core changes for varargs
[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/DerivedTypes.h"
37 #include "llvm/Instructions.h"
38 #include "llvm/Target/TargetData.h"
39 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
40 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
41 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
42 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
43 #include "llvm/Support/CFG.h"
44 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
46 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
47 #include "llvm/Support/Debug.h"
48 #include "llvm/ADT/Statistic.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_ its 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, unsigned Size) {
175       // Check to see if any of the basic blocks in CurLoop invalidate *V.
176       return CurAST->getAliasSetForPointer(V, Size).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 (isNotUsedInLoop(I) && canSinkOrHoistInst(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     unsigned Size = 0;
356     if (LI->getType()->isSized())
357       Size = AA->getTargetData().getTypeSize(LI->getType());
358     return !pointerInvalidatedByLoop(LI->getOperand(0), Size);
359   } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&I)) {
360     // Handle obvious cases efficiently.
361     if (Function *Callee = CI->getCalledFunction()) {
362       AliasAnalysis::ModRefBehavior Behavior =AA->getModRefBehavior(Callee, CI);
363       if (Behavior == AliasAnalysis::DoesNotAccessMemory)
364         return true;
365       else if (Behavior == AliasAnalysis::OnlyReadsMemory) {
366         // If this call only reads from memory and there are no writes to memory
367         // in the loop, we can hoist or sink the call as appropriate.
368         bool FoundMod = false;
369         for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
370              I != E; ++I) {
371           AliasSet &AS = *I;
372           if (!AS.isForwardingAliasSet() && AS.isMod()) {
373             FoundMod = true;
374             break;
375           }
376         }
377         if (!FoundMod) return true;
378       }
379     }
380
381     // FIXME: This should use mod/ref information to see if we can hoist or sink
382     // the call.
383
384     return false;
385   }
386
387   return isa<BinaryOperator>(I) || isa<ShiftInst>(I) || isa<CastInst>(I) ||
388          isa<SelectInst>(I) ||
389          isa<GetElementPtrInst>(I) || isa<VAArgInst>(I);
390 }
391
392 /// isNotUsedInLoop - Return true if the only users of this instruction are
393 /// outside of the loop.  If this is true, we can sink the instruction to the
394 /// exit blocks of the loop.
395 ///
396 bool LICM::isNotUsedInLoop(Instruction &I) {
397   for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), E = I.use_end(); UI != E; ++UI) {
398     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
399     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
400       // PHI node uses occur in predecessor blocks!
401       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
402         if (PN->getIncomingValue(i) == &I)
403           if (CurLoop->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
404             return false;
405     } else if (CurLoop->contains(User->getParent())) {
406       return false;
407     }
408   }
409   return true;
410 }
411
412
413 /// isLoopInvariantInst - Return true if all operands of this instruction are
414 /// loop invariant.  We also filter out non-hoistable instructions here just for
415 /// efficiency.
416 ///
417 bool LICM::isLoopInvariantInst(Instruction &I) {
418   // The instruction is loop invariant if all of its operands are loop-invariant
419   for (unsigned i = 0, e = I.getNumOperands(); i != e; ++i)
420     if (!CurLoop->isLoopInvariant(I.getOperand(i)))
421       return false;
422
423   // If we got this far, the instruction is loop invariant!
424   return true;
425 }
426
427 /// sink - When an instruction is found to only be used outside of the loop,
428 /// this function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as needed.
429 /// This method is guaranteed to remove the original instruction from its
430 /// position, and may either delete it or move it to outside of the loop.
431 ///
432 void LICM::sink(Instruction &I) {
433   DEBUG(std::cerr << "LICM sinking instruction: " << I);
434
435   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
436   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
437
438   if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
439   else if (isa<CallInst>(I)) ++NumMovedCalls;
440   ++NumSunk;
441   Changed = true;
442
443   // The case where there is only a single exit node of this loop is common
444   // enough that we handle it as a special (more efficient) case.  It is more
445   // efficient to handle because there are no PHI nodes that need to be placed.
446   if (ExitBlocks.size() == 1) {
447     if (!isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlocks[0], I.getParent())) {
448       // Instruction is not used, just delete it.
449       CurAST->deleteValue(&I);
450       I.getParent()->getInstList().erase(&I);
451     } else {
452       // Move the instruction to the start of the exit block, after any PHI
453       // nodes in it.
454       I.getParent()->getInstList().remove(&I);
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     I.getParent()->getInstList().erase(&I);
464   } else {
465     // Otherwise, if we have multiple exits, use the PromoteMem2Reg function to
466     // do all of the hard work of inserting PHI nodes as necessary.  We convert
467     // the value into a stack object to get it to do this.
468
469     // Firstly, we create a stack object to hold the value...
470     AllocaInst *AI = 0;
471
472     if (I.getType() != Type::VoidTy)
473       AI = new AllocaInst(I.getType(), 0, I.getName(),
474                           I.getParent()->getParent()->front().begin());
475
476     // Secondly, insert load instructions for each use of the instruction
477     // outside of the loop.
478     while (!I.use_empty()) {
479       Instruction *U = cast<Instruction>(I.use_back());
480
481       // If the user is a PHI Node, we actually have to insert load instructions
482       // in all predecessor blocks, not in the PHI block itself!
483       if (PHINode *UPN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
484         // Only insert into each predecessor once, so that we don't have
485         // different incoming values from the same block!
486         std::map<BasicBlock*, Value*> InsertedBlocks;
487         for (unsigned i = 0, e = UPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
488           if (UPN->getIncomingValue(i) == &I) {
489             BasicBlock *Pred = UPN->getIncomingBlock(i);
490             Value *&PredVal = InsertedBlocks[Pred];
491             if (!PredVal) {
492               // Insert a new load instruction right before the terminator in
493               // the predecessor block.
494               PredVal = new LoadInst(AI, "", Pred->getTerminator());
495             }
496
497             UPN->setIncomingValue(i, PredVal);
498           }
499
500       } else {
501         LoadInst *L = new LoadInst(AI, "", U);
502         U->replaceUsesOfWith(&I, L);
503       }
504     }
505
506     // Thirdly, insert a copy of the instruction in each exit block of the loop
507     // that is dominated by the instruction, storing the result into the memory
508     // location.  Be careful not to insert the instruction into any particular
509     // basic block more than once.
510     std::set<BasicBlock*> InsertedBlocks;
511     BasicBlock *InstOrigBB = I.getParent();
512
513     for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
514       BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[i];
515
516       if (isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlock, InstOrigBB)) {
517         // If we haven't already processed this exit block, do so now.
518         if (InsertedBlocks.insert(ExitBlock).second) {
519           // Insert the code after the last PHI node...
520           BasicBlock::iterator InsertPt = ExitBlock->begin();
521           while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
522
523           // If this is the first exit block processed, just move the original
524           // instruction, otherwise clone the original instruction and insert
525           // the copy.
526           Instruction *New;
527           if (InsertedBlocks.size() == 1) {
528             I.getParent()->getInstList().remove(&I);
529             ExitBlock->getInstList().insert(InsertPt, &I);
530             New = &I;
531           } else {
532             New = I.clone();
533             CurAST->copyValue(&I, New);
534             if (!I.getName().empty())
535               New->setName(I.getName()+".le");
536             ExitBlock->getInstList().insert(InsertPt, New);
537           }
538
539           // Now that we have inserted the instruction, store it into the alloca
540           if (AI) new StoreInst(New, AI, InsertPt);
541         }
542       }
543     }
544
545     // If the instruction doesn't dominate any exit blocks, it must be dead.
546     if (InsertedBlocks.empty()) {
547       CurAST->deleteValue(&I);
548       I.getParent()->getInstList().erase(&I);
549     }
550
551     // Finally, promote the fine value to SSA form.
552     if (AI) {
553       std::vector<AllocaInst*> Allocas;
554       Allocas.push_back(AI);
555       PromoteMemToReg(Allocas, *DT, *DF, AA->getTargetData(), CurAST);
556     }
557   }
558 }
559
560 /// hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
561 /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
562 ///
563 void LICM::hoist(Instruction &I) {
564   DEBUG(std::cerr << "LICM hoisting to " << Preheader->getName()
565                   << ": " << I);
566
567   // Remove the instruction from its current basic block... but don't delete the
568   // instruction.
569   I.getParent()->getInstList().remove(&I);
570
571   // Insert the new node in Preheader, before the terminator.
572   Preheader->getInstList().insert(Preheader->getTerminator(), &I);
573
574   if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
575   else if (isa<CallInst>(I)) ++NumMovedCalls;
576   ++NumHoisted;
577   Changed = true;
578 }
579
580 /// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it is
581 /// not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
582 /// guaranteed to execute.
583 ///
584 bool LICM::isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &Inst) {
585   // If it is not a trapping instruction, it is always safe to hoist.
586   if (!Inst.isTrapping()) return true;
587
588   // Otherwise we have to check to make sure that the instruction dominates all
589   // of the exit blocks.  If it doesn't, then there is a path out of the loop
590   // which does not execute this instruction, so we can't hoist it.
591
592   // If the instruction is in the header block for the loop (which is very
593   // common), it is always guaranteed to dominate the exit blocks.  Since this
594   // is a common case, and can save some work, check it now.
595   if (Inst.getParent() == CurLoop->getHeader())
596     return true;
597
598   // It's always safe to load from a global or alloca.
599   if (isa<LoadInst>(Inst))
600     if (isa<AllocationInst>(Inst.getOperand(0)) ||
601         isa<GlobalVariable>(Inst.getOperand(0)))
602       return true;
603
604   // Get the exit blocks for the current loop.
605   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
606   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
607
608   // For each exit block, get the DT node and walk up the DT until the
609   // instruction's basic block is found or we exit the loop.
610   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
611     if (!isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlocks[i], Inst.getParent()))
612       return false;
613
614   return true;
615 }
616
617
618 /// PromoteValuesInLoop - Try to promote memory values to scalars by sinking
619 /// stores out of the loop and moving loads to before the loop.  We do this by
620 /// looping over the stores in the loop, looking for stores to Must pointers
621 /// which are loop invariant.  We promote these memory locations to use allocas
622 /// instead.  These allocas can easily be raised to register values by the
623 /// PromoteMem2Reg functionality.
624 ///
625 void LICM::PromoteValuesInLoop() {
626   // PromotedValues - List of values that are promoted out of the loop.  Each
627   // value has an alloca instruction for it, and a canonical version of the
628   // pointer.
629   std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > PromotedValues;
630   std::map<Value*, AllocaInst*> ValueToAllocaMap; // Map of ptr to alloca
631
632   FindPromotableValuesInLoop(PromotedValues, ValueToAllocaMap);
633   if (ValueToAllocaMap.empty()) return;   // If there are values to promote.
634
635   Changed = true;
636   NumPromoted += PromotedValues.size();
637
638   std::vector<Value*> PointerValueNumbers;
639
640   // Emit a copy from the value into the alloca'd value in the loop preheader
641   TerminatorInst *LoopPredInst = Preheader->getTerminator();
642   for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i) {
643     Value *Ptr = PromotedValues[i].second;
644
645     // If we are promoting a pointer value, update alias information for the
646     // inserted load.
647     Value *LoadValue = 0;
648     if (isa<PointerType>(cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType())) {
649       // Locate a load or store through the pointer, and assign the same value
650       // to LI as we are loading or storing.  Since we know that the value is
651       // stored in this loop, this will always succeed.
652       for (Value::use_iterator UI = Ptr->use_begin(), E = Ptr->use_end();
653            UI != E; ++UI)
654         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
655           LoadValue = LI;
656           break;
657         } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(*UI)) {
658           if (SI->getOperand(1) == Ptr) {
659             LoadValue = SI->getOperand(0);
660             break;
661           }
662         }
663       assert(LoadValue && "No store through the pointer found!");
664       PointerValueNumbers.push_back(LoadValue);  // Remember this for later.
665     }
666
667     // Load from the memory we are promoting.
668     LoadInst *LI = new LoadInst(Ptr, Ptr->getName()+".promoted", LoopPredInst);
669
670     if (LoadValue) CurAST->copyValue(LoadValue, LI);
671
672     // Store into the temporary alloca.
673     new StoreInst(LI, PromotedValues[i].first, LoopPredInst);
674   }
675
676   // Scan the basic blocks in the loop, replacing uses of our pointers with
677   // uses of the allocas in question.
678   //
679   const std::vector<BasicBlock*> &LoopBBs = CurLoop->getBlocks();
680   for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator I = LoopBBs.begin(),
681          E = LoopBBs.end(); I != E; ++I) {
682     // Rewrite all loads and stores in the block of the pointer...
683     for (BasicBlock::iterator II = (*I)->begin(), E = (*I)->end();
684          II != E; ++II) {
685       if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(II)) {
686         std::map<Value*, AllocaInst*>::iterator
687           I = ValueToAllocaMap.find(L->getOperand(0));
688         if (I != ValueToAllocaMap.end())
689           L->setOperand(0, I->second);    // Rewrite load instruction...
690       } else if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(II)) {
691         std::map<Value*, AllocaInst*>::iterator
692           I = ValueToAllocaMap.find(S->getOperand(1));
693         if (I != ValueToAllocaMap.end())
694           S->setOperand(1, I->second);    // Rewrite store instruction...
695       }
696     }
697   }
698
699   // Now that the body of the loop uses the allocas instead of the original
700   // memory locations, insert code to copy the alloca value back into the
701   // original memory location on all exits from the loop.  Note that we only
702   // want to insert one copy of the code in each exit block, though the loop may
703   // exit to the same block more than once.
704   //
705   std::set<BasicBlock*> ProcessedBlocks;
706
707   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
708   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
709   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
710     if (ProcessedBlocks.insert(ExitBlocks[i]).second) {
711       // Copy all of the allocas into their memory locations.
712       BasicBlock::iterator BI = ExitBlocks[i]->begin();
713       while (isa<PHINode>(*BI))
714         ++BI;             // Skip over all of the phi nodes in the block.
715       Instruction *InsertPos = BI;
716       unsigned PVN = 0;
717       for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i) {
718         // Load from the alloca.
719         LoadInst *LI = new LoadInst(PromotedValues[i].first, "", InsertPos);
720
721         // If this is a pointer type, update alias info appropriately.
722         if (isa<PointerType>(LI->getType()))
723           CurAST->copyValue(PointerValueNumbers[PVN++], LI);
724
725         // Store into the memory we promoted.
726         new StoreInst(LI, PromotedValues[i].second, InsertPos);
727       }
728     }
729
730   // Now that we have done the deed, use the mem2reg functionality to promote
731   // all of the new allocas we just created into real SSA registers.
732   //
733   std::vector<AllocaInst*> PromotedAllocas;
734   PromotedAllocas.reserve(PromotedValues.size());
735   for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i)
736     PromotedAllocas.push_back(PromotedValues[i].first);
737   PromoteMemToReg(PromotedAllocas, *DT, *DF, AA->getTargetData(), CurAST);
738 }
739
740 /// FindPromotableValuesInLoop - Check the current loop for stores to definite
741 /// pointers, which are not loaded and stored through may aliases.  If these are
742 /// found, create an alloca for the value, add it to the PromotedValues list,
743 /// and keep track of the mapping from value to alloca.
744 ///
745 void LICM::FindPromotableValuesInLoop(
746                    std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > &PromotedValues,
747                              std::map<Value*, AllocaInst*> &ValueToAllocaMap) {
748   Instruction *FnStart = CurLoop->getHeader()->getParent()->begin()->begin();
749
750   // Loop over all of the alias sets in the tracker object.
751   for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
752        I != E; ++I) {
753     AliasSet &AS = *I;
754     // We can promote this alias set if it has a store, if it is a "Must" alias
755     // set, if the pointer is loop invariant, and if we are not eliminating any
756     // volatile loads or stores.
757     if (!AS.isForwardingAliasSet() && AS.isMod() && AS.isMustAlias() &&
758         !AS.isVolatile() && CurLoop->isLoopInvariant(AS.begin()->first)) {
759       assert(AS.begin() != AS.end() &&
760              "Must alias set should have at least one pointer element in it!");
761       Value *V = AS.begin()->first;
762
763       // Check that all of the pointers in the alias set have the same type.  We
764       // cannot (yet) promote a memory location that is loaded and stored in
765       // different sizes.
766       bool PointerOk = true;
767       for (AliasSet::iterator I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
768         if (V->getType() != I->first->getType()) {
769           PointerOk = false;
770           break;
771         }
772
773       if (PointerOk) {
774         const Type *Ty = cast<PointerType>(V->getType())->getElementType();
775         AllocaInst *AI = new AllocaInst(Ty, 0, V->getName()+".tmp", FnStart);
776         PromotedValues.push_back(std::make_pair(AI, V));
777
778         // Update the AST and alias analysis.
779         CurAST->copyValue(V, AI);
780
781         for (AliasSet::iterator I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
782           ValueToAllocaMap.insert(std::make_pair(I->first, AI));
783
784         DEBUG(std::cerr << "LICM: Promoting value: " << *V << "\n");
785       }
786     }
787   }
788 }