The same problem was being tracked in PR7652.
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / LoopInfo.cpp
index e067c1768fe1714ef962daf435eb2d2bada671f0..818d0a9dd11464d07a93bb08eeac50d9e78270af 100644 (file)
 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
 #include "llvm/Support/CFG.h"
-#include "llvm/Support/Streams.h"
+#include "llvm/Support/CommandLine.h"
+#include "llvm/Support/Debug.h"
 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
 #include <algorithm>
-#include <ostream>
 using namespace llvm;
 
+// Always verify loopinfo if expensive checking is enabled.
+#ifdef XDEBUG
+static bool VerifyLoopInfo = true;
+#else
+static bool VerifyLoopInfo = false;
+#endif
+static cl::opt<bool,true>
+VerifyLoopInfoX("verify-loop-info", cl::location(VerifyLoopInfo),
+                cl::desc("Verify loop info (time consuming)"));
+
 char LoopInfo::ID = 0;
 static RegisterPass<LoopInfo>
-X("loops", "Natural Loop Construction", true, true);
+X("loops", "Natural Loop Information", true, true);
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 // Loop implementation
 //
 
-/// getNumBackEdges - Calculate the number of back edges to the loop header.
+/// isLoopInvariant - Return true if the specified value is loop invariant
+///
+bool Loop::isLoopInvariant(Value *V) const {
+  if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
+    return isLoopInvariant(I);
+  return true;  // All non-instructions are loop invariant
+}
+
+/// isLoopInvariant - Return true if the specified instruction is
+/// loop-invariant.
+///
+bool Loop::isLoopInvariant(Instruction *I) const {
+  return !contains(I);
+}
+
+/// makeLoopInvariant - If the given value is an instruciton inside of the
+/// loop and it can be hoisted, do so to make it trivially loop-invariant.
+/// Return true if the value after any hoisting is loop invariant. This
+/// function can be used as a slightly more aggressive replacement for
+/// isLoopInvariant.
+///
+/// If InsertPt is specified, it is the point to hoist instructions to.
+/// If null, the terminator of the loop preheader is used.
+///
+bool Loop::makeLoopInvariant(Value *V, bool &Changed,
+                             Instruction *InsertPt) const {
+  if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
+    return makeLoopInvariant(I, Changed, InsertPt);
+  return true;  // All non-instructions are loop-invariant.
+}
+
+/// makeLoopInvariant - If the given instruction is inside of the
+/// loop and it can be hoisted, do so to make it trivially loop-invariant.
+/// Return true if the instruction after any hoisting is loop invariant. This
+/// function can be used as a slightly more aggressive replacement for
+/// isLoopInvariant.
+///
+/// If InsertPt is specified, it is the point to hoist instructions to.
+/// If null, the terminator of the loop preheader is used.
+///
+bool Loop::makeLoopInvariant(Instruction *I, bool &Changed,
+                             Instruction *InsertPt) const {
+  // Test if the value is already loop-invariant.
+  if (isLoopInvariant(I))
+    return true;
+  if (!I->isSafeToSpeculativelyExecute())
+    return false;
+  if (I->mayReadFromMemory())
+    return false;
+  // Determine the insertion point, unless one was given.
+  if (!InsertPt) {
+    BasicBlock *Preheader = getLoopPreheader();
+    // Without a preheader, hoisting is not feasible.
+    if (!Preheader)
+      return false;
+    InsertPt = Preheader->getTerminator();
+  }
+  // Don't hoist instructions with loop-variant operands.
+  for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
+    if (!makeLoopInvariant(I->getOperand(i), Changed, InsertPt))
+      return false;
+  // Hoist.
+  I->moveBefore(InsertPt);
+  Changed = true;
+  return true;
+}
+
+/// getCanonicalInductionVariable - Check to see if the loop has a canonical
+/// induction variable: an integer recurrence that starts at 0 and increments
+/// by one each time through the loop.  If so, return the phi node that
+/// corresponds to it.
+///
+/// The IndVarSimplify pass transforms loops to have a canonical induction
+/// variable.
+///
+PHINode *Loop::getCanonicalInductionVariable() const {
+  BasicBlock *H = getHeader();
+
+  BasicBlock *Incoming = 0, *Backedge = 0;
+  typedef GraphTraits<Inverse<BasicBlock*> > InvBlockTraits;
+  InvBlockTraits::ChildIteratorType PI = InvBlockTraits::child_begin(H);
+  assert(PI != InvBlockTraits::child_end(H) &&
+         "Loop must have at least one backedge!");
+  Backedge = *PI++;
+  if (PI == InvBlockTraits::child_end(H)) return 0;  // dead loop
+  Incoming = *PI++;
+  if (PI != InvBlockTraits::child_end(H)) return 0;  // multiple backedges?
+
+  if (contains(Incoming)) {
+    if (contains(Backedge))
+      return 0;
+    std::swap(Incoming, Backedge);
+  } else if (!contains(Backedge))
+    return 0;
+
+  // Loop over all of the PHI nodes, looking for a canonical indvar.
+  for (BasicBlock::iterator I = H->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
+    PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
+    if (ConstantInt *CI =
+        dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(Incoming)))
+      if (CI->isNullValue())
+        if (Instruction *Inc =
+            dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(Backedge)))
+          if (Inc->getOpcode() == Instruction::Add &&
+                Inc->getOperand(0) == PN)
+            if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Inc->getOperand(1)))
+              if (CI->equalsInt(1))
+                return PN;
+  }
+  return 0;
+}
+
+/// getCanonicalInductionVariableIncrement - Return the LLVM value that holds
+/// the canonical induction variable value for the "next" iteration of the
+/// loop.  This always succeeds if getCanonicalInductionVariable succeeds.
+///
+Instruction *Loop::getCanonicalInductionVariableIncrement() const {
+  if (PHINode *PN = getCanonicalInductionVariable()) {
+    bool P1InLoop = contains(PN->getIncomingBlock(1));
+    return cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(P1InLoop));
+  }
+  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.
+  Instruction *Inc = getCanonicalInductionVariableIncrement();
+  if (Inc == 0) return 0;
+  PHINode *IV = cast<PHINode>(Inc->getOperand(0));
+
+  BasicBlock *BackedgeBlock =
+    IV->getIncomingBlock(contains(IV->getIncomingBlock(1)));
+
+  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
+/// of 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;
+  }
+}
+
+/// 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);
+
+        // 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) &&
+            DT.isReachableFromEntry(UserBB))
+          return false;
+      }
+  }
+
+  return true;
+}
+
+/// isLoopSimplifyForm - Return true if the Loop is in the form that
+/// the LoopSimplify form transforms loops to, which is sometimes called
+/// normal form.
+bool Loop::isLoopSimplifyForm() const {
+  // Normal-form loops have a preheader, a single backedge, and all of their
+  // exits have all their predecessors inside the loop.
+  return getLoopPreheader() && getLoopLatch() && hasDedicatedExits();
+}
+
+/// 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;
+  getExitBlocks(ExitBlocks);
+  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))
+        return false;
+  // All the requirements are met.
+  return true;
+}
+
+/// getUniqueExitBlocks - Return all unique successor blocks of this loop.
+/// These are the blocks _outside of the current loop_ which are branched to.
+/// This assumes that loop exits are in canonical form.
+///
+void
+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) {
+
+    BasicBlock *current = *BI;
+    switchExitBlocks.clear();
+
+    typedef GraphTraits<BasicBlock *> BlockTraits;
+    typedef GraphTraits<Inverse<BasicBlock *> > InvBlockTraits;
+    for (BlockTraits::ChildIteratorType I =
+         BlockTraits::child_begin(*BI), E = BlockTraits::child_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))
+        continue;
+
+      InvBlockTraits::ChildIteratorType PI = InvBlockTraits::child_begin(*I);
+      BasicBlock *firstPred = *PI;
+
+      // If current basic block is this exit block's first predecessor
+      // then only insert exit block in to the output ExitBlocks vector.
+      // This ensures that same exit block is not inserted twice into
+      // ExitBlocks vector.
+      if (current != firstPred)
+        continue;
+
+      // If a terminator has more then two successors, for example SwitchInst,
+      // then it is possible that there are multiple edges from current block
+      // to one exit block.
+      if (std::distance(BlockTraits::child_begin(current),
+                        BlockTraits::child_end(current)) <= 2) {
+        ExitBlocks.push_back(*I);
+        continue;
+      }
+
+      // In case of multiple edges from current block to exit block, collect
+      // only one edge in ExitBlocks. Use switchExitBlocks to keep track of
+      // duplicate edges.
+      if (std::find(switchExitBlocks.begin(), switchExitBlocks.end(), *I)
+          == switchExitBlocks.end()) {
+        switchExitBlocks.push_back(*I);
+        ExitBlocks.push_back(*I);
+      }
+    }
+  }
+}
+
+/// getUniqueExitBlock - If getUniqueExitBlocks would return exactly one
+/// block, return that block. Otherwise return null.
+BasicBlock *Loop::getUniqueExitBlock() const {
+  SmallVector<BasicBlock *, 8> UniqueExitBlocks;
+  getUniqueExitBlocks(UniqueExitBlocks);
+  if (UniqueExitBlocks.size() == 1)
+    return UniqueExitBlocks[0];
+  return 0;
+}
+
+void Loop::dump() const {
+  print(dbgs());
+}
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 // LoopInfo implementation
 //
 bool LoopInfo::runOnFunction(Function &) {
   releaseMemory();
-  LI->Calculate(getAnalysis<DominatorTree>().getBase());    // Update
+  LI.Calculate(getAnalysis<DominatorTree>().getBase());    // Update
   return false;
 }
 
+void LoopInfo::verifyAnalysis() const {
+  // LoopInfo is a FunctionPass, but verifying every loop in the function
+  // each time verifyAnalysis is called is very expensive. The
+  // -verify-loop-info option can enable this. In order to perform some
+  // checking by default, LoopPass has been taught to call verifyLoop
+  // manually during loop pass sequences.
+
+  if (!VerifyLoopInfo) return;
+
+  for (iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I) {
+    assert(!(*I)->getParentLoop() && "Top-level loop has a parent!");
+    (*I)->verifyLoopNest();
+  }
+
+  // TODO: check BBMap consistency.
+}
+
 void LoopInfo::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
   AU.setPreservesAll();
   AU.addRequired<DominatorTree>();
 }
 
-// Ensure this file gets linked when LoopInfo.h is used.
-DEFINING_FILE_FOR(LoopInfo)
+void LoopInfo::print(raw_ostream &OS, const Module*) const {
+  LI.print(OS);
+}
+