Describe invoke instruction dependencies. Generalize the text for
[oota-llvm.git] / docs / Passes.html
1 <!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN"
2                       "http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd">
3 <html>
4 <head>
5   <title>LLVM's Analysis and Transform Passes</title>
6   <link rel="stylesheet" href="llvm.css" type="text/css">
7   <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8">
8 </head>
9 <body>
10
11 <!--
12
13 If Passes.html is up to date, the following "one-liner" should print
14 an empty diff.
15
16 egrep -e '^<tr><td><a href="#.*">-.*</a></td><td>.*</td></tr>$' \
17       -e '^  <a name=".*">.*</a>$' < Passes.html >html; \
18 perl >help <<'EOT' && diff -u help html; rm -f help html
19 open HTML, "<Passes.html" or die "open: Passes.html: $!\n";
20 while (<HTML>) {
21   m:^<tr><td><a href="#(.*)">-.*</a></td><td>.*</td></tr>$: or next;
22   $order{$1} = sprintf("%03d", 1 + int %order);
23 }
24 open HELP, "../Release/bin/opt -help|" or die "open: opt -help: $!\n";
25 while (<HELP>) {
26   m:^    -([^ ]+) +- (.*)$: or next;
27   my $o = $order{$1};
28   $o = "000" unless defined $o;
29   push @x, "$o<tr><td><a href=\"#$1\">-$1</a></td><td>$2</td></tr>\n";
30   push @y, "$o  <a name=\"$1\">$2</a>\n";
31 }
32 @x = map { s/^\d\d\d//; $_ } sort @x;
33 @y = map { s/^\d\d\d//; $_ } sort @y;
34 print @x, @y;
35 EOT
36
37 This (real) one-liner can also be helpful when converting comments to HTML:
38
39 perl -e '$/ = undef; for (split(/\n/, <>)) { s:^ *///? ?::; print "  <p>\n" if !$on && $_ =~ /\S/; print "  </p>\n" if $on && $_ =~ /^\s*$/; print "  $_\n"; $on = ($_ =~ /\S/); } print "  </p>\n" if $on'
40
41   -->
42
43 <div class="doc_title">LLVM's Analysis and Transform Passes</div>
44
45 <ol>
46   <li><a href="#intro">Introduction</a></li>
47   <li><a href="#analyses">Analysis Passes</a>
48   <li><a href="#transforms">Transform Passes</a></li>
49   <li><a href="#utilities">Utility Passes</a></li>
50 </ol>
51
52 <div class="doc_author">
53   <p>Written by <a href="mailto:rspencer@x10sys.com">Reid Spencer</a>
54             and Gordon Henriksen</p>
55 </div>
56
57 <!-- ======================================================================= -->
58 <div class="doc_section"> <a name="intro">Introduction</a> </div>
59 <div class="doc_text">
60   <p>This document serves as a high level summary of the optimization features 
61   that LLVM provides. Optimizations are implemented as Passes that traverse some
62   portion of a program to either collect information or transform the program.
63   The table below divides the passes that LLVM provides into three categories.
64   Analysis passes compute information that other passes can use or for debugging
65   or program visualization purposes. Transform passes can use (or invalidate)
66   the analysis passes. Transform passes all mutate the program in some way. 
67   Utility passes provides some utility but don't otherwise fit categorization.
68   For example passes to extract functions to bitcode or write a module to
69   bitcode are neither analysis nor transform passes.
70   <p>The table below provides a quick summary of each pass and links to the more
71   complete pass description later in the document.</p>
72 </div>
73 <div class="doc_text" >
74 <table>
75 <tr><th colspan="2"><b>ANALYSIS PASSES</b></th></tr>
76 <tr><th>Option</th><th>Name</th></tr>
77 <tr><td><a href="#aa-eval">-aa-eval</a></td><td>Exhaustive Alias Analysis Precision Evaluator</td></tr>
78 <tr><td><a href="#basicaa">-basicaa</a></td><td>Basic Alias Analysis (default AA impl)</td></tr>
79 <tr><td><a href="#basiccg">-basiccg</a></td><td>Basic CallGraph Construction</td></tr>
80 <tr><td><a href="#codegenprepare">-codegenprepare</a></td><td>Optimize for code generation</td></tr>
81 <tr><td><a href="#count-aa">-count-aa</a></td><td>Count Alias Analysis Query Responses</td></tr>
82 <tr><td><a href="#debug-aa">-debug-aa</a></td><td>AA use debugger</td></tr>
83 <tr><td><a href="#domfrontier">-domfrontier</a></td><td>Dominance Frontier Construction</td></tr>
84 <tr><td><a href="#domtree">-domtree</a></td><td>Dominator Tree Construction</td></tr>
85 <tr><td><a href="#dot-callgraph">-dot-callgraph</a></td><td>Print Call Graph to 'dot' file</td></tr>
86 <tr><td><a href="#dot-cfg">-dot-cfg</a></td><td>Print CFG of function to 'dot' file</td></tr>
87 <tr><td><a href="#dot-cfg-only">-dot-cfg-only</a></td><td>Print CFG of function to 'dot' file (with no function bodies)</td></tr>
88 <tr><td><a href="#globalsmodref-aa">-globalsmodref-aa</a></td><td>Simple mod/ref analysis for globals</td></tr>
89 <tr><td><a href="#instcount">-instcount</a></td><td>Counts the various types of Instructions</td></tr>
90 <tr><td><a href="#intervals">-intervals</a></td><td>Interval Partition Construction</td></tr>
91 <tr><td><a href="#loops">-loops</a></td><td>Natural Loop Construction</td></tr>
92 <tr><td><a href="#memdep">-memdep</a></td><td>Memory Dependence Analysis</td></tr>
93 <tr><td><a href="#no-aa">-no-aa</a></td><td>No Alias Analysis (always returns 'may' alias)</td></tr>
94 <tr><td><a href="#no-profile">-no-profile</a></td><td>No Profile Information</td></tr>
95 <tr><td><a href="#postdomfrontier">-postdomfrontier</a></td><td>Post-Dominance Frontier Construction</td></tr>
96 <tr><td><a href="#postdomtree">-postdomtree</a></td><td>Post-Dominator Tree Construction</td></tr>
97 <tr><td><a href="#print-alias-sets">-print-alias-sets</a></td><td>Alias Set Printer</td></tr>
98 <tr><td><a href="#print-callgraph">-print-callgraph</a></td><td>Print a call graph</td></tr>
99 <tr><td><a href="#print-callgraph-sccs">-print-callgraph-sccs</a></td><td>Print SCCs of the Call Graph</td></tr>
100 <tr><td><a href="#print-cfg-sccs">-print-cfg-sccs</a></td><td>Print SCCs of each function CFG</td></tr>
101 <tr><td><a href="#print-externalfnconstants">-print-externalfnconstants</a></td><td>Print external fn callsites passed constants</td></tr>
102 <tr><td><a href="#print-function">-print-function</a></td><td>Print function to stderr</td></tr>
103 <tr><td><a href="#print-module">-print-module</a></td><td>Print module to stderr</td></tr>
104 <tr><td><a href="#print-used-types">-print-used-types</a></td><td>Find Used Types</td></tr>
105 <tr><td><a href="#profile-loader">-profile-loader</a></td><td>Load profile information from llvmprof.out</td></tr>
106 <tr><td><a href="#scalar-evolution">-scalar-evolution</a></td><td>Scalar Evolution Analysis</td></tr>
107 <tr><td><a href="#targetdata">-targetdata</a></td><td>Target Data Layout</td></tr>
108
109
110 <tr><th colspan="2"><b>TRANSFORM PASSES</b></th></tr>
111 <tr><th>Option</th><th>Name</th></tr>
112 <tr><td><a href="#adce">-adce</a></td><td>Aggressive Dead Code Elimination</td></tr>
113 <tr><td><a href="#argpromotion">-argpromotion</a></td><td>Promote 'by reference' arguments to scalars</td></tr>
114 <tr><td><a href="#block-placement">-block-placement</a></td><td>Profile Guided Basic Block Placement</td></tr>
115 <tr><td><a href="#break-crit-edges">-break-crit-edges</a></td><td>Break critical edges in CFG</td></tr>
116 <tr><td><a href="#codegenprepare">-codegenprepare</a></td><td>Prepare a function for code generation </td></tr>
117 <tr><td><a href="#constmerge">-constmerge</a></td><td>Merge Duplicate Global Constants</td></tr>
118 <tr><td><a href="#constprop">-constprop</a></td><td>Simple constant propagation</td></tr>
119 <tr><td><a href="#dce">-dce</a></td><td>Dead Code Elimination</td></tr>
120 <tr><td><a href="#deadargelim">-deadargelim</a></td><td>Dead Argument Elimination</td></tr>
121 <tr><td><a href="#deadtypeelim">-deadtypeelim</a></td><td>Dead Type Elimination</td></tr>
122 <tr><td><a href="#die">-die</a></td><td>Dead Instruction Elimination</td></tr>
123 <tr><td><a href="#dse">-dse</a></td><td>Dead Store Elimination</td></tr>
124 <tr><td><a href="#globaldce">-globaldce</a></td><td>Dead Global Elimination</td></tr>
125 <tr><td><a href="#globalopt">-globalopt</a></td><td>Global Variable Optimizer</td></tr>
126 <tr><td><a href="#gvn">-gvn</a></td><td>Global Value Numbering</td></tr>
127 <tr><td><a href="#indmemrem">-indmemrem</a></td><td>Indirect Malloc and Free Removal</td></tr>
128 <tr><td><a href="#indvars">-indvars</a></td><td>Canonicalize Induction Variables</td></tr>
129 <tr><td><a href="#inline">-inline</a></td><td>Function Integration/Inlining</td></tr>
130 <tr><td><a href="#insert-block-profiling">-insert-block-profiling</a></td><td>Insert instrumentation for block profiling</td></tr>
131 <tr><td><a href="#insert-edge-profiling">-insert-edge-profiling</a></td><td>Insert instrumentation for edge profiling</td></tr>
132 <tr><td><a href="#insert-function-profiling">-insert-function-profiling</a></td><td>Insert instrumentation for function profiling</td></tr>
133 <tr><td><a href="#insert-null-profiling-rs">-insert-null-profiling-rs</a></td><td>Measure profiling framework overhead</td></tr>
134 <tr><td><a href="#insert-rs-profiling-framework">-insert-rs-profiling-framework</a></td><td>Insert random sampling instrumentation framework</td></tr>
135 <tr><td><a href="#instcombine">-instcombine</a></td><td>Combine redundant instructions</td></tr>
136 <tr><td><a href="#internalize">-internalize</a></td><td>Internalize Global Symbols</td></tr>
137 <tr><td><a href="#ipconstprop">-ipconstprop</a></td><td>Interprocedural constant propagation</td></tr>
138 <tr><td><a href="#ipsccp">-ipsccp</a></td><td>Interprocedural Sparse Conditional Constant Propagation</td></tr>
139 <tr><td><a href="#jump-threading">-jump-threading</a></td><td>Thread control through conditional blocks </td></tr>
140 <tr><td><a href="#lcssa">-lcssa</a></td><td>Loop-Closed SSA Form Pass</td></tr>
141 <tr><td><a href="#licm">-licm</a></td><td>Loop Invariant Code Motion</td></tr>
142 <tr><td><a href="#loop-deletion">-loop-deletion</a></td><td>Dead Loop Deletion Pass </td></tr>
143 <tr><td><a href="#loop-extract">-loop-extract</a></td><td>Extract loops into new functions</td></tr>
144 <tr><td><a href="#loop-extract-single">-loop-extract-single</a></td><td>Extract at most one loop into a new function</td></tr>
145 <tr><td><a href="#loop-index-split">-loop-index-split</a></td><td>Index Split Loops</td></tr>
146 <tr><td><a href="#loop-reduce">-loop-reduce</a></td><td>Loop Strength Reduction</td></tr>
147 <tr><td><a href="#loop-rotate">-loop-rotate</a></td><td>Rotate Loops</td></tr>
148 <tr><td><a href="#loop-unroll">-loop-unroll</a></td><td>Unroll loops</td></tr>
149 <tr><td><a href="#loop-unswitch">-loop-unswitch</a></td><td>Unswitch loops</td></tr>
150 <tr><td><a href="#loopsimplify">-loopsimplify</a></td><td>Canonicalize natural loops</td></tr>
151 <tr><td><a href="#lowerallocs">-lowerallocs</a></td><td>Lower allocations from instructions to calls</td></tr>
152 <tr><td><a href="#lowerinvoke">-lowerinvoke</a></td><td>Lower invoke and unwind, for unwindless code generators</td></tr>
153 <tr><td><a href="#lowersetjmp">-lowersetjmp</a></td><td>Lower Set Jump</td></tr>
154 <tr><td><a href="#lowerswitch">-lowerswitch</a></td><td>Lower SwitchInst's to branches</td></tr>
155 <tr><td><a href="#mem2reg">-mem2reg</a></td><td>Promote Memory to Register</td></tr>
156 <tr><td><a href="#memcpyopt">-memcpyopt</a></td><td>Optimize use of memcpy and friends</td></tr>
157 <tr><td><a href="#mergereturn">-mergereturn</a></td><td>Unify function exit nodes</td></tr>
158 <tr><td><a href="#prune-eh">-prune-eh</a></td><td>Remove unused exception handling info</td></tr>
159 <tr><td><a href="#reassociate">-reassociate</a></td><td>Reassociate expressions</td></tr>
160 <tr><td><a href="#reg2mem">-reg2mem</a></td><td>Demote all values to stack slots</td></tr>
161 <tr><td><a href="#scalarrepl">-scalarrepl</a></td><td>Scalar Replacement of Aggregates</td></tr>
162 <tr><td><a href="#sccp">-sccp</a></td><td>Sparse Conditional Constant Propagation</td></tr>
163 <tr><td><a href="#simplify-libcalls">-simplify-libcalls</a></td><td>Simplify well-known library calls</td></tr>
164 <tr><td><a href="#simplifycfg">-simplifycfg</a></td><td>Simplify the CFG</td></tr>
165 <tr><td><a href="#strip">-strip</a></td><td>Strip all symbols from a module</td></tr>
166 <tr><td><a href="#strip-dead-prototypes">-strip-dead-prototypes</a></td><td>Remove unused function declarations</td></tr>
167 <tr><td><a href="#sretpromotion">-sretpromotion</a></td><td>Promote sret arguments</td></tr>
168 <tr><td><a href="#tailcallelim">-tailcallelim</a></td><td>Tail Call Elimination</td></tr>
169 <tr><td><a href="#tailduplicate">-tailduplicate</a></td><td>Tail Duplication</td></tr>
170
171
172 <tr><th colspan="2"><b>UTILITY PASSES</b></th></tr>
173 <tr><th>Option</th><th>Name</th></tr>
174 <tr><td><a href="#deadarghaX0r">-deadarghaX0r</a></td><td>Dead Argument Hacking (BUGPOINT USE ONLY; DO NOT USE)</td></tr>
175 <tr><td><a href="#extract-blocks">-extract-blocks</a></td><td>Extract Basic Blocks From Module (for bugpoint use)</td></tr>
176 <tr><td><a href="#preverify">-preverify</a></td><td>Preliminary module verification</td></tr>
177 <tr><td><a href="#verify">-verify</a></td><td>Module Verifier</td></tr>
178 <tr><td><a href="#view-cfg">-view-cfg</a></td><td>View CFG of function</td></tr>
179 <tr><td><a href="#view-cfg-only">-view-cfg-only</a></td><td>View CFG of function (with no function bodies)</td></tr>
180 </table>
181 </div>
182
183 <!-- ======================================================================= -->
184 <div class="doc_section"> <a name="example">Analysis Passes</a></div>
185 <div class="doc_text">
186   <p>This section describes the LLVM Analysis Passes.</p>
187 </div>
188
189 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
190 <div class="doc_subsection">
191   <a name="aa-eval">Exhaustive Alias Analysis Precision Evaluator</a>
192 </div>
193 <div class="doc_text">
194   <p>This is a simple N^2 alias analysis accuracy evaluator.
195   Basically, for each function in the program, it simply queries to see how the
196   alias analysis implementation answers alias queries between each pair of
197   pointers in the function.</p>
198
199   <p>This is inspired and adapted from code by: Naveen Neelakantam, Francesco
200   Spadini, and Wojciech Stryjewski.</p>
201 </div>
202
203 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
204 <div class="doc_subsection">
205   <a name="basicaa">Basic Alias Analysis (default AA impl)</a>
206 </div>
207 <div class="doc_text">
208   <p>
209   This is the default implementation of the Alias Analysis interface
210   that simply implements a few identities (two different globals cannot alias,
211   etc), but otherwise does no analysis.
212   </p>
213 </div>
214
215 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
216 <div class="doc_subsection">
217   <a name="basiccg">Basic CallGraph Construction</a>
218 </div>
219 <div class="doc_text">
220   <p>Yet to be written.</p>
221 </div>
222
223 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
224 <div class="doc_subsection">
225   <a name="codegenprepare">Optimize for code generation</a>
226 </div>
227 <div class="doc_text">
228   <p>
229   This pass munges the code in the input function to better prepare it for
230   SelectionDAG-based code generation.  This works around limitations in it's
231   basic-block-at-a-time approach.  It should eventually be removed.
232   </p>
233 </div>
234
235 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
236 <div class="doc_subsection">
237   <a name="count-aa">Count Alias Analysis Query Responses</a>
238 </div>
239 <div class="doc_text">
240   <p>
241   A pass which can be used to count how many alias queries
242   are being made and how the alias analysis implementation being used responds.
243   </p>
244 </div>
245
246 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
247 <div class="doc_subsection">
248   <a name="debug-aa">AA use debugger</a>
249 </div>
250 <div class="doc_text">
251   <p>
252   This simple pass checks alias analysis users to ensure that if they
253   create a new value, they do not query AA without informing it of the value.
254   It acts as a shim over any other AA pass you want.
255   </p>
256   
257   <p>
258   Yes keeping track of every value in the program is expensive, but this is 
259   a debugging pass.
260   </p>
261 </div>
262
263 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
264 <div class="doc_subsection">
265   <a name="domfrontier">Dominance Frontier Construction</a>
266 </div>
267 <div class="doc_text">
268   <p>
269   This pass is a simple dominator construction algorithm for finding forward
270   dominator frontiers.
271   </p>
272 </div>
273
274 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
275 <div class="doc_subsection">
276   <a name="domtree">Dominator Tree Construction</a>
277 </div>
278 <div class="doc_text">
279   <p>
280   This pass is a simple dominator construction algorithm for finding forward
281   dominators.
282   </p>
283 </div>
284
285 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
286 <div class="doc_subsection">
287   <a name="dot-callgraph">Print Call Graph to 'dot' file</a>
288 </div>
289 <div class="doc_text">
290   <p>
291   This pass, only available in <code>opt</code>, prints the call graph into a
292   <code>.dot</code> graph.  This graph can then be processed with the "dot" tool
293   to convert it to postscript or some other suitable format.
294   </p>
295 </div>
296
297 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
298 <div class="doc_subsection">
299   <a name="dot-cfg">Print CFG of function to 'dot' file</a>
300 </div>
301 <div class="doc_text">
302   <p>
303   This pass, only available in <code>opt</code>, prints the control flow graph
304   into a <code>.dot</code> graph.  This graph can then be processed with the
305   "dot" tool to convert it to postscript or some other suitable format.
306   </p>
307 </div>
308
309 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
310 <div class="doc_subsection">
311   <a name="dot-cfg-only">Print CFG of function to 'dot' file (with no function bodies)</a>
312 </div>
313 <div class="doc_text">
314   <p>
315   This pass, only available in <code>opt</code>, prints the control flow graph
316   into a <code>.dot</code> graph, omitting the function bodies.  This graph can
317   then be processed with the "dot" tool to convert it to postscript or some
318   other suitable format.
319   </p>
320 </div>
321
322 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
323 <div class="doc_subsection">
324   <a name="globalsmodref-aa">Simple mod/ref analysis for globals</a>
325 </div>
326 <div class="doc_text">
327   <p>
328   This simple pass provides alias and mod/ref information for global values
329   that do not have their address taken, and keeps track of whether functions
330   read or write memory (are "pure").  For this simple (but very common) case,
331   we can provide pretty accurate and useful information.
332   </p>
333 </div>
334
335 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
336 <div class="doc_subsection">
337   <a name="instcount">Counts the various types of Instructions</a>
338 </div>
339 <div class="doc_text">
340   <p>
341   This pass collects the count of all instructions and reports them
342   </p>
343 </div>
344
345 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
346 <div class="doc_subsection">
347   <a name="intervals">Interval Partition Construction</a>
348 </div>
349 <div class="doc_text">
350   <p>
351   This analysis calculates and represents the interval partition of a function,
352   or a preexisting interval partition.
353   </p>
354   
355   <p>
356   In this way, the interval partition may be used to reduce a flow graph down
357   to its degenerate single node interval partition (unless it is irreducible).
358   </p>
359 </div>
360
361 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
362 <div class="doc_subsection">
363   <a name="loops">Natural Loop Construction</a>
364 </div>
365 <div class="doc_text">
366   <p>
367   This analysis is used to identify natural loops and determine the loop depth
368   of various nodes of the CFG.  Note that the loops identified may actually be
369   several natural loops that share the same header node... not just a single
370   natural loop.
371   </p>
372 </div>
373
374 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
375 <div class="doc_subsection">
376   <a name="memdep">Memory Dependence Analysis</a>
377 </div>
378 <div class="doc_text">
379   <p>
380   An analysis that determines, for a given memory operation, what preceding 
381   memory operations it depends on.  It builds on alias analysis information, and 
382   tries to provide a lazy, caching interface to a common kind of alias 
383   information query.
384   </p>
385 </div>
386
387 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
388 <div class="doc_subsection">
389   <a name="no-aa">No Alias Analysis (always returns 'may' alias)</a>
390 </div>
391 <div class="doc_text">
392   <p>
393   Always returns "I don't know" for alias queries.  NoAA is unlike other alias
394   analysis implementations, in that it does not chain to a previous analysis. As
395   such it doesn't follow many of the rules that other alias analyses must.
396   </p>
397 </div>
398
399 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
400 <div class="doc_subsection">
401   <a name="no-profile">No Profile Information</a>
402 </div>
403 <div class="doc_text">
404   <p>
405   The default "no profile" implementation of the abstract
406   <code>ProfileInfo</code> interface.
407   </p>
408 </div>
409
410 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
411 <div class="doc_subsection">
412   <a name="postdomfrontier">Post-Dominance Frontier Construction</a>
413 </div>
414 <div class="doc_text">
415   <p>
416   This pass is a simple post-dominator construction algorithm for finding
417   post-dominator frontiers.
418   </p>
419 </div>
420
421 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
422 <div class="doc_subsection">
423   <a name="postdomtree">Post-Dominator Tree Construction</a>
424 </div>
425 <div class="doc_text">
426   <p>
427   This pass is a simple post-dominator construction algorithm for finding
428   post-dominators.
429   </p>
430 </div>
431
432 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
433 <div class="doc_subsection">
434   <a name="print-alias-sets">Alias Set Printer</a>
435 </div>
436 <div class="doc_text">
437   <p>Yet to be written.</p>
438 </div>
439
440 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
441 <div class="doc_subsection">
442   <a name="print-callgraph">Print a call graph</a>
443 </div>
444 <div class="doc_text">
445   <p>
446   This pass, only available in <code>opt</code>, prints the call graph to
447   standard output in a human-readable form.
448   </p>
449 </div>
450
451 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
452 <div class="doc_subsection">
453   <a name="print-callgraph-sccs">Print SCCs of the Call Graph</a>
454 </div>
455 <div class="doc_text">
456   <p>
457   This pass, only available in <code>opt</code>, prints the SCCs of the call
458   graph to standard output in a human-readable form.
459   </p>
460 </div>
461
462 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
463 <div class="doc_subsection">
464   <a name="print-cfg-sccs">Print SCCs of each function CFG</a>
465 </div>
466 <div class="doc_text">
467   <p>
468   This pass, only available in <code>opt</code>, prints the SCCs of each
469   function CFG to standard output in a human-readable form.
470   </p>
471 </div>
472
473 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
474 <div class="doc_subsection">
475   <a name="print-externalfnconstants">Print external fn callsites passed constants</a>
476 </div>
477 <div class="doc_text">
478   <p>
479   This pass, only available in <code>opt</code>, prints out call sites to
480   external functions that are called with constant arguments.  This can be
481   useful when looking for standard library functions we should constant fold
482   or handle in alias analyses.
483   </p>
484 </div>
485
486 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
487 <div class="doc_subsection">
488   <a name="print-function">Print function to stderr</a>
489 </div>
490 <div class="doc_text">
491   <p>
492   The <code>PrintFunctionPass</code> class is designed to be pipelined with
493   other <code>FunctionPass</code>es, and prints out the functions of the module
494   as they are processed.
495   </p>
496 </div>
497
498 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
499 <div class="doc_subsection">
500   <a name="print-module">Print module to stderr</a>
501 </div>
502 <div class="doc_text">
503   <p>
504   This pass simply prints out the entire module when it is executed.
505   </p>
506 </div>
507
508 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
509 <div class="doc_subsection">
510   <a name="print-used-types">Find Used Types</a>
511 </div>
512 <div class="doc_text">
513   <p>
514   This pass is used to seek out all of the types in use by the program.  Note
515   that this analysis explicitly does not include types only used by the symbol
516   table.
517 </div>
518
519 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
520 <div class="doc_subsection">
521   <a name="profile-loader">Load profile information from llvmprof.out</a>
522 </div>
523 <div class="doc_text">
524   <p>
525   A concrete implementation of profiling information that loads the information
526   from a profile dump file.
527   </p>
528 </div>
529
530 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
531 <div class="doc_subsection">
532   <a name="scalar-evolution">Scalar Evolution Analysis</a>
533 </div>
534 <div class="doc_text">
535   <p>
536   The <code>ScalarEvolution</code> analysis can be used to analyze and
537   catagorize scalar expressions in loops.  It specializes in recognizing general
538   induction variables, representing them with the abstract and opaque
539   <code>SCEV</code> class.  Given this analysis, trip counts of loops and other
540   important properties can be obtained.
541   </p>
542   
543   <p>
544   This analysis is primarily useful for induction variable substitution and
545   strength reduction.
546   </p>
547 </div>
548
549 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
550 <div class="doc_subsection">
551   <a name="targetdata">Target Data Layout</a>
552 </div>
553 <div class="doc_text">
554   <p>Provides other passes access to information on how the size and alignment
555   required by the the target ABI for various data types.</p>
556 </div>
557
558 <!-- ======================================================================= -->
559 <div class="doc_section"> <a name="transform">Transform Passes</a></div>
560 <div class="doc_text">
561   <p>This section describes the LLVM Transform Passes.</p>
562 </div>
563
564 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
565 <div class="doc_subsection">
566   <a name="adce">Aggressive Dead Code Elimination</a>
567 </div>
568 <div class="doc_text">
569   <p>ADCE aggressively tries to eliminate code. This pass is similar to
570   <a href="#dce">DCE</a> but it assumes that values are dead until proven 
571   otherwise. This is similar to <a href="#sccp">SCCP</a>, except applied to 
572   the liveness of values.</p>
573 </div>
574
575 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
576 <div class="doc_subsection">
577   <a name="argpromotion">Promote 'by reference' arguments to scalars</a>
578 </div>
579 <div class="doc_text">
580   <p>
581   This pass promotes "by reference" arguments to be "by value" arguments.  In
582   practice, this means looking for internal functions that have pointer
583   arguments.  If it can prove, through the use of alias analysis, that an
584   argument is *only* loaded, then it can pass the value into the function
585   instead of the address of the value.  This can cause recursive simplification
586   of code and lead to the elimination of allocas (especially in C++ template
587   code like the STL).
588   </p>
589   
590   <p>
591   This pass also handles aggregate arguments that are passed into a function,
592   scalarizing them if the elements of the aggregate are only loaded.  Note that
593   it refuses to scalarize aggregates which would require passing in more than
594   three operands to the function, because passing thousands of operands for a
595   large array or structure is unprofitable!
596   </p>
597   
598   <p>
599   Note that this transformation could also be done for arguments that are only
600   stored to (returning the value instead), but does not currently.  This case
601   would be best handled when and if LLVM starts supporting multiple return
602   values from functions.
603   </p>
604 </div>
605
606 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
607 <div class="doc_subsection">
608   <a name="block-placement">Profile Guided Basic Block Placement</a>
609 </div>
610 <div class="doc_text">
611   <p>This pass is a very simple profile guided basic block placement algorithm.
612   The idea is to put frequently executed blocks together at the start of the
613   function and hopefully increase the number of fall-through conditional
614   branches.  If there is no profile information for a particular function, this
615   pass basically orders blocks in depth-first order.</p>
616 </div>
617
618 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
619 <div class="doc_subsection">
620   <a name="break-crit-edges">Break critical edges in CFG</a>
621 </div>
622 <div class="doc_text">
623   <p>
624   Break all of the critical edges in the CFG by inserting a dummy basic block.
625   It may be "required" by passes that cannot deal with critical edges. This
626   transformation obviously invalidates the CFG, but can update forward dominator
627   (set, immediate dominators, tree, and frontier) information.
628   </p>
629 </div>
630
631 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
632 <div class="doc_subsection">
633   <a name="codegenprepare">Prepare a function for code generation</a>
634 </div>
635 <div class="doc_text">
636   This pass munges the code in the input function to better prepare it for
637   SelectionDAG-based code generation. This works around limitations in it's
638   basic-block-at-a-time approach. It should eventually be removed.
639 </div>
640
641 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
642 <div class="doc_subsection">
643   <a name="constmerge">Merge Duplicate Global Constants</a>
644 </div>
645 <div class="doc_text">
646   <p>
647   Merges duplicate global constants together into a single constant that is
648   shared.  This is useful because some passes (ie TraceValues) insert a lot of
649   string constants into the program, regardless of whether or not an existing
650   string is available.
651   </p>
652 </div>
653
654 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
655 <div class="doc_subsection">
656   <a name="constprop">Simple constant propagation</a>
657 </div>
658 <div class="doc_text">
659   <p>This file implements constant propagation and merging. It looks for
660   instructions involving only constant operands and replaces them with a
661   constant value instead of an instruction. For example:</p>
662   <blockquote><pre>add i32 1, 2</pre></blockquote>
663   <p>becomes</p>
664   <blockquote><pre>i32 3</pre></blockquote>
665   <p>NOTE: this pass has a habit of making definitions be dead.  It is a good 
666   idea to to run a <a href="#die">DIE</a> (Dead Instruction Elimination) pass 
667   sometime after running this pass.</p>
668 </div>
669
670 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
671 <div class="doc_subsection">
672   <a name="dce">Dead Code Elimination</a>
673 </div>
674 <div class="doc_text">
675   <p>
676   Dead code elimination is similar to <a href="#die">dead instruction
677   elimination</a>, but it rechecks instructions that were used by removed
678   instructions to see if they are newly dead.
679   </p>
680 </div>
681
682 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
683 <div class="doc_subsection">
684   <a name="deadargelim">Dead Argument Elimination</a>
685 </div>
686 <div class="doc_text">
687   <p>
688   This pass deletes dead arguments from internal functions.  Dead argument
689   elimination removes arguments which are directly dead, as well as arguments
690   only passed into function calls as dead arguments of other functions.  This
691   pass also deletes dead arguments in a similar way.
692   </p>
693   
694   <p>
695   This pass is often useful as a cleanup pass to run after aggressive
696   interprocedural passes, which add possibly-dead arguments.
697   </p>
698 </div>
699
700 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
701 <div class="doc_subsection">
702   <a name="deadtypeelim">Dead Type Elimination</a>
703 </div>
704 <div class="doc_text">
705   <p>
706   This pass is used to cleanup the output of GCC.  It eliminate names for types
707   that are unused in the entire translation unit, using the <a
708   href="#findusedtypes">find used types</a> pass.
709   </p>
710 </div>
711
712 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
713 <div class="doc_subsection">
714   <a name="die">Dead Instruction Elimination</a>
715 </div>
716 <div class="doc_text">
717   <p>
718   Dead instruction elimination performs a single pass over the function,
719   removing instructions that are obviously dead.
720   </p>
721 </div>
722
723 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
724 <div class="doc_subsection">
725   <a name="dse">Dead Store Elimination</a>
726 </div>
727 <div class="doc_text">
728   <p>
729   A trivial dead store elimination that only considers basic-block local
730   redundant stores.
731   </p>
732 </div>
733
734 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
735 <div class="doc_subsection">
736   <a name="globaldce">Dead Global Elimination</a>
737 </div>
738 <div class="doc_text">
739   <p>
740   This transform is designed to eliminate unreachable internal globals from the
741   program.  It uses an aggressive algorithm, searching out globals that are
742   known to be alive.  After it finds all of the globals which are needed, it
743   deletes whatever is left over.  This allows it to delete recursive chunks of
744   the program which are unreachable.
745   </p>
746 </div>
747
748 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
749 <div class="doc_subsection">
750   <a name="globalopt">Global Variable Optimizer</a>
751 </div>
752 <div class="doc_text">
753   <p>
754   This pass transforms simple global variables that never have their address
755   taken.  If obviously true, it marks read/write globals as constant, deletes
756   variables only stored to, etc.
757   </p>
758 </div>
759
760 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
761 <div class="doc_subsection">
762   <a name="gvn">Global Value Numbering</a>
763 </div>
764 <div class="doc_text">
765   <p>
766   This pass performs global value numbering to eliminate fully and partially
767   redundant instructions.  It also performs redundant load elimination.
768   </p>
769 </div>
770
771
772 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
773 <div class="doc_subsection">
774   <a name="indmemrem">Indirect Malloc and Free Removal</a>
775 </div>
776 <div class="doc_text">
777   <p>
778   This pass finds places where memory allocation functions may escape into
779   indirect land.  Some transforms are much easier (aka possible) only if free 
780   or malloc are not called indirectly.
781   </p>
782   
783   <p>
784   Thus find places where the address of memory functions are taken and construct
785   bounce functions with direct calls of those functions.
786   </p>
787 </div>
788
789 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
790 <div class="doc_subsection">
791   <a name="indvars">Canonicalize Induction Variables</a>
792 </div>
793 <div class="doc_text">
794   <p>
795   This transformation analyzes and transforms the induction variables (and
796   computations derived from them) into simpler forms suitable for subsequent
797   analysis and transformation.
798   </p>
799   
800   <p>
801   This transformation makes the following changes to each loop with an
802   identifiable induction variable:
803   </p>
804   
805   <ol>
806     <li>All loops are transformed to have a <em>single</em> canonical
807         induction variable which starts at zero and steps by one.</li>
808     <li>The canonical induction variable is guaranteed to be the first PHI node
809         in the loop header block.</li>
810     <li>Any pointer arithmetic recurrences are raised to use array
811         subscripts.</li>
812   </ol>
813   
814   <p>
815   If the trip count of a loop is computable, this pass also makes the following
816   changes:
817   </p>
818   
819   <ol>
820     <li>The exit condition for the loop is canonicalized to compare the
821         induction value against the exit value.  This turns loops like:
822         <blockquote><pre>for (i = 7; i*i < 1000; ++i)</pre></blockquote>
823         into
824         <blockquote><pre>for (i = 0; i != 25; ++i)</pre></blockquote></li>
825     <li>Any use outside of the loop of an expression derived from the indvar
826         is changed to compute the derived value outside of the loop, eliminating
827         the dependence on the exit value of the induction variable.  If the only
828         purpose of the loop is to compute the exit value of some derived
829         expression, this transformation will make the loop dead.</li>
830   </ol>
831   
832   <p>
833   This transformation should be followed by strength reduction after all of the
834   desired loop transformations have been performed.  Additionally, on targets
835   where it is profitable, the loop could be transformed to count down to zero
836   (the "do loop" optimization).
837   </p>
838 </div>
839
840 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
841 <div class="doc_subsection">
842   <a name="inline">Function Integration/Inlining</a>
843 </div>
844 <div class="doc_text">
845   <p>
846   Bottom-up inlining of functions into callees.
847   </p>
848 </div>
849
850 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
851 <div class="doc_subsection">
852   <a name="insert-block-profiling">Insert instrumentation for block profiling</a>
853 </div>
854 <div class="doc_text">
855   <p>
856   This pass instruments the specified program with counters for basic block
857   profiling, which counts the number of times each basic block executes.  This
858   is the most basic form of profiling, which can tell which blocks are hot, but
859   cannot reliably detect hot paths through the CFG.
860   </p>
861   
862   <p>
863   Note that this implementation is very naïve.  Control equivalent regions of
864   the CFG should not require duplicate counters, but it does put duplicate
865   counters in.
866   </p>
867 </div>
868
869 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
870 <div class="doc_subsection">
871   <a name="insert-edge-profiling">Insert instrumentation for edge profiling</a>
872 </div>
873 <div class="doc_text">
874   <p>
875   This pass instruments the specified program with counters for edge profiling.
876   Edge profiling can give a reasonable approximation of the hot paths through a
877   program, and is used for a wide variety of program transformations.
878   </p>
879   
880   <p>
881   Note that this implementation is very naïve.  It inserts a counter for
882   <em>every</em> edge in the program, instead of using control flow information
883   to prune the number of counters inserted.
884   </p>
885 </div>
886
887 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
888 <div class="doc_subsection">
889   <a name="insert-function-profiling">Insert instrumentation for function profiling</a>
890 </div>
891 <div class="doc_text">
892   <p>
893   This pass instruments the specified program with counters for function
894   profiling, which counts the number of times each function is called.
895   </p>
896 </div>
897
898 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
899 <div class="doc_subsection">
900   <a name="insert-null-profiling-rs">Measure profiling framework overhead</a>
901 </div>
902 <div class="doc_text">
903   <p>
904   The basic profiler that does nothing.  It is the default profiler and thus
905   terminates <code>RSProfiler</code> chains.  It is useful for  measuring
906   framework overhead.
907   </p>
908 </div>
909
910 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
911 <div class="doc_subsection">
912   <a name="insert-rs-profiling-framework">Insert random sampling instrumentation framework</a>
913 </div>
914 <div class="doc_text">
915   <p>
916   The second stage of the random-sampling instrumentation framework, duplicates
917   all instructions in a function, ignoring the profiling code, then connects the
918   two versions together at the entry and at backedges.  At each connection point
919   a choice is made as to whether to jump to the profiled code (take a sample) or
920   execute the unprofiled code.
921   </p>
922   
923   <p>
924   After this pass, it is highly recommended to run<a href="#mem2reg">mem2reg</a>
925   and <a href="#adce">adce</a>. <a href="#instcombine">instcombine</a>,
926   <a href="#load-vn">load-vn</a>, <a href="#gdce">gdce</a>, and
927   <a href="#dse">dse</a> also are good to run afterwards.
928   </p>
929 </div>
930
931 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
932 <div class="doc_subsection">
933   <a name="instcombine">Combine redundant instructions</a>
934 </div>
935 <div class="doc_text">
936   <p>
937   Combine instructions to form fewer, simple
938   instructions.  This pass does not modify the CFG This pass is where algebraic
939   simplification happens.
940   </p>
941   
942   <p>
943   This pass combines things like:
944   </p>
945   
946 <blockquote><pre
947 >%Y = add i32 %X, 1
948 %Z = add i32 %Y, 1</pre></blockquote>
949   
950   <p>
951   into:
952   </p>
953
954 <blockquote><pre
955 >%Z = add i32 %X, 2</pre></blockquote>
956   
957   <p>
958   This is a simple worklist driven algorithm.
959   </p>
960   
961   <p>
962   This pass guarantees that the following canonicalizations are performed on
963   the program:
964   </p>
965
966   <ul>
967     <li>If a binary operator has a constant operand, it is moved to the right-
968         hand side.</li>
969     <li>Bitwise operators with constant operands are always grouped so that
970         shifts are performed first, then <code>or</code>s, then
971         <code>and</code>s, then <code>xor</code>s.</li>
972     <li>Compare instructions are converted from <code>&lt;</code>,
973         <code>&gt;</code>, <code>≤</code>, or <code>≥</code> to
974         <code>=</code> or <code>≠</code> if possible.</li>
975     <li>All <code>cmp</code> instructions on boolean values are replaced with
976         logical operations.</li>
977     <li><code>add <var>X</var>, <var>X</var></code> is represented as
978         <code>mul <var>X</var>, 2</code> â‡’ <code>shl <var>X</var>, 1</code></li>
979     <li>Multiplies with a constant power-of-two argument are transformed into
980         shifts.</li>
981     <li>… etc.</li>
982   </ul>
983 </div>
984
985 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
986 <div class="doc_subsection">
987   <a name="internalize">Internalize Global Symbols</a>
988 </div>
989 <div class="doc_text">
990   <p>
991   This pass loops over all of the functions in the input module, looking for a
992   main function.  If a main function is found, all other functions and all
993   global variables with initializers are marked as internal.
994   </p>
995 </div>
996
997 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
998 <div class="doc_subsection">
999   <a name="ipconstprop">Interprocedural constant propagation</a>
1000 </div>
1001 <div class="doc_text">
1002   <p>
1003   This pass implements an <em>extremely</em> simple interprocedural constant
1004   propagation pass.  It could certainly be improved in many different ways,
1005   like using a worklist.  This pass makes arguments dead, but does not remove
1006   them.  The existing dead argument elimination pass should be run after this
1007   to clean up the mess.
1008   </p>
1009 </div>
1010
1011 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1012 <div class="doc_subsection">
1013   <a name="ipsccp">Interprocedural Sparse Conditional Constant Propagation</a>
1014 </div>
1015 <div class="doc_text">
1016   <p>
1017   An interprocedural variant of <a href="#sccp">Sparse Conditional Constant 
1018   Propagation</a>.
1019   </p>
1020 </div>
1021
1022 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1023 <div class="doc_subsection">
1024   <a name="jump-threading">Thread control through conditional blocks</a>
1025 </div>
1026 <div class="doc_text">
1027   <p>
1028   Jump threading tries to find distinct threads of control flow running through
1029   a basic block. This pass looks at blocks that have multiple predecessors and
1030   multiple successors.  If one or more of the predecessors of the block can be
1031   proven to always cause a jump to one of the successors, we forward the edge
1032   from the predecessor to the successor by duplicating the contents of this
1033   block.
1034   </p>
1035   <p>
1036   An example of when this can occur is code like this:
1037   </p>
1038
1039   <pre
1040 >if () { ...
1041   X = 4;
1042 }
1043 if (X &lt; 3) {</pre>
1044
1045   <p>
1046   In this case, the unconditional branch at the end of the first if can be
1047   revectored to the false side of the second if.
1048   </p>
1049 </div>
1050
1051 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1052 <div class="doc_subsection">
1053   <a name="lcssa">Loop-Closed SSA Form Pass</a>
1054 </div>
1055 <div class="doc_text">
1056   <p>
1057   This pass transforms loops by placing phi nodes at the end of the loops for
1058   all values that are live across the loop boundary.  For example, it turns
1059   the left into the right code:
1060   </p>
1061   
1062   <pre
1063 >for (...)                for (...)
1064   if (c)                   if (c)
1065     X1 = ...                 X1 = ...
1066   else                     else
1067     X2 = ...                 X2 = ...
1068   X3 = phi(X1, X2)         X3 = phi(X1, X2)
1069 ... = X3 + 4              X4 = phi(X3)
1070                           ... = X4 + 4</pre>
1071   
1072   <p>
1073   This is still valid LLVM; the extra phi nodes are purely redundant, and will
1074   be trivially eliminated by <code>InstCombine</code>.  The major benefit of
1075   this transformation is that it makes many other loop optimizations, such as 
1076   LoopUnswitching, simpler.
1077   </p>
1078 </div>
1079
1080 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1081 <div class="doc_subsection">
1082   <a name="licm">Loop Invariant Code Motion</a>
1083 </div>
1084 <div class="doc_text">
1085   <p>
1086   This pass performs loop invariant code motion, attempting to remove as much
1087   code from the body of a loop as possible.  It does this by either hoisting
1088   code into the preheader block, or by sinking code to the exit blocks if it is
1089   safe.  This pass also promotes must-aliased memory locations in the loop to
1090   live in registers, thus hoisting and sinking "invariant" loads and stores.
1091   </p>
1092   
1093   <p>
1094   This pass uses alias analysis for two purposes:
1095   </p>
1096   
1097   <ul>
1098     <li>Moving loop invariant loads and calls out of loops.  If we can determine
1099         that a load or call inside of a loop never aliases anything stored to,
1100         we can hoist it or sink it like any other instruction.</li>
1101     <li>Scalar Promotion of Memory - If there is a store instruction inside of
1102         the loop, we try to move the store to happen AFTER the loop instead of
1103         inside of the loop.  This can only happen if a few conditions are true:
1104         <ul>
1105           <li>The pointer stored through is loop invariant.</li>
1106           <li>There are no stores or loads in the loop which <em>may</em> alias
1107               the pointer.  There are no calls in the loop which mod/ref the
1108               pointer.</li>
1109         </ul>
1110         If these conditions are true, we can promote the loads and stores in the
1111         loop of the pointer to use a temporary alloca'd variable.  We then use
1112         the mem2reg functionality to construct the appropriate SSA form for the
1113         variable.</li>
1114   </ul>
1115 </div>
1116 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1117 <div class="doc_subsection">
1118   <a name="loop-deletion">Dead Loop Deletion Pass</a>
1119 </div>
1120 <div class="doc_text">
1121   <p>
1122   This file implements the Dead Loop Deletion Pass.  This pass is responsible
1123   for eliminating loops with non-infinite computable trip counts that have no
1124   side effects or volatile instructions, and do not contribute to the
1125   computation of the function's return value.
1126   </p>
1127 </div>
1128
1129 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1130 <div class="doc_subsection">
1131   <a name="loop-extract">Extract loops into new functions</a>
1132 </div>
1133 <div class="doc_text">
1134   <p>
1135   A pass wrapper around the <code>ExtractLoop()</code> scalar transformation to 
1136   extract each top-level loop into its own new function. If the loop is the
1137   <em>only</em> loop in a given function, it is not touched. This is a pass most
1138   useful for debugging via bugpoint.
1139   </p>
1140 </div>
1141
1142 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1143 <div class="doc_subsection">
1144   <a name="loop-extract-single">Extract at most one loop into a new function</a>
1145 </div>
1146 <div class="doc_text">
1147   <p>
1148   Similar to <a href="#loop-extract">Extract loops into new functions</a>,
1149   this pass extracts one natural loop from the program into a function if it
1150   can. This is used by bugpoint.
1151   </p>
1152 </div>
1153
1154 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1155 <div class="doc_subsection">
1156   <a name="loop-index-split">Index Split Loops</a>
1157 </div>
1158 <div class="doc_text">
1159   <p>
1160   This pass divides loop's iteration range by spliting loop such that each 
1161   individual loop is executed efficiently.
1162   </p>
1163 </div>
1164
1165 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1166 <div class="doc_subsection">
1167   <a name="loop-reduce">Loop Strength Reduction</a>
1168 </div>
1169 <div class="doc_text">
1170   <p>
1171   This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
1172   have as one or more of their components the loop induction variable.  This is
1173   accomplished by creating a new value to hold the initial value of the array
1174   access for the first iteration, and then creating a new GEP instruction in
1175   the loop to increment the value by the appropriate amount.
1176   </p>
1177 </div>
1178
1179 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1180 <div class="doc_subsection">
1181   <a name="loop-rotate">Rotate Loops</a>
1182 </div>
1183 <div class="doc_text">
1184   <p>A simple loop rotation transformation.</p>
1185 </div>
1186
1187 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1188 <div class="doc_subsection">
1189   <a name="loop-unroll">Unroll loops</a>
1190 </div>
1191 <div class="doc_text">
1192   <p>
1193   This pass implements a simple loop unroller.  It works best when loops have
1194   been canonicalized by the <a href="#indvars"><tt>-indvars</tt></a> pass,
1195   allowing it to determine the trip counts of loops easily.
1196   </p>
1197 </div>
1198
1199 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1200 <div class="doc_subsection">
1201   <a name="loop-unswitch">Unswitch loops</a>
1202 </div>
1203 <div class="doc_text">
1204   <p>
1205   This pass transforms loops that contain branches on loop-invariant conditions
1206   to have multiple loops.  For example, it turns the left into the right code:
1207   </p>
1208   
1209   <pre
1210 >for (...)                  if (lic)
1211   A                          for (...)
1212   if (lic)                     A; B; C
1213     B                      else
1214   C                          for (...)
1215                                A; C</pre>
1216   
1217   <p>
1218   This can increase the size of the code exponentially (doubling it every time
1219   a loop is unswitched) so we only unswitch if the resultant code will be
1220   smaller than a threshold.
1221   </p>
1222   
1223   <p>
1224   This pass expects LICM to be run before it to hoist invariant conditions out
1225   of the loop, to make the unswitching opportunity obvious.
1226   </p>
1227 </div>
1228
1229 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1230 <div class="doc_subsection">
1231   <a name="loopsimplify">Canonicalize natural loops</a>
1232 </div>
1233 <div class="doc_text">
1234   <p>
1235   This pass performs several transformations to transform natural loops into a
1236   simpler form, which makes subsequent analyses and transformations simpler and
1237   more effective.
1238   </p>
1239   
1240   <p>
1241   Loop pre-header insertion guarantees that there is a single, non-critical
1242   entry edge from outside of the loop to the loop header.  This simplifies a
1243   number of analyses and transformations, such as LICM.
1244   </p>
1245   
1246   <p>
1247   Loop exit-block insertion guarantees that all exit blocks from the loop
1248   (blocks which are outside of the loop that have predecessors inside of the
1249   loop) only have predecessors from inside of the loop (and are thus dominated
1250   by the loop header).  This simplifies transformations such as store-sinking
1251   that are built into LICM.
1252   </p>
1253   
1254   <p>
1255   This pass also guarantees that loops will have exactly one backedge.
1256   </p>
1257   
1258   <p>
1259   Note that the simplifycfg pass will clean up blocks which are split out but
1260   end up being unnecessary, so usage of this pass should not pessimize
1261   generated code.
1262   </p>
1263   
1264   <p>
1265   This pass obviously modifies the CFG, but updates loop information and
1266   dominator information.
1267   </p>
1268 </div>
1269
1270 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1271 <div class="doc_subsection">
1272   <a name="lowerallocs">Lower allocations from instructions to calls</a>
1273 </div>
1274 <div class="doc_text">
1275   <p>
1276   Turn <tt>malloc</tt> and <tt>free</tt> instructions into <tt>@malloc</tt> and
1277   <tt>@free</tt> calls.
1278   </p>
1279
1280   <p>
1281   This is a target-dependent tranformation because it depends on the size of
1282   data types and alignment constraints.
1283   </p>
1284 </div>
1285
1286 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1287 <div class="doc_subsection">
1288   <a name="lowerinvoke">Lower invoke and unwind, for unwindless code generators</a>
1289 </div>
1290 <div class="doc_text">
1291   <p>
1292   This transformation is designed for use by code generators which do not yet
1293   support stack unwinding.  This pass supports two models of exception handling
1294   lowering, the 'cheap' support and the 'expensive' support.
1295   </p>
1296   
1297   <p>
1298   'Cheap' exception handling support gives the program the ability to execute
1299   any program which does not "throw an exception", by turning 'invoke'
1300   instructions into calls and by turning 'unwind' instructions into calls to
1301   abort().  If the program does dynamically use the unwind instruction, the
1302   program will print a message then abort.
1303   </p>
1304   
1305   <p>
1306   'Expensive' exception handling support gives the full exception handling
1307   support to the program at the cost of making the 'invoke' instruction
1308   really expensive.  It basically inserts setjmp/longjmp calls to emulate the
1309   exception handling as necessary.
1310   </p>
1311   
1312   <p>
1313   Because the 'expensive' support slows down programs a lot, and EH is only
1314   used for a subset of the programs, it must be specifically enabled by the
1315   <tt>-enable-correct-eh-support</tt> option.
1316   </p>
1317   
1318   <p>
1319   Note that after this pass runs the CFG is not entirely accurate (exceptional
1320   control flow edges are not correct anymore) so only very simple things should
1321   be done after the lowerinvoke pass has run (like generation of native code).
1322   This should not be used as a general purpose "my LLVM-to-LLVM pass doesn't
1323   support the invoke instruction yet" lowering pass.
1324   </p>
1325 </div>
1326
1327 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1328 <div class="doc_subsection">
1329   <a name="lowersetjmp">Lower Set Jump</a>
1330 </div>
1331 <div class="doc_text">
1332   <p>
1333    Lowers <tt>setjmp</tt> and <tt>longjmp</tt> to use the LLVM invoke and unwind
1334    instructions as necessary.
1335   </p>
1336   
1337   <p>
1338    Lowering of <tt>longjmp</tt> is fairly trivial. We replace the call with a
1339    call to the LLVM library function <tt>__llvm_sjljeh_throw_longjmp()</tt>.
1340    This unwinds the stack for us calling all of the destructors for
1341    objects allocated on the stack.
1342   </p>
1343   
1344   <p>
1345    At a <tt>setjmp</tt> call, the basic block is split and the <tt>setjmp</tt>
1346    removed. The calls in a function that have a <tt>setjmp</tt> are converted to
1347    invoke where the except part checks to see if it's a <tt>longjmp</tt>
1348    exception and, if so, if it's handled in the function. If it is, then it gets
1349    the value returned by the <tt>longjmp</tt> and goes to where the basic block
1350    was split. <tt>invoke</tt> instructions are handled in a similar fashion with
1351    the original except block being executed if it isn't a <tt>longjmp</tt>
1352    except that is handled by that function.
1353   </p>
1354 </div>
1355
1356 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1357 <div class="doc_subsection">
1358   <a name="lowerswitch">Lower SwitchInst's to branches</a>
1359 </div>
1360 <div class="doc_text">
1361   <p>
1362   Rewrites <tt>switch</tt> instructions with a sequence of branches, which
1363   allows targets to get away with not implementing the switch instruction until
1364   it is convenient.
1365   </p>
1366 </div>
1367
1368 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1369 <div class="doc_subsection">
1370   <a name="mem2reg">Promote Memory to Register</a>
1371 </div>
1372 <div class="doc_text">
1373   <p>
1374   This file promotes memory references to be register references.  It promotes
1375   <tt>alloca</tt> instructions which only have <tt>load</tt>s and
1376   <tt>store</tt>s as uses.  An <tt>alloca</tt> is transformed by using dominator
1377   frontiers to place <tt>phi</tt> nodes, then traversing the function in
1378   depth-first order to rewrite <tt>load</tt>s and <tt>store</tt>s as
1379   appropriate. This is just the standard SSA construction algorithm to construct
1380   "pruned" SSA form.
1381   </p>
1382 </div>
1383
1384 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1385 <div class="doc_subsection">
1386   <a name="memcpyopt">Optimize use of memcpy and friend</a>
1387 </div>
1388 <div class="doc_text">
1389   <p>
1390   This pass performs various transformations related to eliminating memcpy
1391   calls, or transforming sets of stores into memset's.
1392   </p>
1393 </div>
1394
1395 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1396 <div class="doc_subsection">
1397   <a name="mergereturn">Unify function exit nodes</a>
1398 </div>
1399 <div class="doc_text">
1400   <p>
1401   Ensure that functions have at most one <tt>ret</tt> instruction in them.
1402   Additionally, it keeps track of which node is the new exit node of the CFG.
1403   </p>
1404 </div>
1405
1406 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1407 <div class="doc_subsection">
1408   <a name="prune-eh">Remove unused exception handling info</a>
1409 </div>
1410 <div class="doc_text">
1411   <p>
1412   This file implements a simple interprocedural pass which walks the call-graph,
1413   turning <tt>invoke</tt> instructions into <tt>call</tt> instructions if and
1414   only if the callee cannot throw an exception. It implements this as a
1415   bottom-up traversal of the call-graph.
1416   </p>
1417 </div>
1418
1419 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1420 <div class="doc_subsection">
1421   <a name="reassociate">Reassociate expressions</a>
1422 </div>
1423 <div class="doc_text">
1424   <p>
1425   This pass reassociates commutative expressions in an order that is designed
1426   to promote better constant propagation, GCSE, LICM, PRE, etc.
1427   </p>
1428   
1429   <p>
1430   For example: 4 + (<var>x</var> + 5) â‡’ <var>x</var> + (4 + 5)
1431   </p>
1432   
1433   <p>
1434   In the implementation of this algorithm, constants are assigned rank = 0,
1435   function arguments are rank = 1, and other values are assigned ranks
1436   corresponding to the reverse post order traversal of current function
1437   (starting at 2), which effectively gives values in deep loops higher rank
1438   than values not in loops.
1439   </p>
1440 </div>
1441
1442 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1443 <div class="doc_subsection">
1444   <a name="reg2mem">Demote all values to stack slots</a>
1445 </div>
1446 <div class="doc_text">
1447   <p>
1448   This file demotes all registers to memory references.  It is intented to be
1449   the inverse of <a href="#mem2reg"><tt>-mem2reg</tt></a>.  By converting to
1450   <tt>load</tt> instructions, the only values live across basic blocks are
1451   <tt>alloca</tt> instructions and <tt>load</tt> instructions before
1452   <tt>phi</tt> nodes. It is intended that this should make CFG hacking much 
1453   easier. To make later hacking easier, the entry block is split into two, such
1454   that all introduced <tt>alloca</tt> instructions (and nothing else) are in the
1455   entry block.
1456   </p>
1457 </div>
1458
1459 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1460 <div class="doc_subsection">
1461   <a name="scalarrepl">Scalar Replacement of Aggregates</a>
1462 </div>
1463 <div class="doc_text">
1464   <p>
1465   The well-known scalar replacement of aggregates transformation.  This
1466   transform breaks up <tt>alloca</tt> instructions of aggregate type (structure
1467   or array) into individual <tt>alloca</tt> instructions for each member if
1468   possible.  Then, if possible, it transforms the individual <tt>alloca</tt>
1469   instructions into nice clean scalar SSA form.
1470   </p>
1471   
1472   <p>
1473   This combines a simple scalar replacement of aggregates algorithm with the <a
1474   href="#mem2reg"><tt>mem2reg</tt></a> algorithm because often interact, 
1475   especially for C++ programs.  As such, iterating between <tt>scalarrepl</tt>, 
1476   then <a href="#mem2reg"><tt>mem2reg</tt></a> until we run out of things to 
1477   promote works well.
1478   </p>
1479 </div>
1480
1481 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1482 <div class="doc_subsection">
1483   <a name="sccp">Sparse Conditional Constant Propagation</a>
1484 </div>
1485 <div class="doc_text">
1486   <p>
1487   Sparse conditional constant propagation and merging, which can be summarized
1488   as:
1489   </p>
1490   
1491   <ol>
1492     <li>Assumes values are constant unless proven otherwise</li>
1493     <li>Assumes BasicBlocks are dead unless proven otherwise</li>
1494     <li>Proves values to be constant, and replaces them with constants</li>
1495     <li>Proves conditional branches to be unconditional</li>
1496   </ol>
1497   
1498   <p>
1499   Note that this pass has a habit of making definitions be dead.  It is a good
1500   idea to to run a DCE pass sometime after running this pass.
1501   </p>
1502 </div>
1503
1504 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1505 <div class="doc_subsection">
1506   <a name="simplify-libcalls">Simplify well-known library calls</a>
1507 </div>
1508 <div class="doc_text">
1509   <p>
1510   Applies a variety of small optimizations for calls to specific well-known 
1511   function calls (e.g. runtime library functions). For example, a call
1512    <tt>exit(3)</tt> that occurs within the <tt>main()</tt> function can be 
1513    transformed into simply <tt>return 3</tt>.
1514   </p>
1515 </div>
1516
1517 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1518 <div class="doc_subsection">
1519   <a name="simplifycfg">Simplify the CFG</a>
1520 </div>
1521 <div class="doc_text">
1522   <p>
1523   Performs dead code elimination and basic block merging. Specifically:
1524   </p>
1525   
1526   <ol>
1527     <li>Removes basic blocks with no predecessors.</li>
1528     <li>Merges a basic block into its predecessor if there is only one and the
1529         predecessor only has one successor.</li>
1530     <li>Eliminates PHI nodes for basic blocks with a single predecessor.</li>
1531     <li>Eliminates a basic block that only contains an unconditional
1532         branch.</li>
1533   </ol>
1534 </div>
1535
1536 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1537 <div class="doc_subsection">
1538   <a name="strip">Strip all symbols from a module</a>
1539 </div>
1540 <div class="doc_text">
1541   <p>
1542   Performs code stripping. This transformation can delete:
1543   </p>
1544   
1545   <ol>
1546     <li>names for virtual registers</li>
1547     <li>symbols for internal globals and functions</li>
1548     <li>debug information</li>
1549   </ol>
1550   
1551   <p>
1552   Note that this transformation makes code much less readable, so it should
1553   only be used in situations where the <tt>strip</tt> utility would be used,
1554   such as reducing code size or making it harder to reverse engineer code.
1555   </p>
1556 </div>
1557
1558 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1559 <div class="doc_subsection">
1560   <a name="strip-dead-prototypes">Remove unused function declarations</a>
1561 </div>
1562 <div class="doc_text">
1563   <p>
1564   This pass loops over all of the functions in the input module, looking for
1565   dead declarations and removes them. Dead declarations are declarations of
1566   functions for which no implementation is available (i.e., declarations for
1567   unused library functions).
1568   </p>
1569 </div>
1570
1571 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1572 <div class="doc_subsection">
1573   <a name="sretpromotion">Promote sret arguments</a>
1574 </div>
1575 <div class="doc_text">
1576   <p>
1577   This pass finds functions that return a struct (using a pointer to the struct
1578   as the first argument of the function, marked with the '<tt>sret</tt>' attribute) and
1579   replaces them with a new function that simply returns each of the elements of
1580   that struct (using multiple return values).
1581   </p>
1582
1583   <p>
1584   This pass works under a number of conditions:
1585   </p>
1586
1587   <ul>
1588   <li>The returned struct must not contain other structs</li>
1589   <li>The returned struct must only be used to load values from</li>
1590   <li>The placeholder struct passed in is the result of an <tt>alloca</tt></li>
1591   </ul>
1592 </div>
1593
1594 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1595 <div class="doc_subsection">
1596   <a name="tailcallelim">Tail Call Elimination</a>
1597 </div>
1598 <div class="doc_text">
1599   <p>
1600   This file transforms calls of the current function (self recursion) followed
1601   by a return instruction with a branch to the entry of the function, creating
1602   a loop.  This pass also implements the following extensions to the basic
1603   algorithm:
1604   </p>
1605   
1606   <ul>
1607   <li>Trivial instructions between the call and return do not prevent the
1608       transformation from taking place, though currently the analysis cannot
1609       support moving any really useful instructions (only dead ones).
1610   <li>This pass transforms functions that are prevented from being tail
1611       recursive by an associative expression to use an accumulator variable,
1612       thus compiling the typical naive factorial or <tt>fib</tt> implementation
1613       into efficient code.
1614   <li>TRE is performed if the function returns void, if the return
1615       returns the result returned by the call, or if the function returns a
1616       run-time constant on all exits from the function.  It is possible, though
1617       unlikely, that the return returns something else (like constant 0), and
1618       can still be TRE'd.  It can be TRE'd if <em>all other</em> return 
1619       instructions in the function return the exact same value.
1620   <li>If it can prove that callees do not access theier caller stack frame,
1621       they are marked as eligible for tail call elimination (by the code
1622       generator).
1623   </ul>
1624 </div>
1625
1626 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1627 <div class="doc_subsection">
1628   <a name="tailduplicate">Tail Duplication</a>
1629 </div>
1630 <div class="doc_text">
1631   <p>
1632   This pass performs a limited form of tail duplication, intended to simplify
1633   CFGs by removing some unconditional branches.  This pass is necessary to
1634   straighten out loops created by the C front-end, but also is capable of
1635   making other code nicer.  After this pass is run, the CFG simplify pass
1636   should be run to clean up the mess.
1637   </p>
1638 </div>
1639
1640 <!-- ======================================================================= -->
1641 <div class="doc_section"> <a name="transform">Utility Passes</a></div>
1642 <div class="doc_text">
1643   <p>This section describes the LLVM Utility Passes.</p>
1644 </div>
1645
1646 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1647 <div class="doc_subsection">
1648   <a name="deadarghaX0r">Dead Argument Hacking (BUGPOINT USE ONLY; DO NOT USE)</a>
1649 </div>
1650 <div class="doc_text">
1651   <p>
1652   Same as dead argument elimination, but deletes arguments to functions which
1653   are external.  This is only for use by <a
1654   href="Bugpoint.html">bugpoint</a>.</p>
1655 </div>
1656
1657 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1658 <div class="doc_subsection">
1659   <a name="extract-blocks">Extract Basic Blocks From Module (for bugpoint use)</a>
1660 </div>
1661 <div class="doc_text">
1662   <p>
1663   This pass is used by bugpoint to extract all blocks from the module into their
1664   own functions.</p>
1665 </div>
1666
1667 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1668 <div class="doc_subsection">
1669   <a name="preverify">Preliminary module verification</a>
1670 </div>
1671 <div class="doc_text">
1672   <p>
1673   Ensures that the module is in the form required by the <a
1674   href="#verifier">Module Verifier</a> pass.
1675   </p>
1676   
1677   <p>
1678   Running the verifier runs this pass automatically, so there should be no need
1679   to use it directly.
1680   </p>
1681 </div>
1682
1683 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1684 <div class="doc_subsection">
1685   <a name="verify">Module Verifier</a>
1686 </div>
1687 <div class="doc_text">
1688   <p>
1689   Verifies an LLVM IR code. This is useful to run after an optimization which is
1690   undergoing testing. Note that <tt>llvm-as</tt> verifies its input before
1691   emitting bitcode, and also that malformed bitcode is likely to make LLVM
1692   crash. All language front-ends are therefore encouraged to verify their output
1693   before performing optimizing transformations.
1694   </p>
1695
1696   <ul>
1697     <li>Both of a binary operator's parameters are of the same type.</li>
1698     <li>Verify that the indices of mem access instructions match other
1699         operands.</li>
1700     <li>Verify that arithmetic and other things are only performed on
1701         first-class types.  Verify that shifts and logicals only happen on
1702         integrals f.e.</li>
1703     <li>All of the constants in a switch statement are of the correct type.</li>
1704     <li>The code is in valid SSA form.</li>
1705     <li>It is illegal to put a label into any other type (like a structure) or 
1706         to return one.</li>
1707     <li>Only phi nodes can be self referential: <tt>%x = add i32 %x, %x</tt> is
1708         invalid.</li>
1709     <li>PHI nodes must have an entry for each predecessor, with no extras.</li>
1710     <li>PHI nodes must be the first thing in a basic block, all grouped
1711         together.</li>
1712     <li>PHI nodes must have at least one entry.</li>
1713     <li>All basic blocks should only end with terminator insts, not contain
1714         them.</li>
1715     <li>The entry node to a function must not have predecessors.</li>
1716     <li>All Instructions must be embedded into a basic block.</li>
1717     <li>Functions cannot take a void-typed parameter.</li>
1718     <li>Verify that a function's argument list agrees with its declared
1719         type.</li>
1720     <li>It is illegal to specify a name for a void value.</li>
1721     <li>It is illegal to have a internal global value with no initializer.</li>
1722     <li>It is illegal to have a ret instruction that returns a value that does
1723         not agree with the function return value type.</li>
1724     <li>Function call argument types match the function prototype.</li>
1725     <li>All other things that are tested by asserts spread about the code.</li>
1726   </ul>
1727   
1728   <p>
1729   Note that this does not provide full security verification (like Java), but
1730   instead just tries to ensure that code is well-formed.
1731   </p>
1732 </div>
1733
1734 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1735 <div class="doc_subsection">
1736   <a name="view-cfg">View CFG of function</a>
1737 </div>
1738 <div class="doc_text">
1739   <p>
1740   Displays the control flow graph using the GraphViz tool.
1741   </p>
1742 </div>
1743
1744 <!-------------------------------------------------------------------------- -->
1745 <div class="doc_subsection">
1746   <a name="view-cfg-only">View CFG of function (with no function bodies)</a>
1747 </div>
1748 <div class="doc_text">
1749   <p>
1750   Displays the control flow graph using the GraphViz tool, but omitting function
1751   bodies.
1752   </p>
1753 </div>
1754
1755 <!-- *********************************************************************** -->
1756
1757 <hr>
1758 <address>
1759   <a href="http://jigsaw.w3.org/css-validator/check/referer"><img
1760   src="http://jigsaw.w3.org/css-validator/images/vcss-blue" alt="Valid CSS"></a>
1761   <a href="http://validator.w3.org/check/referer"><img
1762   src="http://www.w3.org/Icons/valid-html401-blue" alt="Valid HTML 4.01"></a>
1763
1764   <a href="mailto:rspencer@x10sys.com">Reid Spencer</a><br>
1765   <a href="http://llvm.org">LLVM Compiler Infrastructure</a><br>
1766   Last modified: $Date$
1767 </address>
1768
1769 </body>
1770 </html>