OSDN Git Service

2008-02-21 Richard Guenther <rguenther@suse.de>
[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, 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 (void)
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, 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
1290   apply_return_prediction ();
1291
1292   FOR_EACH_BB (bb)
1293     {
1294       block_stmt_iterator bsi = bsi_last (bb);
1295
1296       for (bsi = bsi_start (bb); !bsi_end_p (bsi); bsi_next (&bsi))
1297         {
1298           tree stmt = bsi_stmt (bsi);
1299           tree decl;
1300
1301           switch (TREE_CODE (stmt))
1302             {
1303               case GIMPLE_MODIFY_STMT:
1304                 if (TREE_CODE (GIMPLE_STMT_OPERAND (stmt, 1)) == CALL_EXPR)
1305                   {
1306                     stmt = GIMPLE_STMT_OPERAND (stmt, 1);
1307                     goto call_expr;
1308                   }
1309                 break;
1310               case CALL_EXPR:
1311 call_expr:;
1312                 if (call_expr_flags (stmt) & ECF_NORETURN)
1313                   predict_paths_leading_to (bb, PRED_NORETURN,
1314                                             NOT_TAKEN);
1315                 decl = get_callee_fndecl (stmt);
1316                 if (decl
1317                     && lookup_attribute ("cold",
1318                                          DECL_ATTRIBUTES (decl)))
1319                   predict_paths_leading_to (bb, PRED_COLD_FUNCTION,
1320                                             NOT_TAKEN);
1321                 break;
1322               default:
1323                 break;
1324             }
1325         }
1326     }
1327 }
1328
1329 #ifdef ENABLE_CHECKING
1330
1331 /* Callback for pointer_map_traverse, asserts that the pointer map is
1332    empty.  */
1333
1334 static bool
1335 assert_is_empty (const void *key ATTRIBUTE_UNUSED, void **value,
1336                  void *data ATTRIBUTE_UNUSED)
1337 {
1338   gcc_assert (!*value);
1339   return false;
1340 }
1341 #endif
1342
1343 /* Predict branch probabilities and estimate profile of the tree CFG.  */
1344 static unsigned int
1345 tree_estimate_probability (void)
1346 {
1347   basic_block bb;
1348
1349   loop_optimizer_init (0);
1350   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1351     flow_loops_dump (dump_file, NULL, 0);
1352
1353   add_noreturn_fake_exit_edges ();
1354   connect_infinite_loops_to_exit ();
1355   /* We use loop_niter_by_eval, which requires that the loops have
1356      preheaders.  */
1357   create_preheaders (CP_SIMPLE_PREHEADERS);
1358   calculate_dominance_info (CDI_POST_DOMINATORS);
1359
1360   bb_predictions = pointer_map_create ();
1361   tree_bb_level_predictions ();
1362
1363   mark_irreducible_loops ();
1364   record_loop_exits ();
1365   if (number_of_loops () > 1)
1366     predict_loops ();
1367
1368   FOR_EACH_BB (bb)
1369     {
1370       edge e;
1371       edge_iterator ei;
1372
1373       FOR_EACH_EDGE (e, ei, bb->succs)
1374         {
1375           /* Predict early returns to be probable, as we've already taken
1376              care for error returns and other cases are often used for
1377              fast paths through function. 
1378
1379              Since we've already removed the return statements, we are
1380              looking for CFG like:
1381
1382                if (conditional)
1383                  {
1384                    ..
1385                    goto return_block
1386                  }
1387                some other blocks
1388              return_block:
1389                return_stmt.  */
1390           if (e->dest != bb->next_bb
1391               && e->dest != EXIT_BLOCK_PTR
1392               && single_succ_p (e->dest)
1393               && single_succ_edge (e->dest)->dest == EXIT_BLOCK_PTR
1394               && TREE_CODE (last_stmt (e->dest)) == RETURN_EXPR)
1395             {
1396               edge e1;
1397               edge_iterator ei1;
1398
1399               if (single_succ_p (bb))
1400                 {
1401                   FOR_EACH_EDGE (e1, ei1, bb->preds)
1402                     if (!predicted_by_p (e1->src, PRED_NULL_RETURN)
1403                         && !predicted_by_p (e1->src, PRED_CONST_RETURN)
1404                         && !predicted_by_p (e1->src, PRED_NEGATIVE_RETURN))
1405                       predict_edge_def (e1, PRED_TREE_EARLY_RETURN, NOT_TAKEN);
1406                 }
1407                else
1408                 if (!predicted_by_p (e->src, PRED_NULL_RETURN)
1409                     && !predicted_by_p (e->src, PRED_CONST_RETURN)
1410                     && !predicted_by_p (e->src, PRED_NEGATIVE_RETURN))
1411                   predict_edge_def (e, PRED_TREE_EARLY_RETURN, NOT_TAKEN);
1412             }
1413
1414           /* Look for block we are guarding (ie we dominate it,
1415              but it doesn't postdominate us).  */
1416           if (e->dest != EXIT_BLOCK_PTR && e->dest != bb
1417               && dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, e->dest, e->src)
1418               && !dominated_by_p (CDI_POST_DOMINATORS, e->src, e->dest))
1419             {
1420               block_stmt_iterator bi;
1421
1422               /* The call heuristic claims that a guarded function call
1423                  is improbable.  This is because such calls are often used
1424                  to signal exceptional situations such as printing error
1425                  messages.  */
1426               for (bi = bsi_start (e->dest); !bsi_end_p (bi);
1427                    bsi_next (&bi))
1428                 {
1429                   tree stmt = bsi_stmt (bi);
1430                   if ((TREE_CODE (stmt) == CALL_EXPR
1431                        || (TREE_CODE (stmt) == GIMPLE_MODIFY_STMT
1432                            && TREE_CODE (GIMPLE_STMT_OPERAND (stmt, 1))
1433                               == CALL_EXPR))
1434                       /* Constant and pure calls are hardly used to signalize
1435                          something exceptional.  */
1436                       && TREE_SIDE_EFFECTS (stmt))
1437                     {
1438                       predict_edge_def (e, PRED_CALL, NOT_TAKEN);
1439                       break;
1440                     }
1441                 }
1442             }
1443         }
1444       tree_predict_by_opcode (bb);
1445     }
1446   FOR_EACH_BB (bb)
1447     combine_predictions_for_bb (bb);
1448
1449 #ifdef ENABLE_CHECKING
1450   pointer_map_traverse (bb_predictions, assert_is_empty, NULL);
1451 #endif
1452   pointer_map_destroy (bb_predictions);
1453   bb_predictions = NULL;
1454
1455   strip_builtin_expect ();
1456   estimate_bb_frequencies ();
1457   free_dominance_info (CDI_POST_DOMINATORS);
1458   remove_fake_exit_edges ();
1459   loop_optimizer_finalize ();
1460   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1461     dump_tree_cfg (dump_file, dump_flags);
1462   if (profile_status == PROFILE_ABSENT)
1463     profile_status = PROFILE_GUESSED;
1464   return 0;
1465 }
1466 \f
1467 /* Predict edges to succestors of CUR whose sources are not postdominated by
1468    BB by PRED and recurse to all postdominators.  */
1469
1470 static void
1471 predict_paths_for_bb (basic_block cur, basic_block bb,
1472                       enum br_predictor pred,
1473                       enum prediction taken)
1474 {
1475   edge e;
1476   edge_iterator ei;
1477   basic_block son;
1478
1479   /* We are looking for all edges forming edge cut induced by
1480      set of all blocks postdominated by BB.  */
1481   FOR_EACH_EDGE (e, ei, cur->preds)
1482     if (e->src->index >= NUM_FIXED_BLOCKS
1483         && !dominated_by_p (CDI_POST_DOMINATORS, e->src, bb))
1484     {
1485       gcc_assert (bb == cur || dominated_by_p (CDI_POST_DOMINATORS, cur, bb));
1486       predict_edge_def (e, pred, taken);
1487     }
1488   for (son = first_dom_son (CDI_POST_DOMINATORS, cur);
1489        son;
1490        son = next_dom_son (CDI_POST_DOMINATORS, son))
1491     predict_paths_for_bb (son, bb, pred, taken);
1492 }
1493
1494 /* Sets branch probabilities according to PREDiction and
1495    FLAGS.  */
1496
1497 static void
1498 predict_paths_leading_to (basic_block bb, enum br_predictor pred,
1499                           enum prediction taken)
1500 {
1501   predict_paths_for_bb (bb, bb, pred, taken);
1502 }
1503 \f
1504 /* This is used to carry information about basic blocks.  It is
1505    attached to the AUX field of the standard CFG block.  */
1506
1507 typedef struct block_info_def
1508 {
1509   /* Estimated frequency of execution of basic_block.  */
1510   sreal frequency;
1511
1512   /* To keep queue of basic blocks to process.  */
1513   basic_block next;
1514
1515   /* Number of predecessors we need to visit first.  */
1516   int npredecessors;
1517 } *block_info;
1518
1519 /* Similar information for edges.  */
1520 typedef struct edge_info_def
1521 {
1522   /* In case edge is a loopback edge, the probability edge will be reached
1523      in case header is.  Estimated number of iterations of the loop can be
1524      then computed as 1 / (1 - back_edge_prob).  */
1525   sreal back_edge_prob;
1526   /* True if the edge is a loopback edge in the natural loop.  */
1527   unsigned int back_edge:1;
1528 } *edge_info;
1529
1530 #define BLOCK_INFO(B)   ((block_info) (B)->aux)
1531 #define EDGE_INFO(E)    ((edge_info) (E)->aux)
1532
1533 /* Helper function for estimate_bb_frequencies.
1534    Propagate the frequencies in blocks marked in
1535    TOVISIT, starting in HEAD.  */
1536
1537 static void
1538 propagate_freq (basic_block head, bitmap tovisit)
1539 {
1540   basic_block bb;
1541   basic_block last;
1542   unsigned i;
1543   edge e;
1544   basic_block nextbb;
1545   bitmap_iterator bi;
1546
1547   /* For each basic block we need to visit count number of his predecessors
1548      we need to visit first.  */
1549   EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (tovisit, 0, i, bi)
1550     {
1551       edge_iterator ei;
1552       int count = 0;
1553
1554        /* The outermost "loop" includes the exit block, which we can not
1555           look up via BASIC_BLOCK.  Detect this and use EXIT_BLOCK_PTR
1556           directly.  Do the same for the entry block.  */
1557       bb = BASIC_BLOCK (i);
1558
1559       FOR_EACH_EDGE (e, ei, bb->preds)
1560         {
1561           bool visit = bitmap_bit_p (tovisit, e->src->index);
1562
1563           if (visit && !(e->flags & EDGE_DFS_BACK))
1564             count++;
1565           else if (visit && dump_file && !EDGE_INFO (e)->back_edge)
1566             fprintf (dump_file,
1567                      "Irreducible region hit, ignoring edge to %i->%i\n",
1568                      e->src->index, bb->index);
1569         }
1570       BLOCK_INFO (bb)->npredecessors = count;
1571     }
1572
1573   memcpy (&BLOCK_INFO (head)->frequency, &real_one, sizeof (real_one));
1574   last = head;
1575   for (bb = head; bb; bb = nextbb)
1576     {
1577       edge_iterator ei;
1578       sreal cyclic_probability, frequency;
1579
1580       memcpy (&cyclic_probability, &real_zero, sizeof (real_zero));
1581       memcpy (&frequency, &real_zero, sizeof (real_zero));
1582
1583       nextbb = BLOCK_INFO (bb)->next;
1584       BLOCK_INFO (bb)->next = NULL;
1585
1586       /* Compute frequency of basic block.  */
1587       if (bb != head)
1588         {
1589 #ifdef ENABLE_CHECKING
1590           FOR_EACH_EDGE (e, ei, bb->preds)
1591             gcc_assert (!bitmap_bit_p (tovisit, e->src->index)
1592                         || (e->flags & EDGE_DFS_BACK));
1593 #endif
1594
1595           FOR_EACH_EDGE (e, ei, bb->preds)
1596             if (EDGE_INFO (e)->back_edge)
1597               {
1598                 sreal_add (&cyclic_probability, &cyclic_probability,
1599                            &EDGE_INFO (e)->back_edge_prob);
1600               }
1601             else if (!(e->flags & EDGE_DFS_BACK))
1602               {
1603                 sreal tmp;
1604
1605                 /*  frequency += (e->probability
1606                                   * BLOCK_INFO (e->src)->frequency /
1607                                   REG_BR_PROB_BASE);  */
1608
1609                 sreal_init (&tmp, e->probability, 0);
1610                 sreal_mul (&tmp, &tmp, &BLOCK_INFO (e->src)->frequency);
1611                 sreal_mul (&tmp, &tmp, &real_inv_br_prob_base);
1612                 sreal_add (&frequency, &frequency, &tmp);
1613               }
1614
1615           if (sreal_compare (&cyclic_probability, &real_zero) == 0)
1616             {
1617               memcpy (&BLOCK_INFO (bb)->frequency, &frequency,
1618                       sizeof (frequency));
1619             }
1620           else
1621             {
1622               if (sreal_compare (&cyclic_probability, &real_almost_one) > 0)
1623                 {
1624                   memcpy (&cyclic_probability, &real_almost_one,
1625                           sizeof (real_almost_one));
1626                 }
1627
1628               /* BLOCK_INFO (bb)->frequency = frequency
1629                                               / (1 - cyclic_probability) */
1630
1631               sreal_sub (&cyclic_probability, &real_one, &cyclic_probability);
1632               sreal_div (&BLOCK_INFO (bb)->frequency,
1633                          &frequency, &cyclic_probability);
1634             }
1635         }
1636
1637       bitmap_clear_bit (tovisit, bb->index);
1638
1639       e = find_edge (bb, head);
1640       if (e)
1641         {
1642           sreal tmp;
1643             
1644           /* EDGE_INFO (e)->back_edge_prob
1645              = ((e->probability * BLOCK_INFO (bb)->frequency)
1646              / REG_BR_PROB_BASE); */
1647             
1648           sreal_init (&tmp, e->probability, 0);
1649           sreal_mul (&tmp, &tmp, &BLOCK_INFO (bb)->frequency);
1650           sreal_mul (&EDGE_INFO (e)->back_edge_prob,
1651                      &tmp, &real_inv_br_prob_base);
1652         }
1653
1654       /* Propagate to successor blocks.  */
1655       FOR_EACH_EDGE (e, ei, bb->succs)
1656         if (!(e->flags & EDGE_DFS_BACK)
1657             && BLOCK_INFO (e->dest)->npredecessors)
1658           {
1659             BLOCK_INFO (e->dest)->npredecessors--;
1660             if (!BLOCK_INFO (e->dest)->npredecessors)
1661               {
1662                 if (!nextbb)
1663                   nextbb = e->dest;
1664                 else
1665                   BLOCK_INFO (last)->next = e->dest;
1666                 
1667                 last = e->dest;
1668               }
1669           }
1670     }
1671 }
1672
1673 /* Estimate probabilities of loopback edges in loops at same nest level.  */
1674
1675 static void
1676 estimate_loops_at_level (struct loop *first_loop)
1677 {
1678   struct loop *loop;
1679
1680   for (loop = first_loop; loop; loop = loop->next)
1681     {
1682       edge e;
1683       basic_block *bbs;
1684       unsigned i;
1685       bitmap tovisit = BITMAP_ALLOC (NULL);
1686
1687       estimate_loops_at_level (loop->inner);
1688
1689       /* Find current loop back edge and mark it.  */
1690       e = loop_latch_edge (loop);
1691       EDGE_INFO (e)->back_edge = 1;
1692
1693       bbs = get_loop_body (loop);
1694       for (i = 0; i < loop->num_nodes; i++)
1695         bitmap_set_bit (tovisit, bbs[i]->index);
1696       free (bbs);
1697       propagate_freq (loop->header, tovisit);
1698       BITMAP_FREE (tovisit);
1699     }
1700 }
1701
1702 /* Propagates frequencies through structure of loops.  */
1703
1704 static void
1705 estimate_loops (void)
1706 {
1707   bitmap tovisit = BITMAP_ALLOC (NULL);
1708   basic_block bb;
1709
1710   /* Start by estimating the frequencies in the loops.  */
1711   if (number_of_loops () > 1)
1712     estimate_loops_at_level (current_loops->tree_root->inner);
1713
1714   /* Now propagate the frequencies through all the blocks.  */
1715   FOR_ALL_BB (bb)
1716     {
1717       bitmap_set_bit (tovisit, bb->index);
1718     }
1719   propagate_freq (ENTRY_BLOCK_PTR, tovisit);
1720   BITMAP_FREE (tovisit);
1721 }
1722
1723 /* Convert counts measured by profile driven feedback to frequencies.
1724    Return nonzero iff there was any nonzero execution count.  */
1725
1726 int
1727 counts_to_freqs (void)
1728 {
1729   gcov_type count_max, true_count_max = 0;
1730   basic_block bb;
1731
1732   FOR_EACH_BB (bb)
1733     true_count_max = MAX (bb->count, true_count_max);
1734
1735   count_max = MAX (true_count_max, 1);
1736   FOR_BB_BETWEEN (bb, ENTRY_BLOCK_PTR, NULL, next_bb)
1737     bb->frequency = (bb->count * BB_FREQ_MAX + count_max / 2) / count_max;
1738
1739   return true_count_max;
1740 }
1741
1742 /* Return true if function is likely to be expensive, so there is no point to
1743    optimize performance of prologue, epilogue or do inlining at the expense
1744    of code size growth.  THRESHOLD is the limit of number of instructions
1745    function can execute at average to be still considered not expensive.  */
1746
1747 bool
1748 expensive_function_p (int threshold)
1749 {
1750   unsigned int sum = 0;
1751   basic_block bb;
1752   unsigned int limit;
1753
1754   /* We can not compute accurately for large thresholds due to scaled
1755      frequencies.  */
1756   gcc_assert (threshold <= BB_FREQ_MAX);
1757
1758   /* Frequencies are out of range.  This either means that function contains
1759      internal loop executing more than BB_FREQ_MAX times or profile feedback
1760      is available and function has not been executed at all.  */
1761   if (ENTRY_BLOCK_PTR->frequency == 0)
1762     return true;
1763
1764   /* Maximally BB_FREQ_MAX^2 so overflow won't happen.  */
1765   limit = ENTRY_BLOCK_PTR->frequency * threshold;
1766   FOR_EACH_BB (bb)
1767     {
1768       rtx insn;
1769
1770       for (insn = BB_HEAD (bb); insn != NEXT_INSN (BB_END (bb));
1771            insn = NEXT_INSN (insn))
1772         if (active_insn_p (insn))
1773           {
1774             sum += bb->frequency;
1775             if (sum > limit)
1776               return true;
1777         }
1778     }
1779
1780   return false;
1781 }
1782
1783 /* Estimate basic blocks frequency by given branch probabilities.  */
1784
1785 void
1786 estimate_bb_frequencies (void)
1787 {
1788   basic_block bb;
1789   sreal freq_max;
1790
1791   if (!flag_branch_probabilities || !counts_to_freqs ())
1792     {
1793       static int real_values_initialized = 0;
1794
1795       if (!real_values_initialized)
1796         {
1797           real_values_initialized = 1;
1798           sreal_init (&real_zero, 0, 0);
1799           sreal_init (&real_one, 1, 0);
1800           sreal_init (&real_br_prob_base, REG_BR_PROB_BASE, 0);
1801           sreal_init (&real_bb_freq_max, BB_FREQ_MAX, 0);
1802           sreal_init (&real_one_half, 1, -1);
1803           sreal_div (&real_inv_br_prob_base, &real_one, &real_br_prob_base);
1804           sreal_sub (&real_almost_one, &real_one, &real_inv_br_prob_base);
1805         }
1806
1807       mark_dfs_back_edges ();
1808
1809       single_succ_edge (ENTRY_BLOCK_PTR)->probability = REG_BR_PROB_BASE;
1810
1811       /* Set up block info for each basic block.  */
1812       alloc_aux_for_blocks (sizeof (struct block_info_def));
1813       alloc_aux_for_edges (sizeof (struct edge_info_def));
1814       FOR_BB_BETWEEN (bb, ENTRY_BLOCK_PTR, NULL, next_bb)
1815         {
1816           edge e;
1817           edge_iterator ei;
1818
1819           FOR_EACH_EDGE (e, ei, bb->succs)
1820             {
1821               sreal_init (&EDGE_INFO (e)->back_edge_prob, e->probability, 0);
1822               sreal_mul (&EDGE_INFO (e)->back_edge_prob,
1823                          &EDGE_INFO (e)->back_edge_prob,
1824                          &real_inv_br_prob_base);
1825             }
1826         }
1827
1828       /* First compute probabilities locally for each loop from innermost
1829          to outermost to examine probabilities for back edges.  */
1830       estimate_loops ();
1831
1832       memcpy (&freq_max, &real_zero, sizeof (real_zero));
1833       FOR_EACH_BB (bb)
1834         if (sreal_compare (&freq_max, &BLOCK_INFO (bb)->frequency) < 0)
1835           memcpy (&freq_max, &BLOCK_INFO (bb)->frequency, sizeof (freq_max));
1836
1837       sreal_div (&freq_max, &real_bb_freq_max, &freq_max);
1838       FOR_BB_BETWEEN (bb, ENTRY_BLOCK_PTR, NULL, next_bb)
1839         {
1840           sreal tmp;
1841
1842           sreal_mul (&tmp, &BLOCK_INFO (bb)->frequency, &freq_max);
1843           sreal_add (&tmp, &tmp, &real_one_half);
1844           bb->frequency = sreal_to_int (&tmp);
1845         }
1846
1847       free_aux_for_blocks ();
1848       free_aux_for_edges ();
1849     }
1850   compute_function_frequency ();
1851   if (flag_reorder_functions)
1852     choose_function_section ();
1853 }
1854
1855 /* Decide whether function is hot, cold or unlikely executed.  */
1856 static void
1857 compute_function_frequency (void)
1858 {
1859   basic_block bb;
1860
1861   if (!profile_info || !flag_branch_probabilities)
1862     {
1863       if (lookup_attribute ("cold", DECL_ATTRIBUTES (current_function_decl))
1864           != NULL)
1865         cfun->function_frequency = FUNCTION_FREQUENCY_UNLIKELY_EXECUTED;
1866       else if (lookup_attribute ("hot", DECL_ATTRIBUTES (current_function_decl))
1867                != NULL)
1868         cfun->function_frequency = FUNCTION_FREQUENCY_HOT;
1869       return;
1870     }
1871   cfun->function_frequency = FUNCTION_FREQUENCY_UNLIKELY_EXECUTED;
1872   FOR_EACH_BB (bb)
1873     {
1874       if (maybe_hot_bb_p (bb))
1875         {
1876           cfun->function_frequency = FUNCTION_FREQUENCY_HOT;
1877           return;
1878         }
1879       if (!probably_never_executed_bb_p (bb))
1880         cfun->function_frequency = FUNCTION_FREQUENCY_NORMAL;
1881     }
1882 }
1883
1884 /* Choose appropriate section for the function.  */
1885 static void
1886 choose_function_section (void)
1887 {
1888   if (DECL_SECTION_NAME (current_function_decl)
1889       || !targetm.have_named_sections
1890       /* Theoretically we can split the gnu.linkonce text section too,
1891          but this requires more work as the frequency needs to match
1892          for all generated objects so we need to merge the frequency
1893          of all instances.  For now just never set frequency for these.  */
1894       || DECL_ONE_ONLY (current_function_decl))
1895     return;
1896
1897   /* If we are doing the partitioning optimization, let the optimization
1898      choose the correct section into which to put things.  */
1899
1900   if (flag_reorder_blocks_and_partition)
1901     return;
1902
1903   if (cfun->function_frequency == FUNCTION_FREQUENCY_HOT)
1904     DECL_SECTION_NAME (current_function_decl) =
1905       build_string (strlen (HOT_TEXT_SECTION_NAME), HOT_TEXT_SECTION_NAME);
1906   if (cfun->function_frequency == FUNCTION_FREQUENCY_UNLIKELY_EXECUTED)
1907     DECL_SECTION_NAME (current_function_decl) =
1908       build_string (strlen (UNLIKELY_EXECUTED_TEXT_SECTION_NAME),
1909                     UNLIKELY_EXECUTED_TEXT_SECTION_NAME);
1910 }
1911
1912 static bool
1913 gate_estimate_probability (void)
1914 {
1915   return flag_guess_branch_prob;
1916 }
1917
1918 struct tree_opt_pass pass_profile = 
1919 {
1920   "profile",                            /* name */
1921   gate_estimate_probability,            /* gate */
1922   tree_estimate_probability,            /* execute */
1923   NULL,                                 /* sub */
1924   NULL,                                 /* next */
1925   0,                                    /* static_pass_number */
1926   TV_BRANCH_PROB,                       /* tv_id */
1927   PROP_cfg,                             /* properties_required */
1928   0,                                    /* properties_provided */
1929   0,                                    /* properties_destroyed */
1930   0,                                    /* todo_flags_start */
1931   TODO_ggc_collect | TODO_verify_ssa,                   /* todo_flags_finish */
1932   0                                     /* letter */
1933 };