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