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[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LICM.cpp
index 37333db1115d30023e7259cc9d84d3a54f7cdd08..1ed490d294db74114e717b3c75413a97227d0081 100644 (file)
 //===-- LICM.cpp - Loop Invariant Code Motion Pass ------------------------===//
 //
-// This pass is a simple loop invariant code motion pass.
+//                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
-// Note that this pass does NOT require pre-headers to exist on loops in the
-// CFG, but if there is not distinct preheader for a loop, the hoisted code will
-// be *DUPLICATED* in every basic block, outside of the loop, that preceeds the
-// loop header.  Additionally, any use of one of these hoisted expressions
-// cannot be loop invariant itself, because the expression hoisted gets a PHI
-// node that is loop variant.
+// This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
+// the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
 //
-// For these reasons, and many more, it makes sense to run a pass before this
-// that ensures that there are preheaders on all loops.  That said, we don't
-// REQUIRE it. :)
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//
+// This pass performs loop invariant code motion, attempting to remove as much
+// code from the body of a loop as possible.  It does this by either hoisting
+// code into the preheader block, or by sinking code to the exit blocks if it is
+// safe.  This pass also promotes must-aliased memory locations in the loop to
+// live in registers, thus hoisting and sinking "invariant" loads and stores.
+//
+// This pass uses alias analysis for two purposes:
+//
+//  1. Moving loop invariant loads and calls out of loops.  If we can determine
+//     that a load or call inside of a loop never aliases anything stored to,
+//     we can hoist it or sink it like any other instruction.
+//  2. Scalar Promotion of Memory - If there is a store instruction inside of
+//     the loop, we try to move the store to happen AFTER the loop instead of
+//     inside of the loop.  This can only happen if a few conditions are true:
+//       A. The pointer stored through is loop invariant
+//       B. There are no stores or loads in the loop which _may_ alias the
+//          pointer.  There are no calls in the loop which mod/ref the pointer.
+//     If these conditions are true, we can promote the loads and stores in the
+//     loop of the pointer to use a temporary alloca'd variable.  We then use
+//     the mem2reg functionality to construct the appropriate SSA form for the
+//     variable.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
+#define DEBUG_TYPE "licm"
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
-#include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
+#include "llvm/Constants.h"
+#include "llvm/DerivedTypes.h"
+#include "llvm/Instructions.h"
+#include "llvm/Target/TargetData.h"
 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
+#include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
-#include "llvm/iOperators.h"
-#include "llvm/iPHINode.h"
-#include "llvm/iMemory.h"
-#include "llvm/Support/InstVisitor.h"
+#include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
+#include "llvm/Analysis/Dominators.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
 #include "llvm/Support/CFG.h"
-#include "Support/STLExtras.h"
-#include "Support/StatisticReporter.h"
+#include "llvm/Support/Compiler.h"
+#include "llvm/Support/CommandLine.h"
+#include "llvm/Support/Debug.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
 #include <algorithm>
-using std::string;
+using namespace llvm;
 
-static Statistic<> NumHoistedNPH("licm\t\t- Number of insts hoisted to multiple"
-                                 " loop preds (bad, no loop pre-header)");
-static Statistic<> NumHoistedPH("licm\t\t- Number of insts hoisted to a loop "
-                                "pre-header");
-static Statistic<> NumHoistedLoads("licm\t\t- Number of load insts hoisted");
+STATISTIC(NumSunk      , "Number of instructions sunk out of loop");
+STATISTIC(NumHoisted   , "Number of instructions hoisted out of loop");
+STATISTIC(NumMovedLoads, "Number of load insts hoisted or sunk");
+STATISTIC(NumMovedCalls, "Number of call insts hoisted or sunk");
+STATISTIC(NumPromoted  , "Number of memory locations promoted to registers");
 
 namespace {
-  struct LICM : public FunctionPass, public InstVisitor<LICM> {
-    virtual bool runOnFunction(Function &F);
+  cl::opt<bool>
+  DisablePromotion("disable-licm-promotion", cl::Hidden,
+                   cl::desc("Disable memory promotion in LICM pass"));
 
-    // This transformation requires natural loop information...
+  struct VISIBILITY_HIDDEN LICM : public LoopPass {
+    virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
+
+    /// This transformation requires natural loop information & requires that
+    /// loop preheaders be inserted into the CFG...
+    ///
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
-      AU.preservesCFG();
+      AU.setPreservesCFG();
+      AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
       AU.addRequired<LoopInfo>();
+      AU.addRequired<ETForest>();
+      AU.addRequired<DominanceFrontier>();  // For scalar promotion (mem2reg)
       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
     }
 
-  private:
-    // List of predecessor blocks for the current loop - These blocks are where
-    // we hoist loop invariants to for the current loop.
-    //
-    std::vector<BasicBlock*> LoopPreds, LoopBackEdges;
-
-    Loop *CurLoop;     // The current loop we are working on...
-    bool Changed;      // Set to true when we change anything.
-    AliasAnalysis *AA; // Currently AliasAnalysis information
-
-    // visitLoop - Hoist expressions out of the specified loop...    
-    void visitLoop(Loop *L);
+    bool doFinalization() {
+      LoopToAliasMap.clear();
+      return false;
+    }
 
-    // notInCurrentLoop - Little predicate that returns true if the specified
-    // basic block is in a subloop of the current one, not the current one
-    // itself.
-    //
-    bool notInCurrentLoop(BasicBlock *BB) {
-      for (unsigned i = 0, e = CurLoop->getSubLoops().size(); i != e; ++i)
-        if (CurLoop->getSubLoops()[i]->contains(BB))
+  private:
+    // Various analyses that we use...
+    AliasAnalysis *AA;       // Current AliasAnalysis information
+    LoopInfo      *LI;       // Current LoopInfo
+    ETForest *ET;       // ETForest for the current Loop...
+    DominanceFrontier *DF;   // Current Dominance Frontier
+
+    // State that is updated as we process loops
+    bool Changed;            // Set to true when we change anything.
+    BasicBlock *Preheader;   // The preheader block of the current loop...
+    Loop *CurLoop;           // The current loop we are working on...
+    AliasSetTracker *CurAST; // AliasSet information for the current loop...
+    std::map<Loop *, AliasSetTracker *> LoopToAliasMap;
+
+    /// SinkRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
+    /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in
+    /// reverse depth first order w.r.t the ETForest.  This allows us to
+    /// visit uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one
+    /// pass without iteration.
+    ///
+    void SinkRegion(BasicBlock *BB);
+
+    /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all
+    /// blocks dominated by the specified block, and that are in the current
+    /// loop) in depth first order w.r.t the ETForest.  This allows us to
+    /// visit definitions before uses, allowing us to hoist a loop body in one
+    /// pass without iteration.
+    ///
+    void HoistRegion(BasicBlock *BB);
+
+    /// inSubLoop - Little predicate that returns true if the specified basic
+    /// block is in a subloop of the current one, not the current one itself.
+    ///
+    bool inSubLoop(BasicBlock *BB) {
+      assert(CurLoop->contains(BB) && "Only valid if BB is IN the loop");
+      for (Loop::iterator I = CurLoop->begin(), E = CurLoop->end(); I != E; ++I)
+        if ((*I)->contains(BB))
           return true;  // A subloop actually contains this block!
-      return false;      
+      return false;
     }
 
-    // hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
-    // that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
-    //
-    void hoist(Instruction &I);
-
-    // pointerInvalidatedByLoop - Return true if the body of this loop may store
-    // into the memory location pointed to by V.
-    // 
-    bool pointerInvalidatedByLoop(Value *V);
+    /// isExitBlockDominatedByBlockInLoop - This method checks to see if the
+    /// specified exit block of the loop is dominated by the specified block
+    /// that is in the body of the loop.  We use these constraints to
+    /// dramatically limit the amount of the dominator tree that needs to be
+    /// searched.
+    bool isExitBlockDominatedByBlockInLoop(BasicBlock *ExitBlock,
+                                           BasicBlock *BlockInLoop) const {
+      // If the block in the loop is the loop header, it must be dominated!
+      BasicBlock *LoopHeader = CurLoop->getHeader();
+      if (BlockInLoop == LoopHeader)
+        return true;
+
+      BasicBlock *IDom = ExitBlock;
+
+      // Because the exit block is not in the loop, we know we have to get _at
+      // least_ its immediate dominator.
+      do {
+        // Get next Immediate Dominator.
+        IDom = ET->getIDom(IDom);
+
+        // If we have got to the header of the loop, then the instructions block
+        // did not dominate the exit node, so we can't hoist it.
+        if (IDom == LoopHeader)
+          return false;
+
+      } while (IDom != BlockInLoop);
 
-    // isLoopInvariant - Return true if the specified value is loop invariant
-    inline bool isLoopInvariant(Value *V) {
-      if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
-        return !CurLoop->contains(I->getParent());
-      return true;  // All non-instructions are loop invariant
+      return true;
     }
 
-    // visitBasicBlock - Run LICM on a particular block.
-    void visitBasicBlock(BasicBlock *BB);
+    /// sink - When an instruction is found to only be used outside of the loop,
+    /// this function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as
+    /// needed.
+    ///
+    void sink(Instruction &I);
 
-    // Instruction visitation handlers... these basically control whether or not
-    // the specified instruction types are hoisted.
-    //
-    friend class InstVisitor<LICM>;
-    void visitBinaryOperator(Instruction &I) {
-      if (isLoopInvariant(I.getOperand(0)) && isLoopInvariant(I.getOperand(1)))
-        hoist(I);
-    }
-    void visitCastInst(CastInst &CI) {
-      Instruction &I = (Instruction&)CI;
-      if (isLoopInvariant(I.getOperand(0))) hoist(I);
-    }
-    void visitShiftInst(ShiftInst &I) { visitBinaryOperator((Instruction&)I); }
+    /// hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
+    /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
+    ///
+    void hoist(Instruction &I);
 
-    void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
-      if (isLoopInvariant(LI.getOperand(0)) &&
-          !pointerInvalidatedByLoop(LI.getOperand(0)))
-        hoist(LI);
+    /// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it
+    /// is not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
+    /// guaranteed to execute.
+    ///
+    bool isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &I);
+
+    /// pointerInvalidatedByLoop - Return true if the body of this loop may
+    /// store into the memory location pointed to by V.
+    ///
+    bool pointerInvalidatedByLoop(Value *V, unsigned Size) {
+      // Check to see if any of the basic blocks in CurLoop invalidate *V.
+      return CurAST->getAliasSetForPointer(V, Size).isMod();
     }
 
-    void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
-      Instruction &I = (Instruction&)GEPI;
-      for (unsigned i = 0, e = I.getNumOperands(); i != e; ++i)
-        if (!isLoopInvariant(I.getOperand(i))) return;
-      hoist(I);
-    }
+    bool canSinkOrHoistInst(Instruction &I);
+    bool isLoopInvariantInst(Instruction &I);
+    bool isNotUsedInLoop(Instruction &I);
+
+    /// PromoteValuesInLoop - Look at the stores in the loop and promote as many
+    /// to scalars as we can.
+    ///
+    void PromoteValuesInLoop();
+
+    /// FindPromotableValuesInLoop - Check the current loop for stores to
+    /// definite pointers, which are not loaded and stored through may aliases.
+    /// If these are found, create an alloca for the value, add it to the
+    /// PromotedValues list, and keep track of the mapping from value to
+    /// alloca...
+    ///
+    void FindPromotableValuesInLoop(
+                   std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > &PromotedValues,
+                                    std::map<Value*, AllocaInst*> &Val2AlMap);
   };
 
-  RegisterOpt<LICM> X("licm", "Loop Invariant Code Motion");
+  RegisterPass<LICM> X("licm", "Loop Invariant Code Motion");
 }
 
-Pass *createLICMPass() { return new LICM(); }
-
-bool LICM::runOnFunction(Function &) {
-  // get our loop information...
-  const std::vector<Loop*> &TopLevelLoops =
-    getAnalysis<LoopInfo>().getTopLevelLoops();
-
-  // Get our alias analysis information...
-  AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
+LoopPass *llvm::createLICMPass() { return new LICM(); }
 
-  // Traverse loops in postorder, hoisting expressions out of the deepest loops
-  // first.
-  //
+/// Hoist expressions out of the specified loop...
+///
+bool LICM::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
   Changed = false;
-  std::for_each(TopLevelLoops.begin(), TopLevelLoops.end(),
-                bind_obj(this, &LICM::visitLoop));
-  return Changed;
-}
 
-void LICM::visitLoop(Loop *L) {
-  // Recurse through all subloops before we process this loop...
-  std::for_each(L->getSubLoops().begin(), L->getSubLoops().end(),
-                bind_obj(this, &LICM::visitLoop));
+  // Get our Loop and Alias Analysis information...
+  LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
+  AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
+  DF = &getAnalysis<DominanceFrontier>();
+  ET = &getAnalysis<ETForest>();
+
+  CurAST = new AliasSetTracker(*AA);
+  // Collect Alias info frmo subloops
+  for (Loop::iterator LoopItr = L->begin(), LoopItrE = L->end();
+       LoopItr != LoopItrE; ++LoopItr) {
+    Loop *InnerL = *LoopItr;
+    AliasSetTracker *InnerAST = LoopToAliasMap[InnerL];
+    assert (InnerAST && "Where is my AST?");
+
+    // What if InnerLoop was modified by other passes ?
+    CurAST->add(*InnerAST);
+  }
+  
   CurLoop = L;
 
-  // Calculate the set of predecessors for this loop.  The predecessors for this
-  // loop are equal to the predecessors for the header node of the loop that are
-  // not themselves in the loop.
-  //
-  BasicBlock *Header = L->getHeader();
+  // Get the preheader block to move instructions into...
+  Preheader = L->getLoopPreheader();
+  assert(Preheader&&"Preheader insertion pass guarantees we have a preheader!");
 
-  // Calculate the sets of predecessors and backedges of the loop...
-  LoopBackEdges.insert(LoopBackEdges.end(),pred_begin(Header),pred_end(Header));
-
-  std::vector<BasicBlock*>::iterator LPI =
-    std::partition(LoopBackEdges.begin(), LoopBackEdges.end(),
-                   bind_obj(CurLoop, &Loop::contains));
-
-  // Move all predecessors to the LoopPreds vector...
-  LoopPreds.insert(LoopPreds.end(), LPI, LoopBackEdges.end());
-
-  // Remove predecessors from backedges list...
-  LoopBackEdges.erase(LPI, LoopBackEdges.end());
-
-  // The only way that there could be no predecessors to a loop is if the loop
-  // is not reachable.  Since we don't care about optimizing dead loops,
-  // summarily ignore them.
+  // Loop over the body of this loop, looking for calls, invokes, and stores.
+  // Because subloops have already been incorporated into AST, we skip blocks in
+  // subloops.
   //
-  if (LoopPreds.empty()) return;
-  
+  for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator I = L->getBlocks().begin(),
+         E = L->getBlocks().end(); I != E; ++I)
+    if (LI->getLoopFor(*I) == L)        // Ignore blocks in subloops...
+      CurAST->add(**I);                 // Incorporate the specified basic block
+
   // We want to visit all of the instructions in this loop... that are not parts
   // of our subloops (they have already had their invariants hoisted out of
   // their loop, into this loop, so there is no need to process the BODIES of
   // the subloops).
   //
-  std::vector<BasicBlock*> BBs(L->getBlocks().begin(), L->getBlocks().end());
-
-  // Remove blocks that are actually in subloops...
-  BBs.erase(std::remove_if(BBs.begin(), BBs.end(), 
-                           bind_obj(this, &LICM::notInCurrentLoop)), BBs.end());
-
-  // Visit all of the basic blocks we have chosen, hoisting out the instructions
-  // as neccesary.  This leaves dead copies of the instruction in the loop
-  // unfortunately...
+  // Traverse the body of the loop in depth first order on the dominator tree so
+  // that we are guaranteed to see definitions before we see uses.  This allows
+  // us to sink instructions in one pass, without iteration.  AFter sinking
+  // instructions, we perform another pass to hoist them out of the loop.
   //
-  for_each(BBs.begin(), BBs.end(), bind_obj(this, &LICM::visitBasicBlock));
+  SinkRegion(L->getHeader());
+  HoistRegion(L->getHeader());
+
+  // Now that all loop invariants have been removed from the loop, promote any
+  // memory references to scalars that we can...
+  if (!DisablePromotion)
+    PromoteValuesInLoop();
 
   // Clear out loops state information for the next iteration
   CurLoop = 0;
-  LoopPreds.clear();
-  LoopBackEdges.clear();
+  Preheader = 0;
+
+  LoopToAliasMap[L] = CurAST;
+  return Changed;
 }
 
-void LICM::visitBasicBlock(BasicBlock *BB) {
-  for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ) {
-    visit(*I);
-    
-    if (dceInstruction(I))
-      Changed = true;
-    else
-      ++I;
+/// SinkRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
+/// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in
+/// reverse depth first order w.r.t the ETForest.  This allows us to visit
+/// uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one pass without
+/// iteration.
+///
+void LICM::SinkRegion(BasicBlock *BB) {
+  assert(BB != 0 && "Null sink block?");
+
+  // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
+  if (!CurLoop->contains(BB)) return;
+
+  // We are processing blocks in reverse dfo, so process children first...
+  std::vector<BasicBlock*> Children;
+  ET->getChildren(BB, Children);
+  for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
+    SinkRegion(Children[i]);
+
+  // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
+  // subloop (which would already have been processed).
+  if (inSubLoop(BB)) return;
+
+  for (BasicBlock::iterator II = BB->end(); II != BB->begin(); ) {
+    Instruction &I = *--II;
+
+    // Check to see if we can sink this instruction to the exit blocks
+    // of the loop.  We can do this if the all users of the instruction are
+    // outside of the loop.  In this case, it doesn't even matter if the
+    // operands of the instruction are loop invariant.
+    //
+    if (isNotUsedInLoop(I) && canSinkOrHoistInst(I)) {
+      ++II;
+      sink(I);
+    }
   }
 }
 
 
-void LICM::hoist(Instruction &Inst) {
-  if (Inst.use_empty()) return;  // Don't (re) hoist dead instructions!
-  //cerr << "Hoisting " << Inst;
+/// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
+/// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in depth
+/// first order w.r.t the ETForest.  This allows us to visit definitions
+/// before uses, allowing us to hoist a loop body in one pass without iteration.
+///
+void LICM::HoistRegion(BasicBlock *BB) {
+  assert(BB != 0 && "Null hoist block?");
+
+  // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
+  if (!CurLoop->contains(BB)) return;
+
+  // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
+  // subloop (which would already have been processed).
+  if (!inSubLoop(BB))
+    for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = BB->end(); II != E; ) {
+      Instruction &I = *II++;
+
+      // Try hoisting the instruction out to the preheader.  We can only do this
+      // if all of the operands of the instruction are loop invariant and if it
+      // is safe to hoist the instruction.
+      //
+      if (isLoopInvariantInst(I) && canSinkOrHoistInst(I) &&
+          isSafeToExecuteUnconditionally(I))
+        hoist(I);
+      }
 
-  BasicBlock *Header = CurLoop->getHeader();
+  std::vector<BasicBlock*> Children;
+  ET->getChildren(BB, Children);    
+  for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
+    HoistRegion(Children[i]);
+}
 
-  // Old instruction will be removed, so take it's name...
-  string InstName = Inst.getName();
-  Inst.setName("");
+/// canSinkOrHoistInst - Return true if the hoister and sinker can handle this
+/// instruction.
+///
+bool LICM::canSinkOrHoistInst(Instruction &I) {
+  // Loads have extra constraints we have to verify before we can hoist them.
+  if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I)) {
+    if (LI->isVolatile())
+      return false;        // Don't hoist volatile loads!
+
+    // Don't hoist loads which have may-aliased stores in loop.
+    unsigned Size = 0;
+    if (LI->getType()->isSized())
+      Size = AA->getTargetData().getTypeSize(LI->getType());
+    return !pointerInvalidatedByLoop(LI->getOperand(0), Size);
+  } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&I)) {
+    // Handle obvious cases efficiently.
+    if (Function *Callee = CI->getCalledFunction()) {
+      AliasAnalysis::ModRefBehavior Behavior =AA->getModRefBehavior(Callee, CI);
+      if (Behavior == AliasAnalysis::DoesNotAccessMemory)
+        return true;
+      else if (Behavior == AliasAnalysis::OnlyReadsMemory) {
+        // If this call only reads from memory and there are no writes to memory
+        // in the loop, we can hoist or sink the call as appropriate.
+        bool FoundMod = false;
+        for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
+             I != E; ++I) {
+          AliasSet &AS = *I;
+          if (!AS.isForwardingAliasSet() && AS.isMod()) {
+            FoundMod = true;
+            break;
+          }
+        }
+        if (!FoundMod) return true;
+      }
+    }
 
-  if (isa<LoadInst>(Inst))
-    ++NumHoistedLoads;
+    // FIXME: This should use mod/ref information to see if we can hoist or sink
+    // the call.
 
-  // The common case is that we have a pre-header.  Generate special case code
-  // that is faster if that is the case.
-  //
-  if (LoopPreds.size() == 1) {
-    BasicBlock *Pred = LoopPreds[0];
+    return false;
+  }
 
-    // Create a new copy of the instruction, for insertion into Pred.
-    Instruction *New = Inst.clone();
-    New->setName(InstName);
+  // Otherwise these instructions are hoistable/sinkable
+  return isa<BinaryOperator>(I) || isa<CastInst>(I) ||
+         isa<SelectInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) || isa<CmpInst>(I);
+}
 
-    // Insert the new node in Pred, before the terminator.
-    Pred->getInstList().insert(--Pred->end(), New);
+/// isNotUsedInLoop - Return true if the only users of this instruction are
+/// outside of the loop.  If this is true, we can sink the instruction to the
+/// exit blocks of the loop.
+///
+bool LICM::isNotUsedInLoop(Instruction &I) {
+  for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), E = I.use_end(); UI != E; ++UI) {
+    Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
+    if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
+      // PHI node uses occur in predecessor blocks!
+      for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
+        if (PN->getIncomingValue(i) == &I)
+          if (CurLoop->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
+            return false;
+    } else if (CurLoop->contains(User->getParent())) {
+      return false;
+    }
+  }
+  return true;
+}
 
-    // Kill the old instruction...
-    Inst.replaceAllUsesWith(New);
-    ++NumHoistedPH;
 
-  } else {
-    // No loop pre-header, insert a PHI node into header to capture all of the
-    // incoming versions of the value.
-    //
-    PHINode *LoopVal = new PHINode(Inst.getType(), InstName+".phi");
+/// isLoopInvariantInst - Return true if all operands of this instruction are
+/// loop invariant.  We also filter out non-hoistable instructions here just for
+/// efficiency.
+///
+bool LICM::isLoopInvariantInst(Instruction &I) {
+  // The instruction is loop invariant if all of its operands are loop-invariant
+  for (unsigned i = 0, e = I.getNumOperands(); i != e; ++i)
+    if (!CurLoop->isLoopInvariant(I.getOperand(i)))
+      return false;
 
-    // Insert the new PHI node into the loop header...
-    Header->getInstList().push_front(LoopVal);
+  // If we got this far, the instruction is loop invariant!
+  return true;
+}
+
+/// sink - When an instruction is found to only be used outside of the loop,
+/// this function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as needed.
+/// This method is guaranteed to remove the original instruction from its
+/// position, and may either delete it or move it to outside of the loop.
+///
+void LICM::sink(Instruction &I) {
+  DOUT << "LICM sinking instruction: " << I;
 
-    // Insert cloned versions of the instruction into all of the loop preds.
-    for (unsigned i = 0, e = LoopPreds.size(); i != e; ++i) {
-      BasicBlock *Pred = LoopPreds[i];
-      
-      // Create a new copy of the instruction, for insertion into Pred.
-      Instruction *New = Inst.clone();
-      New->setName(InstName);
+  std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
+  CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
 
-      // Insert the new node in Pred, before the terminator.
-      Pred->getInstList().insert(--Pred->end(), New);
+  if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
+  else if (isa<CallInst>(I)) ++NumMovedCalls;
+  ++NumSunk;
+  Changed = true;
 
-      // Add the incoming value to the PHI node.
-      LoopVal->addIncoming(New, Pred);
+  // The case where there is only a single exit node of this loop is common
+  // enough that we handle it as a special (more efficient) case.  It is more
+  // efficient to handle because there are no PHI nodes that need to be placed.
+  if (ExitBlocks.size() == 1) {
+    if (!isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlocks[0], I.getParent())) {
+      // Instruction is not used, just delete it.
+      CurAST->deleteValue(&I);
+      if (!I.use_empty())  // If I has users in unreachable blocks, eliminate.
+        I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
+      I.eraseFromParent();
+    } else {
+      // Move the instruction to the start of the exit block, after any PHI
+      // nodes in it.
+      I.removeFromParent();
+
+      BasicBlock::iterator InsertPt = ExitBlocks[0]->begin();
+      while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
+      ExitBlocks[0]->getInstList().insert(InsertPt, &I);
+    }
+  } else if (ExitBlocks.size() == 0) {
+    // The instruction is actually dead if there ARE NO exit blocks.
+    CurAST->deleteValue(&I);
+    if (!I.use_empty())  // If I has users in unreachable blocks, eliminate.
+      I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
+    I.eraseFromParent();
+  } else {
+    // Otherwise, if we have multiple exits, use the PromoteMem2Reg function to
+    // do all of the hard work of inserting PHI nodes as necessary.  We convert
+    // the value into a stack object to get it to do this.
+
+    // Firstly, we create a stack object to hold the value...
+    AllocaInst *AI = 0;
+
+    if (I.getType() != Type::VoidTy)
+      AI = new AllocaInst(I.getType(), 0, I.getName(),
+                          I.getParent()->getParent()->getEntryBlock().begin());
+
+    // Secondly, insert load instructions for each use of the instruction
+    // outside of the loop.
+    while (!I.use_empty()) {
+      Instruction *U = cast<Instruction>(I.use_back());
+
+      // If the user is a PHI Node, we actually have to insert load instructions
+      // in all predecessor blocks, not in the PHI block itself!
+      if (PHINode *UPN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
+        // Only insert into each predecessor once, so that we don't have
+        // different incoming values from the same block!
+        std::map<BasicBlock*, Value*> InsertedBlocks;
+        for (unsigned i = 0, e = UPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
+          if (UPN->getIncomingValue(i) == &I) {
+            BasicBlock *Pred = UPN->getIncomingBlock(i);
+            Value *&PredVal = InsertedBlocks[Pred];
+            if (!PredVal) {
+              // Insert a new load instruction right before the terminator in
+              // the predecessor block.
+              PredVal = new LoadInst(AI, "", Pred->getTerminator());
+            }
+
+            UPN->setIncomingValue(i, PredVal);
+          }
+
+      } else {
+        LoadInst *L = new LoadInst(AI, "", U);
+        U->replaceUsesOfWith(&I, L);
+      }
     }
 
-    // Add incoming values to the PHI node for all backedges in the loop...
-    for (unsigned i = 0, e = LoopBackEdges.size(); i != e; ++i)
-      LoopVal->addIncoming(LoopVal, LoopBackEdges[i]);
+    // Thirdly, insert a copy of the instruction in each exit block of the loop
+    // that is dominated by the instruction, storing the result into the memory
+    // location.  Be careful not to insert the instruction into any particular
+    // basic block more than once.
+    std::set<BasicBlock*> InsertedBlocks;
+    BasicBlock *InstOrigBB = I.getParent();
+
+    for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
+      BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[i];
+
+      if (isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlock, InstOrigBB)) {
+        // If we haven't already processed this exit block, do so now.
+        if (InsertedBlocks.insert(ExitBlock).second) {
+          // Insert the code after the last PHI node...
+          BasicBlock::iterator InsertPt = ExitBlock->begin();
+          while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
+
+          // If this is the first exit block processed, just move the original
+          // instruction, otherwise clone the original instruction and insert
+          // the copy.
+          Instruction *New;
+          if (InsertedBlocks.size() == 1) {
+            I.removeFromParent();
+            ExitBlock->getInstList().insert(InsertPt, &I);
+            New = &I;
+          } else {
+            New = I.clone();
+            CurAST->copyValue(&I, New);
+            if (!I.getName().empty())
+              New->setName(I.getName()+".le");
+            ExitBlock->getInstList().insert(InsertPt, New);
+          }
+
+          // Now that we have inserted the instruction, store it into the alloca
+          if (AI) new StoreInst(New, AI, InsertPt);
+        }
+      }
+    }
 
-    // Replace all uses of the old version of the instruction in the loop with
-    // the new version that is out of the loop.  We know that this is ok,
-    // because the new definition is in the loop header, which dominates the
-    // entire loop body.  The old definition was defined _inside_ of the loop,
-    // so the scope cannot extend outside of the loop, so we're ok.
-    //
-    Inst.replaceAllUsesWith(LoopVal);
-    ++NumHoistedNPH;
+    // If the instruction doesn't dominate any exit blocks, it must be dead.
+    if (InsertedBlocks.empty()) {
+      CurAST->deleteValue(&I);
+      I.eraseFromParent();
+    }
+
+    // Finally, promote the fine value to SSA form.
+    if (AI) {
+      std::vector<AllocaInst*> Allocas;
+      Allocas.push_back(AI);
+      PromoteMemToReg(Allocas, *ET, *DF, AA->getTargetData(), CurAST);
+    }
   }
+}
+
+/// hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
+/// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
+///
+void LICM::hoist(Instruction &I) {
+  DOUT << "LICM hoisting to " << Preheader->getName() << ": " << I;
 
+  // Remove the instruction from its current basic block... but don't delete the
+  // instruction.
+  I.removeFromParent();
+
+  // Insert the new node in Preheader, before the terminator.
+  Preheader->getInstList().insert(Preheader->getTerminator(), &I);
+
+  if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
+  else if (isa<CallInst>(I)) ++NumMovedCalls;
+  ++NumHoisted;
   Changed = true;
 }
 
-// pointerInvalidatedByLoop - Return true if the body of this loop may store
-// into the memory location pointed to by V.
-// 
-bool LICM::pointerInvalidatedByLoop(Value *V) {
-  // Check to see if any of the basic blocks in CurLoop invalidate V.
-  for (unsigned i = 0, e = CurLoop->getBlocks().size(); i != e; ++i)
-    if (AA->canBasicBlockModify(*CurLoop->getBlocks()[i], V))
+/// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it is
+/// not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
+/// guaranteed to execute.
+///
+bool LICM::isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &Inst) {
+  // If it is not a trapping instruction, it is always safe to hoist.
+  if (!Inst.isTrapping()) return true;
+
+  // Otherwise we have to check to make sure that the instruction dominates all
+  // of the exit blocks.  If it doesn't, then there is a path out of the loop
+  // which does not execute this instruction, so we can't hoist it.
+
+  // If the instruction is in the header block for the loop (which is very
+  // common), it is always guaranteed to dominate the exit blocks.  Since this
+  // is a common case, and can save some work, check it now.
+  if (Inst.getParent() == CurLoop->getHeader())
+    return true;
+
+  // It's always safe to load from a global or alloca.
+  if (isa<LoadInst>(Inst))
+    if (isa<AllocationInst>(Inst.getOperand(0)) ||
+        isa<GlobalVariable>(Inst.getOperand(0)))
       return true;
-  return false;
+
+  // Get the exit blocks for the current loop.
+  std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
+  CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
+
+  // For each exit block, walk up the ET until the
+  // instruction's basic block is found or we exit the loop.
+  for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
+    if (!isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlocks[i], Inst.getParent()))
+      return false;
+
+  return true;
+}
+
+
+/// PromoteValuesInLoop - Try to promote memory values to scalars by sinking
+/// stores out of the loop and moving loads to before the loop.  We do this by
+/// looping over the stores in the loop, looking for stores to Must pointers
+/// which are loop invariant.  We promote these memory locations to use allocas
+/// instead.  These allocas can easily be raised to register values by the
+/// PromoteMem2Reg functionality.
+///
+void LICM::PromoteValuesInLoop() {
+  // PromotedValues - List of values that are promoted out of the loop.  Each
+  // value has an alloca instruction for it, and a canonical version of the
+  // pointer.
+  std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > PromotedValues;
+  std::map<Value*, AllocaInst*> ValueToAllocaMap; // Map of ptr to alloca
+
+  FindPromotableValuesInLoop(PromotedValues, ValueToAllocaMap);
+  if (ValueToAllocaMap.empty()) return;   // If there are values to promote.
+
+  Changed = true;
+  NumPromoted += PromotedValues.size();
+
+  std::vector<Value*> PointerValueNumbers;
+
+  // Emit a copy from the value into the alloca'd value in the loop preheader
+  TerminatorInst *LoopPredInst = Preheader->getTerminator();
+  for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i) {
+    Value *Ptr = PromotedValues[i].second;
+
+    // If we are promoting a pointer value, update alias information for the
+    // inserted load.
+    Value *LoadValue = 0;
+    if (isa<PointerType>(cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType())) {
+      // Locate a load or store through the pointer, and assign the same value
+      // to LI as we are loading or storing.  Since we know that the value is
+      // stored in this loop, this will always succeed.
+      for (Value::use_iterator UI = Ptr->use_begin(), E = Ptr->use_end();
+           UI != E; ++UI)
+        if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
+          LoadValue = LI;
+          break;
+        } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(*UI)) {
+          if (SI->getOperand(1) == Ptr) {
+            LoadValue = SI->getOperand(0);
+            break;
+          }
+        }
+      assert(LoadValue && "No store through the pointer found!");
+      PointerValueNumbers.push_back(LoadValue);  // Remember this for later.
+    }
+
+    // Load from the memory we are promoting.
+    LoadInst *LI = new LoadInst(Ptr, Ptr->getName()+".promoted", LoopPredInst);
+
+    if (LoadValue) CurAST->copyValue(LoadValue, LI);
+
+    // Store into the temporary alloca.
+    new StoreInst(LI, PromotedValues[i].first, LoopPredInst);
+  }
+
+  // Scan the basic blocks in the loop, replacing uses of our pointers with
+  // uses of the allocas in question.
+  //
+  const std::vector<BasicBlock*> &LoopBBs = CurLoop->getBlocks();
+  for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator I = LoopBBs.begin(),
+         E = LoopBBs.end(); I != E; ++I) {
+    // Rewrite all loads and stores in the block of the pointer...
+    for (BasicBlock::iterator II = (*I)->begin(), E = (*I)->end();
+         II != E; ++II) {
+      if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(II)) {
+        std::map<Value*, AllocaInst*>::iterator
+          I = ValueToAllocaMap.find(L->getOperand(0));
+        if (I != ValueToAllocaMap.end())
+          L->setOperand(0, I->second);    // Rewrite load instruction...
+      } else if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(II)) {
+        std::map<Value*, AllocaInst*>::iterator
+          I = ValueToAllocaMap.find(S->getOperand(1));
+        if (I != ValueToAllocaMap.end())
+          S->setOperand(1, I->second);    // Rewrite store instruction...
+      }
+    }
+  }
+
+  // Now that the body of the loop uses the allocas instead of the original
+  // memory locations, insert code to copy the alloca value back into the
+  // original memory location on all exits from the loop.  Note that we only
+  // want to insert one copy of the code in each exit block, though the loop may
+  // exit to the same block more than once.
+  //
+  std::set<BasicBlock*> ProcessedBlocks;
+
+  std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
+  CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
+  for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
+    if (ProcessedBlocks.insert(ExitBlocks[i]).second) {
+      // Copy all of the allocas into their memory locations.
+      BasicBlock::iterator BI = ExitBlocks[i]->begin();
+      while (isa<PHINode>(*BI))
+        ++BI;             // Skip over all of the phi nodes in the block.
+      Instruction *InsertPos = BI;
+      unsigned PVN = 0;
+      for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i) {
+        // Load from the alloca.
+        LoadInst *LI = new LoadInst(PromotedValues[i].first, "", InsertPos);
+
+        // If this is a pointer type, update alias info appropriately.
+        if (isa<PointerType>(LI->getType()))
+          CurAST->copyValue(PointerValueNumbers[PVN++], LI);
+
+        // Store into the memory we promoted.
+        new StoreInst(LI, PromotedValues[i].second, InsertPos);
+      }
+    }
+
+  // Now that we have done the deed, use the mem2reg functionality to promote
+  // all of the new allocas we just created into real SSA registers.
+  //
+  std::vector<AllocaInst*> PromotedAllocas;
+  PromotedAllocas.reserve(PromotedValues.size());
+  for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i)
+    PromotedAllocas.push_back(PromotedValues[i].first);
+  PromoteMemToReg(PromotedAllocas, *ET, *DF, AA->getTargetData(), CurAST);
+}
+
+/// FindPromotableValuesInLoop - Check the current loop for stores to definite
+/// pointers, which are not loaded and stored through may aliases.  If these are
+/// found, create an alloca for the value, add it to the PromotedValues list,
+/// and keep track of the mapping from value to alloca.
+///
+void LICM::FindPromotableValuesInLoop(
+                   std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > &PromotedValues,
+                             std::map<Value*, AllocaInst*> &ValueToAllocaMap) {
+  Instruction *FnStart = CurLoop->getHeader()->getParent()->begin()->begin();
+
+  // Loop over all of the alias sets in the tracker object.
+  for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
+       I != E; ++I) {
+    AliasSet &AS = *I;
+    // We can promote this alias set if it has a store, if it is a "Must" alias
+    // set, if the pointer is loop invariant, and if we are not eliminating any
+    // volatile loads or stores.
+    if (!AS.isForwardingAliasSet() && AS.isMod() && AS.isMustAlias() &&
+        !AS.isVolatile() && CurLoop->isLoopInvariant(AS.begin()->first)) {
+      assert(AS.begin() != AS.end() &&
+             "Must alias set should have at least one pointer element in it!");
+      Value *V = AS.begin()->first;
+
+      // Check that all of the pointers in the alias set have the same type.  We
+      // cannot (yet) promote a memory location that is loaded and stored in
+      // different sizes.
+      bool PointerOk = true;
+      for (AliasSet::iterator I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
+        if (V->getType() != I->first->getType()) {
+          PointerOk = false;
+          break;
+        }
+
+      if (PointerOk) {
+        const Type *Ty = cast<PointerType>(V->getType())->getElementType();
+        AllocaInst *AI = new AllocaInst(Ty, 0, V->getName()+".tmp", FnStart);
+        PromotedValues.push_back(std::make_pair(AI, V));
+
+        // Update the AST and alias analysis.
+        CurAST->copyValue(V, AI);
+
+        for (AliasSet::iterator I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
+          ValueToAllocaMap.insert(std::make_pair(I->first, AI));
+
+        DOUT << "LICM: Promoting value: " << *V << "\n";
+      }
+    }
+  }
 }