Spell doFinalization right, so that it is a proper virtual override and
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LICM.cpp
1 //===-- LICM.cpp - Loop Invariant Code Motion Pass ------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs loop invariant code motion, attempting to remove as much
11 // code from the body of a loop as possible.  It does this by either hoisting
12 // code into the preheader block, or by sinking code to the exit blocks if it is
13 // safe.  This pass also promotes must-aliased memory locations in the loop to
14 // live in registers, thus hoisting and sinking "invariant" loads and stores.
15 //
16 // This pass uses alias analysis for two purposes:
17 //
18 //  1. Moving loop invariant loads and calls out of loops.  If we can determine
19 //     that a load or call inside of a loop never aliases anything stored to,
20 //     we can hoist it or sink it like any other instruction.
21 //  2. Scalar Promotion of Memory - If there is a store instruction inside of
22 //     the loop, we try to move the store to happen AFTER the loop instead of
23 //     inside of the loop.  This can only happen if a few conditions are true:
24 //       A. The pointer stored through is loop invariant
25 //       B. There are no stores or loads in the loop which _may_ alias the
26 //          pointer.  There are no calls in the loop which mod/ref the pointer.
27 //     If these conditions are true, we can promote the loads and stores in the
28 //     loop of the pointer to use a temporary alloca'd variable.  We then use
29 //     the mem2reg functionality to construct the appropriate SSA form for the
30 //     variable.
31 //
32 //===----------------------------------------------------------------------===//
33
34 #define DEBUG_TYPE "licm"
35 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
36 #include "llvm/Constants.h"
37 #include "llvm/DerivedTypes.h"
38 #include "llvm/Instructions.h"
39 #include "llvm/Target/TargetData.h"
40 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
41 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
42 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
43 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
44 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
46 #include "llvm/Support/CFG.h"
47 #include "llvm/Support/Compiler.h"
48 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
49 #include "llvm/Support/Debug.h"
50 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
51 #include <algorithm>
52 using namespace llvm;
53
54 STATISTIC(NumSunk      , "Number of instructions sunk out of loop");
55 STATISTIC(NumHoisted   , "Number of instructions hoisted out of loop");
56 STATISTIC(NumMovedLoads, "Number of load insts hoisted or sunk");
57 STATISTIC(NumMovedCalls, "Number of call insts hoisted or sunk");
58 STATISTIC(NumPromoted  , "Number of memory locations promoted to registers");
59
60 namespace {
61   cl::opt<bool>
62   DisablePromotion("disable-licm-promotion", cl::Hidden,
63                    cl::desc("Disable memory promotion in LICM pass"));
64
65   struct VISIBILITY_HIDDEN LICM : public LoopPass {
66     virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
67
68     /// This transformation requires natural loop information & requires that
69     /// loop preheaders be inserted into the CFG...
70     ///
71     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
72       AU.setPreservesCFG();
73       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
74       AU.addRequired<LoopInfo>();
75       AU.addRequired<DominatorTree>();
76       AU.addRequired<DominanceFrontier>();  // For scalar promotion (mem2reg)
77       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
78     }
79
80     bool doFinalization() {
81       LoopToAliasMap.clear();
82       return false;
83     }
84
85   private:
86     // Various analyses that we use...
87     AliasAnalysis *AA;       // Current AliasAnalysis information
88     LoopInfo      *LI;       // Current LoopInfo
89     DominatorTree *DT;       // Dominator Tree for the current Loop...
90     DominanceFrontier *DF;   // Current Dominance Frontier
91
92     // State that is updated as we process loops
93     bool Changed;            // Set to true when we change anything.
94     BasicBlock *Preheader;   // The preheader block of the current loop...
95     Loop *CurLoop;           // The current loop we are working on...
96     AliasSetTracker *CurAST; // AliasSet information for the current loop...
97     std::map<Loop *, AliasSetTracker *> LoopToAliasMap;
98
99     /// SinkRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
100     /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in
101     /// reverse depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to
102     /// visit uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one
103     /// pass without iteration.
104     ///
105     void SinkRegion(DominatorTree::Node *N);
106
107     /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all
108     /// blocks dominated by the specified block, and that are in the current
109     /// loop) in depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to
110     /// visit definitions before uses, allowing us to hoist a loop body in one
111     /// pass without iteration.
112     ///
113     void HoistRegion(DominatorTree::Node *N);
114
115     /// inSubLoop - Little predicate that returns true if the specified basic
116     /// block is in a subloop of the current one, not the current one itself.
117     ///
118     bool inSubLoop(BasicBlock *BB) {
119       assert(CurLoop->contains(BB) && "Only valid if BB is IN the loop");
120       for (Loop::iterator I = CurLoop->begin(), E = CurLoop->end(); I != E; ++I)
121         if ((*I)->contains(BB))
122           return true;  // A subloop actually contains this block!
123       return false;
124     }
125
126     /// isExitBlockDominatedByBlockInLoop - This method checks to see if the
127     /// specified exit block of the loop is dominated by the specified block
128     /// that is in the body of the loop.  We use these constraints to
129     /// dramatically limit the amount of the dominator tree that needs to be
130     /// searched.
131     bool isExitBlockDominatedByBlockInLoop(BasicBlock *ExitBlock,
132                                            BasicBlock *BlockInLoop) const {
133       // If the block in the loop is the loop header, it must be dominated!
134       BasicBlock *LoopHeader = CurLoop->getHeader();
135       if (BlockInLoop == LoopHeader)
136         return true;
137
138       DominatorTree::Node *BlockInLoopNode = DT->getNode(BlockInLoop);
139       DominatorTree::Node *IDom            = DT->getNode(ExitBlock);
140
141       // Because the exit block is not in the loop, we know we have to get _at
142       // least_ its immediate dominator.
143       do {
144         // Get next Immediate Dominator.
145         IDom = IDom->getIDom();
146
147         // If we have got to the header of the loop, then the instructions block
148         // did not dominate the exit node, so we can't hoist it.
149         if (IDom->getBlock() == LoopHeader)
150           return false;
151
152       } while (IDom != BlockInLoopNode);
153
154       return true;
155     }
156
157     /// sink - When an instruction is found to only be used outside of the loop,
158     /// this function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as
159     /// needed.
160     ///
161     void sink(Instruction &I);
162
163     /// hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
164     /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
165     ///
166     void hoist(Instruction &I);
167
168     /// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it
169     /// is not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
170     /// guaranteed to execute.
171     ///
172     bool isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &I);
173
174     /// pointerInvalidatedByLoop - Return true if the body of this loop may
175     /// store into the memory location pointed to by V.
176     ///
177     bool pointerInvalidatedByLoop(Value *V, unsigned Size) {
178       // Check to see if any of the basic blocks in CurLoop invalidate *V.
179       return CurAST->getAliasSetForPointer(V, Size).isMod();
180     }
181
182     bool canSinkOrHoistInst(Instruction &I);
183     bool isLoopInvariantInst(Instruction &I);
184     bool isNotUsedInLoop(Instruction &I);
185
186     /// PromoteValuesInLoop - Look at the stores in the loop and promote as many
187     /// to scalars as we can.
188     ///
189     void PromoteValuesInLoop();
190
191     /// FindPromotableValuesInLoop - Check the current loop for stores to
192     /// definite pointers, which are not loaded and stored through may aliases.
193     /// If these are found, create an alloca for the value, add it to the
194     /// PromotedValues list, and keep track of the mapping from value to
195     /// alloca...
196     ///
197     void FindPromotableValuesInLoop(
198                    std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > &PromotedValues,
199                                     std::map<Value*, AllocaInst*> &Val2AlMap);
200   };
201
202   RegisterPass<LICM> X("licm", "Loop Invariant Code Motion");
203 }
204
205 LoopPass *llvm::createLICMPass() { return new LICM(); }
206
207 /// Hoist expressions out of the specified loop...
208 ///
209 bool LICM::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
210   Changed = false;
211
212   // Get our Loop and Alias Analysis information...
213   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
214   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
215   DF = &getAnalysis<DominanceFrontier>();
216   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
217
218   CurAST = new AliasSetTracker(*AA);
219   // Collect Alias info frmo subloops
220   for (Loop::iterator LoopItr = L->begin(), LoopItrE = L->end();
221        LoopItr != LoopItrE; ++LoopItr) {
222     Loop *InnerL = *LoopItr;
223     AliasSetTracker *InnerAST = LoopToAliasMap[InnerL];
224     assert (InnerAST && "Where is my AST?");
225
226     // What if InnerLoop was modified by other passes ?
227     CurAST->add(*InnerAST);
228   }
229   
230   CurLoop = L;
231
232   // Get the preheader block to move instructions into...
233   Preheader = L->getLoopPreheader();
234   assert(Preheader&&"Preheader insertion pass guarantees we have a preheader!");
235
236   // Loop over the body of this loop, looking for calls, invokes, and stores.
237   // Because subloops have already been incorporated into AST, we skip blocks in
238   // subloops.
239   //
240   for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator I = L->getBlocks().begin(),
241          E = L->getBlocks().end(); I != E; ++I)
242     if (LI->getLoopFor(*I) == L)        // Ignore blocks in subloops...
243       CurAST->add(**I);                 // Incorporate the specified basic block
244
245   // We want to visit all of the instructions in this loop... that are not parts
246   // of our subloops (they have already had their invariants hoisted out of
247   // their loop, into this loop, so there is no need to process the BODIES of
248   // the subloops).
249   //
250   // Traverse the body of the loop in depth first order on the dominator tree so
251   // that we are guaranteed to see definitions before we see uses.  This allows
252   // us to sink instructions in one pass, without iteration.  AFter sinking
253   // instructions, we perform another pass to hoist them out of the loop.
254   //
255   SinkRegion(DT->getNode(L->getHeader()));
256   HoistRegion(DT->getNode(L->getHeader()));
257
258   // Now that all loop invariants have been removed from the loop, promote any
259   // memory references to scalars that we can...
260   if (!DisablePromotion)
261     PromoteValuesInLoop();
262
263   // Clear out loops state information for the next iteration
264   CurLoop = 0;
265   Preheader = 0;
266
267   LoopToAliasMap[L] = CurAST;
268   return Changed;
269 }
270
271 /// SinkRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
272 /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in
273 /// reverse depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit
274 /// uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one pass without
275 /// iteration.
276 ///
277 void LICM::SinkRegion(DominatorTree::Node *N) {
278   assert(N != 0 && "Null dominator tree node?");
279   BasicBlock *BB = N->getBlock();
280
281   // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
282   if (!CurLoop->contains(BB)) return;
283
284   // We are processing blocks in reverse dfo, so process children first...
285   const std::vector<DominatorTree::Node*> &Children = N->getChildren();
286   for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
287     SinkRegion(Children[i]);
288
289   // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
290   // subloop (which would already have been processed).
291   if (inSubLoop(BB)) return;
292
293   for (BasicBlock::iterator II = BB->end(); II != BB->begin(); ) {
294     Instruction &I = *--II;
295
296     // Check to see if we can sink this instruction to the exit blocks
297     // of the loop.  We can do this if the all users of the instruction are
298     // outside of the loop.  In this case, it doesn't even matter if the
299     // operands of the instruction are loop invariant.
300     //
301     if (isNotUsedInLoop(I) && canSinkOrHoistInst(I)) {
302       ++II;
303       sink(I);
304     }
305   }
306 }
307
308
309 /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
310 /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in depth
311 /// first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit definitions
312 /// before uses, allowing us to hoist a loop body in one pass without iteration.
313 ///
314 void LICM::HoistRegion(DominatorTree::Node *N) {
315   assert(N != 0 && "Null dominator tree node?");
316   BasicBlock *BB = N->getBlock();
317
318   // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
319   if (!CurLoop->contains(BB)) return;
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))
324     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = BB->end(); II != E; ) {
325       Instruction &I = *II++;
326
327       // Try hoisting the instruction out to the preheader.  We can only do this
328       // if all of the operands of the instruction are loop invariant and if it
329       // is safe to hoist the instruction.
330       //
331       if (isLoopInvariantInst(I) && canSinkOrHoistInst(I) &&
332           isSafeToExecuteUnconditionally(I))
333         hoist(I);
334       }
335
336   const std::vector<DominatorTree::Node*> &Children = N->getChildren();
337   for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
338     HoistRegion(Children[i]);
339 }
340
341 /// canSinkOrHoistInst - Return true if the hoister and sinker can handle this
342 /// instruction.
343 ///
344 bool LICM::canSinkOrHoistInst(Instruction &I) {
345   // Loads have extra constraints we have to verify before we can hoist them.
346   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I)) {
347     if (LI->isVolatile())
348       return false;        // Don't hoist volatile loads!
349
350     // Don't hoist loads which have may-aliased stores in loop.
351     unsigned Size = 0;
352     if (LI->getType()->isSized())
353       Size = AA->getTargetData().getTypeSize(LI->getType());
354     return !pointerInvalidatedByLoop(LI->getOperand(0), Size);
355   } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&I)) {
356     // Handle obvious cases efficiently.
357     if (Function *Callee = CI->getCalledFunction()) {
358       AliasAnalysis::ModRefBehavior Behavior =AA->getModRefBehavior(Callee, CI);
359       if (Behavior == AliasAnalysis::DoesNotAccessMemory)
360         return true;
361       else if (Behavior == AliasAnalysis::OnlyReadsMemory) {
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   // Otherwise these instructions are hoistable/sinkable
384   return isa<BinaryOperator>(I) || isa<CastInst>(I) ||
385          isa<SelectInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) || isa<CmpInst>(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   DOUT << "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->deleteValue(&I);
446       if (!I.use_empty())  // If I has users in unreachable blocks, eliminate.
447         I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
448       I.eraseFromParent();
449     } else {
450       // Move the instruction to the start of the exit block, after any PHI
451       // nodes in it.
452       I.removeFromParent();
453
454       BasicBlock::iterator InsertPt = ExitBlocks[0]->begin();
455       while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
456       ExitBlocks[0]->getInstList().insert(InsertPt, &I);
457     }
458   } else if (ExitBlocks.size() == 0) {
459     // The instruction is actually dead if there ARE NO exit blocks.
460     CurAST->deleteValue(&I);
461     if (!I.use_empty())  // If I has users in unreachable blocks, eliminate.
462       I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
463     I.eraseFromParent();
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()->getEntryBlock().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.removeFromParent();
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.eraseFromParent();
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   DOUT << "LICM hoisting to " << Preheader->getName() << ": " << I;
565
566   // Remove the instruction from its current basic block... but don't delete the
567   // instruction.
568   I.removeFromParent();
569
570   // Insert the new node in Preheader, before the terminator.
571   Preheader->getInstList().insert(Preheader->getTerminator(), &I);
572
573   if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
574   else if (isa<CallInst>(I)) ++NumMovedCalls;
575   ++NumHoisted;
576   Changed = true;
577 }
578
579 /// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it is
580 /// not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
581 /// guaranteed to execute.
582 ///
583 bool LICM::isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &Inst) {
584   // If it is not a trapping instruction, it is always safe to hoist.
585   if (!Inst.isTrapping()) return true;
586
587   // Otherwise we have to check to make sure that the instruction dominates all
588   // of the exit blocks.  If it doesn't, then there is a path out of the loop
589   // which does not execute this instruction, so we can't hoist it.
590
591   // If the instruction is in the header block for the loop (which is very
592   // common), it is always guaranteed to dominate the exit blocks.  Since this
593   // is a common case, and can save some work, check it now.
594   if (Inst.getParent() == CurLoop->getHeader())
595     return true;
596
597   // It's always safe to load from a global or alloca.
598   if (isa<LoadInst>(Inst))
599     if (isa<AllocationInst>(Inst.getOperand(0)) ||
600         isa<GlobalVariable>(Inst.getOperand(0)))
601       return true;
602
603   // Get the exit blocks for the current loop.
604   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
605   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
606
607   // For each exit block, get the DT node and walk up the DT until the
608   // instruction's basic block is found or we exit the loop.
609   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
610     if (!isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlocks[i], Inst.getParent()))
611       return false;
612
613   return true;
614 }
615
616
617 /// PromoteValuesInLoop - Try to promote memory values to scalars by sinking
618 /// stores out of the loop and moving loads to before the loop.  We do this by
619 /// looping over the stores in the loop, looking for stores to Must pointers
620 /// which are loop invariant.  We promote these memory locations to use allocas
621 /// instead.  These allocas can easily be raised to register values by the
622 /// PromoteMem2Reg functionality.
623 ///
624 void LICM::PromoteValuesInLoop() {
625   // PromotedValues - List of values that are promoted out of the loop.  Each
626   // value has an alloca instruction for it, and a canonical version of the
627   // pointer.
628   std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > PromotedValues;
629   std::map<Value*, AllocaInst*> ValueToAllocaMap; // Map of ptr to alloca
630
631   FindPromotableValuesInLoop(PromotedValues, ValueToAllocaMap);
632   if (ValueToAllocaMap.empty()) return;   // If there are values to promote.
633
634   Changed = true;
635   NumPromoted += PromotedValues.size();
636
637   std::vector<Value*> PointerValueNumbers;
638
639   // Emit a copy from the value into the alloca'd value in the loop preheader
640   TerminatorInst *LoopPredInst = Preheader->getTerminator();
641   for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i) {
642     Value *Ptr = PromotedValues[i].second;
643
644     // If we are promoting a pointer value, update alias information for the
645     // inserted load.
646     Value *LoadValue = 0;
647     if (isa<PointerType>(cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType())) {
648       // Locate a load or store through the pointer, and assign the same value
649       // to LI as we are loading or storing.  Since we know that the value is
650       // stored in this loop, this will always succeed.
651       for (Value::use_iterator UI = Ptr->use_begin(), E = Ptr->use_end();
652            UI != E; ++UI)
653         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
654           LoadValue = LI;
655           break;
656         } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(*UI)) {
657           if (SI->getOperand(1) == Ptr) {
658             LoadValue = SI->getOperand(0);
659             break;
660           }
661         }
662       assert(LoadValue && "No store through the pointer found!");
663       PointerValueNumbers.push_back(LoadValue);  // Remember this for later.
664     }
665
666     // Load from the memory we are promoting.
667     LoadInst *LI = new LoadInst(Ptr, Ptr->getName()+".promoted", LoopPredInst);
668
669     if (LoadValue) CurAST->copyValue(LoadValue, LI);
670
671     // Store into the temporary alloca.
672     new StoreInst(LI, PromotedValues[i].first, LoopPredInst);
673   }
674
675   // Scan the basic blocks in the loop, replacing uses of our pointers with
676   // uses of the allocas in question.
677   //
678   const std::vector<BasicBlock*> &LoopBBs = CurLoop->getBlocks();
679   for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator I = LoopBBs.begin(),
680          E = LoopBBs.end(); I != E; ++I) {
681     // Rewrite all loads and stores in the block of the pointer...
682     for (BasicBlock::iterator II = (*I)->begin(), E = (*I)->end();
683          II != E; ++II) {
684       if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(II)) {
685         std::map<Value*, AllocaInst*>::iterator
686           I = ValueToAllocaMap.find(L->getOperand(0));
687         if (I != ValueToAllocaMap.end())
688           L->setOperand(0, I->second);    // Rewrite load instruction...
689       } else if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(II)) {
690         std::map<Value*, AllocaInst*>::iterator
691           I = ValueToAllocaMap.find(S->getOperand(1));
692         if (I != ValueToAllocaMap.end())
693           S->setOperand(1, I->second);    // Rewrite store instruction...
694       }
695     }
696   }
697
698   // Now that the body of the loop uses the allocas instead of the original
699   // memory locations, insert code to copy the alloca value back into the
700   // original memory location on all exits from the loop.  Note that we only
701   // want to insert one copy of the code in each exit block, though the loop may
702   // exit to the same block more than once.
703   //
704   std::set<BasicBlock*> ProcessedBlocks;
705
706   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
707   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
708   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
709     if (ProcessedBlocks.insert(ExitBlocks[i]).second) {
710       // Copy all of the allocas into their memory locations.
711       BasicBlock::iterator BI = ExitBlocks[i]->begin();
712       while (isa<PHINode>(*BI))
713         ++BI;             // Skip over all of the phi nodes in the block.
714       Instruction *InsertPos = BI;
715       unsigned PVN = 0;
716       for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i) {
717         // Load from the alloca.
718         LoadInst *LI = new LoadInst(PromotedValues[i].first, "", InsertPos);
719
720         // If this is a pointer type, update alias info appropriately.
721         if (isa<PointerType>(LI->getType()))
722           CurAST->copyValue(PointerValueNumbers[PVN++], LI);
723
724         // Store into the memory we promoted.
725         new StoreInst(LI, PromotedValues[i].second, InsertPos);
726       }
727     }
728
729   // Now that we have done the deed, use the mem2reg functionality to promote
730   // all of the new allocas we just created into real SSA registers.
731   //
732   std::vector<AllocaInst*> PromotedAllocas;
733   PromotedAllocas.reserve(PromotedValues.size());
734   for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i)
735     PromotedAllocas.push_back(PromotedValues[i].first);
736   PromoteMemToReg(PromotedAllocas, *DT, *DF, AA->getTargetData(), CurAST);
737 }
738
739 /// FindPromotableValuesInLoop - Check the current loop for stores to definite
740 /// pointers, which are not loaded and stored through may aliases.  If these are
741 /// found, create an alloca for the value, add it to the PromotedValues list,
742 /// and keep track of the mapping from value to alloca.
743 ///
744 void LICM::FindPromotableValuesInLoop(
745                    std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > &PromotedValues,
746                              std::map<Value*, AllocaInst*> &ValueToAllocaMap) {
747   Instruction *FnStart = CurLoop->getHeader()->getParent()->begin()->begin();
748
749   // Loop over all of the alias sets in the tracker object.
750   for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
751        I != E; ++I) {
752     AliasSet &AS = *I;
753     // We can promote this alias set if it has a store, if it is a "Must" alias
754     // set, if the pointer is loop invariant, and if we are not eliminating any
755     // volatile loads or stores.
756     if (!AS.isForwardingAliasSet() && AS.isMod() && AS.isMustAlias() &&
757         !AS.isVolatile() && CurLoop->isLoopInvariant(AS.begin()->first)) {
758       assert(AS.begin() != AS.end() &&
759              "Must alias set should have at least one pointer element in it!");
760       Value *V = AS.begin()->first;
761
762       // Check that all of the pointers in the alias set have the same type.  We
763       // cannot (yet) promote a memory location that is loaded and stored in
764       // different sizes.
765       bool PointerOk = true;
766       for (AliasSet::iterator I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
767         if (V->getType() != I->first->getType()) {
768           PointerOk = false;
769           break;
770         }
771
772       if (PointerOk) {
773         const Type *Ty = cast<PointerType>(V->getType())->getElementType();
774         AllocaInst *AI = new AllocaInst(Ty, 0, V->getName()+".tmp", FnStart);
775         PromotedValues.push_back(std::make_pair(AI, V));
776
777         // Update the AST and alias analysis.
778         CurAST->copyValue(V, AI);
779
780         for (AliasSet::iterator I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
781           ValueToAllocaMap.insert(std::make_pair(I->first, AI));
782
783         DOUT << "LICM: Promoting value: " << *V << "\n";
784       }
785     }
786   }
787 }