lib/Transforms/Scalar/LoopIndexSplit.cpp

   1 //===- LoopIndexSplit.cpp - Loop Index Splitting Pass ---------------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file implements Loop Index Splitting Pass.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #define DEBUG_TYPE "loop-index-split"
  15
  16 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  17 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
  18 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
  19 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
  20 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
  21 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
  22 #include "llvm/Support/Compiler.h"
  23 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
  24 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  25
  26 using namespace llvm;
  27
  28 STATISTIC(NumIndexSplit, "Number of loops index split");
  29
  30 namespace {
  31
  32   class VISIBILITY_HIDDEN LoopIndexSplit : public LoopPass {
  33
  34   public:
  35     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
  36     LoopIndexSplit() : LoopPass((intptr_t)&ID) {}
  37
  38     // Index split Loop L. Return true if loop is split.
  39     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
  40
  41     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  42       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
  43       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
  44       AU.addRequiredID(LCSSAID);
  45       AU.addPreservedID(LCSSAID);
  46       AU.addRequired<LoopInfo>();
  47       AU.addPreserved<LoopInfo>();
  48       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
  49       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
  50       AU.addRequired<DominatorTree>();
  51       AU.addRequired<DominanceFrontier>();
  52       AU.addPreserved<DominatorTree>();
  53       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
  54     }
  55
  56   private:
  57
  58     class SplitInfo {
  59     public:
  60       SplitInfo() : SplitValue(NULL), SplitCondition(NULL),
  61                     UseTrueBranchFirst(true), A_ExitValue(NULL),
  62                     B_StartValue(NULL) {}
  63
  64       // Induction variable's range is split at this value.
  65       Value *SplitValue;
  66
  67       // This instruction compares IndVar against SplitValue.
  68       Instruction *SplitCondition;
  69
  70       // True if after loop index split, first loop will execute split condition's
  71       // true branch.
  72       bool UseTrueBranchFirst;
  73
  74       // Exit value for first loop after loop split.
  75       Value *A_ExitValue;
  76
  77       // Start value for second loop after loop split.
  78       Value *B_StartValue;
  79
  80       // Clear split info.
  81       void clear() {
  82         SplitValue = NULL;
  83         SplitCondition = NULL;
  84         UseTrueBranchFirst = true;
  85         A_ExitValue = NULL;
  86         B_StartValue = NULL;
  87       }
  88
  89     };
  90
  91   private:
  92
  93     // safeIcmpInst - CI is considered safe instruction if one of the operand
  94     // is SCEVAddRecExpr based on induction variable and other operand is
  95     // loop invariant. If CI is safe then populate SplitInfo object SD appropriately
  96     // and return true;
  97     bool safeICmpInst(ICmpInst *CI, SplitInfo &SD);
  98
  99     /// Find condition inside a loop that is suitable candidate for index split.
 100     void findSplitCondition();
 101
 102     /// Find loop's exit condition.
 103     void findLoopConditionals();
 104
 105     /// Return induction variable associated with value V.
 106     void findIndVar(Value *V, Loop *L);
 107
 108     /// processOneIterationLoop - Current loop L contains compare instruction
 109     /// that compares induction variable, IndVar, agains loop invariant. If
 110     /// entire (i.e. meaningful) loop body is dominated by this compare
 111     /// instruction then loop body is executed only for one iteration. In
 112     /// such case eliminate loop structure surrounding this loop body. For
 113     bool processOneIterationLoop(SplitInfo &SD);
 114
 115     void updateLoopBounds(ICmpInst *CI);
 116     /// updateLoopIterationSpace - Current loop body is covered by an AND
 117     /// instruction whose operands compares induction variables with loop
 118     /// invariants. If possible, hoist this check outside the loop by
 119     /// updating appropriate start and end values for induction variable.
 120     bool updateLoopIterationSpace(SplitInfo &SD);
 121
 122     /// If loop header includes loop variant instruction operands then
 123     /// this loop may not be eliminated.
 124     bool safeHeader(SplitInfo &SD,  BasicBlock *BB);
 125
 126     /// If Exiting block includes loop variant instructions then this
 127     /// loop may not be eliminated.
 128     bool safeExitingBlock(SplitInfo &SD, BasicBlock *BB);
 129
 130     /// removeBlocks - Remove basic block DeadBB and all blocks dominated by DeadBB.
 131     /// This routine is used to remove split condition's dead branch, dominated by
 132     /// DeadBB. LiveBB dominates split conidition's other branch.
 133     void removeBlocks(BasicBlock *DeadBB, Loop *LP, BasicBlock *LiveBB);
 134
 135     /// safeSplitCondition - Return true if it is possible to
 136     /// split loop using given split condition.
 137     bool safeSplitCondition(SplitInfo &SD);
 138
 139     /// calculateLoopBounds - ALoop exit value and BLoop start values are calculated
 140     /// based on split value.
 141     void calculateLoopBounds(SplitInfo &SD);
 142
 143     /// updatePHINodes - CFG has been changed.
 144     /// Before
 145     ///   - ExitBB's single predecessor was Latch
 146     ///   - Latch's second successor was Header
 147     /// Now
 148     ///   - ExitBB's single predecessor was Header
 149     ///   - Latch's one and only successor was Header
 150     ///
 151     /// Update ExitBB PHINodes' to reflect this change.
 152     void updatePHINodes(BasicBlock *ExitBB, BasicBlock *Latch,
 153                         BasicBlock *Header,
 154                         PHINode *IV, Instruction *IVIncrement, Loop *LP);
 155
 156     /// moveExitCondition - Move exit condition EC into split condition block CondBB.
 157     void moveExitCondition(BasicBlock *CondBB, BasicBlock *ActiveBB,
 158                            BasicBlock *ExitBB, ICmpInst *EC, ICmpInst *SC,
 159                            PHINode *IV, Instruction *IVAdd, Loop *LP);
 160
 161     /// splitLoop - Split current loop L in two loops using split information
 162     /// SD. Update dominator information. Maintain LCSSA form.
 163     bool splitLoop(SplitInfo &SD);
 164
 165     void initialize() {
 166       IndVar = NULL;
 167       IndVarIncrement = NULL;
 168       ExitCondition = NULL;
 169       StartValue = NULL;
 170       ExitValueNum = 0;
 171       SplitData.clear();
 172     }
 173
 174   private:
 175
 176     // Current Loop.
 177     Loop *L;
 178     LPPassManager *LPM;
 179     LoopInfo *LI;
 180     ScalarEvolution *SE;
 181     DominatorTree *DT;
 182     DominanceFrontier *DF;
 183     SmallVector<SplitInfo, 4> SplitData;
 184
 185     // Induction variable whose range is being split by this transformation.
 186     PHINode *IndVar;
 187     Instruction *IndVarIncrement;
 188
 189     // Loop exit condition.
 190     ICmpInst *ExitCondition;
 191
 192     // Induction variable's initial value.
 193     Value *StartValue;
 194
 195     // Induction variable's final loop exit value operand number in exit condition..
 196     unsigned ExitValueNum;
 197   };
 198
 199   char LoopIndexSplit::ID = 0;
 200   RegisterPass<LoopIndexSplit> X ("loop-index-split", "Index Split Loops");
 201 }
 202
 203 LoopPass *llvm::createLoopIndexSplitPass() {
 204   return new LoopIndexSplit();
 205 }
 206
 207 // Index split Loop L. Return true if loop is split.
 208 bool LoopIndexSplit::runOnLoop(Loop *IncomingLoop, LPPassManager &LPM_Ref) {
 209   bool Changed = false;
 210   L = IncomingLoop;
 211   LPM = &LPM_Ref;
 212
 213   // FIXME - Nested loops make dominator info updates tricky.
 214   if (!L->getSubLoops().empty())
 215     return false;
 216
 217   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
 218   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
 219   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
 220   DF = &getAnalysis<DominanceFrontier>();
 221
 222   initialize();
 223
 224   findLoopConditionals();
 225
 226   if (!ExitCondition)
 227     return false;
 228
 229   findSplitCondition();
 230
 231   if (SplitData.empty())
 232     return false;
 233
 234   // First see if it is possible to eliminate loop itself or not.
 235   for (SmallVector<SplitInfo, 4>::iterator SI = SplitData.begin(),
 236          E = SplitData.end(); SI != E;) {
 237     SplitInfo &SD = *SI;
 238     ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(SD.SplitCondition);
 239     if (SD.SplitCondition->getOpcode() == Instruction::And) {
 240       Changed = updateLoopIterationSpace(SD);
 241       if (Changed) {
 242         ++NumIndexSplit;
 243         // If is loop is eliminated then nothing else to do here.
 244         return Changed;
 245       } else {
 246         SmallVector<SplitInfo, 4>::iterator Delete_SI = SI;
 247         ++SI;
 248         SplitData.erase(Delete_SI);
 249       }
 250     }
 251     else if (CI && CI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ) {
 252       Changed = processOneIterationLoop(SD);
 253       if (Changed) {
 254         ++NumIndexSplit;
 255         // If is loop is eliminated then nothing else to do here.
 256         return Changed;
 257       } else {
 258         SmallVector<SplitInfo, 4>::iterator Delete_SI = SI;
 259         ++SI;
 260         SplitData.erase(Delete_SI);
 261       }
 262     } else
 263       ++SI;
 264   }
 265
 266   if (SplitData.empty())
 267     return false;
 268
 269   // Split most profitiable condition.
 270   // FIXME : Implement cost analysis.
 271   unsigned MostProfitableSDIndex = 0;
 272   Changed = splitLoop(SplitData[MostProfitableSDIndex]);
 273
 274   if (Changed)
 275     ++NumIndexSplit;
 276
 277   return Changed;
 278 }
 279
 280 /// Return true if V is a induction variable or induction variable's
 281 /// increment for loop L.
 282 void LoopIndexSplit::findIndVar(Value *V, Loop *L) {
 283
 284   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 285   if (!I)
 286     return;
 287
 288   // Check if I is a phi node from loop header or not.
 289   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
 290     if (PN->getParent() == L->getHeader()) {
 291       IndVar = PN;
 292       return;
 293     }
 294   }
 295
 296   // Check if I is a add instruction whose one operand is
 297   // phi node from loop header and second operand is constant.
 298   if (I->getOpcode() != Instruction::Add)
 299     return;
 300
 301   Value *Op0 = I->getOperand(0);
 302   Value *Op1 = I->getOperand(1);
 303
 304   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Op0))
 305     if (PN->getParent() == L->getHeader())
 306       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1))
 307         if (CI->isOne()) {
 308           IndVar = PN;
 309           IndVarIncrement = I;
 310           return;
 311         }
 312
 313   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Op1))
 314     if (PN->getParent() == L->getHeader())
 315       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op0))
 316         if (CI->isOne()) {
 317           IndVar = PN;
 318           IndVarIncrement = I;
 319           return;
 320         }
 321
 322   return;
 323 }
 324
 325 // Find loop's exit condition and associated induction variable.
 326 void LoopIndexSplit::findLoopConditionals() {
 327
 328   BasicBlock *ExitingBlock = NULL;
 329
 330   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
 331        I != E; ++I) {
 332     BasicBlock *BB = *I;
 333     if (!L->isLoopExit(BB))
 334       continue;
 335     if (ExitingBlock)
 336       return;
 337     ExitingBlock = BB;
 338   }
 339
 340   if (!ExitingBlock)
 341     return;
 342
 343   // If exiting block is neither loop header nor loop latch then this loop is
 344   // not suitable.
 345   if (ExitingBlock != L->getHeader() && ExitingBlock != L->getLoopLatch())
 346     return;
 347
 348   // If exit block's terminator is conditional branch inst then we have found
 349   // exit condition.
 350   BranchInst *BR = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
 351   if (!BR || BR->isUnconditional())
 352     return;
 353
 354   ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(BR->getCondition());
 355   if (!CI)
 356     return;
 357
 358   // FIXME
 359   if (CI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ
 360       || CI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE)
 361     return;
 362
 363   ExitCondition = CI;
 364
 365   // Exit condition's one operand is loop invariant exit value and second
 366   // operand is SCEVAddRecExpr based on induction variable.
 367   Value *V0 = CI->getOperand(0);
 368   Value *V1 = CI->getOperand(1);
 369
 370   SCEVHandle SH0 = SE->getSCEV(V0);
 371   SCEVHandle SH1 = SE->getSCEV(V1);
 372
 373   if (SH0->isLoopInvariant(L) && isa<SCEVAddRecExpr>(SH1)) {
 374     ExitValueNum = 0;
 375     findIndVar(V1, L);
 376   }
 377   else if (SH1->isLoopInvariant(L) && isa<SCEVAddRecExpr>(SH0)) {
 378     ExitValueNum =  1;
 379     findIndVar(V0, L);
 380   }
 381
 382   if (!IndVar)
 383     ExitCondition = NULL;
 384   else if (IndVar) {
 385     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
 386     StartValue = IndVar->getIncomingValueForBlock(Preheader);
 387   }
 388 }
 389
 390 /// Find condition inside a loop that is suitable candidate for index split.
 391 void LoopIndexSplit::findSplitCondition() {
 392
 393   SplitInfo SD;
 394   // Check all basic block's terminators.
 395   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
 396        I != E; ++I) {
 397     SD.clear();
 398     BasicBlock *BB = *I;
 399
 400     // If this basic block does not terminate in a conditional branch
 401     // then terminator is not a suitable split condition.
 402     BranchInst *BR = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
 403     if (!BR)
 404       continue;
 405
 406     if (BR->isUnconditional())
 407       continue;
 408
 409     if (Instruction *AndI = dyn_cast<Instruction>(BR->getCondition())) {
 410       if (AndI->getOpcode() == Instruction::And) {
 411         ICmpInst *Op0 = dyn_cast<ICmpInst>(AndI->getOperand(0));
 412         ICmpInst *Op1 = dyn_cast<ICmpInst>(AndI->getOperand(1));
 413
 414         if (!Op0 || !Op1)
 415           continue;
 416
 417         if (!safeICmpInst(Op0, SD))
 418           continue;
 419         SD.clear();
 420         if (!safeICmpInst(Op1, SD))
 421           continue;
 422         SD.clear();
 423         SD.SplitCondition = AndI;
 424         SplitData.push_back(SD);
 425         continue;
 426       }
 427     }
 428     ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(BR->getCondition());
 429     if (!CI || CI == ExitCondition)
 430       continue;
 431
 432     if (CI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE)
 433       continue;
 434
 435     // If split condition predicate is GT or GE then first execute
 436     // false branch of split condition.
 437     if (CI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_UGT
 438         || CI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT
 439         || CI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_UGE
 440         || CI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGE)
 441       SD.UseTrueBranchFirst = false;
 442
 443     // If one operand is loop invariant and second operand is SCEVAddRecExpr
 444     // based on induction variable then CI is a candidate split condition.
 445     if (safeICmpInst(CI, SD))
 446       SplitData.push_back(SD);
 447   }
 448 }
 449
 450 // safeIcmpInst - CI is considered safe instruction if one of the operand
 451 // is SCEVAddRecExpr based on induction variable and other operand is
 452 // loop invariant. If CI is safe then populate SplitInfo object SD appropriately
 453 // and return true;
 454 bool LoopIndexSplit::safeICmpInst(ICmpInst *CI, SplitInfo &SD) {
 455
 456   Value *V0 = CI->getOperand(0);
 457   Value *V1 = CI->getOperand(1);
 458
 459   SCEVHandle SH0 = SE->getSCEV(V0);
 460   SCEVHandle SH1 = SE->getSCEV(V1);
 461
 462   if (SH0->isLoopInvariant(L) && isa<SCEVAddRecExpr>(SH1)) {
 463     SD.SplitValue = V0;
 464     SD.SplitCondition = CI;
 465     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V1)) {
 466       if (PN == IndVar)
 467         return true;
 468     }
 469     else  if (Instruction *Insn = dyn_cast<Instruction>(V1)) {
 470       if (IndVarIncrement && IndVarIncrement == Insn)
 471         return true;
 472     }
 473   }
 474   else if (SH1->isLoopInvariant(L) && isa<SCEVAddRecExpr>(SH0)) {
 475     SD.SplitValue =  V1;
 476     SD.SplitCondition = CI;
 477     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V0)) {
 478       if (PN == IndVar)
 479         return true;
 480     }
 481     else  if (Instruction *Insn = dyn_cast<Instruction>(V0)) {
 482       if (IndVarIncrement && IndVarIncrement == Insn)
 483         return true;
 484     }
 485   }
 486
 487   return false;
 488 }
 489
 490 /// processOneIterationLoop - Current loop L contains compare instruction
 491 /// that compares induction variable, IndVar, against loop invariant. If
 492 /// entire (i.e. meaningful) loop body is dominated by this compare
 493 /// instruction then loop body is executed only once. In such case eliminate
 494 /// loop structure surrounding this loop body. For example,
 495 ///     for (int i = start; i < end; ++i) {
 496 ///         if ( i == somevalue) {
 497 ///           loop_body
 498 ///         }
 499 ///     }
 500 /// can be transformed into
 501 ///     if (somevalue >= start && somevalue < end) {
 502 ///        i = somevalue;
 503 ///        loop_body
 504 ///     }
 505 bool LoopIndexSplit::processOneIterationLoop(SplitInfo &SD) {
 506
 507   BasicBlock *Header = L->getHeader();
 508
 509   // First of all, check if SplitCondition dominates entire loop body
 510   // or not.
 511
 512   // If SplitCondition is not in loop header then this loop is not suitable
 513   // for this transformation.
 514   if (SD.SplitCondition->getParent() != Header)
 515     return false;
 516
 517   // If loop header includes loop variant instruction operands then
 518   // this loop may not be eliminated.
 519   if (!safeHeader(SD, Header))
 520     return false;
 521
 522   // If Exiting block includes loop variant instructions then this
 523   // loop may not be eliminated.
 524   if (!safeExitingBlock(SD, ExitCondition->getParent()))
 525     return false;
 526
 527   // Filter loops where split condition's false branch is not empty.
 528   if (ExitCondition->getParent() != Header->getTerminator()->getSuccessor(1))
 529     return false;
 530
 531   // If split condition is not safe then do not process this loop.
 532   // For example,
 533   // for(int i = 0; i < N; i++) {
 534   //    if ( i == XYZ) {
 535   //      A;
 536   //    else
 537   //      B;
 538   //    }
 539   //   C;
 540   //   D;
 541   // }
 542   if (!safeSplitCondition(SD))
 543     return false;
 544
 545   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
 546   BranchInst *BR = dyn_cast<BranchInst>(Latch->getTerminator());
 547   if (!BR)
 548     return false;
 549
 550   // Update CFG.
 551
 552   // Replace index variable with split value in loop body. Loop body is executed
 553   // only when index variable is equal to split value.
 554   IndVar->replaceAllUsesWith(SD.SplitValue);
 555
 556   // Remove Latch to Header edge.
 557   BasicBlock *LatchSucc = NULL;
 558   Header->removePredecessor(Latch);
 559   for (succ_iterator SI = succ_begin(Latch), E = succ_end(Latch);
 560        SI != E; ++SI) {
 561     if (Header != *SI)
 562       LatchSucc = *SI;
 563   }
 564   BR->setUnconditionalDest(LatchSucc);
 565
 566   Instruction *Terminator = Header->getTerminator();
 567   Value *ExitValue = ExitCondition->getOperand(ExitValueNum);
 568
 569   // Replace split condition in header.
 570   // Transform
 571   //      SplitCondition : icmp eq i32 IndVar, SplitValue
 572   // into
 573   //      c1 = icmp uge i32 SplitValue, StartValue
 574   //      c2 = icmp ult i32 SplitValue, ExitValue
 575   //      and i32 c1, c2
 576   bool SignedPredicate = ExitCondition->isSignedPredicate();
 577   Instruction *C1 = new ICmpInst(SignedPredicate ?
 578                                  ICmpInst::ICMP_SGE : ICmpInst::ICMP_UGE,
 579                                  SD.SplitValue, StartValue, "lisplit",
 580                                  Terminator);
 581   Instruction *C2 = new ICmpInst(SignedPredicate ?
 582                                  ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT,
 583                                  SD.SplitValue, ExitValue, "lisplit",
 584                                  Terminator);
 585   Instruction *NSplitCond = BinaryOperator::createAnd(C1, C2, "lisplit",
 586                                                       Terminator);
 587   SD.SplitCondition->replaceAllUsesWith(NSplitCond);
 588   SD.SplitCondition->eraseFromParent();
 589
 590   // Now, clear latch block. Remove instructions that are responsible
 591   // to increment induction variable.
 592   Instruction *LTerminator = Latch->getTerminator();
 593   for (BasicBlock::iterator LB = Latch->begin(), LE = Latch->end();
 594        LB != LE; ) {
 595     Instruction *I = LB;
 596     ++LB;
 597     if (isa<PHINode>(I) || I == LTerminator)
 598       continue;
 599
 600     if (I == IndVarIncrement)
 601       I->replaceAllUsesWith(ExitValue);
 602     else
 603       I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
 604     I->eraseFromParent();
 605   }
 606
 607   LPM->deleteLoopFromQueue(L);
 608
 609   // Update Dominator Info.
 610   // Only CFG change done is to remove Latch to Header edge. This
 611   // does not change dominator tree because Latch did not dominate
 612   // Header.
 613   if (DF) {
 614     DominanceFrontier::iterator HeaderDF = DF->find(Header);
 615     if (HeaderDF != DF->end())
 616       DF->removeFromFrontier(HeaderDF, Header);
 617
 618     DominanceFrontier::iterator LatchDF = DF->find(Latch);
 619     if (LatchDF != DF->end())
 620       DF->removeFromFrontier(LatchDF, Header);
 621   }
 622   return true;
 623 }
 624
 625 // If loop header includes loop variant instruction operands then
 626 // this loop can not be eliminated. This is used by processOneIterationLoop().
 627 bool LoopIndexSplit::safeHeader(SplitInfo &SD, BasicBlock *Header) {
 628
 629   Instruction *Terminator = Header->getTerminator();
 630   for(BasicBlock::iterator BI = Header->begin(), BE = Header->end();
 631       BI != BE; ++BI) {
 632     Instruction *I = BI;
 633
 634     // PHI Nodes are OK.
 635     if (isa<PHINode>(I))
 636       continue;
 637
 638     // SplitCondition itself is OK.
 639     if (I == SD.SplitCondition)
 640       continue;
 641
 642     // Induction variable is OK.
 643     if (I == IndVar)
 644       continue;
 645
 646     // Induction variable increment is OK.
 647     if (I == IndVarIncrement)
 648       continue;
 649
 650     // Terminator is also harmless.
 651     if (I == Terminator)
 652       continue;
 653
 654     // Otherwise we have a instruction that may not be safe.
 655     return false;
 656   }
 657
 658   return true;
 659 }
 660
 661 // If Exiting block includes loop variant instructions then this
 662 // loop may not be eliminated. This is used by processOneIterationLoop().
 663 bool LoopIndexSplit::safeExitingBlock(SplitInfo &SD,
 664                                        BasicBlock *ExitingBlock) {
 665
 666   for (BasicBlock::iterator BI = ExitingBlock->begin(),
 667          BE = ExitingBlock->end(); BI != BE; ++BI) {
 668     Instruction *I = BI;
 669
 670     // PHI Nodes are OK.
 671     if (isa<PHINode>(I))
 672       continue;
 673
 674     // Induction variable increment is OK.
 675     if (IndVarIncrement && IndVarIncrement == I)
 676       continue;
 677
 678     // Check if I is induction variable increment instruction.
 679     if (I->getOpcode() == Instruction::Add) {
 680
 681       Value *Op0 = I->getOperand(0);
 682       Value *Op1 = I->getOperand(1);
 683       PHINode *PN = NULL;
 684       ConstantInt *CI = NULL;
 685
 686       if ((PN = dyn_cast<PHINode>(Op0))) {
 687         if ((CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)))
 688           if (CI->isOne()) {
 689             if (!IndVarIncrement && PN == IndVar)
 690               IndVarIncrement = I;
 691             // else this is another loop induction variable
 692             continue;
 693           }
 694       } else
 695         if ((PN = dyn_cast<PHINode>(Op1))) {
 696           if ((CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)))
 697             if (CI->isOne()) {
 698               if (!IndVarIncrement && PN == IndVar)
 699                 IndVarIncrement = I;
 700               // else this is another loop induction variable
 701               continue;
 702             }
 703       }
 704     }
 705
 706     // I is an Exit condition if next instruction is block terminator.
 707     // Exit condition is OK if it compares loop invariant exit value,
 708     // which is checked below.
 709     else if (ICmpInst *EC = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
 710       if (EC == ExitCondition)
 711         continue;
 712     }
 713
 714     if (I == ExitingBlock->getTerminator())
 715       continue;
 716
 717     // Otherwise we have instruction that may not be safe.
 718     return false;
 719   }
 720
 721   // We could not find any reason to consider ExitingBlock unsafe.
 722   return true;
 723 }
 724
 725 void LoopIndexSplit::updateLoopBounds(ICmpInst *CI) {
 726
 727   Value *V0 = CI->getOperand(0);
 728   Value *V1 = CI->getOperand(1);
 729   Value *NV = NULL;
 730
 731   SCEVHandle SH0 = SE->getSCEV(V0);
 732
 733   if (SH0->isLoopInvariant(L))
 734     NV = V0;
 735   else
 736     NV = V1;
 737
 738   if (ExitCondition->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT
 739       || ExitCondition->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_UGT
 740       || ExitCondition->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGE
 741       || ExitCondition->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_UGE)  {
 742     ExitCondition->swapOperands();
 743     if (ExitValueNum)
 744       ExitValueNum = 0;
 745     else
 746       ExitValueNum = 1;
 747   }
 748
 749   Value *NUB = NULL;
 750   Value *NLB = NULL;
 751   Value *UB = ExitCondition->getOperand(ExitValueNum);
 752   const Type *Ty = NV->getType();
 753   bool Sign = ExitCondition->isSignedPredicate();
 754   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
 755   Instruction *PHTerminator = Preheader->getTerminator();
 756
 757   assert (NV && "Unexpected value");
 758
 759   switch (CI->getPredicate()) {
 760   case ICmpInst::ICMP_ULE:
 761   case ICmpInst::ICMP_SLE:
 762     // for (i = LB; i < UB; ++i)
 763     //   if (i <= NV && ...)
 764     //      LOOP_BODY
 765     //
 766     // is transformed into
 767     // NUB = min (NV+1, UB)
 768     // for (i = LB; i < NUB ; ++i)
 769     //   LOOP_BODY
 770     //
 771     if (ExitCondition->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SLT
 772         || ExitCondition->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_ULT) {
 773       Value *A = BinaryOperator::createAdd(NV, ConstantInt::get(Ty, 1, Sign),
 774                                            "lsplit.add", PHTerminator);
 775       Value *C = new ICmpInst(Sign ? ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT,
 776                               A, UB,"lsplit,c", PHTerminator);
 777       NUB = new SelectInst (C, A, UB, "lsplit.nub", PHTerminator);
 778     }
 779
 780     // for (i = LB; i <= UB; ++i)
 781     //   if (i <= NV && ...)
 782     //      LOOP_BODY
 783     //
 784     // is transformed into
 785     // NUB = min (NV, UB)
 786     // for (i = LB; i <= NUB ; ++i)
 787     //   LOOP_BODY
 788     //
 789     else if (ExitCondition->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SLE
 790              || ExitCondition->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_ULE) {
 791       Value *C = new ICmpInst(Sign ? ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT,
 792                               NV, UB, "lsplit.c", PHTerminator);
 793       NUB = new SelectInst (C, NV, UB, "lsplit.nub", PHTerminator);
 794     }
 795     break;
 796   case ICmpInst::ICMP_ULT:
 797   case ICmpInst::ICMP_SLT:
 798     // for (i = LB; i < UB; ++i)
 799     //   if (i < NV && ...)
 800     //      LOOP_BODY
 801     //
 802     // is transformed into
 803     // NUB = min (NV, UB)
 804     // for (i = LB; i < NUB ; ++i)
 805     //   LOOP_BODY
 806     //
 807     if (ExitCondition->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SLT
 808         || ExitCondition->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_ULT) {
 809       Value *C = new ICmpInst(Sign ? ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT,
 810                               NV, UB, "lsplit.c", PHTerminator);
 811       NUB = new SelectInst (C, NV, UB, "lsplit.nub", PHTerminator);
 812     }
 813
 814     // for (i = LB; i <= UB; ++i)
 815     //   if (i < NV && ...)
 816     //      LOOP_BODY
 817     //
 818     // is transformed into
 819     // NUB = min (NV -1 , UB)
 820     // for (i = LB; i <= NUB ; ++i)
 821     //   LOOP_BODY
 822     //
 823     else if (ExitCondition->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SLE
 824              || ExitCondition->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_ULE) {
 825       Value *S = BinaryOperator::createSub(NV, ConstantInt::get(Ty, 1, Sign),
 826                                            "lsplit.add", PHTerminator);
 827       Value *C = new ICmpInst(Sign ? ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT,
 828                               S, UB, "lsplit.c", PHTerminator);
 829       NUB = new SelectInst (C, S, UB, "lsplit.nub", PHTerminator);
 830     }
 831     break;
 832   case ICmpInst::ICMP_UGE:
 833   case ICmpInst::ICMP_SGE:
 834     // for (i = LB; i (< or <=) UB; ++i)
 835     //   if (i >= NV && ...)
 836     //      LOOP_BODY
 837     //
 838     // is transformed into
 839     // NLB = max (NV, LB)
 840     // for (i = NLB; i (< or <=) UB ; ++i)
 841     //   LOOP_BODY
 842     //
 843     {
 844       Value *C = new ICmpInst(Sign ? ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT,
 845                               NV, StartValue, "lsplit.c", PHTerminator);
 846       NLB = new SelectInst (C, StartValue, NV, "lsplit.nlb", PHTerminator);
 847     }
 848     break;
 849   case ICmpInst::ICMP_UGT:
 850   case ICmpInst::ICMP_SGT:
 851     // for (i = LB; i (< or <=) UB; ++i)
 852     //   if (i > NV && ...)
 853     //      LOOP_BODY
 854     //
 855     // is transformed into
 856     // NLB = max (NV+1, LB)
 857     // for (i = NLB; i (< or <=) UB ; ++i)
 858     //   LOOP_BODY
 859     //
 860     {
 861       Value *A = BinaryOperator::createAdd(NV, ConstantInt::get(Ty, 1, Sign),
 862                                            "lsplit.add", PHTerminator);
 863       Value *C = new ICmpInst(Sign ? ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT,
 864                               A, StartValue, "lsplit.c", PHTerminator);
 865       NLB = new SelectInst (C, StartValue, A, "lsplit.nlb", PHTerminator);
 866     }
 867     break;
 868   default:
 869     assert ( 0 && "Unexpected split condition predicate");
 870   }
 871
 872   if (NLB) {
 873     unsigned i = IndVar->getBasicBlockIndex(Preheader);
 874     IndVar->setIncomingValue(i, NLB);
 875   }
 876
 877   if (NUB) {
 878     ExitCondition->setOperand(ExitValueNum, NUB);
 879   }
 880 }
 881 /// updateLoopIterationSpace - Current loop body is covered by an AND
 882 /// instruction whose operands compares induction variables with loop
 883 /// invariants. If possible, hoist this check outside the loop by
 884 /// updating appropriate start and end values for induction variable.
 885 bool LoopIndexSplit::updateLoopIterationSpace(SplitInfo &SD) {
 886   BasicBlock *Header = L->getHeader();
 887   BasicBlock *ExitingBlock = ExitCondition->getParent();
 888   BasicBlock *SplitCondBlock = SD.SplitCondition->getParent();
 889
 890   ICmpInst *Op0 = cast<ICmpInst>(SD.SplitCondition->getOperand(0));
 891   ICmpInst *Op1 = cast<ICmpInst>(SD.SplitCondition->getOperand(1));
 892
 893   if (Op0->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ
 894       || Op0->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE
 895       || Op0->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ
 896       || Op0->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE)
 897     return false;
 898
 899   // Check if SplitCondition dominates entire loop body
 900   // or not.
 901
 902   // If SplitCondition is not in loop header then this loop is not suitable
 903   // for this transformation.
 904   if (SD.SplitCondition->getParent() != Header)
 905     return false;
 906
 907   // If loop header includes loop variant instruction operands then
 908   // this loop may not be eliminated.
 909   Instruction *Terminator = Header->getTerminator();
 910   for(BasicBlock::iterator BI = Header->begin(), BE = Header->end();
 911       BI != BE; ++BI) {
 912     Instruction *I = BI;
 913
 914     // PHI Nodes are OK.
 915     if (isa<PHINode>(I))
 916       continue;
 917
 918     // SplitCondition itself is OK.
 919     if (I == SD.SplitCondition)
 920       continue;
 921     if (I == Op0 || I == Op1)
 922       continue;
 923
 924     // Induction variable is OK.
 925     if (I == IndVar)
 926       continue;
 927
 928     // Induction variable increment is OK.
 929     if (I == IndVarIncrement)
 930       continue;
 931
 932     // Terminator is also harmless.
 933     if (I == Terminator)
 934       continue;
 935
 936     // Otherwise we have a instruction that may not be safe.
 937     return false;
 938   }
 939
 940   // If Exiting block includes loop variant instructions then this
 941   // loop may not be eliminated.
 942   if (!safeExitingBlock(SD, ExitCondition->getParent()))
 943     return false;
 944
 945   // Verify that loop exiting block has only two predecessor, where one predecessor
 946   // is split condition block. The other predecessor will become exiting block's
 947   // dominator after CFG is updated. TODO : Handle CFG's where exiting block has
 948   // more then two predecessors. This requires extra work in updating dominator
 949   // information.
 950   BasicBlock *ExitingBBPred = NULL;
 951   for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitingBlock), PE = pred_end(ExitingBlock);
 952        PI != PE; ++PI) {
 953     BasicBlock *BB = *PI;
 954     if (SplitCondBlock == BB)
 955       continue;
 956     if (ExitingBBPred)
 957       return false;
 958     else
 959       ExitingBBPred = BB;
 960   }
 961
 962   // Update loop bounds to absorb Op0 check.
 963   updateLoopBounds(Op0);
 964   // Update loop bounds to absorb Op1 check.
 965   updateLoopBounds(Op1);
 966
 967   // Update CFG
 968
 969   // Unconditionally connect split block to its remaining successor.
 970   BranchInst *SplitTerminator =
 971     cast<BranchInst>(SplitCondBlock->getTerminator());
 972   BasicBlock *Succ0 = SplitTerminator->getSuccessor(0);
 973   BasicBlock *Succ1 = SplitTerminator->getSuccessor(1);
 974   if (Succ0 == ExitCondition->getParent())
 975     SplitTerminator->setUnconditionalDest(Succ1);
 976   else
 977     SplitTerminator->setUnconditionalDest(Succ0);
 978
 979   // Remove split condition.
 980   SD.SplitCondition->eraseFromParent();
 981   if (Op0->use_begin() == Op0->use_end())
 982     Op0->eraseFromParent();
 983   if (Op1->use_begin() == Op1->use_end())
 984     Op1->eraseFromParent();
 985
 986   BranchInst *ExitInsn =
 987     dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
 988   assert (ExitInsn && "Unable to find suitable loop exit branch");
 989   BasicBlock *ExitBlock = ExitInsn->getSuccessor(1);
 990   if (L->contains(ExitBlock))
 991     ExitBlock = ExitInsn->getSuccessor(0);
 992
 993   // Update domiantor info. Now, ExitingBlock has only one predecessor,
 994   // ExitingBBPred, and it is ExitingBlock's immediate domiantor.
 995   DT->changeImmediateDominator(ExitingBlock, ExitingBBPred);
 996
 997   // If ExitingBlock is a member of loop BB's DF list then replace it with
 998   // loop header and exit block.
 999   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
1000        I != E; ++I) {
1001     BasicBlock *BB = *I;
1002     if (BB == Header || BB == ExitingBlock)
1003       continue;
1004     DominanceFrontier::iterator BBDF = DF->find(BB);
1005     DominanceFrontier::DomSetType::iterator DomSetI = BBDF->second.begin();
1006     DominanceFrontier::DomSetType::iterator DomSetE = BBDF->second.end();
1007     while (DomSetI != DomSetE) {
1008       DominanceFrontier::DomSetType::iterator CurrentItr = DomSetI;
1009       ++DomSetI;
1010       BasicBlock *DFBB = *CurrentItr;
1011       if (DFBB == ExitingBlock) {
1012         BBDF->second.erase(DFBB);
1013         BBDF->second.insert(Header);
1014         if (Header != ExitingBlock)
1015           BBDF->second.insert(ExitBlock);
1016       }
1017     }
1018   }
1019
1020   return true;
1021 }
1022
1023
1024 /// removeBlocks - Remove basic block DeadBB and all blocks dominated by DeadBB.
1025 /// This routine is used to remove split condition's dead branch, dominated by
1026 /// DeadBB. LiveBB dominates split conidition's other branch.
1027 void LoopIndexSplit::removeBlocks(BasicBlock *DeadBB, Loop *LP,
1028                                   BasicBlock *LiveBB) {
1029
1030   // First update DeadBB's dominance frontier.
1031   SmallVector<BasicBlock *, 8> FrontierBBs;
1032   DominanceFrontier::iterator DeadBBDF = DF->find(DeadBB);
1033   if (DeadBBDF != DF->end()) {
1034     SmallVector<BasicBlock *, 8> PredBlocks;
1035
1036     DominanceFrontier::DomSetType DeadBBSet = DeadBBDF->second;
1037     for (DominanceFrontier::DomSetType::iterator DeadBBSetI = DeadBBSet.begin(),
1038            DeadBBSetE = DeadBBSet.end(); DeadBBSetI != DeadBBSetE; ++DeadBBSetI) {
1039       BasicBlock *FrontierBB = *DeadBBSetI;
1040       FrontierBBs.push_back(FrontierBB);
1041
1042       // Rremove any PHI incoming edge from blocks dominated by DeadBB.
1043       PredBlocks.clear();
1044       for(pred_iterator PI = pred_begin(FrontierBB), PE = pred_end(FrontierBB);
1045           PI != PE; ++PI) {
1046         BasicBlock *P = *PI;
1047         if (P == DeadBB || DT->dominates(DeadBB, P))
1048           PredBlocks.push_back(P);
1049       }
1050
1051       for(BasicBlock::iterator FBI = FrontierBB->begin(), FBE = FrontierBB->end();
1052           FBI != FBE; ++FBI) {
1053         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(FBI)) {
1054           for(SmallVector<BasicBlock *, 8>::iterator PI = PredBlocks.begin(),
1055                 PE = PredBlocks.end(); PI != PE; ++PI) {
1056             BasicBlock *P = *PI;
1057             PN->removeIncomingValue(P);
1058           }
1059         }
1060         else
1061           break;
1062       }
1063     }
1064   }
1065
1066   // Now remove DeadBB and all nodes dominated by DeadBB in df order.
1067   SmallVector<BasicBlock *, 32> WorkList;
1068   DomTreeNode *DN = DT->getNode(DeadBB);
1069   for (df_iterator<DomTreeNode*> DI = df_begin(DN),
1070          E = df_end(DN); DI != E; ++DI) {
1071     BasicBlock *BB = DI->getBlock();
1072     WorkList.push_back(BB);
1073     BB->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Type::LabelTy));
1074   }
1075
1076   while (!WorkList.empty()) {
1077     BasicBlock *BB = WorkList.back(); WorkList.pop_back();
1078     for(BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), BBE = BB->end();
1079         BBI != BBE; ) {
1080       Instruction *I = BBI;
1081       ++BBI;
1082       I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
1083       I->eraseFromParent();
1084     }
1085     LPM->deleteSimpleAnalysisValue(BB, LP);
1086     DT->eraseNode(BB);
1087     DF->removeBlock(BB);
1088     LI->removeBlock(BB);
1089     BB->eraseFromParent();
1090   }
1091
1092   // Update Frontier BBs' dominator info.
1093   while (!FrontierBBs.empty()) {
1094     BasicBlock *FBB = FrontierBBs.back(); FrontierBBs.pop_back();
1095     BasicBlock *NewDominator = FBB->getSinglePredecessor();
1096     if (!NewDominator) {
1097       pred_iterator PI = pred_begin(FBB), PE = pred_end(FBB);
1098       NewDominator = *PI;
1099       ++PI;
1100       if (NewDominator != LiveBB) {
1101         for(; PI != PE; ++PI) {
1102           BasicBlock *P = *PI;
1103           if (P == LiveBB) {
1104             NewDominator = LiveBB;
1105             break;
1106           }
1107           NewDominator = DT->findNearestCommonDominator(NewDominator, P);
1108         }
1109       }
1110     }
1111     assert (NewDominator && "Unable to fix dominator info.");
1112     DT->changeImmediateDominator(FBB, NewDominator);
1113     DF->changeImmediateDominator(FBB, NewDominator, DT);
1114   }
1115
1116 }
1117
1118 /// safeSplitCondition - Return true if it is possible to
1119 /// split loop using given split condition.
1120 bool LoopIndexSplit::safeSplitCondition(SplitInfo &SD) {
1121
1122   BasicBlock *SplitCondBlock = SD.SplitCondition->getParent();
1123   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
1124   BranchInst *SplitTerminator =
1125     cast<BranchInst>(SplitCondBlock->getTerminator());
1126   BasicBlock *Succ0 = SplitTerminator->getSuccessor(0);
1127   BasicBlock *Succ1 = SplitTerminator->getSuccessor(1);
1128
1129   // Finally this split condition is safe only if merge point for
1130   // split condition branch is loop latch. This check along with previous
1131   // check, to ensure that exit condition is in either loop latch or header,
1132   // filters all loops with non-empty loop body between merge point
1133   // and exit condition.
1134   DominanceFrontier::iterator Succ0DF = DF->find(Succ0);
1135   assert (Succ0DF != DF->end() && "Unable to find Succ0 dominance frontier");
1136   if (Succ0DF->second.count(Latch))
1137     return true;
1138
1139   DominanceFrontier::iterator Succ1DF = DF->find(Succ1);
1140   assert (Succ1DF != DF->end() && "Unable to find Succ1 dominance frontier");
1141   if (Succ1DF->second.count(Latch))
1142     return true;
1143
1144   return false;
1145 }
1146
1147 /// calculateLoopBounds - ALoop exit value and BLoop start values are calculated
1148 /// based on split value.
1149 void LoopIndexSplit::calculateLoopBounds(SplitInfo &SD) {
1150
1151   ICmpInst *SC = cast<ICmpInst>(SD.SplitCondition);
1152   ICmpInst::Predicate SP = SC->getPredicate();
1153   const Type *Ty = SD.SplitValue->getType();
1154   bool Sign = ExitCondition->isSignedPredicate();
1155   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1156   Instruction *PHTerminator = Preheader->getTerminator();
1157
1158   // Initially use split value as upper loop bound for first loop and lower loop
1159   // bound for second loop.
1160   Value *AEV = SD.SplitValue;
1161   Value *BSV = SD.SplitValue;
1162
1163   if (ExitCondition->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT
1164       || ExitCondition->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_UGT
1165       || ExitCondition->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGE
1166       || ExitCondition->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_UGE) {
1167     ExitCondition->swapOperands();
1168     if (ExitValueNum)
1169       ExitValueNum = 0;
1170     else
1171       ExitValueNum = 1;
1172   }
1173
1174   switch (ExitCondition->getPredicate()) {
1175   case ICmpInst::ICMP_SGT:
1176   case ICmpInst::ICMP_UGT:
1177   case ICmpInst::ICMP_SGE:
1178   case ICmpInst::ICMP_UGE:
1179   default:
1180     assert (0 && "Unexpected exit condition predicate");
1181
1182   case ICmpInst::ICMP_SLT:
1183   case ICmpInst::ICMP_ULT:
1184     {
1185       switch (SP) {
1186       case ICmpInst::ICMP_SLT:
1187       case ICmpInst::ICMP_ULT:
1188         //
1189         // for (i = LB; i < UB; ++i) { if (i < SV) A; else B; }
1190         //
1191         // is transformed into
1192         // AEV = BSV = SV
1193         // for (i = LB; i < min(UB, AEV); ++i)
1194         //    A;
1195         // for (i = max(LB, BSV); i < UB; ++i);
1196         //    B;
1197         break;
1198       case ICmpInst::ICMP_SLE:
1199       case ICmpInst::ICMP_ULE:
1200         {
1201           //
1202           // for (i = LB; i < UB; ++i) { if (i <= SV) A; else B; }
1203           //
1204           // is transformed into
1205           //
1206           // AEV = SV + 1
1207           // BSV = SV + 1
1208           // for (i = LB; i < min(UB, AEV); ++i)
1209           //       A;
1210           // for (i = max(LB, BSV); i < UB; ++i)
1211           //       B;
1212           BSV = BinaryOperator::createAdd(SD.SplitValue,
1213                                           ConstantInt::get(Ty, 1, Sign),
1214                                           "lsplit.add", PHTerminator);
1215           AEV = BSV;
1216         }
1217         break;
1218       case ICmpInst::ICMP_SGE:
1219       case ICmpInst::ICMP_UGE:
1220         //
1221         // for (i = LB; i < UB; ++i) { if (i >= SV) A; else B; }
1222         //
1223         // is transformed into
1224         // AEV = BSV = SV
1225         // for (i = LB; i < min(UB, AEV); ++i)
1226         //    B;
1227         // for (i = max(BSV, LB); i < UB; ++i)
1228         //    A;
1229         break;
1230       case ICmpInst::ICMP_SGT:
1231       case ICmpInst::ICMP_UGT:
1232         {
1233           //
1234           // for (i = LB; i < UB; ++i) { if (i > SV) A; else B; }
1235           //
1236           // is transformed into
1237           //
1238           // BSV = AEV = SV + 1
1239           // for (i = LB; i < min(UB, AEV); ++i)
1240           //       B;
1241           // for (i = max(LB, BSV); i < UB; ++i)
1242           //       A;
1243           BSV = BinaryOperator::createAdd(SD.SplitValue,
1244                                           ConstantInt::get(Ty, 1, Sign),
1245                                           "lsplit.add", PHTerminator);
1246           AEV = BSV;
1247         }
1248         break;
1249       default:
1250         assert (0 && "Unexpected split condition predicate");
1251         break;
1252       } // end switch (SP)
1253     }
1254     break;
1255   case ICmpInst::ICMP_SLE:
1256   case ICmpInst::ICMP_ULE:
1257     {
1258       switch (SP) {
1259       case ICmpInst::ICMP_SLT:
1260       case ICmpInst::ICMP_ULT:
1261         //
1262         // for (i = LB; i <= UB; ++i) { if (i < SV) A; else B; }
1263         //
1264         // is transformed into
1265         // AEV = SV - 1;
1266         // BSV = SV;
1267         // for (i = LB; i <= min(UB, AEV); ++i)
1268         //       A;
1269         // for (i = max(LB, BSV); i <= UB; ++i)
1270         //       B;
1271         AEV = BinaryOperator::createSub(SD.SplitValue,
1272                                         ConstantInt::get(Ty, 1, Sign),
1273                                         "lsplit.sub", PHTerminator);
1274         break;
1275       case ICmpInst::ICMP_SLE:
1276       case ICmpInst::ICMP_ULE:
1277         //
1278         // for (i = LB; i <= UB; ++i) { if (i <= SV) A; else B; }
1279         //
1280         // is transformed into
1281         // AEV = SV;
1282         // BSV = SV + 1;
1283         // for (i = LB; i <= min(UB, AEV); ++i)
1284         //       A;
1285         // for (i = max(LB, BSV); i <= UB; ++i)
1286         //       B;
1287         BSV = BinaryOperator::createAdd(SD.SplitValue,
1288                                         ConstantInt::get(Ty, 1, Sign),
1289                                         "lsplit.add", PHTerminator);
1290         break;
1291       case ICmpInst::ICMP_SGT:
1292       case ICmpInst::ICMP_UGT:
1293         //
1294         // for (i = LB; i <= UB; ++i) { if (i > SV) A; else B; }
1295         //
1296         // is transformed into
1297         // AEV = SV;
1298         // BSV = SV + 1;
1299         // for (i = LB; i <= min(AEV, UB); ++i)
1300         //      B;
1301         // for (i = max(LB, BSV); i <= UB; ++i)
1302         //      A;
1303         BSV = BinaryOperator::createAdd(SD.SplitValue,
1304                                         ConstantInt::get(Ty, 1, Sign),
1305                                         "lsplit.add", PHTerminator);
1306         break;
1307       case ICmpInst::ICMP_SGE:
1308       case ICmpInst::ICMP_UGE:
1309         // ** TODO **
1310         //
1311         // for (i = LB; i <= UB; ++i) { if (i >= SV) A; else B; }
1312         //
1313         // is transformed into
1314         // AEV = SV - 1;
1315         // BSV = SV;
1316         // for (i = LB; i <= min(AEV, UB); ++i)
1317         //      B;
1318         // for (i = max(LB, BSV); i <= UB; ++i)
1319         //      A;
1320         AEV = BinaryOperator::createSub(SD.SplitValue,
1321                                         ConstantInt::get(Ty, 1, Sign),
1322                                         "lsplit.sub", PHTerminator);
1323         break;
1324       default:
1325         assert (0 && "Unexpected split condition predicate");
1326         break;
1327       } // end switch (SP)
1328     }
1329     break;
1330   }
1331
1332   // Calculate ALoop induction variable's new exiting value and
1333   // BLoop induction variable's new starting value. Calculuate these
1334   // values in original loop's preheader.
1335   //      A_ExitValue = min(SplitValue, OrignalLoopExitValue)
1336   //      B_StartValue = max(SplitValue, OriginalLoopStartValue)
1337   Instruction *InsertPt = L->getHeader()->getFirstNonPHI();
1338
1339   // If ExitValue operand is also defined in Loop header then
1340   // insert new ExitValue after this operand definition.
1341   if (Instruction *EVN =
1342       dyn_cast<Instruction>(ExitCondition->getOperand(ExitValueNum))) {
1343     if (!isa<PHINode>(EVN))
1344       if (InsertPt->getParent() == EVN->getParent()) {
1345         BasicBlock::iterator LHBI = L->getHeader()->begin();
1346         BasicBlock::iterator LHBE = L->getHeader()->end();
1347         for(;LHBI != LHBE; ++LHBI) {
1348           Instruction *I = LHBI;
1349           if (I == EVN)
1350             break;
1351         }
1352         InsertPt = ++LHBI;
1353       }
1354   }
1355   Value *C1 = new ICmpInst(Sign ?
1356                            ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT,
1357                            AEV,
1358                            ExitCondition->getOperand(ExitValueNum),
1359                            "lsplit.ev", InsertPt);
1360
1361   SD.A_ExitValue = new SelectInst(C1, AEV,
1362                                   ExitCondition->getOperand(ExitValueNum),
1363                                   "lsplit.ev", InsertPt);
1364
1365   Value *C2 = new ICmpInst(Sign ?
1366                            ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT,
1367                            BSV, StartValue, "lsplit.sv",
1368                            PHTerminator);
1369   SD.B_StartValue = new SelectInst(C2, StartValue, BSV,
1370                                    "lsplit.sv", PHTerminator);
1371 }
1372
1373 /// splitLoop - Split current loop L in two loops using split information
1374 /// SD. Update dominator information. Maintain LCSSA form.
1375 bool LoopIndexSplit::splitLoop(SplitInfo &SD) {
1376
1377   if (!safeSplitCondition(SD))
1378     return false;
1379
1380   BasicBlock *SplitCondBlock = SD.SplitCondition->getParent();
1381
1382   // Unable to handle triange loops at the moment.
1383   // In triangle loop, split condition is in header and one of the
1384   // the split destination is loop latch. If split condition is EQ
1385   // then such loops are already handle in processOneIterationLoop().
1386   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
1387   BranchInst *SplitTerminator =
1388     cast<BranchInst>(SplitCondBlock->getTerminator());
1389   BasicBlock *Succ0 = SplitTerminator->getSuccessor(0);
1390   BasicBlock *Succ1 = SplitTerminator->getSuccessor(1);
1391   if (L->getHeader() == SplitCondBlock
1392       && (Latch == Succ0 || Latch == Succ1))
1393     return false;
1394
1395   // If split condition branches heads do not have single predecessor,
1396   // SplitCondBlock, then is not possible to remove inactive branch.
1397   if (!Succ0->getSinglePredecessor() || !Succ1->getSinglePredecessor())
1398     return false;
1399
1400   // If Exiting block includes loop variant instructions then this
1401   // loop may not be split safely.
1402   if (!safeExitingBlock(SD, ExitCondition->getParent()))
1403     return false;
1404
1405   // After loop is cloned there are two loops.
1406   //
1407   // First loop, referred as ALoop, executes first part of loop's iteration
1408   // space split.  Second loop, referred as BLoop, executes remaining
1409   // part of loop's iteration space.
1410   //
1411   // ALoop's exit edge enters BLoop's header through a forwarding block which
1412   // acts as a BLoop's preheader.
1413   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1414
1415   // Calculate ALoop induction variable's new exiting value and
1416   // BLoop induction variable's new starting value.
1417   calculateLoopBounds(SD);
1418
1419   //[*] Clone loop.
1420   DenseMap<const Value *, Value *> ValueMap;
1421   Loop *BLoop = CloneLoop(L, LPM, LI, ValueMap, this);
1422   Loop *ALoop = L;
1423   BasicBlock *B_Header = BLoop->getHeader();
1424
1425   //[*] ALoop's exiting edge BLoop's header.
1426   //    ALoop's original exit block becomes BLoop's exit block.
1427   PHINode *B_IndVar = cast<PHINode>(ValueMap[IndVar]);
1428   BasicBlock *A_ExitingBlock = ExitCondition->getParent();
1429   BranchInst *A_ExitInsn =
1430     dyn_cast<BranchInst>(A_ExitingBlock->getTerminator());
1431   assert (A_ExitInsn && "Unable to find suitable loop exit branch");
1432   BasicBlock *B_ExitBlock = A_ExitInsn->getSuccessor(1);
1433   if (L->contains(B_ExitBlock)) {
1434     B_ExitBlock = A_ExitInsn->getSuccessor(0);
1435     A_ExitInsn->setSuccessor(0, B_Header);
1436   } else
1437     A_ExitInsn->setSuccessor(1, B_Header);
1438
1439   //[*] Update ALoop's exit value using new exit value.
1440   ExitCondition->setOperand(ExitValueNum, SD.A_ExitValue);
1441
1442   // [*] Update BLoop's header phi nodes. Remove incoming PHINode's from
1443   //     original loop's preheader. Add incoming PHINode values from
1444   //     ALoop's exiting block. Update BLoop header's domiantor info.
1445
1446   // Collect inverse map of Header PHINodes.
1447   DenseMap<Value *, Value *> InverseMap;
1448   for (BasicBlock::iterator BI = L->getHeader()->begin(),
1449          BE = L->getHeader()->end(); BI != BE; ++BI) {
1450     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI)) {
1451       PHINode *PNClone = cast<PHINode>(ValueMap[PN]);
1452       InverseMap[PNClone] = PN;
1453     } else
1454       break;
1455   }
1456
1457   for (BasicBlock::iterator BI = B_Header->begin(), BE = B_Header->end();
1458        BI != BE; ++BI) {
1459     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI)) {
1460       // Remove incoming value from original preheader.
1461       PN->removeIncomingValue(Preheader);
1462
1463       // Add incoming value from A_ExitingBlock.
1464       if (PN == B_IndVar)
1465         PN->addIncoming(SD.B_StartValue, A_ExitingBlock);
1466       else {
1467         PHINode *OrigPN = cast<PHINode>(InverseMap[PN]);
1468         Value *V2 = NULL;
1469         // If loop header is also loop exiting block then
1470         // OrigPN is incoming value for B loop header.
1471         if (A_ExitingBlock == L->getHeader())
1472           V2 = OrigPN;
1473         else
1474           V2 = OrigPN->getIncomingValueForBlock(A_ExitingBlock);
1475         PN->addIncoming(V2, A_ExitingBlock);
1476       }
1477     } else
1478       break;
1479   }
1480   DT->changeImmediateDominator(B_Header, A_ExitingBlock);
1481   DF->changeImmediateDominator(B_Header, A_ExitingBlock, DT);
1482
1483   // [*] Update BLoop's exit block. Its new predecessor is BLoop's exit
1484   //     block. Remove incoming PHINode values from ALoop's exiting block.
1485   //     Add new incoming values from BLoop's incoming exiting value.
1486   //     Update BLoop exit block's dominator info..
1487   BasicBlock *B_ExitingBlock = cast<BasicBlock>(ValueMap[A_ExitingBlock]);
1488   for (BasicBlock::iterator BI = B_ExitBlock->begin(), BE = B_ExitBlock->end();
1489        BI != BE; ++BI) {
1490     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI)) {
1491       PN->addIncoming(ValueMap[PN->getIncomingValueForBlock(A_ExitingBlock)],
1492                                                             B_ExitingBlock);
1493       PN->removeIncomingValue(A_ExitingBlock);
1494     } else
1495       break;
1496   }
1497
1498   DT->changeImmediateDominator(B_ExitBlock, B_ExitingBlock);
1499   DF->changeImmediateDominator(B_ExitBlock, B_ExitingBlock, DT);
1500
1501   //[*] Split ALoop's exit edge. This creates a new block which
1502   //    serves two purposes. First one is to hold PHINode defnitions
1503   //    to ensure that ALoop's LCSSA form. Second use it to act
1504   //    as a preheader for BLoop.
1505   BasicBlock *A_ExitBlock = SplitEdge(A_ExitingBlock, B_Header, this);
1506
1507   //[*] Preserve ALoop's LCSSA form. Create new forwarding PHINodes
1508   //    in A_ExitBlock to redefine outgoing PHI definitions from ALoop.
1509   for(BasicBlock::iterator BI = B_Header->begin(), BE = B_Header->end();
1510       BI != BE; ++BI) {
1511     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI)) {
1512       Value *V1 = PN->getIncomingValueForBlock(A_ExitBlock);
1513       PHINode *newPHI = new PHINode(PN->getType(), PN->getName());
1514       newPHI->addIncoming(V1, A_ExitingBlock);
1515       A_ExitBlock->getInstList().push_front(newPHI);
1516       PN->removeIncomingValue(A_ExitBlock);
1517       PN->addIncoming(newPHI, A_ExitBlock);
1518     } else
1519       break;
1520   }
1521
1522   //[*] Eliminate split condition's inactive branch from ALoop.
1523   BasicBlock *A_SplitCondBlock = SD.SplitCondition->getParent();
1524   BranchInst *A_BR = cast<BranchInst>(A_SplitCondBlock->getTerminator());
1525   BasicBlock *A_InactiveBranch = NULL;
1526   BasicBlock *A_ActiveBranch = NULL;
1527   if (SD.UseTrueBranchFirst) {
1528     A_ActiveBranch = A_BR->getSuccessor(0);
1529     A_InactiveBranch = A_BR->getSuccessor(1);
1530   } else {
1531     A_ActiveBranch = A_BR->getSuccessor(1);
1532     A_InactiveBranch = A_BR->getSuccessor(0);
1533   }
1534   A_BR->setUnconditionalDest(A_ActiveBranch);
1535   removeBlocks(A_InactiveBranch, L, A_ActiveBranch);
1536
1537   //[*] Eliminate split condition's inactive branch in from BLoop.
1538   BasicBlock *B_SplitCondBlock = cast<BasicBlock>(ValueMap[A_SplitCondBlock]);
1539   BranchInst *B_BR = cast<BranchInst>(B_SplitCondBlock->getTerminator());
1540   BasicBlock *B_InactiveBranch = NULL;
1541   BasicBlock *B_ActiveBranch = NULL;
1542   if (SD.UseTrueBranchFirst) {
1543     B_ActiveBranch = B_BR->getSuccessor(1);
1544     B_InactiveBranch = B_BR->getSuccessor(0);
1545   } else {
1546     B_ActiveBranch = B_BR->getSuccessor(0);
1547     B_InactiveBranch = B_BR->getSuccessor(1);
1548   }
1549   B_BR->setUnconditionalDest(B_ActiveBranch);
1550   removeBlocks(B_InactiveBranch, BLoop, B_ActiveBranch);
1551
1552   BasicBlock *A_Header = L->getHeader();
1553   if (A_ExitingBlock == A_Header)
1554     return true;
1555
1556   //[*] Move exit condition into split condition block to avoid
1557   //    executing dead loop iteration.
1558   ICmpInst *B_ExitCondition = cast<ICmpInst>(ValueMap[ExitCondition]);
1559   Instruction *B_IndVarIncrement = cast<Instruction>(ValueMap[IndVarIncrement]);
1560   ICmpInst *B_SplitCondition = cast<ICmpInst>(ValueMap[SD.SplitCondition]);
1561
1562   moveExitCondition(A_SplitCondBlock, A_ActiveBranch, A_ExitBlock, ExitCondition,
1563                     cast<ICmpInst>(SD.SplitCondition), IndVar, IndVarIncrement,
1564                     ALoop);
1565
1566   moveExitCondition(B_SplitCondBlock, B_ActiveBranch, B_ExitBlock, B_ExitCondition,
1567                     B_SplitCondition, B_IndVar, B_IndVarIncrement, BLoop);
1568
1569   return true;
1570 }
1571
1572 // moveExitCondition - Move exit condition EC into split condition block CondBB.
1573 void LoopIndexSplit::moveExitCondition(BasicBlock *CondBB, BasicBlock *ActiveBB,
1574                                        BasicBlock *ExitBB, ICmpInst *EC, ICmpInst *SC,
1575                                        PHINode *IV, Instruction *IVAdd, Loop *LP) {
1576
1577   BasicBlock *ExitingBB = EC->getParent();
1578   Instruction *CurrentBR = CondBB->getTerminator();
1579
1580   // Move exit condition into split condition block.
1581   EC->moveBefore(CurrentBR);
1582   EC->setOperand(ExitValueNum == 0 ? 1 : 0, IV);
1583
1584   // Move exiting block's branch into split condition block. Update its branch
1585   // destination.
1586   BranchInst *ExitingBR = cast<BranchInst>(ExitingBB->getTerminator());
1587   ExitingBR->moveBefore(CurrentBR);
1588   BasicBlock *OrigDestBB = NULL;
1589   if (ExitingBR->getSuccessor(0) == ExitBB) {
1590     OrigDestBB = ExitingBR->getSuccessor(1);
1591     ExitingBR->setSuccessor(1, ActiveBB);
1592   }
1593   else {
1594     OrigDestBB = ExitingBR->getSuccessor(0);
1595     ExitingBR->setSuccessor(0, ActiveBB);
1596   }
1597
1598   // Remove split condition and current split condition branch.
1599   SC->eraseFromParent();
1600   CurrentBR->eraseFromParent();
1601
1602   // Connect exiting block to original destination.
1603   new BranchInst(OrigDestBB, ExitingBB);
1604
1605   // Update PHINodes
1606   updatePHINodes(ExitBB, ExitingBB, CondBB, IV, IVAdd, LP);
1607
1608   // Fix dominator info.
1609   // ExitBB is now dominated by CondBB
1610   DT->changeImmediateDominator(ExitBB, CondBB);
1611   DF->changeImmediateDominator(ExitBB, CondBB, DT);
1612
1613   // Basicblocks dominated by ActiveBB may have ExitingBB or
1614   // a basic block outside the loop in their DF list. If so,
1615   // replace it with CondBB.
1616   DomTreeNode *Node = DT->getNode(ActiveBB);
1617   for (df_iterator<DomTreeNode *> DI = df_begin(Node), DE = df_end(Node);
1618        DI != DE; ++DI) {
1619     BasicBlock *BB = DI->getBlock();
1620     DominanceFrontier::iterator BBDF = DF->find(BB);
1621     DominanceFrontier::DomSetType::iterator DomSetI = BBDF->second.begin();
1622     DominanceFrontier::DomSetType::iterator DomSetE = BBDF->second.end();
1623     while (DomSetI != DomSetE) {
1624       DominanceFrontier::DomSetType::iterator CurrentItr = DomSetI;
1625       ++DomSetI;
1626       BasicBlock *DFBB = *CurrentItr;
1627       if (DFBB == ExitingBB || !L->contains(DFBB)) {
1628         BBDF->second.erase(DFBB);
1629         BBDF->second.insert(CondBB);
1630       }
1631     }
1632   }
1633 }
1634
1635 /// updatePHINodes - CFG has been changed.
1636 /// Before
1637 ///   - ExitBB's single predecessor was Latch
1638 ///   - Latch's second successor was Header
1639 /// Now
1640 ///   - ExitBB's single predecessor is Header
1641 ///   - Latch's one and only successor is Header
1642 ///
1643 /// Update ExitBB PHINodes' to reflect this change.
1644 void LoopIndexSplit::updatePHINodes(BasicBlock *ExitBB, BasicBlock *Latch,
1645                                     BasicBlock *Header,
1646                                     PHINode *IV, Instruction *IVIncrement,
1647                                     Loop *LP) {
1648
1649   for (BasicBlock::iterator BI = ExitBB->begin(), BE = ExitBB->end();
1650        BI != BE; ) {
1651     PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI);
1652     ++BI;
1653     if (!PN)
1654       break;
1655
1656     Value *V = PN->getIncomingValueForBlock(Latch);
1657     if (PHINode *PHV = dyn_cast<PHINode>(V)) {
1658       // PHV is in Latch. PHV has one use is in ExitBB PHINode. And one use
1659       // in Header which is new incoming value for PN.
1660       Value *NewV = NULL;
1661       for (Value::use_iterator UI = PHV->use_begin(), E = PHV->use_end();
1662            UI != E; ++UI)
1663         if (PHINode *U = dyn_cast<PHINode>(*UI))
1664           if (LP->contains(U->getParent())) {
1665             NewV = U;
1666             break;
1667           }
1668
1669       // Add incoming value from header only if PN has any use inside the loop.
1670       if (NewV)
1671         PN->addIncoming(NewV, Header);
1672
1673     } else if (Instruction *PHI = dyn_cast<Instruction>(V)) {
1674       // If this instruction is IVIncrement then IV is new incoming value
1675       // from header otherwise this instruction must be incoming value from
1676       // header because loop is in LCSSA form.
1677       if (PHI == IVIncrement)
1678         PN->addIncoming(IV, Header);
1679       else
1680         PN->addIncoming(V, Header);
1681     } else
1682       // Otherwise this is an incoming value from header because loop is in
1683       // LCSSA form.
1684       PN->addIncoming(V, Header);
1685
1686     // Remove incoming value from Latch.
1687     PN->removeIncomingValue(Latch);
1688   }
1689 }