Pull LLVMContext out of PromoteMemToReg.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LICM.cpp
1 //===-- LICM.cpp - Loop Invariant Code Motion Pass ------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs loop invariant code motion, attempting to remove as much
11 // code from the body of a loop as possible.  It does this by either hoisting
12 // code into the preheader block, or by sinking code to the exit blocks if it is
13 // safe.  This pass also promotes must-aliased memory locations in the loop to
14 // live in registers, thus hoisting and sinking "invariant" loads and stores.
15 //
16 // This pass uses alias analysis for two purposes:
17 //
18 //  1. Moving loop invariant loads and calls out of loops.  If we can determine
19 //     that a load or call inside of a loop never aliases anything stored to,
20 //     we can hoist it or sink it like any other instruction.
21 //  2. Scalar Promotion of Memory - If there is a store instruction inside of
22 //     the loop, we try to move the store to happen AFTER the loop instead of
23 //     inside of the loop.  This can only happen if a few conditions are true:
24 //       A. The pointer stored through is loop invariant
25 //       B. There are no stores or loads in the loop which _may_ alias the
26 //          pointer.  There are no calls in the loop which mod/ref the pointer.
27 //     If these conditions are true, we can promote the loads and stores in the
28 //     loop of the pointer to use a temporary alloca'd variable.  We then use
29 //     the mem2reg functionality to construct the appropriate SSA form for the
30 //     variable.
31 //
32 //===----------------------------------------------------------------------===//
33
34 #define DEBUG_TYPE "licm"
35 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
36 #include "llvm/Constants.h"
37 #include "llvm/DerivedTypes.h"
38 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
39 #include "llvm/Instructions.h"
40 #include "llvm/Target/TargetData.h"
41 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
42 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
43 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
44 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
45 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
46 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
47 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
48 #include "llvm/Support/CFG.h"
49 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
50 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
51 #include "llvm/Support/Debug.h"
52 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
53 #include <algorithm>
54 using namespace llvm;
55
56 STATISTIC(NumSunk      , "Number of instructions sunk out of loop");
57 STATISTIC(NumHoisted   , "Number of instructions hoisted out of loop");
58 STATISTIC(NumMovedLoads, "Number of load insts hoisted or sunk");
59 STATISTIC(NumMovedCalls, "Number of call insts hoisted or sunk");
60 STATISTIC(NumPromoted  , "Number of memory locations promoted to registers");
61
62 static cl::opt<bool>
63 DisablePromotion("disable-licm-promotion", cl::Hidden,
64                  cl::desc("Disable memory promotion in LICM pass"));
65
66 namespace {
67   struct LICM : public LoopPass {
68     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
69     LICM() : LoopPass(&ID) {}
70
71     virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
72
73     /// This transformation requires natural loop information & requires that
74     /// loop preheaders be inserted into the CFG...
75     ///
76     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
77       AU.setPreservesCFG();
78       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
79       AU.addRequired<LoopInfo>();
80       AU.addRequired<DominatorTree>();
81       AU.addRequired<DominanceFrontier>();  // For scalar promotion (mem2reg)
82       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
83       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
84       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
85       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
86     }
87
88     bool doFinalization() {
89       // Free the values stored in the map
90       for (std::map<Loop *, AliasSetTracker *>::iterator
91              I = LoopToAliasMap.begin(), E = LoopToAliasMap.end(); I != E; ++I)
92         delete I->second;
93
94       LoopToAliasMap.clear();
95       return false;
96     }
97
98   private:
99     // Various analyses that we use...
100     AliasAnalysis *AA;       // Current AliasAnalysis information
101     LoopInfo      *LI;       // Current LoopInfo
102     DominatorTree *DT;       // Dominator Tree for the current Loop...
103     DominanceFrontier *DF;   // Current Dominance Frontier
104
105     // State that is updated as we process loops
106     bool Changed;            // Set to true when we change anything.
107     BasicBlock *Preheader;   // The preheader block of the current loop...
108     Loop *CurLoop;           // The current loop we are working on...
109     AliasSetTracker *CurAST; // AliasSet information for the current loop...
110     std::map<Loop *, AliasSetTracker *> LoopToAliasMap;
111
112     /// cloneBasicBlockAnalysis - Simple Analysis hook. Clone alias set info.
113     void cloneBasicBlockAnalysis(BasicBlock *From, BasicBlock *To, Loop *L);
114
115     /// deleteAnalysisValue - Simple Analysis hook. Delete value V from alias
116     /// set.
117     void deleteAnalysisValue(Value *V, Loop *L);
118
119     /// SinkRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
120     /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in
121     /// reverse depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to
122     /// visit uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one
123     /// pass without iteration.
124     ///
125     void SinkRegion(DomTreeNode *N);
126
127     /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all
128     /// blocks dominated by the specified block, and that are in the current
129     /// loop) in depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to
130     /// visit definitions before uses, allowing us to hoist a loop body in one
131     /// pass without iteration.
132     ///
133     void HoistRegion(DomTreeNode *N);
134
135     /// inSubLoop - Little predicate that returns true if the specified basic
136     /// block is in a subloop of the current one, not the current one itself.
137     ///
138     bool inSubLoop(BasicBlock *BB) {
139       assert(CurLoop->contains(BB) && "Only valid if BB is IN the loop");
140       for (Loop::iterator I = CurLoop->begin(), E = CurLoop->end(); I != E; ++I)
141         if ((*I)->contains(BB))
142           return true;  // A subloop actually contains this block!
143       return false;
144     }
145
146     /// isExitBlockDominatedByBlockInLoop - This method checks to see if the
147     /// specified exit block of the loop is dominated by the specified block
148     /// that is in the body of the loop.  We use these constraints to
149     /// dramatically limit the amount of the dominator tree that needs to be
150     /// searched.
151     bool isExitBlockDominatedByBlockInLoop(BasicBlock *ExitBlock,
152                                            BasicBlock *BlockInLoop) const {
153       // If the block in the loop is the loop header, it must be dominated!
154       BasicBlock *LoopHeader = CurLoop->getHeader();
155       if (BlockInLoop == LoopHeader)
156         return true;
157
158       DomTreeNode *BlockInLoopNode = DT->getNode(BlockInLoop);
159       DomTreeNode *IDom            = DT->getNode(ExitBlock);
160
161       // Because the exit block is not in the loop, we know we have to get _at
162       // least_ its immediate dominator.
163       do {
164         // Get next Immediate Dominator.
165         IDom = IDom->getIDom();
166
167         // If we have got to the header of the loop, then the instructions block
168         // did not dominate the exit node, so we can't hoist it.
169         if (IDom->getBlock() == LoopHeader)
170           return false;
171
172       } while (IDom != BlockInLoopNode);
173
174       return true;
175     }
176
177     /// sink - When an instruction is found to only be used outside of the loop,
178     /// this function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as
179     /// needed.
180     ///
181     void sink(Instruction &I);
182
183     /// hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
184     /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
185     ///
186     void hoist(Instruction &I);
187
188     /// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it
189     /// is not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
190     /// guaranteed to execute.
191     ///
192     bool isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &I);
193
194     /// pointerInvalidatedByLoop - Return true if the body of this loop may
195     /// store into the memory location pointed to by V.
196     ///
197     bool pointerInvalidatedByLoop(Value *V, unsigned Size) {
198       // Check to see if any of the basic blocks in CurLoop invalidate *V.
199       return CurAST->getAliasSetForPointer(V, Size).isMod();
200     }
201
202     bool canSinkOrHoistInst(Instruction &I);
203     bool isLoopInvariantInst(Instruction &I);
204     bool isNotUsedInLoop(Instruction &I);
205
206     /// PromoteValuesInLoop - Look at the stores in the loop and promote as many
207     /// to scalars as we can.
208     ///
209     void PromoteValuesInLoop();
210
211     /// FindPromotableValuesInLoop - Check the current loop for stores to
212     /// definite pointers, which are not loaded and stored through may aliases.
213     /// If these are found, create an alloca for the value, add it to the
214     /// PromotedValues list, and keep track of the mapping from value to
215     /// alloca...
216     ///
217     void FindPromotableValuesInLoop(
218                    std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > &PromotedValues,
219                                     std::map<Value*, AllocaInst*> &Val2AlMap);
220   };
221 }
222
223 char LICM::ID = 0;
224 static RegisterPass<LICM> X("licm", "Loop Invariant Code Motion");
225
226 Pass *llvm::createLICMPass() { return new LICM(); }
227
228 /// Hoist expressions out of the specified loop. Note, alias info for inner
229 /// loop is not preserved so it is not a good idea to run LICM multiple 
230 /// times on one loop.
231 ///
232 bool LICM::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
233   Changed = false;
234
235   // Get our Loop and Alias Analysis information...
236   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
237   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
238   DF = &getAnalysis<DominanceFrontier>();
239   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
240
241   CurAST = new AliasSetTracker(*AA);
242   // Collect Alias info from subloops
243   for (Loop::iterator LoopItr = L->begin(), LoopItrE = L->end();
244        LoopItr != LoopItrE; ++LoopItr) {
245     Loop *InnerL = *LoopItr;
246     AliasSetTracker *InnerAST = LoopToAliasMap[InnerL];
247     assert (InnerAST && "Where is my AST?");
248
249     // What if InnerLoop was modified by other passes ?
250     CurAST->add(*InnerAST);
251   }
252   
253   CurLoop = L;
254
255   // Get the preheader block to move instructions into...
256   Preheader = L->getLoopPreheader();
257
258   // Loop over the body of this loop, looking for calls, invokes, and stores.
259   // Because subloops have already been incorporated into AST, we skip blocks in
260   // subloops.
261   //
262   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
263        I != E; ++I) {
264     BasicBlock *BB = *I;
265     if (LI->getLoopFor(BB) == L)        // Ignore blocks in subloops...
266       CurAST->add(*BB);                 // Incorporate the specified basic block
267   }
268
269   // We want to visit all of the instructions in this loop... that are not parts
270   // of our subloops (they have already had their invariants hoisted out of
271   // their loop, into this loop, so there is no need to process the BODIES of
272   // the subloops).
273   //
274   // Traverse the body of the loop in depth first order on the dominator tree so
275   // that we are guaranteed to see definitions before we see uses.  This allows
276   // us to sink instructions in one pass, without iteration.  After sinking
277   // instructions, we perform another pass to hoist them out of the loop.
278   //
279   if (L->hasDedicatedExits())
280     SinkRegion(DT->getNode(L->getHeader()));
281   if (Preheader)
282     HoistRegion(DT->getNode(L->getHeader()));
283
284   // Now that all loop invariants have been removed from the loop, promote any
285   // memory references to scalars that we can...
286   if (!DisablePromotion && Preheader && L->hasDedicatedExits())
287     PromoteValuesInLoop();
288
289   // Clear out loops state information for the next iteration
290   CurLoop = 0;
291   Preheader = 0;
292
293   LoopToAliasMap[L] = CurAST;
294   return Changed;
295 }
296
297 /// SinkRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
298 /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in
299 /// reverse depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit
300 /// uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one pass without
301 /// iteration.
302 ///
303 void LICM::SinkRegion(DomTreeNode *N) {
304   assert(N != 0 && "Null dominator tree node?");
305   BasicBlock *BB = N->getBlock();
306
307   // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
308   if (!CurLoop->contains(BB)) return;
309
310   // We are processing blocks in reverse dfo, so process children first...
311   const std::vector<DomTreeNode*> &Children = N->getChildren();
312   for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
313     SinkRegion(Children[i]);
314
315   // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
316   // subloop (which would already have been processed).
317   if (inSubLoop(BB)) return;
318
319   for (BasicBlock::iterator II = BB->end(); II != BB->begin(); ) {
320     Instruction &I = *--II;
321
322     // Check to see if we can sink this instruction to the exit blocks
323     // of the loop.  We can do this if the all users of the instruction are
324     // outside of the loop.  In this case, it doesn't even matter if the
325     // operands of the instruction are loop invariant.
326     //
327     if (isNotUsedInLoop(I) && canSinkOrHoistInst(I)) {
328       ++II;
329       sink(I);
330     }
331   }
332 }
333
334 /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
335 /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in depth
336 /// first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit definitions
337 /// before uses, allowing us to hoist a loop body in one pass without iteration.
338 ///
339 void LICM::HoistRegion(DomTreeNode *N) {
340   assert(N != 0 && "Null dominator tree node?");
341   BasicBlock *BB = N->getBlock();
342
343   // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
344   if (!CurLoop->contains(BB)) return;
345
346   // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
347   // subloop (which would already have been processed).
348   if (!inSubLoop(BB))
349     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = BB->end(); II != E; ) {
350       Instruction &I = *II++;
351
352       // Try hoisting the instruction out to the preheader.  We can only do this
353       // if all of the operands of the instruction are loop invariant and if it
354       // is safe to hoist the instruction.
355       //
356       if (isLoopInvariantInst(I) && canSinkOrHoistInst(I) &&
357           isSafeToExecuteUnconditionally(I))
358         hoist(I);
359       }
360
361   const std::vector<DomTreeNode*> &Children = N->getChildren();
362   for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
363     HoistRegion(Children[i]);
364 }
365
366 /// canSinkOrHoistInst - Return true if the hoister and sinker can handle this
367 /// instruction.
368 ///
369 bool LICM::canSinkOrHoistInst(Instruction &I) {
370   // Loads have extra constraints we have to verify before we can hoist them.
371   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I)) {
372     if (LI->isVolatile())
373       return false;        // Don't hoist volatile loads!
374
375     // Loads from constant memory are always safe to move, even if they end up
376     // in the same alias set as something that ends up being modified.
377     if (AA->pointsToConstantMemory(LI->getOperand(0)))
378       return true;
379     
380     // Don't hoist loads which have may-aliased stores in loop.
381     unsigned Size = 0;
382     if (LI->getType()->isSized())
383       Size = AA->getTypeStoreSize(LI->getType());
384     return !pointerInvalidatedByLoop(LI->getOperand(0), Size);
385   } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&I)) {
386     if (isa<DbgStopPointInst>(CI)) {
387       // Don't hoist/sink dbgstoppoints, we handle them separately
388       return false;
389     }
390     // Handle obvious cases efficiently.
391     AliasAnalysis::ModRefBehavior Behavior = AA->getModRefBehavior(CI);
392     if (Behavior == AliasAnalysis::DoesNotAccessMemory)
393       return true;
394     else if (Behavior == AliasAnalysis::OnlyReadsMemory) {
395       // If this call only reads from memory and there are no writes to memory
396       // in the loop, we can hoist or sink the call as appropriate.
397       bool FoundMod = false;
398       for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
399            I != E; ++I) {
400         AliasSet &AS = *I;
401         if (!AS.isForwardingAliasSet() && AS.isMod()) {
402           FoundMod = true;
403           break;
404         }
405       }
406       if (!FoundMod) return true;
407     }
408
409     // FIXME: This should use mod/ref information to see if we can hoist or sink
410     // the call.
411
412     return false;
413   }
414
415   // Otherwise these instructions are hoistable/sinkable
416   return isa<BinaryOperator>(I) || isa<CastInst>(I) ||
417          isa<SelectInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
418          isa<InsertElementInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
419          isa<ShuffleVectorInst>(I);
420 }
421
422 /// isNotUsedInLoop - Return true if the only users of this instruction are
423 /// outside of the loop.  If this is true, we can sink the instruction to the
424 /// exit blocks of the loop.
425 ///
426 bool LICM::isNotUsedInLoop(Instruction &I) {
427   for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), E = I.use_end(); UI != E; ++UI) {
428     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
429     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
430       // PHI node uses occur in predecessor blocks!
431       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
432         if (PN->getIncomingValue(i) == &I)
433           if (CurLoop->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
434             return false;
435     } else if (CurLoop->contains(User->getParent())) {
436       return false;
437     }
438   }
439   return true;
440 }
441
442
443 /// isLoopInvariantInst - Return true if all operands of this instruction are
444 /// loop invariant.  We also filter out non-hoistable instructions here just for
445 /// efficiency.
446 ///
447 bool LICM::isLoopInvariantInst(Instruction &I) {
448   // The instruction is loop invariant if all of its operands are loop-invariant
449   for (unsigned i = 0, e = I.getNumOperands(); i != e; ++i)
450     if (!CurLoop->isLoopInvariant(I.getOperand(i)))
451       return false;
452
453   // If we got this far, the instruction is loop invariant!
454   return true;
455 }
456
457 /// sink - When an instruction is found to only be used outside of the loop,
458 /// this function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as needed.
459 /// This method is guaranteed to remove the original instruction from its
460 /// position, and may either delete it or move it to outside of the loop.
461 ///
462 void LICM::sink(Instruction &I) {
463   DEBUG(errs() << "LICM sinking instruction: " << I);
464
465   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
466   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
467
468   if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
469   else if (isa<CallInst>(I)) ++NumMovedCalls;
470   ++NumSunk;
471   Changed = true;
472
473   // The case where there is only a single exit node of this loop is common
474   // enough that we handle it as a special (more efficient) case.  It is more
475   // efficient to handle because there are no PHI nodes that need to be placed.
476   if (ExitBlocks.size() == 1) {
477     if (!isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlocks[0], I.getParent())) {
478       // Instruction is not used, just delete it.
479       CurAST->deleteValue(&I);
480       // If I has users in unreachable blocks, eliminate.
481       // If I is not void type then replaceAllUsesWith undef.
482       // This allows ValueHandlers and custom metadata to adjust itself.
483       if (!I.getType()->isVoidTy())
484         I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
485       I.eraseFromParent();
486     } else {
487       // Move the instruction to the start of the exit block, after any PHI
488       // nodes in it.
489       I.removeFromParent();
490       BasicBlock::iterator InsertPt = ExitBlocks[0]->getFirstNonPHI();
491       ExitBlocks[0]->getInstList().insert(InsertPt, &I);
492     }
493   } else if (ExitBlocks.empty()) {
494     // The instruction is actually dead if there ARE NO exit blocks.
495     CurAST->deleteValue(&I);
496     // If I has users in unreachable blocks, eliminate.
497     // If I is not void type then replaceAllUsesWith undef.
498     // This allows ValueHandlers and custom metadata to adjust itself.
499     if (!I.getType()->isVoidTy())
500       I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
501     I.eraseFromParent();
502   } else {
503     // Otherwise, if we have multiple exits, use the PromoteMem2Reg function to
504     // do all of the hard work of inserting PHI nodes as necessary.  We convert
505     // the value into a stack object to get it to do this.
506
507     // Firstly, we create a stack object to hold the value...
508     AllocaInst *AI = 0;
509
510     if (!I.getType()->isVoidTy()) {
511       AI = new AllocaInst(I.getType(), 0, I.getName(),
512                           I.getParent()->getParent()->getEntryBlock().begin());
513       CurAST->add(AI);
514     }
515
516     // Secondly, insert load instructions for each use of the instruction
517     // outside of the loop.
518     while (!I.use_empty()) {
519       Instruction *U = cast<Instruction>(I.use_back());
520
521       // If the user is a PHI Node, we actually have to insert load instructions
522       // in all predecessor blocks, not in the PHI block itself!
523       if (PHINode *UPN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
524         // Only insert into each predecessor once, so that we don't have
525         // different incoming values from the same block!
526         std::map<BasicBlock*, Value*> InsertedBlocks;
527         for (unsigned i = 0, e = UPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
528           if (UPN->getIncomingValue(i) == &I) {
529             BasicBlock *Pred = UPN->getIncomingBlock(i);
530             Value *&PredVal = InsertedBlocks[Pred];
531             if (!PredVal) {
532               // Insert a new load instruction right before the terminator in
533               // the predecessor block.
534               PredVal = new LoadInst(AI, "", Pred->getTerminator());
535               CurAST->add(cast<LoadInst>(PredVal));
536             }
537
538             UPN->setIncomingValue(i, PredVal);
539           }
540
541       } else {
542         LoadInst *L = new LoadInst(AI, "", U);
543         U->replaceUsesOfWith(&I, L);
544         CurAST->add(L);
545       }
546     }
547
548     // Thirdly, insert a copy of the instruction in each exit block of the loop
549     // that is dominated by the instruction, storing the result into the memory
550     // location.  Be careful not to insert the instruction into any particular
551     // basic block more than once.
552     std::set<BasicBlock*> InsertedBlocks;
553     BasicBlock *InstOrigBB = I.getParent();
554
555     for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
556       BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[i];
557
558       if (isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlock, InstOrigBB)) {
559         // If we haven't already processed this exit block, do so now.
560         if (InsertedBlocks.insert(ExitBlock).second) {
561           // Insert the code after the last PHI node...
562           BasicBlock::iterator InsertPt = ExitBlock->getFirstNonPHI();
563
564           // If this is the first exit block processed, just move the original
565           // instruction, otherwise clone the original instruction and insert
566           // the copy.
567           Instruction *New;
568           if (InsertedBlocks.size() == 1) {
569             I.removeFromParent();
570             ExitBlock->getInstList().insert(InsertPt, &I);
571             New = &I;
572           } else {
573             New = I.clone();
574             CurAST->copyValue(&I, New);
575             if (!I.getName().empty())
576               New->setName(I.getName()+".le");
577             ExitBlock->getInstList().insert(InsertPt, New);
578           }
579
580           // Now that we have inserted the instruction, store it into the alloca
581           if (AI) new StoreInst(New, AI, InsertPt);
582         }
583       }
584     }
585
586     // If the instruction doesn't dominate any exit blocks, it must be dead.
587     if (InsertedBlocks.empty()) {
588       CurAST->deleteValue(&I);
589       I.eraseFromParent();
590     }
591
592     // Finally, promote the fine value to SSA form.
593     if (AI) {
594       std::vector<AllocaInst*> Allocas;
595       Allocas.push_back(AI);
596       PromoteMemToReg(Allocas, *DT, *DF, CurAST);
597     }
598   }
599 }
600
601 /// hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
602 /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
603 ///
604 void LICM::hoist(Instruction &I) {
605   DEBUG(errs() << "LICM hoisting to " << Preheader->getName() << ": "
606         << I << "\n");
607
608   // Remove the instruction from its current basic block... but don't delete the
609   // instruction.
610   I.removeFromParent();
611
612   // Insert the new node in Preheader, before the terminator.
613   Preheader->getInstList().insert(Preheader->getTerminator(), &I);
614
615   if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
616   else if (isa<CallInst>(I)) ++NumMovedCalls;
617   ++NumHoisted;
618   Changed = true;
619 }
620
621 /// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it is
622 /// not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
623 /// guaranteed to execute.
624 ///
625 bool LICM::isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &Inst) {
626   // If it is not a trapping instruction, it is always safe to hoist.
627   if (Inst.isSafeToSpeculativelyExecute())
628     return true;
629
630   // Otherwise we have to check to make sure that the instruction dominates all
631   // of the exit blocks.  If it doesn't, then there is a path out of the loop
632   // which does not execute this instruction, so we can't hoist it.
633
634   // If the instruction is in the header block for the loop (which is very
635   // common), it is always guaranteed to dominate the exit blocks.  Since this
636   // is a common case, and can save some work, check it now.
637   if (Inst.getParent() == CurLoop->getHeader())
638     return true;
639
640   // Get the exit blocks for the current loop.
641   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
642   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
643
644   // For each exit block, get the DT node and walk up the DT until the
645   // instruction's basic block is found or we exit the loop.
646   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
647     if (!isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlocks[i], Inst.getParent()))
648       return false;
649
650   return true;
651 }
652
653
654 /// PromoteValuesInLoop - Try to promote memory values to scalars by sinking
655 /// stores out of the loop and moving loads to before the loop.  We do this by
656 /// looping over the stores in the loop, looking for stores to Must pointers
657 /// which are loop invariant.  We promote these memory locations to use allocas
658 /// instead.  These allocas can easily be raised to register values by the
659 /// PromoteMem2Reg functionality.
660 ///
661 void LICM::PromoteValuesInLoop() {
662   // PromotedValues - List of values that are promoted out of the loop.  Each
663   // value has an alloca instruction for it, and a canonical version of the
664   // pointer.
665   std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > PromotedValues;
666   std::map<Value*, AllocaInst*> ValueToAllocaMap; // Map of ptr to alloca
667
668   FindPromotableValuesInLoop(PromotedValues, ValueToAllocaMap);
669   if (ValueToAllocaMap.empty()) return;   // If there are values to promote.
670
671   Changed = true;
672   NumPromoted += PromotedValues.size();
673
674   std::vector<Value*> PointerValueNumbers;
675
676   // Emit a copy from the value into the alloca'd value in the loop preheader
677   TerminatorInst *LoopPredInst = Preheader->getTerminator();
678   for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i) {
679     Value *Ptr = PromotedValues[i].second;
680
681     // If we are promoting a pointer value, update alias information for the
682     // inserted load.
683     Value *LoadValue = 0;
684     if (isa<PointerType>(cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType())) {
685       // Locate a load or store through the pointer, and assign the same value
686       // to LI as we are loading or storing.  Since we know that the value is
687       // stored in this loop, this will always succeed.
688       for (Value::use_iterator UI = Ptr->use_begin(), E = Ptr->use_end();
689            UI != E; ++UI)
690         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
691           LoadValue = LI;
692           break;
693         } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(*UI)) {
694           if (SI->getOperand(1) == Ptr) {
695             LoadValue = SI->getOperand(0);
696             break;
697           }
698         }
699       assert(LoadValue && "No store through the pointer found!");
700       PointerValueNumbers.push_back(LoadValue);  // Remember this for later.
701     }
702
703     // Load from the memory we are promoting.
704     LoadInst *LI = new LoadInst(Ptr, Ptr->getName()+".promoted", LoopPredInst);
705
706     if (LoadValue) CurAST->copyValue(LoadValue, LI);
707
708     // Store into the temporary alloca.
709     new StoreInst(LI, PromotedValues[i].first, LoopPredInst);
710   }
711
712   // Scan the basic blocks in the loop, replacing uses of our pointers with
713   // uses of the allocas in question.
714   //
715   for (Loop::block_iterator I = CurLoop->block_begin(),
716          E = CurLoop->block_end(); I != E; ++I) {
717     BasicBlock *BB = *I;
718     // Rewrite all loads and stores in the block of the pointer...
719     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = BB->end(); II != E; ++II) {
720       if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(II)) {
721         std::map<Value*, AllocaInst*>::iterator
722           I = ValueToAllocaMap.find(L->getOperand(0));
723         if (I != ValueToAllocaMap.end())
724           L->setOperand(0, I->second);    // Rewrite load instruction...
725       } else if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(II)) {
726         std::map<Value*, AllocaInst*>::iterator
727           I = ValueToAllocaMap.find(S->getOperand(1));
728         if (I != ValueToAllocaMap.end())
729           S->setOperand(1, I->second);    // Rewrite store instruction...
730       }
731     }
732   }
733
734   // Now that the body of the loop uses the allocas instead of the original
735   // memory locations, insert code to copy the alloca value back into the
736   // original memory location on all exits from the loop.  Note that we only
737   // want to insert one copy of the code in each exit block, though the loop may
738   // exit to the same block more than once.
739   //
740   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> ProcessedBlocks;
741
742   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
743   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
744   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
745     if (!ProcessedBlocks.insert(ExitBlocks[i]))
746       continue;
747   
748     // Copy all of the allocas into their memory locations.
749     BasicBlock::iterator BI = ExitBlocks[i]->getFirstNonPHI();
750     Instruction *InsertPos = BI;
751     unsigned PVN = 0;
752     for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i) {
753       // Load from the alloca.
754       LoadInst *LI = new LoadInst(PromotedValues[i].first, "", InsertPos);
755
756       // If this is a pointer type, update alias info appropriately.
757       if (isa<PointerType>(LI->getType()))
758         CurAST->copyValue(PointerValueNumbers[PVN++], LI);
759
760       // Store into the memory we promoted.
761       new StoreInst(LI, PromotedValues[i].second, InsertPos);
762     }
763   }
764
765   // Now that we have done the deed, use the mem2reg functionality to promote
766   // all of the new allocas we just created into real SSA registers.
767   //
768   std::vector<AllocaInst*> PromotedAllocas;
769   PromotedAllocas.reserve(PromotedValues.size());
770   for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i)
771     PromotedAllocas.push_back(PromotedValues[i].first);
772   PromoteMemToReg(PromotedAllocas, *DT, *DF, CurAST);
773 }
774
775 /// FindPromotableValuesInLoop - Check the current loop for stores to definite
776 /// pointers, which are not loaded and stored through may aliases and are safe
777 /// for promotion.  If these are found, create an alloca for the value, add it 
778 /// to the PromotedValues list, and keep track of the mapping from value to 
779 /// alloca. 
780 void LICM::FindPromotableValuesInLoop(
781                    std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > &PromotedValues,
782                              std::map<Value*, AllocaInst*> &ValueToAllocaMap) {
783   Instruction *FnStart = CurLoop->getHeader()->getParent()->begin()->begin();
784
785   // Loop over all of the alias sets in the tracker object.
786   for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
787        I != E; ++I) {
788     AliasSet &AS = *I;
789     // We can promote this alias set if it has a store, if it is a "Must" alias
790     // set, if the pointer is loop invariant, and if we are not eliminating any
791     // volatile loads or stores.
792     if (AS.isForwardingAliasSet() || !AS.isMod() || !AS.isMustAlias() ||
793         AS.isVolatile() || !CurLoop->isLoopInvariant(AS.begin()->getValue()))
794       continue;
795     
796     assert(!AS.empty() &&
797            "Must alias set should have at least one pointer element in it!");
798     Value *V = AS.begin()->getValue();
799
800     // Check that all of the pointers in the alias set have the same type.  We
801     // cannot (yet) promote a memory location that is loaded and stored in
802     // different sizes.
803     {
804       bool PointerOk = true;
805       for (AliasSet::iterator I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
806         if (V->getType() != I->getValue()->getType()) {
807           PointerOk = false;
808           break;
809         }
810       if (!PointerOk)
811         continue;
812     }
813
814     // It isn't safe to promote a load/store from the loop if the load/store is
815     // conditional.  For example, turning:
816     //
817     //    for () { if (c) *P += 1; }
818     //
819     // into:
820     //
821     //    tmp = *P;  for () { if (c) tmp +=1; } *P = tmp;
822     //
823     // is not safe, because *P may only be valid to access if 'c' is true.
824     // 
825     // It is safe to promote P if all uses are direct load/stores and if at
826     // least one is guaranteed to be executed.
827     bool GuaranteedToExecute = false;
828     bool InvalidInst = false;
829     for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
830          UI != UE; ++UI) {
831       // Ignore instructions not in this loop.
832       Instruction *Use = dyn_cast<Instruction>(*UI);
833       if (!Use || !CurLoop->contains(Use->getParent()))
834         continue;
835
836       if (!isa<LoadInst>(Use) && !isa<StoreInst>(Use)) {
837         InvalidInst = true;
838         break;
839       }
840       
841       if (!GuaranteedToExecute)
842         GuaranteedToExecute = isSafeToExecuteUnconditionally(*Use);
843     }
844
845     // If there is an non-load/store instruction in the loop, we can't promote
846     // it.  If there isn't a guaranteed-to-execute instruction, we can't
847     // promote.
848     if (InvalidInst || !GuaranteedToExecute)
849       continue;
850     
851     const Type *Ty = cast<PointerType>(V->getType())->getElementType();
852     AllocaInst *AI = new AllocaInst(Ty, 0, V->getName()+".tmp", FnStart);
853     PromotedValues.push_back(std::make_pair(AI, V));
854
855     // Update the AST and alias analysis.
856     CurAST->copyValue(V, AI);
857
858     for (AliasSet::iterator I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
859       ValueToAllocaMap.insert(std::make_pair(I->getValue(), AI));
860
861     DEBUG(errs() << "LICM: Promoting value: " << *V << "\n");
862   }
863 }
864
865 /// cloneBasicBlockAnalysis - Simple Analysis hook. Clone alias set info.
866 void LICM::cloneBasicBlockAnalysis(BasicBlock *From, BasicBlock *To, Loop *L) {
867   AliasSetTracker *AST = LoopToAliasMap[L];
868   if (!AST)
869     return;
870
871   AST->copyValue(From, To);
872 }
873
874 /// deleteAnalysisValue - Simple Analysis hook. Delete value V from alias
875 /// set.
876 void LICM::deleteAnalysisValue(Value *V, Loop *L) {
877   AliasSetTracker *AST = LoopToAliasMap[L];
878   if (!AST)
879     return;
880
881   AST->deleteValue(V);
882 }