Eliminate the PromoteInstance class, incorporating it into the PromotePass
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / PromoteMemoryToRegister.cpp
1 //===- PromoteMemoryToRegister.cpp - Convert memory refs to regs ----------===//
2 //
3 // This pass is used to promote memory references to be register references.  A
4 // simple example of the transformation performed by this pass is:
5 //
6 //        FROM CODE                           TO CODE
7 //   %X = alloca int, uint 1                 ret int 42
8 //   store int 42, int *%X
9 //   %Y = load int* %X
10 //   ret int %Y
11 //
12 // To do this transformation, a simple analysis is done to ensure it is safe.
13 // Currently this just loops over all alloca instructions, looking for
14 // instructions that are only used in simple load and stores.
15 //
16 // After this, the code is transformed by...something magical :)
17 //
18 //===----------------------------------------------------------------------===//
19
20 #include "llvm/Transforms/Scalar/PromoteMemoryToRegister.h"
21 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
22 #include "llvm/iMemory.h"
23 #include "llvm/iPHINode.h"
24 #include "llvm/iTerminators.h"
25 #include "llvm/Pass.h"
26 #include "llvm/Function.h"
27 #include "llvm/BasicBlock.h"
28 #include "llvm/ConstantVals.h"
29
30 using std::vector;
31 using std::map;
32 using std::set;
33
34 namespace {
35   struct PromotePass : public FunctionPass {
36     vector<AllocaInst*>          Allocas;      // the alloca instruction..
37     map<Instruction*, unsigned>  AllocaLookup; // reverse mapping of above
38     
39     vector<vector<BasicBlock*> > PhiNodes;     // index corresponds to Allocas
40     
41     // List of instructions to remove at end of pass
42     vector<Instruction *>        KillList;
43     
44     map<BasicBlock*,vector<PHINode*> > NewPhiNodes; // the PhiNodes we're adding
45
46   public:
47     // runOnFunction - To run this pass, first we calculate the alloca
48     // instructions that are safe for promotion, then we promote each one.
49     //
50     virtual bool runOnFunction(Function *F);
51
52     // getAnalysisUsage - We need dominance frontiers
53     //
54     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
55       AU.addRequired(DominanceFrontier::ID);
56     }
57
58   private:
59     void Traverse(BasicBlock *BB, BasicBlock *Pred, vector<Value*> &IncVals,
60                   set<BasicBlock*> &Visited);
61     bool QueuePhiNode(BasicBlock *BB, unsigned AllocaIdx);
62     void FindSafeAllocas(Function *F);
63   };
64
65 }  // end of anonymous namespace
66
67
68 // isSafeAlloca - This predicate controls what types of alloca instructions are
69 // allowed to be promoted...
70 //
71 static inline bool isSafeAlloca(const AllocaInst *AI) {
72   if (AI->isArrayAllocation()) return false;
73
74   for (Value::use_const_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
75        UI != UE; ++UI) {   // Loop over all of the uses of the alloca
76
77     // Only allow nonindexed memory access instructions...
78     if (MemAccessInst *MAI = dyn_cast<MemAccessInst>(*UI)) {
79       if (MAI->hasIndices()) {  // indexed?
80         // Allow the access if there is only one index and the index is
81         // zero.
82         if (*MAI->idx_begin() != ConstantUInt::get(Type::UIntTy, 0) ||
83             MAI->idx_begin()+1 != MAI->idx_end())
84           return false;
85       }
86     } else {
87       return false;   // Not a load or store?
88     }
89   }
90   
91   return true;
92 }
93
94 // FindSafeAllocas - Find allocas that are safe to promote
95 //
96 void PromotePass::FindSafeAllocas(Function *F) {
97   BasicBlock *BB = F->getEntryNode();  // Get the entry node for the function
98
99   // Look at all instructions in the entry node
100   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
101     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(*I))       // Is it an alloca?
102       if (isSafeAlloca(AI)) {   // If safe alloca, add alloca to safe list
103         AllocaLookup[AI] = Allocas.size();  // Keep reverse mapping
104         Allocas.push_back(AI);
105       }
106 }
107
108
109
110 bool PromotePass::runOnFunction(Function *F) {
111   // Calculate the set of safe allocas
112   FindSafeAllocas(F);
113
114   // If there is nothing to do, bail out...
115   if (Allocas.empty()) return false;
116
117   // Add each alloca to the KillList.  Note: KillList is destroyed MOST recently
118   // added to least recently.
119   KillList.assign(Allocas.begin(), Allocas.end());
120
121   // Calculate the set of write-locations for each alloca.  This is analogous to
122   // counting the number of 'redefinitions' of each variable.
123   vector<vector<BasicBlock*> > WriteSets;    // index corresponds to Allocas
124   WriteSets.resize(Allocas.size());
125   for (unsigned i = 0; i != Allocas.size(); ++i) {
126     AllocaInst *AI = Allocas[i];
127     for (Value::use_iterator U =AI->use_begin(), E = AI->use_end(); U != E; ++U)
128       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(*U))
129         // jot down the basic-block it came from
130         WriteSets[i].push_back(SI->getParent());
131   }
132
133   // Get dominance frontier information...
134   DominanceFrontier &DF = getAnalysis<DominanceFrontier>();
135
136   // Compute the locations where PhiNodes need to be inserted.  Look at the
137   // dominance frontier of EACH basic-block we have a write in
138   //
139   PhiNodes.resize(Allocas.size());
140   for (unsigned i = 0; i != Allocas.size(); ++i) {
141     for (unsigned j = 0; j != WriteSets[i].size(); j++) {
142       // Look up the DF for this write, add it to PhiNodes
143       DominanceFrontier::const_iterator it = DF.find(WriteSets[i][j]);
144       DominanceFrontier::DomSetType     S = it->second;
145       for (DominanceFrontier::DomSetType::iterator P = S.begin(), PE = S.end();
146            P != PE; ++P)
147         QueuePhiNode(*P, i);
148     }
149     
150     // Perform iterative step
151     for (unsigned k = 0; k != PhiNodes[i].size(); k++) {
152       DominanceFrontier::const_iterator it = DF.find(PhiNodes[i][k]);
153       DominanceFrontier::DomSetType     S = it->second;
154       for (DominanceFrontier::DomSetType::iterator P = S.begin(), PE = S.end();
155            P != PE; ++P)
156         QueuePhiNode(*P, i);
157     }
158   }
159
160   // Set the incoming values for the basic block to be null values for all of
161   // the alloca's.  We do this in case there is a load of a value that has not
162   // been stored yet.  In this case, it will get this null value.
163   //
164   vector<Value *> Values(Allocas.size());
165   for (unsigned i = 0, e = Allocas.size(); i != e; ++i)
166     Values[i] = Constant::getNullValue(Allocas[i]->getType()->getElementType());
167
168   // Walks all basic blocks in the function performing the SSA rename algorithm
169   // and inserting the phi nodes we marked as necessary
170   //
171   set<BasicBlock*> Visited;         // The basic blocks we've already visited
172   Traverse(F->front(), 0, Values, Visited);
173
174   // Remove all instructions marked by being placed in the KillList...
175   //
176   while (!KillList.empty()) {
177     Instruction *I = KillList.back();
178     KillList.pop_back();
179
180     I->getParent()->getInstList().remove(I);
181     delete I;
182   }
183
184   // Purge data structurse so they are available the next iteration...
185   Allocas.clear();
186   AllocaLookup.clear();
187   PhiNodes.clear();
188   NewPhiNodes.clear();
189   return true;
190 }
191
192
193 // QueuePhiNode - queues a phi-node to be added to a basic-block for a specific
194 // Alloca returns true if there wasn't already a phi-node for that variable
195 //
196 bool PromotePass::QueuePhiNode(BasicBlock *BB, unsigned AllocaNo) {
197   // Look up the basic-block in question
198   vector<PHINode*> &BBPNs = NewPhiNodes[BB];
199   if (BBPNs.empty()) BBPNs.resize(Allocas.size());
200
201   // If the BB already has a phi node added for the i'th alloca then we're done!
202   if (BBPNs[AllocaNo]) return false;
203
204   // Create a PhiNode using the dereferenced type...
205   PHINode *PN = new PHINode(Allocas[AllocaNo]->getType()->getElementType(),
206                             Allocas[AllocaNo]->getName()+".mem2reg");
207   BBPNs[AllocaNo] = PN;
208
209   // Add the phi-node to the basic-block
210   BB->getInstList().push_front(PN);
211
212   PhiNodes[AllocaNo].push_back(BB);
213   return true;
214 }
215
216 void PromotePass::Traverse(BasicBlock *BB, BasicBlock *Pred,
217                            vector<Value*> &IncomingVals,
218                            set<BasicBlock*> &Visited) {
219   // If this is a BB needing a phi node, lookup/create the phinode for each
220   // variable we need phinodes for.
221   vector<PHINode *> &BBPNs = NewPhiNodes[BB];
222   for (unsigned k = 0; k != BBPNs.size(); ++k)
223     if (PHINode *PN = BBPNs[k]) {
224       // at this point we can assume that the array has phi nodes.. let's add
225       // the incoming data
226       PN->addIncoming(IncomingVals[k], Pred);
227
228       // also note that the active variable IS designated by the phi node
229       IncomingVals[k] = PN;
230     }
231
232   // don't revisit nodes
233   if (Visited.count(BB)) return;
234   
235   // mark as visited
236   Visited.insert(BB);
237
238   // keep track of the value of each variable we're watching.. how?
239   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); II != BB->end(); ++II) {
240     Instruction *I = *II; //get the instruction
241
242     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
243       Value *Ptr = LI->getPointerOperand();
244
245       if (AllocaInst *Src = dyn_cast<AllocaInst>(Ptr)) {
246         map<Instruction*, unsigned>::iterator AI = AllocaLookup.find(Src);
247         if (AI != AllocaLookup.end()) {
248           Value *V = IncomingVals[AI->second];
249
250           // walk the use list of this load and replace all uses with r
251           LI->replaceAllUsesWith(V);
252           KillList.push_back(LI); // Mark the load to be deleted
253         }
254       }
255     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
256       // delete this instruction and mark the name as the current holder of the
257       // value
258       Value *Ptr = SI->getPointerOperand();
259       if (AllocaInst *Dest = dyn_cast<AllocaInst>(Ptr)) {
260         map<Instruction *, unsigned>::iterator ai = AllocaLookup.find(Dest);
261         if (ai != AllocaLookup.end()) {
262           // what value were we writing?
263           IncomingVals[ai->second] = SI->getOperand(0);
264           KillList.push_back(SI);  // Mark the store to be deleted
265         }
266       }
267       
268     } else if (TerminatorInst *TI = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
269       // Recurse across our successors
270       for (unsigned i = 0; i != TI->getNumSuccessors(); i++) {
271         vector<Value*> OutgoingVals(IncomingVals);
272         Traverse(TI->getSuccessor(i), BB, OutgoingVals, Visited);
273       }
274     }
275   }
276 }
277
278
279 // createPromoteMemoryToRegister - Provide an entry point to create this pass.
280 //
281 Pass *createPromoteMemoryToRegister() {
282   return new PromotePass();
283 }