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