Use 'continue' to reduce nesting in this loop. No functionality change.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LICM.cpp
index 3a7adef56ebc71a113e6029f3c56b6186818b123..8ebe2b6812f0f3668fa1a0de4d7599babb38b19f 100644 (file)
@@ -2,8 +2,8 @@
 //
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
-// 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.
+// This file is distributed under the University of Illinois Open Source
+// License. See LICENSE.TXT for details.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
 #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/Analysis/AliasSetTracker.h"
 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
+#include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
 #include "llvm/Support/CFG.h"
 #include "llvm/Support/Compiler.h"
@@ -56,13 +58,16 @@ 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");
 
+static cl::opt<bool>
+DisablePromotion("disable-licm-promotion", cl::Hidden,
+                 cl::desc("Disable memory promotion in LICM pass"));
+
 namespace {
-  cl::opt<bool>
-  DisablePromotion("disable-licm-promotion", cl::Hidden,
-                   cl::desc("Disable memory promotion in LICM pass"));
+  struct VISIBILITY_HIDDEN LICM : public LoopPass {
+    static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
+    LICM() : LoopPass((intptr_t)&ID) {}
 
-  struct VISIBILITY_HIDDEN LICM : public FunctionPass {
-    virtual bool runOnFunction(Function &F);
+    virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
 
     /// This transformation requires natural loop information & requires that
     /// loop preheaders be inserted into the CFG...
@@ -74,6 +79,18 @@ namespace {
       AU.addRequired<DominatorTree>();
       AU.addRequired<DominanceFrontier>();  // For scalar promotion (mem2reg)
       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
+      AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
+      AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
+    }
+
+    bool doFinalization() {
+      // Free the values stored in the map
+      for (std::map<Loop *, AliasSetTracker *>::iterator
+             I = LoopToAliasMap.begin(), E = LoopToAliasMap.end(); I != E; ++I)
+        delete I->second;
+
+      LoopToAliasMap.clear();
+      return false;
     }
 
   private:
@@ -88,10 +105,14 @@ namespace {
     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;
 
-    /// visitLoop - Hoist expressions out of the specified loop...
-    ///
-    void visitLoop(Loop *L, AliasSetTracker &AST);
+    /// cloneBasicBlockAnalysis - Simple Analysis hook. Clone alias set info.
+    void cloneBasicBlockAnalysis(BasicBlock *From, BasicBlock *To, Loop *L);
+
+    /// deleteAnalysisValue - Simple Analysis hook. Delete value V from alias
+    /// set.
+    void deleteAnalysisValue(Value *V, Loop *L);
 
     /// 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
@@ -99,7 +120,7 @@ namespace {
     /// visit uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one
     /// pass without iteration.
     ///
-    void SinkRegion(DominatorTree::Node *N);
+    void SinkRegion(DomTreeNode *N);
 
     /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all
     /// blocks dominated by the specified block, and that are in the current
@@ -107,7 +128,7 @@ namespace {
     /// visit definitions before uses, allowing us to hoist a loop body in one
     /// pass without iteration.
     ///
-    void HoistRegion(DominatorTree::Node *N);
+    void HoistRegion(DomTreeNode *N);
 
     /// inSubLoop - Little predicate that returns true if the specified basic
     /// block is in a subloop of the current one, not the current one itself.
@@ -132,8 +153,8 @@ namespace {
       if (BlockInLoop == LoopHeader)
         return true;
 
-      DominatorTree::Node *BlockInLoopNode = DT->getNode(BlockInLoop);
-      DominatorTree::Node *IDom            = DT->getNode(ExitBlock);
+      DomTreeNode *BlockInLoopNode = DT->getNode(BlockInLoop);
+      DomTreeNode *IDom            = DT->getNode(ExitBlock);
 
       // Because the exit block is not in the loop, we know we have to get _at
       // least_ its immediate dominator.
@@ -195,16 +216,18 @@ namespace {
                    std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > &PromotedValues,
                                     std::map<Value*, AllocaInst*> &Val2AlMap);
   };
-
-  RegisterPass<LICM> X("licm", "Loop Invariant Code Motion");
 }
 
-FunctionPass *llvm::createLICMPass() { return new LICM(); }
+char LICM::ID = 0;
+static RegisterPass<LICM> X("licm", "Loop Invariant Code Motion");
 
-/// runOnFunction - For LICM, this simply traverses the loop structure of the
-/// function, hoisting expressions out of loops if possible.
+LoopPass *llvm::createLICMPass() { return new LICM(); }
+
+/// Hoist expressions out of the specified loop. Note, alias info for inner
+/// loop is not preserved so it is not a good idea to run LICM multiple 
+/// times on one loop.
 ///
-bool LICM::runOnFunction(Function &) {
+bool LICM::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
   Changed = false;
 
   // Get our Loop and Alias Analysis information...
@@ -213,28 +236,19 @@ bool LICM::runOnFunction(Function &) {
   DF = &getAnalysis<DominanceFrontier>();
   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
 
-  // Hoist expressions out of all of the top-level loops.
-  for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I) {
-    AliasSetTracker AST(*AA);
-    visitLoop(*I, AST);
-  }
-  return Changed;
-}
-
+  CurAST = new AliasSetTracker(*AA);
+  // Collect Alias info from 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?");
 
-/// visitLoop - Hoist expressions out of the specified loop...
-///
-void LICM::visitLoop(Loop *L, AliasSetTracker &AST) {
-  // Recurse through all subloops before we process this loop...
-  for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I) {
-    AliasSetTracker SubAST(*AA);
-    visitLoop(*I, SubAST);
-
-    // Incorporate information about the subloops into this loop...
-    AST.add(SubAST);
+    // What if InnerLoop was modified by other passes ?
+    CurAST->add(*InnerAST);
   }
+  
   CurLoop = L;
-  CurAST = &AST;
 
   // Get the preheader block to move instructions into...
   Preheader = L->getLoopPreheader();
@@ -247,7 +261,7 @@ void LICM::visitLoop(Loop *L, AliasSetTracker &AST) {
   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...
-      AST.add(**I);                     // Incorporate the specified basic block
+      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
@@ -256,7 +270,7 @@ void LICM::visitLoop(Loop *L, AliasSetTracker &AST) {
   //
   // 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
+  // us to sink instructions in one pass, without iteration.  After sinking
   // instructions, we perform another pass to hoist them out of the loop.
   //
   SinkRegion(DT->getNode(L->getHeader()));
@@ -270,6 +284,9 @@ void LICM::visitLoop(Loop *L, AliasSetTracker &AST) {
   // Clear out loops state information for the next iteration
   CurLoop = 0;
   Preheader = 0;
+
+  LoopToAliasMap[L] = CurAST;
+  return Changed;
 }
 
 /// SinkRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
@@ -278,7 +295,7 @@ void LICM::visitLoop(Loop *L, AliasSetTracker &AST) {
 /// uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one pass without
 /// iteration.
 ///
-void LICM::SinkRegion(DominatorTree::Node *N) {
+void LICM::SinkRegion(DomTreeNode *N) {
   assert(N != 0 && "Null dominator tree node?");
   BasicBlock *BB = N->getBlock();
 
@@ -286,7 +303,7 @@ void LICM::SinkRegion(DominatorTree::Node *N) {
   if (!CurLoop->contains(BB)) return;
 
   // We are processing blocks in reverse dfo, so process children first...
-  const std::vector<DominatorTree::Node*> &Children = N->getChildren();
+  const std::vector<DomTreeNode*> &Children = N->getChildren();
   for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
     SinkRegion(Children[i]);
 
@@ -315,7 +332,7 @@ void LICM::SinkRegion(DominatorTree::Node *N) {
 /// first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit definitions
 /// before uses, allowing us to hoist a loop body in one pass without iteration.
 ///
-void LICM::HoistRegion(DominatorTree::Node *N) {
+void LICM::HoistRegion(DomTreeNode *N) {
   assert(N != 0 && "Null dominator tree node?");
   BasicBlock *BB = N->getBlock();
 
@@ -337,7 +354,7 @@ void LICM::HoistRegion(DominatorTree::Node *N) {
         hoist(I);
       }
 
-  const std::vector<DominatorTree::Node*> &Children = N->getChildren();
+  const std::vector<DomTreeNode*> &Children = N->getChildren();
   for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
     HoistRegion(Children[i]);
 }
@@ -354,28 +371,26 @@ bool LICM::canSinkOrHoistInst(Instruction &I) {
     // Don't hoist loads which have may-aliased stores in loop.
     unsigned Size = 0;
     if (LI->getType()->isSized())
-      Size = AA->getTargetData().getTypeSize(LI->getType());
+      Size = AA->getTargetData().getTypeStoreSize(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;
-          }
+    AliasAnalysis::ModRefBehavior Behavior = AA->getModRefBehavior(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 (!FoundMod) return true;
     }
 
     // FIXME: This should use mod/ref information to see if we can hoist or sink
@@ -386,7 +401,9 @@ bool LICM::canSinkOrHoistInst(Instruction &I) {
 
   // Otherwise these instructions are hoistable/sinkable
   return isa<BinaryOperator>(I) || isa<CastInst>(I) ||
-         isa<SelectInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) || isa<CmpInst>(I);
+         isa<SelectInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
+         isa<InsertElementInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
+         isa<ShuffleVectorInst>(I);
 }
 
 /// isNotUsedInLoop - Return true if the only users of this instruction are
@@ -432,7 +449,7 @@ bool LICM::isLoopInvariantInst(Instruction &I) {
 void LICM::sink(Instruction &I) {
   DOUT << "LICM sinking instruction: " << I;
 
-  std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
+  SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
 
   if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
@@ -459,7 +476,7 @@ void LICM::sink(Instruction &I) {
       while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
       ExitBlocks[0]->getInstList().insert(InsertPt, &I);
     }
-  } else if (ExitBlocks.size() == 0) {
+  } else if (ExitBlocks.empty()) {
     // 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.
@@ -473,9 +490,11 @@ void LICM::sink(Instruction &I) {
     // Firstly, we create a stack object to hold the value...
     AllocaInst *AI = 0;
 
-    if (I.getType() != Type::VoidTy)
+    if (I.getType() != Type::VoidTy) {
       AI = new AllocaInst(I.getType(), 0, I.getName(),
-                          I.getParent()->getParent()->front().begin());
+                          I.getParent()->getParent()->getEntryBlock().begin());
+      CurAST->add(AI);
+    }
 
     // Secondly, insert load instructions for each use of the instruction
     // outside of the loop.
@@ -496,6 +515,7 @@ void LICM::sink(Instruction &I) {
               // Insert a new load instruction right before the terminator in
               // the predecessor block.
               PredVal = new LoadInst(AI, "", Pred->getTerminator());
+              CurAST->add(cast<LoadInst>(PredVal));
             }
 
             UPN->setIncomingValue(i, PredVal);
@@ -504,6 +524,7 @@ void LICM::sink(Instruction &I) {
       } else {
         LoadInst *L = new LoadInst(AI, "", U);
         U->replaceUsesOfWith(&I, L);
+        CurAST->add(L);
       }
     }
 
@@ -556,7 +577,7 @@ void LICM::sink(Instruction &I) {
     if (AI) {
       std::vector<AllocaInst*> Allocas;
       Allocas.push_back(AI);
-      PromoteMemToReg(Allocas, *DT, *DF, AA->getTargetData(), CurAST);
+      PromoteMemToReg(Allocas, *DT, *DF, CurAST);
     }
   }
 }
@@ -605,7 +626,7 @@ bool LICM::isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &Inst) {
       return true;
 
   // Get the exit blocks for the current loop.
-  std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
+  SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
 
   // For each exit block, get the DT node and walk up the DT until the
@@ -707,7 +728,7 @@ void LICM::PromoteValuesInLoop() {
   //
   std::set<BasicBlock*> ProcessedBlocks;
 
-  std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
+  SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
     if (ProcessedBlocks.insert(ExitBlocks[i]).second) {
@@ -737,19 +758,28 @@ void LICM::PromoteValuesInLoop() {
   PromotedAllocas.reserve(PromotedValues.size());
   for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i)
     PromotedAllocas.push_back(PromotedValues[i].first);
-  PromoteMemToReg(PromotedAllocas, *DT, *DF, AA->getTargetData(), CurAST);
+  PromoteMemToReg(PromotedAllocas, *DT, *DF, 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.
-///
+/// pointers, which are not loaded and stored through may aliases and are safe
+/// for promotion.  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();
 
+  SmallVector<Instruction *, 4> LoopExits;
+  SmallVector<BasicBlock *, 4> Blocks;
+  CurLoop->getExitingBlocks(Blocks);
+  for (SmallVector<BasicBlock *, 4>::iterator BI = Blocks.begin(),
+         BE = Blocks.end(); BI != BE; ++BI) {
+    BasicBlock *BB = *BI;
+    LoopExits.push_back(BB->getTerminator());
+  }
+
   // Loop over all of the alias sets in the tracker object.
   for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
        I != E; ++I) {
@@ -757,35 +787,87 @@ void LICM::FindPromotableValuesInLoop(
     // 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.
+    if (AS.isForwardingAliasSet() || !AS.isMod() || !AS.isMustAlias() ||
+        AS.isVolatile() || !CurLoop->isLoopInvariant(AS.begin()->first))
+      continue;
+    
+    assert(!AS.empty() &&
+           "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)
+        continue;
+    }
 
-      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));
+    // If one use of value V inside the loop is safe then it is OK to promote 
+    // this value. On the otherside if there is not any unsafe use inside the
+    // loop then also it is OK to promote this value. Otherwise it is
+    // unsafe to promote this value.
+    bool oneSafeUse = false;
+    bool oneUnsafeUse = false;
+    for(Value::use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
+        UI != UE; ++UI) {
+      Instruction *Use = dyn_cast<Instruction>(*UI);
+      if (!Use || !CurLoop->contains(Use->getParent()))
+        continue;
+      
+      for (SmallVector<Instruction *, 4>::iterator 
+             ExitI = LoopExits.begin(), ExitE = LoopExits.end();
+           ExitI != ExitE; ++ExitI) {
+        Instruction *Ex = *ExitI;
+        if (!isa<PHINode>(Use) && DT->dominates(Use, Ex)) {
+          oneSafeUse = true;
+          break;
+        } else 
+          oneUnsafeUse = true;
+      }
 
-        // Update the AST and alias analysis.
-        CurAST->copyValue(V, AI);
+      if (oneSafeUse)
+        break;
+    }
 
-        for (AliasSet::iterator I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
-          ValueToAllocaMap.insert(std::make_pair(I->first, AI));
+    if (!oneSafeUse && oneUnsafeUse)
+      continue;
+    
+    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));
 
-        DOUT << "LICM: Promoting value: " << *V << "\n";
-      }
-    }
+    // 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";
   }
 }
+
+/// cloneBasicBlockAnalysis - Simple Analysis hook. Clone alias set info.
+void LICM::cloneBasicBlockAnalysis(BasicBlock *From, BasicBlock *To, Loop *L) {
+  AliasSetTracker *AST = LoopToAliasMap[L];
+  if (!AST)
+    return;
+
+  AST->copyValue(From, To);
+}
+
+/// deleteAnalysisValue - Simple Analysis hook. Delete value V from alias
+/// set.
+void LICM::deleteAnalysisValue(Value *V, Loop *L) {
+  AliasSetTracker *AST = LoopToAliasMap[L];
+  if (!AST)
+    return;
+
+  AST->deleteValue(V);
+}