API changes for class Use size reduction, wave 1.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / LCSSA.cpp
index 37ab7ee7ff2c6b3ff8df1a40e3b48c2fe77f8fef..a9d1dc40cf6cfdddc07fd43785f7047722c56c7d 100644 (file)
@@ -2,8 +2,8 @@
 //
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
-// This file was developed by Owen Anderson 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.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
@@ -12,7 +12,7 @@
 // the left into the right code:
 // 
 // for (...)                for (...)
-//   if (c)                   if(c)
+//   if (c)                   if (c)
 //     X1 = ...                 X1 = ...
 //   else                     else
 //     X2 = ...                 X2 = ...
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
+#define DEBUG_TYPE "lcssa"
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
+#include "llvm/Constants.h"
 #include "llvm/Pass.h"
 #include "llvm/Function.h"
 #include "llvm/Instructions.h"
 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
-#include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
+#include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
+#include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
 #include "llvm/Support/CFG.h"
+#include "llvm/Support/Compiler.h"
 #include <algorithm>
 #include <map>
-
 using namespace llvm;
 
+STATISTIC(NumLCSSA, "Number of live out of a loop variables");
+
 namespace {
-  static Statistic<> NumLCSSA("lcssa",
-                              "Number of live out of a loop variables");
-  
-  class LCSSA : public FunctionPass {
-  public:
-    
-  
-    LoopInfo *LI;  // Loop information
-    DominatorTree *DT;       // Dominator Tree for the current Function...
-    DominanceFrontier *DF;   // Current Dominance Frontier
+  struct VISIBILITY_HIDDEN LCSSA : public LoopPass {
+    static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
+    LCSSA() : LoopPass((intptr_t)&ID) {}
+
+    // Cached analysis information for the current function.
+    LoopInfo *LI;
+    DominatorTree *DT;
     std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks;
     
-    virtual bool runOnFunction(Function &F);
-    bool visitSubloop(Loop* L);
-    void processInstruction(Instruction* Instr,
-                            const std::vector<BasicBlock*>& exitBlocks);
+    virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
+
+    void ProcessInstruction(Instruction* Instr,
+                            const SmallVector<BasicBlock*, 8>& exitBlocks);
     
     /// This transformation requires natural loop information & requires that
     /// loop preheaders be inserted into the CFG.  It maintains both of these,
@@ -68,70 +70,66 @@ namespace {
       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
       AU.addRequired<LoopInfo>();
+      AU.addPreserved<LoopInfo>();
       AU.addRequired<DominatorTree>();
-      AU.addRequired<DominanceFrontier>();
+      AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
+      AU.addPreserved<DominatorTree>();
+
+      // Request DominanceFrontier now, even though LCSSA does
+      // not use it. This allows Pass Manager to schedule Dominance
+      // Frontier early enough such that one LPPassManager can handle
+      // multiple loop transformation passes.
+      AU.addRequired<DominanceFrontier>(); 
+      AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
     }
   private:
-    SetVector<Instruction*> getLoopValuesUsedOutsideLoop(Loop *L);
-    Instruction *getValueDominatingBlock(BasicBlock *BB,
-                                  std::map<BasicBlock*, Instruction*>& PotDoms);
-                                  
+    void getLoopValuesUsedOutsideLoop(Loop *L,
+                                      SetVector<Instruction*> &AffectedValues);
+
+    Value *GetValueForBlock(DomTreeNode *BB, Instruction *OrigInst,
+                            std::map<DomTreeNode*, Value*> &Phis);
+
     /// inLoop - returns true if the given block is within the current loop
-    const bool inLoop(BasicBlock* B) {
+    bool inLoop(BasicBlock* B) {
       return std::binary_search(LoopBlocks.begin(), LoopBlocks.end(), B);
     }
   };
   
-  RegisterOpt<LCSSA> X("lcssa", "Loop-Closed SSA Form Pass");
+  char LCSSA::ID = 0;
+  RegisterPass<LCSSA> X("lcssa", "Loop-Closed SSA Form Pass");
 }
 
-FunctionPass *llvm::createLCSSAPass() { return new LCSSA(); }
+LoopPass *llvm::createLCSSAPass() { return new LCSSA(); }
 const PassInfo *llvm::LCSSAID = X.getPassInfo();
 
 /// runOnFunction - Process all loops in the function, inner-most out.
-bool LCSSA::runOnFunction(Function &F) {
-  bool changed = false;
+bool LCSSA::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
   
-  LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
-  DF = &getAnalysis<DominanceFrontier>();
+  LI = &LPM.getAnalysis<LoopInfo>();
   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
-    
-  for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I) {
-    changed |= visitSubloop(*I);
-  }
-      
-  return changed;
-}
 
-/// visitSubloop - Recursively process all subloops, and then process the given
-/// loop if it has live-out values.
-bool LCSSA::visitSubloop(Loop* L) {
-  for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
-    visitSubloop(*I);
-    
   // Speed up queries by creating a sorted list of blocks
   LoopBlocks.clear();
   LoopBlocks.insert(LoopBlocks.end(), L->block_begin(), L->block_end());
   std::sort(LoopBlocks.begin(), LoopBlocks.end());
   
-  SetVector<Instruction*> AffectedValues = getLoopValuesUsedOutsideLoop(L);
+  SetVector<Instruction*> AffectedValues;
+  getLoopValuesUsedOutsideLoop(L, AffectedValues);
   
   // If no values are affected, we can save a lot of work, since we know that
   // nothing will be changed.
   if (AffectedValues.empty())
     return false;
   
-  std::vector<BasicBlock*> exitBlocks;
-  L->getExitBlocks(exitBlocks);
-  
+  SmallVector<BasicBlock*, 8> exitBlocks;
+  L->getExitBlocks(exitBlocks);  
   
   // Iterate over all affected values for this loop and insert Phi nodes
   // for them in the appropriate exit blocks
   
   for (SetVector<Instruction*>::iterator I = AffectedValues.begin(),
-       E = AffectedValues.end(); I != E; ++I) {
-    processInstruction(*I, exitBlocks);
-  }
+       E = AffectedValues.end(); I != E; ++I)
+    ProcessInstruction(*I, exitBlocks);
   
   assert(L->isLCSSAForm());
   
@@ -140,113 +138,73 @@ bool LCSSA::visitSubloop(Loop* L) {
 
 /// processInstruction - Given a live-out instruction, insert LCSSA Phi nodes,
 /// eliminate all out-of-loop uses.
-void LCSSA::processInstruction(Instruction* Instr,
-                               const std::vector<BasicBlock*>& exitBlocks)
-{
+void LCSSA::ProcessInstruction(Instruction *Instr,
+                               const SmallVector<BasicBlock*, 8>& exitBlocks) {
   ++NumLCSSA; // We are applying the transformation
-  
-  std::map<BasicBlock*, Instruction*> Phis;
-  
-  // Add the base instruction to the Phis list.  This makes tracking down
-  // the dominating values easier when we're filling in Phi nodes.  This will
-  // be removed later, before we perform use replacement.
-  Phis[Instr->getParent()] = Instr;
-  
-  // Phi nodes that need to be IDF-processed
-  std::vector<PHINode*> workList;
-  
-  for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator BBI = exitBlocks.begin(),
+
+  // Keep track of the blocks that have the value available already.
+  std::map<DomTreeNode*, Value*> Phis;
+
+  DomTreeNode *InstrNode = DT->getNode(Instr->getParent());
+
+  // Insert the LCSSA phi's into the exit blocks (dominated by the value), and
+  // add them to the Phi's map.
+  for (SmallVector<BasicBlock*, 8>::const_iterator BBI = exitBlocks.begin(),
       BBE = exitBlocks.end(); BBI != BBE; ++BBI) {
-    Instruction*& phi = Phis[*BBI];
-    if (phi == 0 &&
-        DT->getNode(Instr->getParent())->dominates(DT->getNode(*BBI))) {
-      phi = new PHINode(Instr->getType(), Instr->getName()+".lcssa",
-                                 (*BBI)->begin());
-      workList.push_back(cast<PHINode>(phi));
+    BasicBlock *BB = *BBI;
+    DomTreeNode *ExitBBNode = DT->getNode(BB);
+    Value *&Phi = Phis[ExitBBNode];
+    if (!Phi && DT->dominates(InstrNode, ExitBBNode)) {
+      PHINode *PN = PHINode::Create(Instr->getType(), Instr->getName()+".lcssa",
+                                    BB->begin());
+      PN->reserveOperandSpace(std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB)));
+
+      // Remember that this phi makes the value alive in this block.
+      Phi = PN;
+
+      // Add inputs from inside the loop for this PHI.
+      for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
+        PN->addIncoming(Instr, *PI);
     }
   }
   
-  // Phi nodes that need to have their incoming values filled.
-  std::vector<PHINode*> needIncomingValues;
   
-  // Calculate the IDF of these LCSSA Phi nodes, inserting new Phi's where
-  // necessary.  Keep track of these new Phi's in the "Phis" map.
-  while (!workList.empty()) {
-    PHINode *CurPHI = workList.back();
-    workList.pop_back();
-    
-    // Even though we've removed this Phi from the work list, we still need
-    // to fill in its incoming values.
-    needIncomingValues.push_back(CurPHI);
-    
-    // Get the current Phi's DF, and insert Phi nodes.  Add these new
-    // nodes to our worklist.
-    DominanceFrontier::const_iterator it = DF->find(CurPHI->getParent());
-    if (it != DF->end()) {
-      const DominanceFrontier::DomSetType &S = it->second;
-      for (DominanceFrontier::DomSetType::const_iterator P = S.begin(),
-           PE = S.end(); P != PE; ++P) {
-        if (DT->getNode(Instr->getParent())->dominates(DT->getNode(*P))) {
-          Instruction *&Phi = Phis[*P];
-          if (Phi == 0) {
-            // Still doesn't have operands...
-            Phi = new PHINode(Instr->getType(), Instr->getName()+".lcssa",
-                              (*P)->begin());
-          
-            workList.push_back(cast<PHINode>(Phi));
-          }
-        }
-      }
+  // Record all uses of Instr outside the loop.  We need to rewrite these.  The
+  // LCSSA phis won't be included because they use the value in the loop.
+  for (Value::use_iterator UI = Instr->use_begin(), E = Instr->use_end();
+       UI != E;) {
+    BasicBlock *UserBB = cast<Instruction>(*UI)->getParent();
+    if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(*UI)) {
+      unsigned OperandNo = UI.getOperandNo();
+      UserBB = P->getIncomingBlock(OperandNo/2);
     }
-  }
-  
-  // Fill in all Phis we've inserted that need their incoming values filled in.
-  for (std::vector<PHINode*>::iterator IVI = needIncomingValues.begin(),
-       IVE = needIncomingValues.end(); IVI != IVE; ++IVI) {
-    for (pred_iterator PI = pred_begin((*IVI)->getParent()),
-         E = pred_end((*IVI)->getParent()); PI != E; ++PI)
-      (*IVI)->addIncoming(getValueDominatingBlock(*PI, Phis),
-                          *PI);
-  }
-  
-  // Find all uses of the affected value, and replace them with the
-  // appropriate Phi.
-  std::vector<Instruction*> Uses;
-  for (Instruction::use_iterator UI = Instr->use_begin(), UE = Instr->use_end();
-       UI != UE; ++UI) {
-    Instruction* use = cast<Instruction>(*UI);
-    // Don't need to update uses within the loop body.
-    if (!inLoop(use->getParent()))
-      Uses.push_back(use);
-  }
-  
-  for (std::vector<Instruction*>::iterator II = Uses.begin(), IE = Uses.end();
-       II != IE; ++II) {
-    if (PHINode* phi = dyn_cast<PHINode>(*II)) {
-      for (unsigned int i = 0; i < phi->getNumIncomingValues(); ++i) {
-        if (phi->getIncomingValue(i) == Instr) {
-          Instruction* dominator = 
-                        getValueDominatingBlock(phi->getIncomingBlock(i), Phis);
-          phi->setIncomingValue(i, dominator);
-        }
-      }
-    } else {
-       Value *NewVal = getValueDominatingBlock((*II)->getParent(), Phis);
-       (*II)->replaceUsesOfWith(Instr, NewVal);
+    
+    // If the user is in the loop, don't rewrite it!
+    if (UserBB == Instr->getParent() || inLoop(UserBB)) {
+      ++UI;
+      continue;
     }
+    
+    // Otherwise, patch up uses of the value with the appropriate LCSSA Phi,
+    // inserting PHI nodes into join points where needed.
+    Value *Val = GetValueForBlock(DT->getNode(UserBB), Instr, Phis);
+    
+    // Preincrement the iterator to avoid invalidating it when we change the
+    // value.
+    Use &U = UI.getUse();
+    ++UI;
+    U.set(Val);
   }
 }
 
 /// getLoopValuesUsedOutsideLoop - Return any values defined in the loop that
 /// are used by instructions outside of it.
-SetVector<Instruction*> LCSSA::getLoopValuesUsedOutsideLoop(Loop *L) {
-  
+void LCSSA::getLoopValuesUsedOutsideLoop(Loop *L,
+                                      SetVector<Instruction*> &AffectedValues) {
   // FIXME: For large loops, we may be able to avoid a lot of use-scanning
   // by using dominance information.  In particular, if a block does not
   // dominate any of the loop exits, then none of the values defined in the
   // block could be used outside the loop.
-  
-  SetVector<Instruction*> AffectedValues;  
   for (Loop::block_iterator BB = L->block_begin(), E = L->block_end();
        BB != E; ++BB) {
     for (BasicBlock::iterator I = (*BB)->begin(), E = (*BB)->end(); I != E; ++I)
@@ -258,30 +216,57 @@ SetVector<Instruction*> LCSSA::getLoopValuesUsedOutsideLoop(Loop *L) {
           UserBB = p->getIncomingBlock(OperandNo/2);
         }
         
-        if (!inLoop(UserBB)) {
+        if (*BB != UserBB && !inLoop(UserBB)) {
           AffectedValues.insert(I);
           break;
         }
       }
   }
-  return AffectedValues;
 }
 
-/// getValueDominatingBlock - Return the value within the potential dominators
-/// map that dominates the given block.
-Instruction *LCSSA::getValueDominatingBlock(BasicBlock *BB,
-                                 std::map<BasicBlock*, Instruction*>& PotDoms) {
-  DominatorTree::Node* bbNode = DT->getNode(BB);
-  while (bbNode != 0) {
-    std::map<BasicBlock*, Instruction*>::iterator I =
-                                               PotDoms.find(bbNode->getBlock());
-    if (I != PotDoms.end()) {
-      return (*I).second;
-    }
-    bbNode = bbNode->getIDom();
+/// GetValueForBlock - Get the value to use within the specified basic block.
+/// available values are in Phis.
+Value *LCSSA::GetValueForBlock(DomTreeNode *BB, Instruction *OrigInst,
+                               std::map<DomTreeNode*, Value*> &Phis) {
+  // If there is no dominator info for this BB, it is unreachable.
+  if (BB == 0)
+    return UndefValue::get(OrigInst->getType());
+                                 
+  // If we have already computed this value, return the previously computed val.
+  Value *&V = Phis[BB];
+  if (V) return V;
+
+  DomTreeNode *IDom = BB->getIDom();
+
+  // Otherwise, there are two cases: we either have to insert a PHI node or we
+  // don't.  We need to insert a PHI node if this block is not dominated by one
+  // of the exit nodes from the loop (the loop could have multiple exits, and
+  // though the value defined *inside* the loop dominated all its uses, each
+  // exit by itself may not dominate all the uses).
+  //
+  // The simplest way to check for this condition is by checking to see if the
+  // idom is in the loop.  If so, we *know* that none of the exit blocks
+  // dominate this block.  Note that we *know* that the block defining the
+  // original instruction is in the idom chain, because if it weren't, then the
+  // original value didn't dominate this use.
+  if (!inLoop(IDom->getBlock())) {
+    // Idom is not in the loop, we must still be "below" the exit block and must
+    // be fully dominated by the value live in the idom.
+    return V = GetValueForBlock(IDom, OrigInst, Phis);
   }
   
-  assert(0 && "No dominating value found.");
+  BasicBlock *BBN = BB->getBlock();
   
-  return 0;
+  // Otherwise, the idom is the loop, so we need to insert a PHI node.  Do so
+  // now, then get values to fill in the incoming values for the PHI.
+  PHINode *PN = PHINode::Create(OrigInst->getType(), OrigInst->getName()+".lcssa",
+                                BBN->begin());
+  PN->reserveOperandSpace(std::distance(pred_begin(BBN), pred_end(BBN)));
+  V = PN;
+                                 
+  // Fill in the incoming values for the block.
+  for (pred_iterator PI = pred_begin(BBN), E = pred_end(BBN); PI != E; ++PI)
+    PN->addIncoming(GetValueForBlock(DT->getNode(*PI), OrigInst, Phis), *PI);
+  return PN;
 }
+