InstSimplify: ((X % Y) % Y) -> (X % Y)
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / LoopInfo.cpp
index 36fd598d13c4cc19f657b9cd198ced7a1032f3d3..46c0eaabe1a3102e59ecc1b18f430800944b7dd4 100644 (file)
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
-#include "llvm/Constants.h"
-#include "llvm/Instructions.h"
-#include "llvm/Analysis/Dominators.h"
+#include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
+#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
+#include "llvm/Analysis/LoopInfoImpl.h"
 #include "llvm/Analysis/LoopIterator.h"
-#include "llvm/Assembly/Writer.h"
-#include "llvm/Support/CFG.h"
+#include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
+#include "llvm/IR/CFG.h"
+#include "llvm/IR/Constants.h"
+#include "llvm/IR/Dominators.h"
+#include "llvm/IR/Instructions.h"
+#include "llvm/IR/Metadata.h"
 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
-#include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
-#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
 #include <algorithm>
 using namespace llvm;
 
+// Explicitly instantiate methods in LoopInfoImpl.h for IR-level Loops.
+template class llvm::LoopBase<BasicBlock, Loop>;
+template class llvm::LoopInfoBase<BasicBlock, Loop>;
+
 // Always verify loopinfo if expensive checking is enabled.
 #ifdef XDEBUG
 static bool VerifyLoopInfo = true;
@@ -40,9 +46,12 @@ VerifyLoopInfoX("verify-loop-info", cl::location(VerifyLoopInfo),
 
 char LoopInfo::ID = 0;
 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopInfo, "loops", "Natural Loop Information", true, true)
-INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
 INITIALIZE_PASS_END(LoopInfo, "loops", "Natural Loop Information", true, true)
 
+// Loop identifier metadata name.
+static const char *const LoopMDName = "llvm.loop";
+
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 // Loop implementation
 //
@@ -95,7 +104,7 @@ bool Loop::makeLoopInvariant(Instruction *I, bool &Changed,
   // Test if the value is already loop-invariant.
   if (isLoopInvariant(I))
     return true;
-  if (!I->isSafeToSpeculativelyExecute())
+  if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
     return false;
   if (I->mayReadFromMemory())
     return false;
@@ -132,21 +141,21 @@ bool Loop::makeLoopInvariant(Instruction *I, bool &Changed,
 PHINode *Loop::getCanonicalInductionVariable() const {
   BasicBlock *H = getHeader();
 
-  BasicBlock *Incoming = 0, *Backedge = 0;
+  BasicBlock *Incoming = nullptr, *Backedge = nullptr;
   pred_iterator PI = pred_begin(H);
   assert(PI != pred_end(H) &&
          "Loop must have at least one backedge!");
   Backedge = *PI++;
-  if (PI == pred_end(H)) return 0;  // dead loop
+  if (PI == pred_end(H)) return nullptr;  // dead loop
   Incoming = *PI++;
-  if (PI != pred_end(H)) return 0;  // multiple backedges?
+  if (PI != pred_end(H)) return nullptr;  // multiple backedges?
 
   if (contains(Incoming)) {
     if (contains(Backedge))
-      return 0;
+      return nullptr;
     std::swap(Incoming, Backedge);
   } else if (!contains(Backedge))
-    return 0;
+    return nullptr;
 
   // Loop over all of the PHI nodes, looking for a canonical indvar.
   for (BasicBlock::iterator I = H->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
@@ -162,124 +171,26 @@ PHINode *Loop::getCanonicalInductionVariable() const {
               if (CI->equalsInt(1))
                 return PN;
   }
-  return 0;
-}
-
-/// getTripCount - Return a loop-invariant LLVM value indicating the number of
-/// times the loop will be executed.  Note that this means that the backedge
-/// of the loop executes N-1 times.  If the trip-count cannot be determined,
-/// this returns null.
-///
-/// The IndVarSimplify pass transforms loops to have a form that this
-/// function easily understands.
-///
-Value *Loop::getTripCount() const {
-  // Canonical loops will end with a 'cmp ne I, V', where I is the incremented
-  // canonical induction variable and V is the trip count of the loop.
-  PHINode *IV = getCanonicalInductionVariable();
-  if (IV == 0 || IV->getNumIncomingValues() != 2) return 0;
-
-  bool P0InLoop = contains(IV->getIncomingBlock(0));
-  Value *Inc = IV->getIncomingValue(!P0InLoop);
-  BasicBlock *BackedgeBlock = IV->getIncomingBlock(!P0InLoop);
-
-  if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BackedgeBlock->getTerminator()))
-    if (BI->isConditional()) {
-      if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition())) {
-        if (ICI->getOperand(0) == Inc) {
-          if (BI->getSuccessor(0) == getHeader()) {
-            if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE)
-              return ICI->getOperand(1);
-          } else if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ) {
-            return ICI->getOperand(1);
-          }
-        }
-      }
-    }
-
-  return 0;
-}
-
-/// getSmallConstantTripCount - Returns the trip count of this loop as a
-/// normal unsigned value, if possible. Returns 0 if the trip count is unknown
-/// or not constant. Will also return 0 if the trip count is very large
-/// (>= 2^32)
-unsigned Loop::getSmallConstantTripCount() const {
-  Value* TripCount = this->getTripCount();
-  if (TripCount) {
-    if (ConstantInt *TripCountC = dyn_cast<ConstantInt>(TripCount)) {
-      // Guard against huge trip counts.
-      if (TripCountC->getValue().getActiveBits() <= 32) {
-        return (unsigned)TripCountC->getZExtValue();
-      }
-    }
-  }
-  return 0;
-}
-
-/// getSmallConstantTripMultiple - Returns the largest constant divisor of the
-/// trip count of this loop as a normal unsigned value, if possible. This
-/// means that the actual trip count is always a multiple of the returned
-/// value (don't forget the trip count could very well be zero as well!).
-///
-/// Returns 1 if the trip count is unknown or not guaranteed to be the
-/// multiple of a constant (which is also the case if the trip count is simply
-/// constant, use getSmallConstantTripCount for that case), Will also return 1
-/// if the trip count is very large (>= 2^32).
-unsigned Loop::getSmallConstantTripMultiple() const {
-  Value* TripCount = this->getTripCount();
-  // This will hold the ConstantInt result, if any
-  ConstantInt *Result = NULL;
-  if (TripCount) {
-    // See if the trip count is constant itself
-    Result = dyn_cast<ConstantInt>(TripCount);
-    // if not, see if it is a multiplication
-    if (!Result)
-      if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(TripCount)) {
-        switch (BO->getOpcode()) {
-        case BinaryOperator::Mul:
-          Result = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1));
-          break;
-        case BinaryOperator::Shl:
-          if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
-            if (CI->getValue().getActiveBits() <= 5)
-              return 1u << CI->getZExtValue();
-          break;
-        default:
-          break;
-        }
-      }
-  }
-  // Guard against huge trip counts.
-  if (Result && Result->getValue().getActiveBits() <= 32) {
-    return (unsigned)Result->getZExtValue();
-  } else {
-    return 1;
-  }
+  return nullptr;
 }
 
 /// isLCSSAForm - Return true if the Loop is in LCSSA form
 bool Loop::isLCSSAForm(DominatorTree &DT) const {
-  // Sort the blocks vector so that we can use binary search to do quick
-  // lookups.
-  SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> LoopBBs(block_begin(), block_end());
-
   for (block_iterator BI = block_begin(), E = block_end(); BI != E; ++BI) {
     BasicBlock *BB = *BI;
     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;++I)
-      for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
-           ++UI) {
-        User *U = *UI;
-        BasicBlock *UserBB = cast<Instruction>(U)->getParent();
-        if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(U))
-          UserBB = P->getIncomingBlock(UI);
+      for (Use &U : I->uses()) {
+        Instruction *UI = cast<Instruction>(U.getUser());
+        BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
+        if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(UI))
+          UserBB = P->getIncomingBlock(U);
 
         // Check the current block, as a fast-path, before checking whether
         // the use is anywhere in the loop.  Most values are used in the same
         // block they are defined in.  Also, blocks not reachable from the
         // entry are special; uses in them don't need to go through PHIs.
         if (UserBB != BB &&
-            !LoopBBs.count(UserBB) &&
+            !contains(UserBB) &&
             DT.isReachableFromEntry(UserBB))
           return false;
       }
@@ -297,12 +208,129 @@ bool Loop::isLoopSimplifyForm() const {
   return getLoopPreheader() && getLoopLatch() && hasDedicatedExits();
 }
 
+/// isSafeToClone - Return true if the loop body is safe to clone in practice.
+/// Routines that reform the loop CFG and split edges often fail on indirectbr.
+bool Loop::isSafeToClone() const {
+  // Return false if any loop blocks contain indirectbrs, or there are any calls
+  // to noduplicate functions.
+  for (Loop::block_iterator I = block_begin(), E = block_end(); I != E; ++I) {
+    if (isa<IndirectBrInst>((*I)->getTerminator()))
+      return false;
+
+    if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>((*I)->getTerminator()))
+      if (II->cannotDuplicate())
+        return false;
+
+    for (BasicBlock::iterator BI = (*I)->begin(), BE = (*I)->end(); BI != BE; ++BI) {
+      if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(BI)) {
+        if (CI->cannotDuplicate())
+          return false;
+      }
+    }
+  }
+  return true;
+}
+
+MDNode *Loop::getLoopID() const {
+  MDNode *LoopID = nullptr;
+  if (isLoopSimplifyForm()) {
+    LoopID = getLoopLatch()->getTerminator()->getMetadata(LoopMDName);
+  } else {
+    // Go through each predecessor of the loop header and check the
+    // terminator for the metadata.
+    BasicBlock *H = getHeader();
+    for (block_iterator I = block_begin(), IE = block_end(); I != IE; ++I) {
+      TerminatorInst *TI = (*I)->getTerminator();
+      MDNode *MD = nullptr;
+
+      // Check if this terminator branches to the loop header.
+      for (unsigned i = 0, ie = TI->getNumSuccessors(); i != ie; ++i) {
+        if (TI->getSuccessor(i) == H) {
+          MD = TI->getMetadata(LoopMDName);
+          break;
+        }
+      }
+      if (!MD)
+        return nullptr;
+
+      if (!LoopID)
+        LoopID = MD;
+      else if (MD != LoopID)
+        return nullptr;
+    }
+  }
+  if (!LoopID || LoopID->getNumOperands() == 0 ||
+      LoopID->getOperand(0) != LoopID)
+    return nullptr;
+  return LoopID;
+}
+
+void Loop::setLoopID(MDNode *LoopID) const {
+  assert(LoopID && "Loop ID should not be null");
+  assert(LoopID->getNumOperands() > 0 && "Loop ID needs at least one operand");
+  assert(LoopID->getOperand(0) == LoopID && "Loop ID should refer to itself");
+
+  if (isLoopSimplifyForm()) {
+    getLoopLatch()->getTerminator()->setMetadata(LoopMDName, LoopID);
+    return;
+  }
+
+  BasicBlock *H = getHeader();
+  for (block_iterator I = block_begin(), IE = block_end(); I != IE; ++I) {
+    TerminatorInst *TI = (*I)->getTerminator();
+    for (unsigned i = 0, ie = TI->getNumSuccessors(); i != ie; ++i) {
+      if (TI->getSuccessor(i) == H)
+        TI->setMetadata(LoopMDName, LoopID);
+    }
+  }
+}
+
+bool Loop::isAnnotatedParallel() const {
+  MDNode *desiredLoopIdMetadata = getLoopID();
+
+  if (!desiredLoopIdMetadata)
+      return false;
+
+  // The loop branch contains the parallel loop metadata. In order to ensure
+  // that any parallel-loop-unaware optimization pass hasn't added loop-carried
+  // dependencies (thus converted the loop back to a sequential loop), check
+  // that all the memory instructions in the loop contain parallelism metadata
+  // that point to the same unique "loop id metadata" the loop branch does.
+  for (block_iterator BB = block_begin(), BE = block_end(); BB != BE; ++BB) {
+    for (BasicBlock::iterator II = (*BB)->begin(), EE = (*BB)->end();
+         II != EE; II++) {
+
+      if (!II->mayReadOrWriteMemory())
+        continue;
+
+      // The memory instruction can refer to the loop identifier metadata
+      // directly or indirectly through another list metadata (in case of
+      // nested parallel loops). The loop identifier metadata refers to
+      // itself so we can check both cases with the same routine.
+      MDNode *loopIdMD = II->getMetadata("llvm.mem.parallel_loop_access");
+
+      if (!loopIdMD)
+        return false;
+
+      bool loopIdMDFound = false;
+      for (unsigned i = 0, e = loopIdMD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
+        if (loopIdMD->getOperand(i) == desiredLoopIdMetadata) {
+          loopIdMDFound = true;
+          break;
+        }
+      }
+
+      if (!loopIdMDFound)
+        return false;
+    }
+  }
+  return true;
+}
+
+
 /// hasDedicatedExits - Return true if no exit block for the loop
 /// has a predecessor that is outside the loop.
 bool Loop::hasDedicatedExits() const {
-  // Sort the blocks vector so that we can use binary search to do quick
-  // lookups.
-  SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> LoopBBs(block_begin(), block_end());
   // Each predecessor of each exit block of a normal loop is contained
   // within the loop.
   SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitBlocks;
@@ -310,7 +338,7 @@ bool Loop::hasDedicatedExits() const {
   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
     for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlocks[i]),
          PE = pred_end(ExitBlocks[i]); PI != PE; ++PI)
-      if (!LoopBBs.count(*PI))
+      if (!contains(*PI))
         return false;
   // All the requirements are met.
   return true;
@@ -325,11 +353,6 @@ Loop::getUniqueExitBlocks(SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ExitBlocks) const {
   assert(hasDedicatedExits() &&
          "getUniqueExitBlocks assumes the loop has canonical form exits!");
 
-  // Sort the blocks vector so that we can use binary search to do quick
-  // lookups.
-  SmallVector<BasicBlock *, 128> LoopBBs(block_begin(), block_end());
-  std::sort(LoopBBs.begin(), LoopBBs.end());
-
   SmallVector<BasicBlock *, 32> switchExitBlocks;
 
   for (block_iterator BI = block_begin(), BE = block_end(); BI != BE; ++BI) {
@@ -339,7 +362,7 @@ Loop::getUniqueExitBlocks(SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ExitBlocks) const {
 
     for (succ_iterator I = succ_begin(*BI), E = succ_end(*BI); I != E; ++I) {
       // If block is inside the loop then it is not a exit block.
-      if (std::binary_search(LoopBBs.begin(), LoopBBs.end(), *I))
+      if (contains(*I))
         continue;
 
       pred_iterator PI = pred_begin(*I);
@@ -379,17 +402,20 @@ BasicBlock *Loop::getUniqueExitBlock() const {
   getUniqueExitBlocks(UniqueExitBlocks);
   if (UniqueExitBlocks.size() == 1)
     return UniqueExitBlocks[0];
-  return 0;
+  return nullptr;
 }
 
+#if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
 void Loop::dump() const {
   print(dbgs());
 }
+#endif
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 // UnloopUpdater implementation
 //
 
+namespace {
 /// Find the new parent loop for all blocks within the "unloop" whose last
 /// backedges has just been removed.
 class UnloopUpdater {
@@ -421,6 +447,7 @@ public:
 protected:
   Loop *getNearestLoop(BasicBlock *BB, Loop *BBLoop);
 };
+} // end anonymous namespace
 
 /// updateBlockParents - Update the parent loop for all blocks that are directly
 /// contained within the original "unloop".
@@ -475,21 +502,19 @@ void UnloopUpdater::updateBlockParents() {
 /// removeBlocksFromAncestors - Remove unloop's blocks from all ancestors below
 /// their new parents.
 void UnloopUpdater::removeBlocksFromAncestors() {
-  // Remove unloop's blocks from all ancestors below their new parents.
+  // Remove all unloop's blocks (including those in nested subloops) from
+  // ancestors below the new parent loop.
   for (Loop::block_iterator BI = Unloop->block_begin(),
          BE = Unloop->block_end(); BI != BE; ++BI) {
-    Loop *NewParent = LI->getLoopFor(*BI);
-    // If this block is an immediate subloop, remove all blocks (including
-    // nested subloops) from ancestors below the new parent loop.
-    // Otherwise, if this block is in a nested subloop, skip it.
-    if (SubloopParents.count(NewParent))
-      NewParent = SubloopParents[NewParent];
-    else if (Unloop->contains(NewParent))
-      continue;
-
+    Loop *OuterParent = LI->getLoopFor(*BI);
+    if (Unloop->contains(OuterParent)) {
+      while (OuterParent->getParentLoop() != Unloop)
+        OuterParent = OuterParent->getParentLoop();
+      OuterParent = SubloopParents[OuterParent];
+    }
     // Remove blocks from former Ancestors except Unloop itself which will be
     // deleted.
-    for (Loop *OldParent = Unloop->getParentLoop(); OldParent != NewParent;
+    for (Loop *OldParent = Unloop->getParentLoop(); OldParent != OuterParent;
          OldParent = OldParent->getParentLoop()) {
       assert(OldParent && "new loop is not an ancestor of the original");
       OldParent->removeBlockFromLoop(*BI);
@@ -501,12 +526,14 @@ void UnloopUpdater::removeBlocksFromAncestors() {
 /// nested within unloop.
 void UnloopUpdater::updateSubloopParents() {
   while (!Unloop->empty()) {
-    Loop *Subloop = *llvm::prior(Unloop->end());
-    Unloop->removeChildLoop(llvm::prior(Unloop->end()));
+    Loop *Subloop = *std::prev(Unloop->end());
+    Unloop->removeChildLoop(std::prev(Unloop->end()));
 
     assert(SubloopParents.count(Subloop) && "DFS failed to visit subloop");
-    if (SubloopParents[Subloop])
-      SubloopParents[Subloop]->addChildLoop(Subloop);
+    if (Loop *Parent = SubloopParents[Subloop])
+      Parent->addChildLoop(Subloop);
+    else
+      LI->addTopLevelLoop(Subloop);
   }
 }
 
@@ -521,7 +548,7 @@ Loop *UnloopUpdater::getNearestLoop(BasicBlock *BB, Loop *BBLoop) {
   // is considered uninitialized.
   Loop *NearLoop = BBLoop;
 
-  Loop *Subloop = 0;
+  Loop *Subloop = nullptr;
   if (NearLoop != Unloop && Unloop->contains(NearLoop)) {
     Subloop = NearLoop;
     // Find the subloop ancestor that is directly contained within Unloop.
@@ -530,15 +557,14 @@ Loop *UnloopUpdater::getNearestLoop(BasicBlock *BB, Loop *BBLoop) {
       assert(Subloop && "subloop is not an ancestor of the original loop");
     }
     // Get the current nearest parent of the Subloop exits, initially Unloop.
-    if (!SubloopParents.count(Subloop))
-      SubloopParents[Subloop] = Unloop;
-    NearLoop = SubloopParents[Subloop];
+    NearLoop =
+      SubloopParents.insert(std::make_pair(Subloop, Unloop)).first->second;
   }
 
   succ_iterator I = succ_begin(BB), E = succ_end(BB);
   if (I == E) {
     assert(!Subloop && "subloop blocks must have a successor");
-    NearLoop = 0; // unloop blocks may now exit the function.
+    NearLoop = nullptr; // unloop blocks may now exit the function.
   }
   for (; I != E; ++I) {
     if (*I == BB)
@@ -586,7 +612,7 @@ Loop *UnloopUpdater::getNearestLoop(BasicBlock *BB, Loop *BBLoop) {
 //
 bool LoopInfo::runOnFunction(Function &) {
   releaseMemory();
-  LI.Calculate(getAnalysis<DominatorTree>().getBase());    // Update
+  LI.Analyze(getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree());
   return false;
 }
 
@@ -611,7 +637,7 @@ void LoopInfo::updateUnloop(Loop *Unloop) {
 
       // Blocks no longer have a parent but are still referenced by Unloop until
       // the Unloop object is deleted.
-      LI.changeLoopFor(*I, 0);
+      LI.changeLoopFor(*I, nullptr);
     }
 
     // Remove the loop from the top-level LoopInfo object.
@@ -625,7 +651,7 @@ void LoopInfo::updateUnloop(Loop *Unloop) {
 
     // Move all of the subloops to the top-level.
     while (!Unloop->empty())
-      LI.addTopLevelLoop(Unloop->removeChildLoop(llvm::prior(Unloop->end())));
+      LI.addTopLevelLoop(Unloop->removeChildLoop(std::prev(Unloop->end())));
 
     return;
   }
@@ -661,17 +687,23 @@ void LoopInfo::verifyAnalysis() const {
 
   if (!VerifyLoopInfo) return;
 
+  DenseSet<const Loop*> Loops;
   for (iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I) {
     assert(!(*I)->getParentLoop() && "Top-level loop has a parent!");
-    (*I)->verifyLoopNest();
+    (*I)->verifyLoopNest(&Loops);
   }
 
-  // TODO: check BBMap consistency.
+  // Verify that blocks are mapped to valid loops.
+  for (DenseMap<BasicBlock*, Loop*>::const_iterator I = LI.BBMap.begin(),
+         E = LI.BBMap.end(); I != E; ++I) {
+    assert(Loops.count(I->second) && "orphaned loop");
+    assert(I->second->contains(I->first) && "orphaned block");
+  }
 }
 
 void LoopInfo::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
   AU.setPreservesAll();
-  AU.addRequired<DominatorTree>();
+  AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
 }
 
 void LoopInfo::print(raw_ostream &OS, const Module*) const {