                          &frequency, &cyclic_probability);
1656             }
1657         }
1658
1659       bitmap_clear_bit (tovisit, bb->index);
1660
1661       e = find_edge (bb, head);
1662       if (e)
1663         {
1664           sreal tmp;
1665             
1666           /* EDGE_INFO (e)->back_edge_prob
1667              = ((e->probability * BLOCK_INFO (bb)->frequency)
1668              / REG_BR_PROB_BASE); */
1669             
1670           sreal_init (&tmp, e->probability, 0);
1671           sreal_mul (&tmp, &tmp, &BLOCK_INFO (bb)->frequency);
1672           sreal_mul (&EDGE_INFO (e)->back_edge_prob,
1673                      &tmp, &real_inv_br_prob_base);
1674         }
1675
1676       /* Propagate to successor blocks.  */
1677       FOR_EACH_EDGE (e, ei, bb->succs)
1678         if (!(e->flags & EDGE_DFS_BACK)
1679             && BLOCK_INFO (e->dest)->npredecessors)
1680           {
1681             BLOCK_INFO (e->dest)->npredecessors--;
1682             if (!BLOCK_INFO (e->dest)->npredecessors)
1683               {
1684                 if (!nextbb)
1685                   nextbb = e->dest;
1686                 else
1687                   BLOCK_INFO (last)->next = e->dest;
1688                 
1689                 last = e->dest;
1690               }
1691           }
1692     }
1693 }
1694
1695 /* Estimate probabilities of loopback edges in loops at same nest level.  */
1696
1697 static void
1698 estimate_loops_at_level (struct loop *first_loop)
1699 {
1700   struct loop *loop;
1701
1702   for (loop = first_loop; loop; loop = loop->next)
1703     {
1704       edge e;
1705       basic_block *bbs;
1706       unsigned i;
1707       bitmap tovisit = BITMAP_ALLOC (NULL);
1708
1709       estimate_loops_at_level (loop->inner);
1710
1711       /* Find current loop back edge and mark it.  */
1712       e = loop_latch_edge (loop);
1713       EDGE_INFO (e)->back_edge = 1;
1714
1715       bbs = get_loop_body (loop);
1716       for (i = 0; i < loop->num_nodes; i++)
1717         bitmap_set_bit (tovisit, bbs[i]->index);
1718       free (bbs);
1719       propagate_freq (loop->header, tovisit);
1720       BITMAP_FREE (tovisit);
1721     }
1722 }
1723
1724 /* Propagates frequencies through structure of loops.  */
1725
1726 static void
1727 estimate_loops (void)
1728 {
1729   bitmap tovisit = BITMAP_ALLOC (NULL);
1730   basic_block bb;
1731
1732   /* Start by estimating the frequencies in the loops.  */
1733   if (number_of_loops () > 1)
1734     estimate_loops_at_level (current_loops->tree_root->inner);
1735
1736   /* Now propagate the frequencies through all the blocks.  */
1737   FOR_ALL_BB (bb)
1738     {
1739       bitmap_set_bit (tovisit, bb->index);
1740     }
1741   propagate_freq (ENTRY_BLOCK_PTR, tovisit);
1742   BITMAP_FREE (tovisit);
1743 }
1744
1745 /* Convert counts measured by profile driven feedback to frequencies.
1746    Return nonzero iff there was any nonzero execution count.  */
1747
1748 int
1749 counts_to_freqs (void)
1750 {
1751   gcov_type count_max, true_count_max = 0;
1752   basic_block bb;
1753
1754   FOR_EACH_BB (bb)
1755     true_count_max = MAX (bb->count, true_count_max);
1756
1757   count_max = MAX (true_count_max, 1);
1758   FOR_BB_BETWEEN (bb, ENTRY_BLOCK_PTR, NULL, next_bb)
1759     bb->frequency = (bb->count * BB_FREQ_MAX + count_max / 2) / count_max;
1760
1761   return true_count_max;
1762 }
1763
1764 /* Return true if function is likely to be expensive, so there is no point to
1765    optimize performance of prologue, epilogue or do inlining at the expense
1766    of code size growth.  THRESHOLD is the limit of number of instructions
1767    function can execute at average to be still considered not expensive.  */
1768
1769 bool
1770 expensive_function_p (int threshold)
1771 {
1772   unsigned int sum = 0;
1773   basic_block bb;
1774   unsigned int limit;
1775
1776   /* We can not compute accurately for large thresholds due to scaled
1777      frequencies.  */
1778   gcc_assert (threshold <= BB_FREQ_MAX);
1779
1780   /* Frequencies are out of range.  This either means that function contains
1781      internal loop executing more than BB_FREQ_MAX times or profile feedback
1782      is available and function has not been executed at all.  */
1783   if (ENTRY_BLOCK_PTR->frequency == 0)
1784     return true;
1785
1786   /* Maximally BB_FREQ_MAX^2 so overflow won't happen.  */
1787   limit = ENTRY_BLOCK_PTR->frequency * threshold;
1788   FOR_EACH_BB (bb)
1789     {
1790       rtx insn;
1791
1792       for (insn = BB_HEAD (bb); insn != NEXT_INSN (BB_END (bb));
1793            insn = NEXT_INSN (insn))
1794         if (active_insn_p (insn))
1795           {
1796             sum += bb->frequency;
1797             if (sum > limit)
1798               return true;
1799         }
1800     }
1801
1802   return false;
1803 }
1804
1805 /* Estimate basic blocks frequency by given branch probabilities.  */
1806
1807 void
1808 estimate_bb_frequencies (void)
1809 {
1810   basic_block bb;
1811   sreal freq_max;
1812
1813   if (!flag_branch_probabilities || !counts_to_freqs ())
1814     {
1815       static int real_values_initialized = 0;
1816
1817       if (!real_values_initialized)
1818         {
1819           real_values_initialized = 1;
1820           sreal_init (&real_zero, 0, 0);
1821           sreal_init (&real_one, 1, 0);
1822           sreal_init (&real_br_prob_base, REG_BR_PROB_BASE, 0);
1823           sreal_init (&real_bb_freq_max, BB_FREQ_MAX, 0);
1824           sreal_init (&real_one_half, 1, -1);
1825           sreal_div (&real_inv_br_prob_base, &real_one, &real_br_prob_base);
1826           sreal_sub (&real_almost_one, &real_one, &real_inv_br_prob_base);
1827         }
1828
1829       mark_dfs_back_edges ();
1830
1831       single_succ_edge (ENTRY_BLOCK_PTR)->probability = REG_BR_PROB_BASE;
1832
1833       /* Set up block info for each basic block.  */
1834       alloc_aux_for_blocks (sizeof (struct block_info_def));
1835       alloc_aux_for_edges (sizeof (struct edge_info_def));
1836       FOR_BB_BETWEEN (bb, ENTRY_BLOCK_PTR, NULL, next_bb)
1837         {
1838           edge e;
1839           edge_iterator ei;
1840
1841           FOR_EACH_EDGE (e, ei, bb->succs)
1842             {
1843               sreal_init (&EDGE_INFO (e)->back_edge_prob, e->probability, 0);
1844               sreal_mul (&EDGE_INFO (e)->back_edge_prob,
1845                          &EDGE_INFO (e)->back_edge_prob,
1846                          &real_inv_br_prob_base);
1847             }
1848         }
1849
1850       /* First compute probabilities locally for each loop from innermost
1851          to outermost to examine probabilities for back edges.  */
1852       estimate_loops ();
1853
1854       memcpy (&freq_max, &real_zero, sizeof (real_zero));
1855       FOR_EACH_BB (bb)
1856         if (sreal_compare (&freq_max, &BLOCK_INFO (bb)->frequency) < 0)
1857           memcpy (&freq_max, &BLOCK_INFO (bb)->frequency, sizeof (freq_max));
1858
1859       sreal_div (&freq_max, &real_bb_freq_max, &freq_max);
1860       FOR_BB_BETWEEN (bb, ENTRY_BLOCK_PTR, NULL, next_bb)
1861         {
1862           sreal tmp;
1863
1864           sreal_mul (&tmp, &BLOCK_INFO (bb)->frequency, &freq_max);
1865           sreal_add (&tmp, &tmp, &real_one_half);
1866           bb->frequency = sreal_to_int (&tmp);
1867         }
1868
1869       free_aux_for_blocks ();
1870       free_aux_for_edges ();
1871     }
1872   compute_function_frequency ();
1873   if (flag_reorder_functions)
1874     choose_function_section ();
1875 }
1876
1877 /* Decide whether function is hot, cold or unlikely executed.  */
1878 static void
1879 compute_function_frequency (void)
1880 {
1881   basic_block bb;
1882
1883   if (!profile_info || !flag_branch_probabilities)
1884     {
1885       if (lookup_attribute ("cold", DECL_ATTRIBUTES (current_function_decl))
1886           != NULL)
1887         cfun->function_frequency = FUNCTION_FREQUENCY_UNLIKELY_EXECUTED;
1888       else if (lookup_attribute ("hot", DECL_ATTRIBUTES (current_function_decl))
1889                != NULL)
1890         cfun->function_frequency = FUNCTION_FREQUENCY_HOT;
1891       return;
1892     }
1893   cfun->function_frequency = FUNCTION_FREQUENCY_UNLIKELY_EXECUTED;
1894   FOR_EACH_BB (bb)
1895     {
1896       if (maybe_hot_bb_p (bb))
1897         {
1898           cfun->function_frequency = FUNCTION_FREQUENCY_HOT;
1899           return;
1900         }
1901       if (!probably_never_executed_bb_p (bb))
1902         cfun->function_frequency = FUNCTION_FREQUENCY_NORMAL;
1903     }
1904 }
1905
1906 /* Choose appropriate section for the function.  */
1907 static void
1908 choose_function_section (void)
1909 {
1910   if (DECL_SECTION_NAME (current_function_decl)
1911       || !targetm.have_named_sections
1912       /* Theoretically we can split the gnu.linkonce text section too,
1913          but this requires more work as the frequency needs to match
1914          for all generated objects so we need to merge the frequency
1915          of all instances.  For now just never set frequency for these.  */
1916       || DECL_ONE_ONLY (current_function_decl))
1917     return;
1918
1919   /* If we are doing the partitioning optimization, let the optimization
1920      choose the correct section into which to put things.  */
1921
1922   if (flag_reorder_blocks_and_partition)
1923     return;
1924
1925   if (cfun->function_frequency == FUNCTION_FREQUENCY_HOT)
1926     DECL_SECTION_NAME (current_function_decl) =
1927       build_string (strlen (HOT_TEXT_SECTION_NAME), HOT_TEXT_SECTION_NAME);
1928   if (cfun->function_frequency == FUNCTION_FREQUENCY_UNLIKELY_EXECUTED)
1929     DECL_SECTION_NAME (current_function_decl) =
1930       build_string (strlen (UNLIKELY_EXECUTED_TEXT_SECTION_NAME),
1931                     UNLIKELY_EXECUTED_TEXT_SECTION_NAME);
1932 }
1933
1934 static bool
1935 gate_estimate_probability (void)
1936 {
1937   return flag_guess_branch_prob;
1938 }
1939
1940 struct tree_opt_pass pass_profile = 
1941 {
1942   "profile",                            /* name */
1943   gate_estimate_probability,            /* gate */
1944   tree_estimate_probability,            /* execute */
1945   NULL,                                 /* sub */
1946   NULL,                                 /* next */
1947   0,                                    /* static_pass_number */
1948   TV_BRANCH_PROB,                       /* tv_id */
1949   PROP_cfg,                             /* properties_required */
1950   0,                                    /* properties_provided */
1951   0,                                    /* properties_destroyed */
1952   0,                                    /* todo_flags_start */
1953   TODO_ggc_collect | TODO_verify_ssa,                   /* todo_flags_finish */
1954   0                                     /* letter */
1955 };