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