Put the LICM of constant GlobalVariables, introduced in r53945, under a
[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 // This feature is currently disabled by default because CodeGen is not yet capable
66 // of rematerializing these constants in PIC mode, so it can lead to degraded
67 // performance. Compile test/CodeGen/X86/remat-constant.ll with
68 // -relocation-model=pic to see an example of this.
69 static cl::opt<bool>
70 EnableLICMConstantMotion("enable-licm-constant-variables", cl::Hidden,
71                          cl::desc("Enable hoisting/sinking of constant "
72                                   "global variables"));
73
74 namespace {
75   struct VISIBILITY_HIDDEN LICM : public LoopPass {
76     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
77     LICM() : LoopPass((intptr_t)&ID) {}
78
79     virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
80
81     /// This transformation requires natural loop information & requires that
82     /// loop preheaders be inserted into the CFG...
83     ///
84     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
85       AU.setPreservesCFG();
86       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
87       AU.addRequired<LoopInfo>();
88       AU.addRequired<DominatorTree>();
89       AU.addRequired<DominanceFrontier>();  // For scalar promotion (mem2reg)
90       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
91       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
92       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
93     }
94
95     bool doFinalization() {
96       // Free the values stored in the map
97       for (std::map<Loop *, AliasSetTracker *>::iterator
98              I = LoopToAliasMap.begin(), E = LoopToAliasMap.end(); I != E; ++I)
99         delete I->second;
100
101       LoopToAliasMap.clear();
102       return false;
103     }
104
105   private:
106     // Various analyses that we use...
107     AliasAnalysis *AA;       // Current AliasAnalysis information
108     LoopInfo      *LI;       // Current LoopInfo
109     DominatorTree *DT;       // Dominator Tree for the current Loop...
110     DominanceFrontier *DF;   // Current Dominance Frontier
111
112     // State that is updated as we process loops
113     bool Changed;            // Set to true when we change anything.
114     BasicBlock *Preheader;   // The preheader block of the current loop...
115     Loop *CurLoop;           // The current loop we are working on...
116     AliasSetTracker *CurAST; // AliasSet information for the current loop...
117     std::map<Loop *, AliasSetTracker *> LoopToAliasMap;
118
119     /// cloneBasicBlockAnalysis - Simple Analysis hook. Clone alias set info.
120     void cloneBasicBlockAnalysis(BasicBlock *From, BasicBlock *To, Loop *L);
121
122     /// deleteAnalysisValue - Simple Analysis hook. Delete value V from alias
123     /// set.
124     void deleteAnalysisValue(Value *V, Loop *L);
125
126     /// SinkRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
127     /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in
128     /// reverse depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to
129     /// visit uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one
130     /// pass without iteration.
131     ///
132     void SinkRegion(DomTreeNode *N);
133
134     /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all
135     /// blocks dominated by the specified block, and that are in the current
136     /// loop) in depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to
137     /// visit definitions before uses, allowing us to hoist a loop body in one
138     /// pass without iteration.
139     ///
140     void HoistRegion(DomTreeNode *N);
141
142     /// inSubLoop - Little predicate that returns true if the specified basic
143     /// block is in a subloop of the current one, not the current one itself.
144     ///
145     bool inSubLoop(BasicBlock *BB) {
146       assert(CurLoop->contains(BB) && "Only valid if BB is IN the loop");
147       for (Loop::iterator I = CurLoop->begin(), E = CurLoop->end(); I != E; ++I)
148         if ((*I)->contains(BB))
149           return true;  // A subloop actually contains this block!
150       return false;
151     }
152
153     /// isExitBlockDominatedByBlockInLoop - This method checks to see if the
154     /// specified exit block of the loop is dominated by the specified block
155     /// that is in the body of the loop.  We use these constraints to
156     /// dramatically limit the amount of the dominator tree that needs to be
157     /// searched.
158     bool isExitBlockDominatedByBlockInLoop(BasicBlock *ExitBlock,
159                                            BasicBlock *BlockInLoop) const {
160       // If the block in the loop is the loop header, it must be dominated!
161       BasicBlock *LoopHeader = CurLoop->getHeader();
162       if (BlockInLoop == LoopHeader)
163         return true;
164
165       DomTreeNode *BlockInLoopNode = DT->getNode(BlockInLoop);
166       DomTreeNode *IDom            = DT->getNode(ExitBlock);
167
168       // Because the exit block is not in the loop, we know we have to get _at
169       // least_ its immediate dominator.
170       do {
171         // Get next Immediate Dominator.
172         IDom = IDom->getIDom();
173
174         // If we have got to the header of the loop, then the instructions block
175         // did not dominate the exit node, so we can't hoist it.
176         if (IDom->getBlock() == LoopHeader)
177           return false;
178
179       } while (IDom != BlockInLoopNode);
180
181       return true;
182     }
183
184     /// sink - When an instruction is found to only be used outside of the loop,
185     /// this function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as
186     /// needed.
187     ///
188     void sink(Instruction &I);
189
190     /// hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
191     /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
192     ///
193     void hoist(Instruction &I);
194
195     /// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it
196     /// is not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
197     /// guaranteed to execute.
198     ///
199     bool isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &I);
200
201     /// pointerInvalidatedByLoop - Return true if the body of this loop may
202     /// store into the memory location pointed to by V.
203     ///
204     bool pointerInvalidatedByLoop(Value *V, unsigned Size) {
205       // Check to see if any of the basic blocks in CurLoop invalidate *V.
206       return CurAST->getAliasSetForPointer(V, Size).isMod();
207     }
208
209     bool canSinkOrHoistInst(Instruction &I);
210     bool isLoopInvariantInst(Instruction &I);
211     bool isNotUsedInLoop(Instruction &I);
212
213     /// PromoteValuesInLoop - Look at the stores in the loop and promote as many
214     /// to scalars as we can.
215     ///
216     void PromoteValuesInLoop();
217
218     /// FindPromotableValuesInLoop - Check the current loop for stores to
219     /// definite pointers, which are not loaded and stored through may aliases.
220     /// If these are found, create an alloca for the value, add it to the
221     /// PromotedValues list, and keep track of the mapping from value to
222     /// alloca...
223     ///
224     void FindPromotableValuesInLoop(
225                    std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > &PromotedValues,
226                                     std::map<Value*, AllocaInst*> &Val2AlMap);
227   };
228 }
229
230 char LICM::ID = 0;
231 static RegisterPass<LICM> X("licm", "Loop Invariant Code Motion");
232
233 LoopPass *llvm::createLICMPass() { return new LICM(); }
234
235 /// Hoist expressions out of the specified loop. Note, alias info for inner
236 /// loop is not preserved so it is not a good idea to run LICM multiple 
237 /// times on one loop.
238 ///
239 bool LICM::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
240   Changed = false;
241
242   // Get our Loop and Alias Analysis information...
243   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
244   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
245   DF = &getAnalysis<DominanceFrontier>();
246   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
247
248   CurAST = new AliasSetTracker(*AA);
249   // Collect Alias info from subloops
250   for (Loop::iterator LoopItr = L->begin(), LoopItrE = L->end();
251        LoopItr != LoopItrE; ++LoopItr) {
252     Loop *InnerL = *LoopItr;
253     AliasSetTracker *InnerAST = LoopToAliasMap[InnerL];
254     assert (InnerAST && "Where is my AST?");
255
256     // What if InnerLoop was modified by other passes ?
257     CurAST->add(*InnerAST);
258   }
259   
260   CurLoop = L;
261
262   // Get the preheader block to move instructions into...
263   Preheader = L->getLoopPreheader();
264   assert(Preheader&&"Preheader insertion pass guarantees we have a preheader!");
265
266   // Loop over the body of this loop, looking for calls, invokes, and stores.
267   // Because subloops have already been incorporated into AST, we skip blocks in
268   // subloops.
269   //
270   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
271        I != E; ++I) {
272     BasicBlock *BB = *I;
273     if (LI->getLoopFor(BB) == L)        // Ignore blocks in subloops...
274       CurAST->add(*BB);                 // Incorporate the specified basic block
275   }
276
277   // We want to visit all of the instructions in this loop... that are not parts
278   // of our subloops (they have already had their invariants hoisted out of
279   // their loop, into this loop, so there is no need to process the BODIES of
280   // the subloops).
281   //
282   // Traverse the body of the loop in depth first order on the dominator tree so
283   // that we are guaranteed to see definitions before we see uses.  This allows
284   // us to sink instructions in one pass, without iteration.  After sinking
285   // instructions, we perform another pass to hoist them out of the loop.
286   //
287   SinkRegion(DT->getNode(L->getHeader()));
288   HoistRegion(DT->getNode(L->getHeader()));
289
290   // Now that all loop invariants have been removed from the loop, promote any
291   // memory references to scalars that we can...
292   if (!DisablePromotion)
293     PromoteValuesInLoop();
294
295   // Clear out loops state information for the next iteration
296   CurLoop = 0;
297   Preheader = 0;
298
299   LoopToAliasMap[L] = CurAST;
300   return Changed;
301 }
302
303 /// SinkRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
304 /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in
305 /// reverse depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit
306 /// uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one pass without
307 /// iteration.
308 ///
309 void LICM::SinkRegion(DomTreeNode *N) {
310   assert(N != 0 && "Null dominator tree node?");
311   BasicBlock *BB = N->getBlock();
312
313   // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
314   if (!CurLoop->contains(BB)) return;
315
316   // We are processing blocks in reverse dfo, so process children first...
317   const std::vector<DomTreeNode*> &Children = N->getChildren();
318   for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
319     SinkRegion(Children[i]);
320
321   // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
322   // subloop (which would already have been processed).
323   if (inSubLoop(BB)) return;
324
325   for (BasicBlock::iterator II = BB->end(); II != BB->begin(); ) {
326     Instruction &I = *--II;
327
328     // Check to see if we can sink this instruction to the exit blocks
329     // of the loop.  We can do this if the all users of the instruction are
330     // outside of the loop.  In this case, it doesn't even matter if the
331     // operands of the instruction are loop invariant.
332     //
333     if (isNotUsedInLoop(I) && canSinkOrHoistInst(I)) {
334       ++II;
335       sink(I);
336     }
337   }
338 }
339
340
341 /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
342 /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in depth
343 /// first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit definitions
344 /// before uses, allowing us to hoist a loop body in one pass without iteration.
345 ///
346 void LICM::HoistRegion(DomTreeNode *N) {
347   assert(N != 0 && "Null dominator tree node?");
348   BasicBlock *BB = N->getBlock();
349
350   // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
351   if (!CurLoop->contains(BB)) return;
352
353   // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
354   // subloop (which would already have been processed).
355   if (!inSubLoop(BB))
356     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = BB->end(); II != E; ) {
357       Instruction &I = *II++;
358
359       // Try hoisting the instruction out to the preheader.  We can only do this
360       // if all of the operands of the instruction are loop invariant and if it
361       // is safe to hoist the instruction.
362       //
363       if (isLoopInvariantInst(I) && canSinkOrHoistInst(I) &&
364           isSafeToExecuteUnconditionally(I))
365         hoist(I);
366       }
367
368   const std::vector<DomTreeNode*> &Children = N->getChildren();
369   for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
370     HoistRegion(Children[i]);
371 }
372
373 /// canSinkOrHoistInst - Return true if the hoister and sinker can handle this
374 /// instruction.
375 ///
376 bool LICM::canSinkOrHoistInst(Instruction &I) {
377   // Loads have extra constraints we have to verify before we can hoist them.
378   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I)) {
379     if (LI->isVolatile())
380       return false;        // Don't hoist volatile loads!
381
382     // Loads from constant memory are always safe to move, even if they end up
383     // in the same alias set as something that ends up being modified.
384     if (EnableLICMConstantMotion &&
385         AA->pointsToConstantMemory(LI->getOperand(0)))
386       return true;
387     
388     // Don't hoist loads which have may-aliased stores in loop.
389     unsigned Size = 0;
390     if (LI->getType()->isSized())
391       Size = AA->getTargetData().getTypeStoreSize(LI->getType());
392     return !pointerInvalidatedByLoop(LI->getOperand(0), Size);
393   } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&I)) {
394     // Handle obvious cases efficiently.
395     AliasAnalysis::ModRefBehavior Behavior = AA->getModRefBehavior(CI);
396     if (Behavior == AliasAnalysis::DoesNotAccessMemory)
397       return true;
398     else if (Behavior == AliasAnalysis::OnlyReadsMemory) {
399       // If this call only reads from memory and there are no writes to memory
400       // in the loop, we can hoist or sink the call as appropriate.
401       bool FoundMod = false;
402       for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
403            I != E; ++I) {
404         AliasSet &AS = *I;
405         if (!AS.isForwardingAliasSet() && AS.isMod()) {
406           FoundMod = true;
407           break;
408         }
409       }
410       if (!FoundMod) return true;
411     }
412
413     // FIXME: This should use mod/ref information to see if we can hoist or sink
414     // the call.
415
416     return false;
417   }
418
419   // Otherwise these instructions are hoistable/sinkable
420   return isa<BinaryOperator>(I) || isa<CastInst>(I) ||
421          isa<SelectInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
422          isa<InsertElementInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
423          isa<ShuffleVectorInst>(I);
424 }
425
426 /// isNotUsedInLoop - Return true if the only users of this instruction are
427 /// outside of the loop.  If this is true, we can sink the instruction to the
428 /// exit blocks of the loop.
429 ///
430 bool LICM::isNotUsedInLoop(Instruction &I) {
431   for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), E = I.use_end(); UI != E; ++UI) {
432     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
433     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
434       // PHI node uses occur in predecessor blocks!
435       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
436         if (PN->getIncomingValue(i) == &I)
437           if (CurLoop->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
438             return false;
439     } else if (CurLoop->contains(User->getParent())) {
440       return false;
441     }
442   }
443   return true;
444 }
445
446
447 /// isLoopInvariantInst - Return true if all operands of this instruction are
448 /// loop invariant.  We also filter out non-hoistable instructions here just for
449 /// efficiency.
450 ///
451 bool LICM::isLoopInvariantInst(Instruction &I) {
452   // The instruction is loop invariant if all of its operands are loop-invariant
453   for (unsigned i = 0, e = I.getNumOperands(); i != e; ++i)
454     if (!CurLoop->isLoopInvariant(I.getOperand(i)))
455       return false;
456
457   // If we got this far, the instruction is loop invariant!
458   return true;
459 }
460
461 /// sink - When an instruction is found to only be used outside of the loop,
462 /// this function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as needed.
463 /// This method is guaranteed to remove the original instruction from its
464 /// position, and may either delete it or move it to outside of the loop.
465 ///
466 void LICM::sink(Instruction &I) {
467   DOUT << "LICM sinking instruction: " << I;
468
469   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
470   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
471
472   if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
473   else if (isa<CallInst>(I)) ++NumMovedCalls;
474   ++NumSunk;
475   Changed = true;
476
477   // The case where there is only a single exit node of this loop is common
478   // enough that we handle it as a special (more efficient) case.  It is more
479   // efficient to handle because there are no PHI nodes that need to be placed.
480   if (ExitBlocks.size() == 1) {
481     if (!isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlocks[0], I.getParent())) {
482       // Instruction is not used, just delete it.
483       CurAST->deleteValue(&I);
484       if (!I.use_empty())  // If I has users in unreachable blocks, eliminate.
485         I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
486       I.eraseFromParent();
487     } else {
488       // Move the instruction to the start of the exit block, after any PHI
489       // nodes in it.
490       I.removeFromParent();
491
492       BasicBlock::iterator InsertPt = ExitBlocks[0]->getFirstNonPHI();
493       ExitBlocks[0]->getInstList().insert(InsertPt, &I);
494     }
495   } else if (ExitBlocks.empty()) {
496     // The instruction is actually dead if there ARE NO exit blocks.
497     CurAST->deleteValue(&I);
498     if (!I.use_empty())  // If I has users in unreachable blocks, eliminate.
499       I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
500     I.eraseFromParent();
501   } else {
502     // Otherwise, if we have multiple exits, use the PromoteMem2Reg function to
503     // do all of the hard work of inserting PHI nodes as necessary.  We convert
504     // the value into a stack object to get it to do this.
505
506     // Firstly, we create a stack object to hold the value...
507     AllocaInst *AI = 0;
508
509     if (I.getType() != Type::VoidTy) {
510       AI = new AllocaInst(I.getType(), 0, I.getName(),
511                           I.getParent()->getParent()->getEntryBlock().begin());
512       CurAST->add(AI);
513     }
514
515     // Secondly, insert load instructions for each use of the instruction
516     // outside of the loop.
517     while (!I.use_empty()) {
518       Instruction *U = cast<Instruction>(I.use_back());
519
520       // If the user is a PHI Node, we actually have to insert load instructions
521       // in all predecessor blocks, not in the PHI block itself!
522       if (PHINode *UPN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
523         // Only insert into each predecessor once, so that we don't have
524         // different incoming values from the same block!
525         std::map<BasicBlock*, Value*> InsertedBlocks;
526         for (unsigned i = 0, e = UPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
527           if (UPN->getIncomingValue(i) == &I) {
528             BasicBlock *Pred = UPN->getIncomingBlock(i);
529             Value *&PredVal = InsertedBlocks[Pred];
530             if (!PredVal) {
531               // Insert a new load instruction right before the terminator in
532               // the predecessor block.
533               PredVal = new LoadInst(AI, "", Pred->getTerminator());
534               CurAST->add(cast<LoadInst>(PredVal));
535             }
536
537             UPN->setIncomingValue(i, PredVal);
538           }
539
540       } else {
541         LoadInst *L = new LoadInst(AI, "", U);
542         U->replaceUsesOfWith(&I, L);
543         CurAST->add(L);
544       }
545     }
546
547     // Thirdly, insert a copy of the instruction in each exit block of the loop
548     // that is dominated by the instruction, storing the result into the memory
549     // location.  Be careful not to insert the instruction into any particular
550     // basic block more than once.
551     std::set<BasicBlock*> InsertedBlocks;
552     BasicBlock *InstOrigBB = I.getParent();
553
554     for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
555       BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[i];
556
557       if (isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlock, InstOrigBB)) {
558         // If we haven't already processed this exit block, do so now.
559         if (InsertedBlocks.insert(ExitBlock).second) {
560           // Insert the code after the last PHI node...
561           BasicBlock::iterator InsertPt = ExitBlock->getFirstNonPHI();
562
563           // If this is the first exit block processed, just move the original
564           // instruction, otherwise clone the original instruction and insert
565           // the copy.
566           Instruction *New;
567           if (InsertedBlocks.size() == 1) {
568             I.removeFromParent();
569             ExitBlock->getInstList().insert(InsertPt, &I);
570             New = &I;
571           } else {
572             New = I.clone();
573             CurAST->copyValue(&I, New);
574             if (!I.getName().empty())
575               New->setName(I.getName()+".le");
576             ExitBlock->getInstList().insert(InsertPt, New);
577           }
578
579           // Now that we have inserted the instruction, store it into the alloca
580           if (AI) new StoreInst(New, AI, InsertPt);
581         }
582       }
583     }
584
585     // If the instruction doesn't dominate any exit blocks, it must be dead.
586     if (InsertedBlocks.empty()) {
587       CurAST->deleteValue(&I);
588       I.eraseFromParent();
589     }
590
591     // Finally, promote the fine value to SSA form.
592     if (AI) {
593       std::vector<AllocaInst*> Allocas;
594       Allocas.push_back(AI);
595       PromoteMemToReg(Allocas, *DT, *DF, CurAST);
596     }
597   }
598 }
599
600 /// hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
601 /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
602 ///
603 void LICM::hoist(Instruction &I) {
604   DOUT << "LICM hoisting to " << Preheader->getName() << ": " << I;
605
606   // Remove the instruction from its current basic block... but don't delete the
607   // instruction.
608   I.removeFromParent();
609
610   // Insert the new node in Preheader, before the terminator.
611   Preheader->getInstList().insert(Preheader->getTerminator(), &I);
612
613   if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
614   else if (isa<CallInst>(I)) ++NumMovedCalls;
615   ++NumHoisted;
616   Changed = true;
617 }
618
619 /// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it is
620 /// not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
621 /// guaranteed to execute.
622 ///
623 bool LICM::isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &Inst) {
624   // If it is not a trapping instruction, it is always safe to hoist.
625   if (!Inst.isTrapping()) return true;
626
627   // Otherwise we have to check to make sure that the instruction dominates all
628   // of the exit blocks.  If it doesn't, then there is a path out of the loop
629   // which does not execute this instruction, so we can't hoist it.
630
631   // If the instruction is in the header block for the loop (which is very
632   // common), it is always guaranteed to dominate the exit blocks.  Since this
633   // is a common case, and can save some work, check it now.
634   if (Inst.getParent() == CurLoop->getHeader())
635     return true;
636
637   // It's always safe to load from a global or alloca.
638   if (isa<LoadInst>(Inst))
639     if (isa<AllocationInst>(Inst.getOperand(0)) ||
640         isa<GlobalVariable>(Inst.getOperand(0)))
641       return true;
642
643   // Get the exit blocks for the current loop.
644   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
645   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
646
647   // For each exit block, get the DT node and walk up the DT until the
648   // instruction's basic block is found or we exit the loop.
649   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
650     if (!isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlocks[i], Inst.getParent()))
651       return false;
652
653   return true;
654 }
655
656
657 /// PromoteValuesInLoop - Try to promote memory values to scalars by sinking
658 /// stores out of the loop and moving loads to before the loop.  We do this by
659 /// looping over the stores in the loop, looking for stores to Must pointers
660 /// which are loop invariant.  We promote these memory locations to use allocas
661 /// instead.  These allocas can easily be raised to register values by the
662 /// PromoteMem2Reg functionality.
663 ///
664 void LICM::PromoteValuesInLoop() {
665   // PromotedValues - List of values that are promoted out of the loop.  Each
666   // value has an alloca instruction for it, and a canonical version of the
667   // pointer.
668   std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > PromotedValues;
669   std::map<Value*, AllocaInst*> ValueToAllocaMap; // Map of ptr to alloca
670
671   FindPromotableValuesInLoop(PromotedValues, ValueToAllocaMap);
672   if (ValueToAllocaMap.empty()) return;   // If there are values to promote.
673
674   Changed = true;
675   NumPromoted += PromotedValues.size();
676
677   std::vector<Value*> PointerValueNumbers;
678
679   // Emit a copy from the value into the alloca'd value in the loop preheader
680   TerminatorInst *LoopPredInst = Preheader->getTerminator();
681   for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i) {
682     Value *Ptr = PromotedValues[i].second;
683
684     // If we are promoting a pointer value, update alias information for the
685     // inserted load.
686     Value *LoadValue = 0;
687     if (isa<PointerType>(cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType())) {
688       // Locate a load or store through the pointer, and assign the same value
689       // to LI as we are loading or storing.  Since we know that the value is
690       // stored in this loop, this will always succeed.
691       for (Value::use_iterator UI = Ptr->use_begin(), E = Ptr->use_end();
692            UI != E; ++UI)
693         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
694           LoadValue = LI;
695           break;
696         } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(*UI)) {
697           if (SI->getOperand(1) == Ptr) {
698             LoadValue = SI->getOperand(0);
699             break;
700           }
701         }
702       assert(LoadValue && "No store through the pointer found!");
703       PointerValueNumbers.push_back(LoadValue);  // Remember this for later.
704     }
705
706     // Load from the memory we are promoting.
707     LoadInst *LI = new LoadInst(Ptr, Ptr->getName()+".promoted", LoopPredInst);
708
709     if (LoadValue) CurAST->copyValue(LoadValue, LI);
710
711     // Store into the temporary alloca.
712     new StoreInst(LI, PromotedValues[i].first, LoopPredInst);
713   }
714
715   // Scan the basic blocks in the loop, replacing uses of our pointers with
716   // uses of the allocas in question.
717   //
718   for (Loop::block_iterator I = CurLoop->block_begin(),
719          E = CurLoop->block_end(); I != E; ++I) {
720     BasicBlock *BB = *I;
721     // Rewrite all loads and stores in the block of the pointer...
722     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = BB->end(); II != E; ++II) {
723       if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(II)) {
724         std::map<Value*, AllocaInst*>::iterator
725           I = ValueToAllocaMap.find(L->getOperand(0));
726         if (I != ValueToAllocaMap.end())
727           L->setOperand(0, I->second);    // Rewrite load instruction...
728       } else if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(II)) {
729         std::map<Value*, AllocaInst*>::iterator
730           I = ValueToAllocaMap.find(S->getOperand(1));
731         if (I != ValueToAllocaMap.end())
732           S->setOperand(1, I->second);    // Rewrite store instruction...
733       }
734     }
735   }
736
737   // Now that the body of the loop uses the allocas instead of the original
738   // memory locations, insert code to copy the alloca value back into the
739   // original memory location on all exits from the loop.  Note that we only
740   // want to insert one copy of the code in each exit block, though the loop may
741   // exit to the same block more than once.
742   //
743   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> ProcessedBlocks;
744
745   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
746   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
747   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
748     if (!ProcessedBlocks.insert(ExitBlocks[i]))
749       continue;
750   
751     // Copy all of the allocas into their memory locations.
752     BasicBlock::iterator BI = ExitBlocks[i]->getFirstNonPHI();
753     Instruction *InsertPos = BI;
754     unsigned PVN = 0;
755     for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i) {
756       // Load from the alloca.
757       LoadInst *LI = new LoadInst(PromotedValues[i].first, "", InsertPos);
758
759       // If this is a pointer type, update alias info appropriately.
760       if (isa<PointerType>(LI->getType()))
761         CurAST->copyValue(PointerValueNumbers[PVN++], LI);
762
763       // Store into the memory we promoted.
764       new StoreInst(LI, PromotedValues[i].second, InsertPos);
765     }
766   }
767
768   // Now that we have done the deed, use the mem2reg functionality to promote
769   // all of the new allocas we just created into real SSA registers.
770   //
771   std::vector<AllocaInst*> PromotedAllocas;
772   PromotedAllocas.reserve(PromotedValues.size());
773   for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i)
774     PromotedAllocas.push_back(PromotedValues[i].first);
775   PromoteMemToReg(PromotedAllocas, *DT, *DF, CurAST);
776 }
777
778 /// FindPromotableValuesInLoop - Check the current loop for stores to definite
779 /// pointers, which are not loaded and stored through may aliases and are safe
780 /// for promotion.  If these are found, create an alloca for the value, add it 
781 /// to the PromotedValues list, and keep track of the mapping from value to 
782 /// alloca. 
783 void LICM::FindPromotableValuesInLoop(
784                    std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > &PromotedValues,
785                              std::map<Value*, AllocaInst*> &ValueToAllocaMap) {
786   Instruction *FnStart = CurLoop->getHeader()->getParent()->begin()->begin();
787
788   SmallVector<BasicBlock*, 4> ExitingBlocks;
789   CurLoop->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
790
791   // Loop over all of the alias sets in the tracker object.
792   for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
793        I != E; ++I) {
794     AliasSet &AS = *I;
795     // We can promote this alias set if it has a store, if it is a "Must" alias
796     // set, if the pointer is loop invariant, and if we are not eliminating any
797     // volatile loads or stores.
798     if (AS.isForwardingAliasSet() || !AS.isMod() || !AS.isMustAlias() ||
799         AS.isVolatile() || !CurLoop->isLoopInvariant(AS.begin()->first))
800       continue;
801     
802     assert(!AS.empty() &&
803            "Must alias set should have at least one pointer element in it!");
804     Value *V = AS.begin()->first;
805
806     // Check that all of the pointers in the alias set have the same type.  We
807     // cannot (yet) promote a memory location that is loaded and stored in
808     // different sizes.
809     {
810       bool PointerOk = true;
811       for (AliasSet::iterator I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
812         if (V->getType() != I->first->getType()) {
813           PointerOk = false;
814           break;
815         }
816       if (!PointerOk)
817         continue;
818     }
819
820     // It isn't safe to promote a load/store from the loop if the load/store is
821     // conditional.  For example, turning:
822     //
823     //    for () { if (c) *P += 1; }
824     //
825     // into:
826     //
827     //    tmp = *P;  for () { if (c) tmp +=1; } *P = tmp;
828     //
829     // is not safe, because *P may only be valid to access if 'c' is true.
830     // 
831     // It is safe to promote P if all uses are direct load/stores and if at
832     // least one is guaranteed to be executed.
833     bool GuaranteedToExecute = false;
834     bool InvalidInst = false;
835     for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
836          UI != UE; ++UI) {
837       // Ignore instructions not in this loop.
838       Instruction *Use = dyn_cast<Instruction>(*UI);
839       if (!Use || !CurLoop->contains(Use->getParent()))
840         continue;
841
842       if (!isa<LoadInst>(Use) && !isa<StoreInst>(Use)) {
843         InvalidInst = true;
844         break;
845       }
846       
847       if (!GuaranteedToExecute)
848         GuaranteedToExecute = isSafeToExecuteUnconditionally(*Use);
849     }
850
851     // If there is an non-load/store instruction in the loop, we can't promote
852     // it.  If there isn't a guaranteed-to-execute instruction, we can't
853     // promote.
854     if (InvalidInst || !GuaranteedToExecute)
855       continue;
856     
857     const Type *Ty = cast<PointerType>(V->getType())->getElementType();
858     AllocaInst *AI = new AllocaInst(Ty, 0, V->getName()+".tmp", FnStart);
859     PromotedValues.push_back(std::make_pair(AI, V));
860
861     // Update the AST and alias analysis.
862     CurAST->copyValue(V, AI);
863
864     for (AliasSet::iterator I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
865       ValueToAllocaMap.insert(std::make_pair(I->first, AI));
866
867     DOUT << "LICM: Promoting value: " << *V << "\n";
868   }
869 }
870
871 /// cloneBasicBlockAnalysis - Simple Analysis hook. Clone alias set info.
872 void LICM::cloneBasicBlockAnalysis(BasicBlock *From, BasicBlock *To, Loop *L) {
873   AliasSetTracker *AST = LoopToAliasMap[L];
874   if (!AST)
875     return;
876
877   AST->copyValue(From, To);
878 }
879
880 /// deleteAnalysisValue - Simple Analysis hook. Delete value V from alias
881 /// set.
882 void LICM::deleteAnalysisValue(Value *V, Loop *L) {
883   AliasSetTracker *AST = LoopToAliasMap[L];
884   if (!AST)
885     return;
886
887   AST->deleteValue(V);
888 }