API changes for class Use size reduction, wave 1.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / LCSSA.cpp
index c8d9487a6d429c532a7aa47f7ce442a43dcc9f05..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 <vector>
-
+#include <map>
 using namespace llvm;
 
+STATISTIC(NumLCSSA, "Number of live out of a loop variables");
+
 namespace {
-  static Statistic<> NumLCSSA("lcssa", "Number of times LCSSA was applied");
-  
-  class LCSSA : public FunctionPass {
-  public:
-    
-  
-    LoopInfo *LI;  // Loop information
-    DominatorTree *DT;       // Dominator Tree for the current Loop...
-    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);
+    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,
@@ -64,86 +71,202 @@ namespace {
       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
       AU.addRequired<LoopInfo>();
       AU.addPreserved<LoopInfo>();
-      AU.addRequired<DominatorTree>(); // Not sure if this one will actually
-                                       // be needed.
-      AU.addRequired<DominanceFrontier>();
+      AU.addRequired<DominatorTree>();
+      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:
-    std::set<Instruction*> getLoopValuesUsedOutsideLoop(Loop *L,
-                                           std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks);
+    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
+    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();
 
-bool LCSSA::runOnFunction(Function &F) {
-  bool changed = false;
-  LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
-  DF = &getAnalysis<DominanceFrontier>();
+/// runOnFunction - Process all loops in the function, inner-most out.
+bool LCSSA::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
+  
+  LI = &LPM.getAnalysis<LoopInfo>();
   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
-    
-  for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I) {
-    changed |= visitSubloop(*I);
-  }
-      
-  return changed;
-}
 
-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
-  std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks(L->block_begin(), L->block_end());
+  LoopBlocks.clear();
+  LoopBlocks.insert(LoopBlocks.end(), L->block_begin(), L->block_end());
   std::sort(LoopBlocks.begin(), LoopBlocks.end());
   
-  std::set<Instruction*> AffectedValues = getLoopValuesUsedOutsideLoop(L,
-                                           LoopBlocks);
+  SetVector<Instruction*> AffectedValues;
+  getLoopValuesUsedOutsideLoop(L, AffectedValues);
   
-  std::vector<BasicBlock*> exitBlocks;
-  L->getExitBlocks(exitBlocks);
+  // 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;
   
-  for (std::set<Instruction*>::iterator I = AffectedValues.begin(),
-       E = AffectedValues.end(); I != E; ++I) {
-    ++NumLCSSA; // We are applying the transformation
-    for (std::vector<BasicBlock*>::iterator BBI = exitBlocks.begin(),
-         BBE = exitBlocks.end(); BBI != BBE; ++BBI) {
-      PHINode *phi = new PHINode((*I)->getType(), "lcssa");
-      (*BBI)->getInstList().insert((*BBI)->front(), phi);
-    
-      for (pred_iterator PI = pred_begin(*BBI), PE = pred_end(*BBI); PI != PE;
-           ++PI)
-        phi->addIncoming(*I, *PI);
-    }
+  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);
   
-    for (Value::use_iterator UI = (*I)->use_begin(), UE = (*I)->use_end();
-         UI != UE; ++UI) {
-      BasicBlock *UserBB = cast<Instruction>(*UI)->getParent();
-      if (!std::binary_search(LoopBlocks.begin(), LoopBlocks.end(), UserBB))
-        ; // FIXME: This should update the SSA form.
+  assert(L->isLCSSAForm());
+  
+  return true;
+}
+
+/// processInstruction - Given a live-out instruction, insert LCSSA Phi nodes,
+/// eliminate all out-of-loop uses.
+void LCSSA::ProcessInstruction(Instruction *Instr,
+                               const SmallVector<BasicBlock*, 8>& exitBlocks) {
+  ++NumLCSSA; // We are applying the transformation
+
+  // 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) {
+    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);
     }
   }
   
-  return true; // FIXME: Should be more intelligent in our return value.
+  
+  // 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);
+    }
+    
+    // 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.
-std::set<Instruction*> LCSSA::getLoopValuesUsedOutsideLoop(Loop *L, 
-                                         std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks) {
-
-  std::set<Instruction*> AffectedValues;  
+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.
   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)
       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
            ++UI) {
         BasicBlock *UserBB = cast<Instruction>(*UI)->getParent();
-        if (!std::binary_search(LoopBlocks.begin(), LoopBlocks.end(), UserBB))
+        if (PHINode* p = dyn_cast<PHINode>(*UI)) {
+          unsigned OperandNo = UI.getOperandNo();
+          UserBB = p->getIncomingBlock(OperandNo/2);
+        }
+        
+        if (*BB != UserBB && !inLoop(UserBB)) {
           AffectedValues.insert(I);
+          break;
+        }
       }
   }
-  return AffectedValues;
 }
+
+/// 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);
+  }
+  
+  BasicBlock *BBN = BB->getBlock();
+  
+  // 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;
+}
+