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