65d8c6bc302724ff218cb404274e1c413aa1d7ad
[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 SSAUpdater to construct the appropriate SSA form for the value.
30 //
31 //===----------------------------------------------------------------------===//
32
33 #define DEBUG_TYPE "licm"
34 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
35 #include "llvm/Constants.h"
36 #include "llvm/DerivedTypes.h"
37 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
38 #include "llvm/Instructions.h"
39 #include "llvm/LLVMContext.h"
40 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
41 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
42 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
43 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
44 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
45 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
46 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
47 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
48 #include "llvm/Target/TargetData.h"
49 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
50 #include "llvm/Support/CFG.h"
51 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
52 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
53 #include "llvm/Support/Debug.h"
54 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
55 #include <algorithm>
56 using namespace llvm;
57
58 STATISTIC(NumSunk      , "Number of instructions sunk out of loop");
59 STATISTIC(NumHoisted   , "Number of instructions hoisted out of loop");
60 STATISTIC(NumMovedLoads, "Number of load insts hoisted or sunk");
61 STATISTIC(NumMovedCalls, "Number of call insts hoisted or sunk");
62 STATISTIC(NumPromoted  , "Number of memory locations promoted to registers");
63
64 static cl::opt<bool>
65 DisablePromotion("disable-licm-promotion", cl::Hidden,
66                  cl::desc("Disable memory promotion in LICM pass"));
67
68 namespace {
69   struct LICM : public LoopPass {
70     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
71     LICM() : LoopPass(ID) {
72       initializeLICMPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
73     }
74
75     virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
76
77     /// This transformation requires natural loop information & requires that
78     /// loop preheaders be inserted into the CFG...
79     ///
80     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
81       AU.setPreservesCFG();
82       AU.addRequired<DominatorTree>();
83       AU.addRequired<LoopInfo>();
84       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
85       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
86       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
87       AU.addPreserved("scalar-evolution");
88       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
89       AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
90     }
91
92     bool doFinalization() {
93       assert(LoopToAliasSetMap.empty() && "Didn't free loop alias sets");
94       return false;
95     }
96
97   private:
98     AliasAnalysis *AA;       // Current AliasAnalysis information
99     LoopInfo      *LI;       // Current LoopInfo
100     DominatorTree *DT;       // Dominator Tree for the current Loop.
101
102     TargetData *TD;          // TargetData for constant folding.
103     TargetLibraryInfo *TLI;  // TargetLibraryInfo for constant folding.
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     DenseMap<Loop*, AliasSetTracker*> LoopToAliasSetMap;
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       return LI->getLoopFor(BB) != CurLoop;
141     }
142
143     /// sink - When an instruction is found to only be used outside of the loop,
144     /// this function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as
145     /// needed.
146     ///
147     void sink(Instruction &I);
148
149     /// hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
150     /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
151     ///
152     void hoist(Instruction &I);
153
154     /// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it
155     /// is not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
156     /// guaranteed to execute.
157     ///
158     bool isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &I);
159
160     /// isGuaranteedToExecute - Check that the instruction is guaranteed to
161     /// execute.
162     ///
163     bool isGuaranteedToExecute(Instruction &I);
164
165     /// pointerInvalidatedByLoop - Return true if the body of this loop may
166     /// store into the memory location pointed to by V.
167     ///
168     bool pointerInvalidatedByLoop(Value *V, uint64_t Size,
169                                   const MDNode *TBAAInfo) {
170       // Check to see if any of the basic blocks in CurLoop invalidate *V.
171       return CurAST->getAliasSetForPointer(V, Size, TBAAInfo).isMod();
172     }
173
174     bool canSinkOrHoistInst(Instruction &I);
175     bool isNotUsedInLoop(Instruction &I);
176
177     void PromoteAliasSet(AliasSet &AS);
178   };
179 }
180
181 char LICM::ID = 0;
182 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LICM, "licm", "Loop Invariant Code Motion", false, false)
183 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
184 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
185 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
186 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
187 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
188 INITIALIZE_PASS_END(LICM, "licm", "Loop Invariant Code Motion", false, false)
189
190 Pass *llvm::createLICMPass() { return new LICM(); }
191
192 /// Hoist expressions out of the specified loop. Note, alias info for inner
193 /// loop is not preserved so it is not a good idea to run LICM multiple
194 /// times on one loop.
195 ///
196 bool LICM::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
197   Changed = false;
198
199   // Get our Loop and Alias Analysis information...
200   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
201   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
202   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
203
204   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
205   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
206
207   CurAST = new AliasSetTracker(*AA);
208   // Collect Alias info from subloops.
209   for (Loop::iterator LoopItr = L->begin(), LoopItrE = L->end();
210        LoopItr != LoopItrE; ++LoopItr) {
211     Loop *InnerL = *LoopItr;
212     AliasSetTracker *InnerAST = LoopToAliasSetMap[InnerL];
213     assert(InnerAST && "Where is my AST?");
214
215     // What if InnerLoop was modified by other passes ?
216     CurAST->add(*InnerAST);
217
218     // Once we've incorporated the inner loop's AST into ours, we don't need the
219     // subloop's anymore.
220     delete InnerAST;
221     LoopToAliasSetMap.erase(InnerL);
222   }
223
224   CurLoop = L;
225
226   // Get the preheader block to move instructions into...
227   Preheader = L->getLoopPreheader();
228
229   // Loop over the body of this loop, looking for calls, invokes, and stores.
230   // Because subloops have already been incorporated into AST, we skip blocks in
231   // subloops.
232   //
233   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
234        I != E; ++I) {
235     BasicBlock *BB = *I;
236     if (LI->getLoopFor(BB) == L)        // Ignore blocks in subloops.
237       CurAST->add(*BB);                 // Incorporate the specified basic block
238   }
239
240   // We want to visit all of the instructions in this loop... that are not parts
241   // of our subloops (they have already had their invariants hoisted out of
242   // their loop, into this loop, so there is no need to process the BODIES of
243   // the subloops).
244   //
245   // Traverse the body of the loop in depth first order on the dominator tree so
246   // that we are guaranteed to see definitions before we see uses.  This allows
247   // us to sink instructions in one pass, without iteration.  After sinking
248   // instructions, we perform another pass to hoist them out of the loop.
249   //
250   if (L->hasDedicatedExits())
251     SinkRegion(DT->getNode(L->getHeader()));
252   if (Preheader)
253     HoistRegion(DT->getNode(L->getHeader()));
254
255   // Now that all loop invariants have been removed from the loop, promote any
256   // memory references to scalars that we can.
257   if (!DisablePromotion && Preheader && L->hasDedicatedExits()) {
258     // Loop over all of the alias sets in the tracker object.
259     for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
260          I != E; ++I)
261       PromoteAliasSet(*I);
262   }
263
264   // Clear out loops state information for the next iteration
265   CurLoop = 0;
266   Preheader = 0;
267
268   // If this loop is nested inside of another one, save the alias information
269   // for when we process the outer loop.
270   if (L->getParentLoop())
271     LoopToAliasSetMap[L] = CurAST;
272   else
273     delete CurAST;
274   return Changed;
275 }
276
277 /// SinkRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
278 /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in
279 /// reverse depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit
280 /// uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one pass without
281 /// iteration.
282 ///
283 void LICM::SinkRegion(DomTreeNode *N) {
284   assert(N != 0 && "Null dominator tree node?");
285   BasicBlock *BB = N->getBlock();
286
287   // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
288   if (!CurLoop->contains(BB)) return;
289
290   // We are processing blocks in reverse dfo, so process children first.
291   const std::vector<DomTreeNode*> &Children = N->getChildren();
292   for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
293     SinkRegion(Children[i]);
294
295   // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
296   // subloop (which would already have been processed).
297   if (inSubLoop(BB)) return;
298
299   for (BasicBlock::iterator II = BB->end(); II != BB->begin(); ) {
300     Instruction &I = *--II;
301
302     // If the instruction is dead, we would try to sink it because it isn't used
303     // in the loop, instead, just delete it.
304     if (isInstructionTriviallyDead(&I)) {
305       DEBUG(dbgs() << "LICM deleting dead inst: " << I << '\n');
306       ++II;
307       CurAST->deleteValue(&I);
308       I.eraseFromParent();
309       Changed = true;
310       continue;
311     }
312
313     // Check to see if we can sink this instruction to the exit blocks
314     // of the loop.  We can do this if the all users of the instruction are
315     // outside of the loop.  In this case, it doesn't even matter if the
316     // operands of the instruction are loop invariant.
317     //
318     if (isNotUsedInLoop(I) && canSinkOrHoistInst(I)) {
319       ++II;
320       sink(I);
321     }
322   }
323 }
324
325 /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
326 /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in depth
327 /// first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit definitions
328 /// before uses, allowing us to hoist a loop body in one pass without iteration.
329 ///
330 void LICM::HoistRegion(DomTreeNode *N) {
331   assert(N != 0 && "Null dominator tree node?");
332   BasicBlock *BB = N->getBlock();
333
334   // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
335   if (!CurLoop->contains(BB)) return;
336
337   // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
338   // subloop (which would already have been processed).
339   if (!inSubLoop(BB))
340     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = BB->end(); II != E; ) {
341       Instruction &I = *II++;
342
343       // Try constant folding this instruction.  If all the operands are
344       // constants, it is technically hoistable, but it would be better to just
345       // fold it.
346       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(&I, TD, TLI)) {
347         DEBUG(dbgs() << "LICM folding inst: " << I << "  --> " << *C << '\n');
348         CurAST->copyValue(&I, C);
349         CurAST->deleteValue(&I);
350         I.replaceAllUsesWith(C);
351         I.eraseFromParent();
352         continue;
353       }
354
355       // Try hoisting the instruction out to the preheader.  We can only do this
356       // if all of the operands of the instruction are loop invariant and if it
357       // is safe to hoist the instruction.
358       //
359       if (CurLoop->hasLoopInvariantOperands(&I) && canSinkOrHoistInst(I) &&
360           isSafeToExecuteUnconditionally(I))
361         hoist(I);
362     }
363
364   const std::vector<DomTreeNode*> &Children = N->getChildren();
365   for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
366     HoistRegion(Children[i]);
367 }
368
369 /// canSinkOrHoistInst - Return true if the hoister and sinker can handle this
370 /// instruction.
371 ///
372 bool LICM::canSinkOrHoistInst(Instruction &I) {
373   // Loads have extra constraints we have to verify before we can hoist them.
374   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I)) {
375     if (!LI->isUnordered())
376       return false;        // Don't hoist volatile/atomic loads!
377
378     // Loads from constant memory are always safe to move, even if they end up
379     // in the same alias set as something that ends up being modified.
380     if (AA->pointsToConstantMemory(LI->getOperand(0)))
381       return true;
382     if (LI->getMetadata("invariant.load"))
383       return true;
384
385     // Don't hoist loads which have may-aliased stores in loop.
386     uint64_t Size = 0;
387     if (LI->getType()->isSized())
388       Size = AA->getTypeStoreSize(LI->getType());
389     return !pointerInvalidatedByLoop(LI->getOperand(0), Size,
390                                      LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa));
391   } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&I)) {
392     // Don't sink or hoist dbg info; it's legal, but not useful.
393     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
394       return false;
395
396     // Handle simple cases by querying alias analysis.
397     AliasAnalysis::ModRefBehavior Behavior = AA->getModRefBehavior(CI);
398     if (Behavior == AliasAnalysis::DoesNotAccessMemory)
399       return true;
400     if (AliasAnalysis::onlyReadsMemory(Behavior)) {
401       // If this call only reads from memory and there are no writes to memory
402       // in the loop, we can hoist or sink the call as appropriate.
403       bool FoundMod = false;
404       for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
405            I != E; ++I) {
406         AliasSet &AS = *I;
407         if (!AS.isForwardingAliasSet() && AS.isMod()) {
408           FoundMod = true;
409           break;
410         }
411       }
412       if (!FoundMod) return true;
413     }
414
415     // FIXME: This should use mod/ref information to see if we can hoist or sink
416     // the call.
417
418     return false;
419   }
420
421   // Otherwise these instructions are hoistable/sinkable
422   return isa<BinaryOperator>(I) || isa<CastInst>(I) ||
423          isa<SelectInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
424          isa<InsertElementInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
425          isa<ShuffleVectorInst>(I);
426 }
427
428 /// isNotUsedInLoop - Return true if the only users of this instruction are
429 /// outside of the loop.  If this is true, we can sink the instruction to the
430 /// exit blocks of the loop.
431 ///
432 bool LICM::isNotUsedInLoop(Instruction &I) {
433   for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), E = I.use_end(); UI != E; ++UI) {
434     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
435     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
436       // PHI node uses occur in predecessor blocks!
437       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
438         if (PN->getIncomingValue(i) == &I)
439           if (CurLoop->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
440             return false;
441     } else if (CurLoop->contains(User)) {
442       return false;
443     }
444   }
445   return true;
446 }
447
448
449 /// sink - When an instruction is found to only be used outside of the loop,
450 /// this function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as needed.
451 /// This method is guaranteed to remove the original instruction from its
452 /// position, and may either delete it or move it to outside of the loop.
453 ///
454 void LICM::sink(Instruction &I) {
455   DEBUG(dbgs() << "LICM sinking instruction: " << I << "\n");
456
457   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
458   CurLoop->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
459
460   if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
461   else if (isa<CallInst>(I)) ++NumMovedCalls;
462   ++NumSunk;
463   Changed = true;
464
465   // The case where there is only a single exit node of this loop is common
466   // enough that we handle it as a special (more efficient) case.  It is more
467   // efficient to handle because there are no PHI nodes that need to be placed.
468   if (ExitBlocks.size() == 1) {
469     if (!DT->dominates(I.getParent(), ExitBlocks[0])) {
470       // Instruction is not used, just delete it.
471       CurAST->deleteValue(&I);
472       // If I has users in unreachable blocks, eliminate.
473       // If I is not void type then replaceAllUsesWith undef.
474       // This allows ValueHandlers and custom metadata to adjust itself.
475       if (!I.use_empty())
476         I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
477       I.eraseFromParent();
478     } else {
479       // Move the instruction to the start of the exit block, after any PHI
480       // nodes in it.
481       I.moveBefore(ExitBlocks[0]->getFirstInsertionPt());
482
483       // This instruction is no longer in the AST for the current loop, because
484       // we just sunk it out of the loop.  If we just sunk it into an outer
485       // loop, we will rediscover the operation when we process it.
486       CurAST->deleteValue(&I);
487     }
488     return;
489   }
490
491   if (ExitBlocks.empty()) {
492     // The instruction is actually dead if there ARE NO exit blocks.
493     CurAST->deleteValue(&I);
494     // If I has users in unreachable blocks, eliminate.
495     // If I is not void type then replaceAllUsesWith undef.
496     // This allows ValueHandlers and custom metadata to adjust itself.
497     if (!I.use_empty())
498       I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
499     I.eraseFromParent();
500     return;
501   }
502
503   // Otherwise, if we have multiple exits, use the SSAUpdater to do all of the
504   // hard work of inserting PHI nodes as necessary.
505   SmallVector<PHINode*, 8> NewPHIs;
506   SSAUpdater SSA(&NewPHIs);
507
508   if (!I.use_empty())
509     SSA.Initialize(I.getType(), I.getName());
510
511   // Insert a copy of the instruction in each exit block of the loop that is
512   // dominated by the instruction.  Each exit block is known to only be in the
513   // ExitBlocks list once.
514   BasicBlock *InstOrigBB = I.getParent();
515   unsigned NumInserted = 0;
516
517   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
518     BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[i];
519
520     if (!DT->dominates(InstOrigBB, ExitBlock))
521       continue;
522
523     // Insert the code after the last PHI node.
524     BasicBlock::iterator InsertPt = ExitBlock->getFirstInsertionPt();
525
526     // If this is the first exit block processed, just move the original
527     // instruction, otherwise clone the original instruction and insert
528     // the copy.
529     Instruction *New;
530     if (NumInserted++ == 0) {
531       I.moveBefore(InsertPt);
532       New = &I;
533     } else {
534       New = I.clone();
535       if (!I.getName().empty())
536         New->setName(I.getName()+".le");
537       ExitBlock->getInstList().insert(InsertPt, New);
538     }
539
540     // Now that we have inserted the instruction, inform SSAUpdater.
541     if (!I.use_empty())
542       SSA.AddAvailableValue(ExitBlock, New);
543   }
544
545   // If the instruction doesn't dominate any exit blocks, it must be dead.
546   if (NumInserted == 0) {
547     CurAST->deleteValue(&I);
548     if (!I.use_empty())
549       I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
550     I.eraseFromParent();
551     return;
552   }
553
554   // Next, rewrite uses of the instruction, inserting PHI nodes as needed.
555   for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE; ) {
556     // Grab the use before incrementing the iterator.
557     Use &U = UI.getUse();
558     // Increment the iterator before removing the use from the list.
559     ++UI;
560     SSA.RewriteUseAfterInsertions(U);
561   }
562
563   // Update CurAST for NewPHIs if I had pointer type.
564   if (I.getType()->isPointerTy())
565     for (unsigned i = 0, e = NewPHIs.size(); i != e; ++i)
566       CurAST->copyValue(&I, NewPHIs[i]);
567
568   // Finally, remove the instruction from CurAST.  It is no longer in the loop.
569   CurAST->deleteValue(&I);
570 }
571
572 /// hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
573 /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
574 ///
575 void LICM::hoist(Instruction &I) {
576   DEBUG(dbgs() << "LICM hoisting to " << Preheader->getName() << ": "
577         << I << "\n");
578
579   // Move the new node to the Preheader, before its terminator.
580   I.moveBefore(Preheader->getTerminator());
581
582   if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
583   else if (isa<CallInst>(I)) ++NumMovedCalls;
584   ++NumHoisted;
585   Changed = true;
586 }
587
588 /// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it is
589 /// not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
590 /// guaranteed to execute.
591 ///
592 bool LICM::isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &Inst) {
593   // If it is not a trapping instruction, it is always safe to hoist.
594   if (Inst.isSafeToSpeculativelyExecute())
595     return true;
596
597   return isGuaranteedToExecute(Inst);
598 }
599
600 bool LICM::isGuaranteedToExecute(Instruction &Inst) {
601   // Otherwise we have to check to make sure that the instruction dominates all
602   // of the exit blocks.  If it doesn't, then there is a path out of the loop
603   // which does not execute this instruction, so we can't hoist it.
604
605   // If the instruction is in the header block for the loop (which is very
606   // common), it is always guaranteed to dominate the exit blocks.  Since this
607   // is a common case, and can save some work, check it now.
608   if (Inst.getParent() == CurLoop->getHeader())
609     return true;
610
611   // Get the exit blocks for the current loop.
612   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
613   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
614
615   // Verify that the block dominates each of the exit blocks of the loop.
616   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
617     if (!DT->dominates(Inst.getParent(), ExitBlocks[i]))
618       return false;
619
620   return true;
621 }
622
623 namespace {
624   class LoopPromoter : public LoadAndStorePromoter {
625     Value *SomePtr;  // Designated pointer to store to.
626     SmallPtrSet<Value*, 4> &PointerMustAliases;
627     SmallVectorImpl<BasicBlock*> &LoopExitBlocks;
628     AliasSetTracker &AST;
629     DebugLoc DL;
630     int Alignment;
631   public:
632     LoopPromoter(Value *SP,
633                  const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
634                  SmallPtrSet<Value*, 4> &PMA,
635                  SmallVectorImpl<BasicBlock*> &LEB, AliasSetTracker &ast,
636                  DebugLoc dl, int alignment)
637       : LoadAndStorePromoter(Insts, S), SomePtr(SP),
638         PointerMustAliases(PMA), LoopExitBlocks(LEB), AST(ast), DL(dl),
639         Alignment(alignment) {}
640
641     virtual bool isInstInList(Instruction *I,
642                               const SmallVectorImpl<Instruction*> &) const {
643       Value *Ptr;
644       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
645         Ptr = LI->getOperand(0);
646       else
647         Ptr = cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
648       return PointerMustAliases.count(Ptr);
649     }
650
651     virtual void doExtraRewritesBeforeFinalDeletion() const {
652       // Insert stores after in the loop exit blocks.  Each exit block gets a
653       // store of the live-out values that feed them.  Since we've already told
654       // the SSA updater about the defs in the loop and the preheader
655       // definition, it is all set and we can start using it.
656       for (unsigned i = 0, e = LoopExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
657         BasicBlock *ExitBlock = LoopExitBlocks[i];
658         Value *LiveInValue = SSA.GetValueInMiddleOfBlock(ExitBlock);
659         Instruction *InsertPos = ExitBlock->getFirstInsertionPt();
660         StoreInst *NewSI = new StoreInst(LiveInValue, SomePtr, InsertPos);
661         NewSI->setAlignment(Alignment);
662         NewSI->setDebugLoc(DL);
663       }
664     }
665
666     virtual void replaceLoadWithValue(LoadInst *LI, Value *V) const {
667       // Update alias analysis.
668       AST.copyValue(LI, V);
669     }
670     virtual void instructionDeleted(Instruction *I) const {
671       AST.deleteValue(I);
672     }
673   };
674 } // end anon namespace
675
676 /// PromoteAliasSet - Try to promote memory values to scalars by sinking
677 /// stores out of the loop and moving loads to before the loop.  We do this by
678 /// looping over the stores in the loop, looking for stores to Must pointers
679 /// which are loop invariant.
680 ///
681 void LICM::PromoteAliasSet(AliasSet &AS) {
682   // We can promote this alias set if it has a store, if it is a "Must" alias
683   // set, if the pointer is loop invariant, and if we are not eliminating any
684   // volatile loads or stores.
685   if (AS.isForwardingAliasSet() || !AS.isMod() || !AS.isMustAlias() ||
686       AS.isVolatile() || !CurLoop->isLoopInvariant(AS.begin()->getValue()))
687     return;
688
689   assert(!AS.empty() &&
690          "Must alias set should have at least one pointer element in it!");
691   Value *SomePtr = AS.begin()->getValue();
692
693   // It isn't safe to promote a load/store from the loop if the load/store is
694   // conditional.  For example, turning:
695   //
696   //    for () { if (c) *P += 1; }
697   //
698   // into:
699   //
700   //    tmp = *P;  for () { if (c) tmp +=1; } *P = tmp;
701   //
702   // is not safe, because *P may only be valid to access if 'c' is true.
703   //
704   // It is safe to promote P if all uses are direct load/stores and if at
705   // least one is guaranteed to be executed.
706   bool GuaranteedToExecute = false;
707
708   SmallVector<Instruction*, 64> LoopUses;
709   SmallPtrSet<Value*, 4> PointerMustAliases;
710
711   // We start with an alignment of one and try to find instructions that allow
712   // us to prove better alignment.
713   unsigned Alignment = 1;
714
715   // Check that all of the pointers in the alias set have the same type.  We
716   // cannot (yet) promote a memory location that is loaded and stored in
717   // different sizes.
718   for (AliasSet::iterator ASI = AS.begin(), E = AS.end(); ASI != E; ++ASI) {
719     Value *ASIV = ASI->getValue();
720     PointerMustAliases.insert(ASIV);
721
722     // Check that all of the pointers in the alias set have the same type.  We
723     // cannot (yet) promote a memory location that is loaded and stored in
724     // different sizes.
725     if (SomePtr->getType() != ASIV->getType())
726       return;
727
728     for (Value::use_iterator UI = ASIV->use_begin(), UE = ASIV->use_end();
729          UI != UE; ++UI) {
730       // Ignore instructions that are outside the loop.
731       Instruction *Use = dyn_cast<Instruction>(*UI);
732       if (!Use || !CurLoop->contains(Use))
733         continue;
734
735       // If there is an non-load/store instruction in the loop, we can't promote
736       // it.
737       if (LoadInst *load = dyn_cast<LoadInst>(Use)) {
738         assert(!load->isVolatile() && "AST broken");
739         if (!load->isSimple())
740           return;
741       } else if (StoreInst *store = dyn_cast<StoreInst>(Use)) {
742         // Stores *of* the pointer are not interesting, only stores *to* the
743         // pointer.
744         if (Use->getOperand(1) != ASIV)
745           continue;
746         assert(!store->isVolatile() && "AST broken");
747         if (!store->isSimple())
748           return;
749
750         // Note that we only check GuaranteedToExecute inside the store case
751         // so that we do not introduce stores where they did not exist before
752         // (which would break the LLVM concurrency model).
753
754         // If the alignment of this instruction allows us to specify a more
755         // restrictive (and performant) alignment and if we are sure this
756         // instruction will be executed, update the alignment.
757         // Larger is better, with the exception of 0 being the best alignment.
758         unsigned InstAlignment = store->getAlignment();
759         if ((InstAlignment > Alignment || InstAlignment == 0)
760             && (Alignment != 0))
761           if (isGuaranteedToExecute(*Use)) {
762             GuaranteedToExecute = true;
763             Alignment = InstAlignment;
764           }
765
766         if (!GuaranteedToExecute)
767           GuaranteedToExecute = isGuaranteedToExecute(*Use);
768
769       } else
770         return; // Not a load or store.
771
772       LoopUses.push_back(Use);
773     }
774   }
775
776   // If there isn't a guaranteed-to-execute instruction, we can't promote.
777   if (!GuaranteedToExecute)
778     return;
779
780   // Otherwise, this is safe to promote, lets do it!
781   DEBUG(dbgs() << "LICM: Promoting value stored to in loop: " <<*SomePtr<<'\n');
782   Changed = true;
783   ++NumPromoted;
784
785   // Grab a debug location for the inserted loads/stores; given that the
786   // inserted loads/stores have little relation to the original loads/stores,
787   // this code just arbitrarily picks a location from one, since any debug
788   // location is better than none.
789   DebugLoc DL = LoopUses[0]->getDebugLoc();
790
791   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
792   CurLoop->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
793
794   // We use the SSAUpdater interface to insert phi nodes as required.
795   SmallVector<PHINode*, 16> NewPHIs;
796   SSAUpdater SSA(&NewPHIs);
797   LoopPromoter Promoter(SomePtr, LoopUses, SSA, PointerMustAliases, ExitBlocks,
798                         *CurAST, DL, Alignment);
799
800   // Set up the preheader to have a definition of the value.  It is the live-out
801   // value from the preheader that uses in the loop will use.
802   LoadInst *PreheaderLoad =
803     new LoadInst(SomePtr, SomePtr->getName()+".promoted",
804                  Preheader->getTerminator());
805   PreheaderLoad->setAlignment(Alignment);
806   PreheaderLoad->setDebugLoc(DL);
807   SSA.AddAvailableValue(Preheader, PreheaderLoad);
808
809   // Rewrite all the loads in the loop and remember all the definitions from
810   // stores in the loop.
811   Promoter.run(LoopUses);
812
813   // If the SSAUpdater didn't use the load in the preheader, just zap it now.
814   if (PreheaderLoad->use_empty())
815     PreheaderLoad->eraseFromParent();
816 }
817
818
819 /// cloneBasicBlockAnalysis - Simple Analysis hook. Clone alias set info.
820 void LICM::cloneBasicBlockAnalysis(BasicBlock *From, BasicBlock *To, Loop *L) {
821   AliasSetTracker *AST = LoopToAliasSetMap.lookup(L);
822   if (!AST)
823     return;
824
825   AST->copyValue(From, To);
826 }
827
828 /// deleteAnalysisValue - Simple Analysis hook. Delete value V from alias
829 /// set.
830 void LICM::deleteAnalysisValue(Value *V, Loop *L) {
831   AliasSetTracker *AST = LoopToAliasSetMap.lookup(L);
832   if (!AST)
833     return;
834
835   AST->deleteValue(V);
836 }