lib/Transforms/Utils/LCSSA.cpp

   1 //===-- LCSSA.cpp - Convert loops into loop-closed SSA form ---------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file was developed by Owen Anderson and is distributed under the
   6 // University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This pass transforms loops by placing phi nodes at the end of the loops for
  11 // all values that are live across the loop boundary.  For example, it turns
  12 // the left into the right code:
  13 //
  14 // for (...)                for (...)
  15 //   if (c)                   if(c)
  16 //     X1 = ...                 X1 = ...
  17 //   else                     else
  18 //     X2 = ...                 X2 = ...
  19 //   X3 = phi(X1, X2)         X3 = phi(X1, X2)
  20 // ... = X3 + 4              X4 = phi(X3)
  21 //                           ... = X4 + 4
  22 //
  23 // This is still valid LLVM; the extra phi nodes are purely redundant, and will
  24 // be trivially eliminated by InstCombine.  The major benefit of this
  25 // transformation is that it makes many other loop optimizations, such as
  26 // LoopUnswitching, simpler.
  27 //
  28 //===----------------------------------------------------------------------===//
  29
  30 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  31 #include "llvm/Pass.h"
  32 #include "llvm/Function.h"
  33 #include "llvm/Instructions.h"
  34 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  35 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
  36 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
  37 #include "llvm/Support/CFG.h"
  38 #include <algorithm>
  39 #include <map>
  40 #include <vector>
  41
  42 using namespace llvm;
  43
  44 namespace {
  45   static Statistic<> NumLCSSA("lcssa",
  46                               "Number of live out of a loop variables");
  47
  48   class LCSSA : public FunctionPass {
  49   public:
  50
  51
  52     LoopInfo *LI;  // Loop information
  53     DominatorTree *DT;       // Dominator Tree for the current Loop...
  54     DominanceFrontier *DF;   // Current Dominance Frontier
  55
  56     virtual bool runOnFunction(Function &F);
  57     bool visitSubloop(Loop* L);
  58
  59     /// This transformation requires natural loop information & requires that
  60     /// loop preheaders be inserted into the CFG.  It maintains both of these,
  61     /// as well as the CFG.  It also requires dominator information.
  62     ///
  63     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  64       AU.setPreservesCFG();
  65       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
  66       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
  67       AU.addRequired<LoopInfo>();
  68       AU.addPreserved<LoopInfo>();
  69       AU.addRequired<DominatorTree>();
  70       AU.addRequired<DominanceFrontier>();
  71     }
  72   private:
  73     std::set<Instruction*> getLoopValuesUsedOutsideLoop(Loop *L,
  74                                            std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks);
  75   };
  76
  77   RegisterOpt<LCSSA> X("lcssa", "Loop-Closed SSA Form Pass");
  78 }
  79
  80 FunctionPass *llvm::createLCSSAPass() { return new LCSSA(); }
  81
  82 bool LCSSA::runOnFunction(Function &F) {
  83   bool changed = false;
  84   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
  85   DF = &getAnalysis<DominanceFrontier>();
  86   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
  87
  88   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I) {
  89     changed |= visitSubloop(*I);
  90   }
  91
  92   return changed;
  93 }
  94
  95 bool LCSSA::visitSubloop(Loop* L) {
  96   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
  97     visitSubloop(*I);
  98
  99   // Speed up queries by creating a sorted list of blocks
 100   std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks(L->block_begin(), L->block_end());
 101   std::sort(LoopBlocks.begin(), LoopBlocks.end());
 102
 103   std::set<Instruction*> AffectedValues = getLoopValuesUsedOutsideLoop(L,
 104                                            LoopBlocks);
 105
 106   std::vector<BasicBlock*> exitBlocks;
 107   L->getExitBlocks(exitBlocks);
 108
 109   // Phi nodes that need to be IDF-processed
 110   std::vector<PHINode*> workList;
 111
 112   // Iterate over all affected values for this loop and insert Phi nodes
 113   // for them in the appropriate exit blocks
 114   for (std::set<Instruction*>::iterator I = AffectedValues.begin(),
 115        E = AffectedValues.end(); I != E; ++I) {
 116     ++NumLCSSA; // We are applying the transformation
 117     for (std::vector<BasicBlock*>::iterator BBI = exitBlocks.begin(),
 118          BBE = exitBlocks.end(); BBI != BBE; ++BBI) {
 119       PHINode *phi = new PHINode((*I)->getType(), "lcssa");
 120       (*BBI)->getInstList().insert((*BBI)->front(), phi);
 121       workList.push_back(phi);
 122
 123       // Since LoopSimplify has been run, we know that all of these predecessors
 124       // are in the loop, so just hook them up in the obvious manner.
 125       for (pred_iterator PI = pred_begin(*BBI), PE = pred_end(*BBI); PI != PE;
 126            ++PI)
 127         phi->addIncoming(*I, *PI);
 128     }
 129
 130     // Calculate the IDF of these LCSSA Phi nodes, inserting new Phi's where
 131     // necessary.  Keep track of these new Phi's in DFPhis.
 132     std::map<BasicBlock*, PHINode*> DFPhis;
 133     for (std::vector<PHINode*>::iterator DFI = workList.begin(),
 134          E = workList.end(); DFI != E; ++DFI) {
 135
 136       // Get the current Phi's DF, and insert Phi nodes.  Add these new
 137       // nodes to our worklist.
 138       DominanceFrontier::const_iterator it = DF->find((*DFI)->getParent());
 139       if (it != DF->end()) {
 140         const DominanceFrontier::DomSetType &S = it->second;
 141         for (DominanceFrontier::DomSetType::const_iterator P = S.begin(),
 142              PE = S.end(); P != PE; ++P) {
 143           if (DFPhis[*P] == 0) {
 144             // Still doesn't have operands...
 145             PHINode *phi = new PHINode((*DFI)->getType(), "lcssa");
 146             (*P)->getInstList().insert((*P)->front(), phi);
 147             DFPhis[*P] = phi;
 148
 149             workList.push_back(phi);
 150           }
 151         }
 152       }
 153
 154       // Get the predecessor blocks of the current Phi, and use them to hook up
 155       // the operands of the current Phi to any members of DFPhis that dominate
 156       // it.  This is a nop for the Phis inserted directly in the exit blocks,
 157       // since they are not dominated by any members of DFPhis.
 158       for (pred_iterator PI = pred_begin((*DFI)->getParent()),
 159            E = pred_end((*DFI)->getParent()); PI != E; ++PI)
 160         for (std::map<BasicBlock*, PHINode*>::iterator MI = DFPhis.begin(),
 161              ME = DFPhis.end(); MI != ME; ++MI)
 162           if (DT->getNode((*MI).first)->dominates(DT->getNode(*PI))) {
 163             (*DFI)->addIncoming((*MI).second, *PI);
 164
 165             // Since dominate() is not cheap, don't do it more than we have to.
 166             break;
 167           }
 168     }
 169
 170     // FIXME: Should update all uses.
 171   }
 172   return true; // FIXME: Should be more intelligent in our return value.
 173 }
 174
 175 /// getLoopValuesUsedOutsideLoop - Return any values defined in the loop that
 176 /// are used by instructions outside of it.
 177 std::set<Instruction*> LCSSA::getLoopValuesUsedOutsideLoop(Loop *L,
 178                                          std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks) {
 179
 180   std::set<Instruction*> AffectedValues;
 181   for (Loop::block_iterator BB = L->block_begin(), E = L->block_end();
 182        BB != E; ++BB) {
 183     for (BasicBlock::iterator I = (*BB)->begin(), E = (*BB)->end(); I != E; ++I)
 184       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
 185            ++UI) {
 186         BasicBlock *UserBB = cast<Instruction>(*UI)->getParent();
 187         if (!std::binary_search(LoopBlocks.begin(), LoopBlocks.end(), UserBB))
 188           AffectedValues.insert(I);
 189       }
 190   }
 191   return AffectedValues;
 192 }