Change the mem2reg interface to accept a TargetData argument
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / PromoteMemoryToRegister.cpp
1 //===- PromoteMemoryToRegister.cpp - Convert memory refs to regs ----------===//
2 //
3 // This file is used to promote memory references to be register references.  A
4 // simple example of the transformation performed by this function 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 // The code is transformed by looping over all of the alloca instruction,
13 // calculating dominator frontiers, then inserting phi-nodes following the usual
14 // SSA construction algorithm.  This code does not modify the CFG of the
15 // function.
16 //
17 //===----------------------------------------------------------------------===//
18
19 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
20 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
21 #include "llvm/iMemory.h"
22 #include "llvm/iPHINode.h"
23 #include "llvm/iTerminators.h"
24 #include "llvm/Function.h"
25 #include "llvm/Constant.h"
26 #include "llvm/Type.h"
27
28 /// isAllocaPromotable - Return true if this alloca is legal for promotion.
29 /// This is true if there are only loads and stores to the alloca...
30 ///
31 bool isAllocaPromotable(const AllocaInst *AI, const TargetData &TD) {
32   // FIXME: If the memory unit is of pointer or integer type, we can permit
33   // assignments to subsections of the memory unit.
34
35   // Only allow direct loads and stores...
36   for (Value::use_const_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
37        UI != UE; ++UI)     // Loop over all of the uses of the alloca
38     if (!isa<LoadInst>(*UI))
39       if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(*UI)) {
40         if (SI->getOperand(0) == AI)
41           return false;   // Don't allow a store of the AI, only INTO the AI.
42       } else {
43         return false;   // Not a load or store?
44       }
45   
46   return true;
47 }
48
49
50 namespace {
51   struct PromoteMem2Reg {
52     const std::vector<AllocaInst*>   &Allocas;      // the alloca instructions..
53     DominanceFrontier &DF;
54     const TargetData &TD;
55
56     std::map<Instruction*, unsigned>  AllocaLookup; // reverse mapping of above
57     
58     std::vector<std::vector<BasicBlock*> > PhiNodes;// Idx corresponds 2 Allocas
59     
60     // List of instructions to remove at end of pass
61     std::vector<Instruction *>        KillList;
62     
63     std::map<BasicBlock*,
64              std::vector<PHINode*> >  NewPhiNodes; // the PhiNodes we're adding
65
66   public:
67     PromoteMem2Reg(const std::vector<AllocaInst*> &A, DominanceFrontier &df,
68                    const TargetData &td)
69       : Allocas(A), DF(df), TD(td) {}
70
71     void run();
72
73   private:
74     void RenamePass(BasicBlock *BB, BasicBlock *Pred,
75                     std::vector<Value*> &IncVals,
76                     std::set<BasicBlock*> &Visited);
77     bool QueuePhiNode(BasicBlock *BB, unsigned AllocaIdx);
78   };
79 }  // end of anonymous namespace
80
81
82 void PromoteMem2Reg::run() {
83   // If there is nothing to do, bail out...
84   if (Allocas.empty()) return;
85
86   Function &F = *DF.getRoot()->getParent();
87
88   for (unsigned i = 0, e = Allocas.size(); i != e; ++i) {
89     assert(isAllocaPromotable(Allocas[i], TD) &&
90            "Cannot promote non-promotable alloca!");
91     assert(Allocas[i]->getParent()->getParent() == &F &&
92            "All allocas should be in the same function, which is same as DF!");
93     AllocaLookup[Allocas[i]] = i;
94   }
95
96
97   // Add each alloca to the KillList.  Note: KillList is destroyed MOST recently
98   // added to least recently.
99   KillList.assign(Allocas.begin(), Allocas.end());
100
101   // Calculate the set of write-locations for each alloca.  This is analogous to
102   // counting the number of 'redefinitions' of each variable.
103   std::vector<std::vector<BasicBlock*> > WriteSets;// Idx corresponds to Allocas
104   WriteSets.resize(Allocas.size());
105   for (unsigned i = 0; i != Allocas.size(); ++i) {
106     AllocaInst *AI = Allocas[i];
107     for (Value::use_iterator U =AI->use_begin(), E = AI->use_end(); U != E; ++U)
108       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(*U))
109         // jot down the basic-block it came from
110         WriteSets[i].push_back(SI->getParent());
111   }
112
113   // Compute the locations where PhiNodes need to be inserted.  Look at the
114   // dominance frontier of EACH basic-block we have a write in
115   //
116   PhiNodes.resize(Allocas.size());
117   for (unsigned i = 0; i != Allocas.size(); ++i) {
118     for (unsigned j = 0; j != WriteSets[i].size(); j++) {
119       // Look up the DF for this write, add it to PhiNodes
120       DominanceFrontier::const_iterator it = DF.find(WriteSets[i][j]);
121       DominanceFrontier::DomSetType     S = it->second;
122       for (DominanceFrontier::DomSetType::iterator P = S.begin(), PE = S.end();
123            P != PE; ++P)
124         QueuePhiNode(*P, i);
125     }
126     
127     // Perform iterative step
128     for (unsigned k = 0; k != PhiNodes[i].size(); k++) {
129       DominanceFrontier::const_iterator it = DF.find(PhiNodes[i][k]);
130       DominanceFrontier::DomSetType     S = it->second;
131       for (DominanceFrontier::DomSetType::iterator P = S.begin(), PE = S.end();
132            P != PE; ++P)
133         QueuePhiNode(*P, i);
134     }
135   }
136
137   // Set the incoming values for the basic block to be null values for all of
138   // the alloca's.  We do this in case there is a load of a value that has not
139   // been stored yet.  In this case, it will get this null value.
140   //
141   std::vector<Value *> Values(Allocas.size());
142   for (unsigned i = 0, e = Allocas.size(); i != e; ++i)
143     Values[i] = Constant::getNullValue(Allocas[i]->getAllocatedType());
144
145   // Walks all basic blocks in the function performing the SSA rename algorithm
146   // and inserting the phi nodes we marked as necessary
147   //
148   std::set<BasicBlock*> Visited;      // The basic blocks we've already visited
149   RenamePass(F.begin(), 0, Values, Visited);
150
151   // Remove all instructions marked by being placed in the KillList...
152   //
153   while (!KillList.empty()) {
154     Instruction *I = KillList.back();
155     KillList.pop_back();
156
157     I->getParent()->getInstList().erase(I);
158   }
159 }
160
161
162 // QueuePhiNode - queues a phi-node to be added to a basic-block for a specific
163 // Alloca returns true if there wasn't already a phi-node for that variable
164 //
165 bool PromoteMem2Reg::QueuePhiNode(BasicBlock *BB, unsigned AllocaNo) {
166   // Look up the basic-block in question
167   std::vector<PHINode*> &BBPNs = NewPhiNodes[BB];
168   if (BBPNs.empty()) BBPNs.resize(Allocas.size());
169
170   // If the BB already has a phi node added for the i'th alloca then we're done!
171   if (BBPNs[AllocaNo]) return false;
172
173   // Create a PhiNode using the dereferenced type... and add the phi-node to the
174   // BasicBlock
175   PHINode *PN = new PHINode(Allocas[AllocaNo]->getAllocatedType(),
176                             Allocas[AllocaNo]->getName()+".mem2reg",
177                             BB->begin());
178   BBPNs[AllocaNo] = PN;
179   PhiNodes[AllocaNo].push_back(BB);
180   return true;
181 }
182
183 void PromoteMem2Reg::RenamePass(BasicBlock *BB, BasicBlock *Pred,
184                              std::vector<Value*> &IncomingVals,
185                              std::set<BasicBlock*> &Visited) {
186   // If this is a BB needing a phi node, lookup/create the phinode for each
187   // variable we need phinodes for.
188   std::vector<PHINode *> &BBPNs = NewPhiNodes[BB];
189   for (unsigned k = 0; k != BBPNs.size(); ++k)
190     if (PHINode *PN = BBPNs[k]) {
191       // at this point we can assume that the array has phi nodes.. let's add
192       // the incoming data
193       PN->addIncoming(IncomingVals[k], Pred);
194
195       // also note that the active variable IS designated by the phi node
196       IncomingVals[k] = PN;
197     }
198
199   // don't revisit nodes
200   if (Visited.count(BB)) return;
201   
202   // mark as visited
203   Visited.insert(BB);
204
205   // keep track of the value of each variable we're watching.. how?
206   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); II != BB->end(); ++II) {
207     Instruction *I = II; // get the instruction
208
209     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
210       if (AllocaInst *Src = dyn_cast<AllocaInst>(LI->getPointerOperand())) {
211         std::map<Instruction*, unsigned>::iterator AI = AllocaLookup.find(Src);
212         if (AI != AllocaLookup.end()) {
213           Value *V = IncomingVals[AI->second];
214
215           // walk the use list of this load and replace all uses with r
216           LI->replaceAllUsesWith(V);
217           KillList.push_back(LI); // Mark the load to be deleted
218         }
219       }
220     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
221       // Delete this instruction and mark the name as the current holder of the
222       // value
223       if (AllocaInst *Dest = dyn_cast<AllocaInst>(SI->getPointerOperand())) {
224         std::map<Instruction *, unsigned>::iterator ai =AllocaLookup.find(Dest);
225         if (ai != AllocaLookup.end()) {
226           // what value were we writing?
227           IncomingVals[ai->second] = SI->getOperand(0);
228           KillList.push_back(SI);  // Mark the store to be deleted
229         }
230       }
231       
232     } else if (TerminatorInst *TI = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
233       // Recurse across our successors
234       for (unsigned i = 0; i != TI->getNumSuccessors(); i++) {
235         std::vector<Value*> OutgoingVals(IncomingVals);
236         RenamePass(TI->getSuccessor(i), BB, OutgoingVals, Visited);
237       }
238     }
239   }
240 }
241
242 /// PromoteMemToReg - Promote the specified list of alloca instructions into
243 /// scalar registers, inserting PHI nodes as appropriate.  This function makes
244 /// use of DominanceFrontier information.  This function does not modify the CFG
245 /// of the function at all.  All allocas must be from the same function.
246 ///
247 void PromoteMemToReg(const std::vector<AllocaInst*> &Allocas,
248                      DominanceFrontier &DF, const TargetData &TD) {
249   PromoteMem2Reg(Allocas, DF, TD).run();
250 }