include/llvm/Analysis/LoopAccessAnalysis.h

   1 //===- llvm/Analysis/LoopAccessAnalysis.h -----------------------*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file defines the interface for the loop memory dependence framework that
  11 // was originally developed for the Loop Vectorizer.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #ifndef LLVM_ANALYSIS_LOOPACCESSANALYSIS_H
  16 #define LLVM_ANALYSIS_LOOPACCESSANALYSIS_H
  17
  18 #include "llvm/ADT/EquivalenceClasses.h"
  19 #include "llvm/ADT/Optional.h"
  20 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
  21 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  22 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
  23 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
  24 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
  25 #include "llvm/Pass.h"
  26 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  27
  28 namespace llvm {
  29
  30 class Value;
  31 class DataLayout;
  32 class AliasAnalysis;
  33 class ScalarEvolution;
  34 class Loop;
  35 class SCEV;
  36
  37 /// Optimization analysis message produced during vectorization. Messages inform
  38 /// the user why vectorization did not occur.
  39 class VectorizationReport {
  40   std::string Message;
  41   Instruction *Instr;
  42
  43 public:
  44   VectorizationReport(Instruction *I = nullptr)
  45       : Message("loop not vectorized: "), Instr(I) {}
  46
  47   template <typename A> VectorizationReport &operator<<(const A &Value) {
  48     raw_string_ostream Out(Message);
  49     Out << Value;
  50     return *this;
  51   }
  52
  53   Instruction *getInstr() { return Instr; }
  54
  55   std::string &str() { return Message; }
  56   operator Twine() { return Message; }
  57
  58   /// \brief Emit an analysis note for \p PassName with the debug location from
  59   /// the instruction in \p Message if available.  Otherwise use the location of
  60   /// \p TheLoop.
  61   static void emitAnalysis(VectorizationReport &Message,
  62                            const Function *TheFunction,
  63                            const Loop *TheLoop,
  64                            const char *PassName);
  65 };
  66
  67 /// \brief Collection of parameters shared beetween the Loop Vectorizer and the
  68 /// Loop Access Analysis.
  69 struct VectorizerParams {
  70   /// \brief Maximum SIMD width.
  71   static const unsigned MaxVectorWidth;
  72
  73   /// \brief VF as overridden by the user.
  74   static unsigned VectorizationFactor;
  75   /// \brief Interleave factor as overridden by the user.
  76   static unsigned VectorizationInterleave;
  77
  78   /// \\brief When performing memory disambiguation checks at runtime do not
  79   /// make more than this number of comparisons.
  80   static const unsigned RuntimeMemoryCheckThreshold;
  81 };
  82
  83 /// \brief Drive the analysis of memory accesses in the loop
  84 ///
  85 /// This class is responsible for analyzing the memory accesses of a loop.  It
  86 /// collects the accesses and then its main helper the AccessAnalysis class
  87 /// finds and categorizes the dependences in buildDependenceSets.
  88 ///
  89 /// For memory dependences that can be analyzed at compile time, it determines
  90 /// whether the dependence is part of cycle inhibiting vectorization.  This work
  91 /// is delegated to the MemoryDepChecker class.
  92 ///
  93 /// For memory dependences that cannot be determined at compile time, it
  94 /// generates run-time checks to prove independence.  This is done by
  95 /// AccessAnalysis::canCheckPtrAtRT and the checks are maintained by the
  96 /// RuntimePointerCheck class.
  97 class LoopAccessInfo {
  98 public:
  99   /// This struct holds information about the memory runtime legality check that
 100   /// a group of pointers do not overlap.
 101   struct RuntimePointerCheck {
 102     RuntimePointerCheck() : Need(false) {}
 103
 104     /// Reset the state of the pointer runtime information.
 105     void reset() {
 106       Need = false;
 107       Pointers.clear();
 108       Starts.clear();
 109       Ends.clear();
 110       IsWritePtr.clear();
 111       DependencySetId.clear();
 112       AliasSetId.clear();
 113     }
 114
 115     /// Insert a pointer and calculate the start and end SCEVs.
 116     void insert(ScalarEvolution *SE, Loop *Lp, Value *Ptr, bool WritePtr,
 117                 unsigned DepSetId, unsigned ASId, ValueToValueMap &Strides);
 118
 119     /// \brief Decide whether we need to issue a run-time check for pointer at
 120     /// index \p I and \p J to prove their independence.
 121     bool needsChecking(unsigned I, unsigned J) const;
 122
 123     /// This flag indicates if we need to add the runtime check.
 124     bool Need;
 125     /// Holds the pointers that we need to check.
 126     SmallVector<TrackingVH<Value>, 2> Pointers;
 127     /// Holds the pointer value at the beginning of the loop.
 128     SmallVector<const SCEV*, 2> Starts;
 129     /// Holds the pointer value at the end of the loop.
 130     SmallVector<const SCEV*, 2> Ends;
 131     /// Holds the information if this pointer is used for writing to memory.
 132     SmallVector<bool, 2> IsWritePtr;
 133     /// Holds the id of the set of pointers that could be dependent because of a
 134     /// shared underlying object.
 135     SmallVector<unsigned, 2> DependencySetId;
 136     /// Holds the id of the disjoint alias set to which this pointer belongs.
 137     SmallVector<unsigned, 2> AliasSetId;
 138   };
 139
 140   LoopAccessInfo(Loop *L, ScalarEvolution *SE, const DataLayout *DL,
 141                  const TargetLibraryInfo *TLI, AliasAnalysis *AA,
 142                  DominatorTree *DT, ValueToValueMap &Strides);
 143
 144   /// Return true we can analyze the memory accesses in the loop and there are
 145   /// no memory dependence cycles.
 146   bool canVectorizeMemory() { return CanVecMem; }
 147
 148   RuntimePointerCheck *getRuntimePointerCheck() { return &PtrRtCheck; }
 149
 150   /// Return true if the block BB needs to be predicated in order for the loop
 151   /// to be vectorized.
 152   static bool blockNeedsPredication(BasicBlock *BB, Loop *TheLoop,
 153                                     DominatorTree *DT);
 154
 155   /// Returns true if the value V is uniform within the loop.
 156   bool isUniform(Value *V);
 157
 158   unsigned getMaxSafeDepDistBytes() const { return MaxSafeDepDistBytes; }
 159   unsigned getNumStores() const { return NumStores; }
 160   unsigned getNumLoads() const { return NumLoads;}
 161
 162   /// \brief Add code that checks at runtime if the accessed arrays overlap.
 163   ///
 164   /// Returns a pair of instructions where the first element is the first
 165   /// instruction generated in possibly a sequence of instructions and the
 166   /// second value is the final comparator value or NULL if no check is needed.
 167   std::pair<Instruction *, Instruction *> addRuntimeCheck(Instruction *Loc);
 168
 169   /// \brief The diagnostics report generated for the analysis.  E.g. why we
 170   /// couldn't analyze the loop.
 171   Optional<VectorizationReport> &getReport() { return Report; }
 172
 173   /// \brief Used to ensure that if the analysis was run with speculating the
 174   /// value of symbolic strides, the client queries it with the same assumption.
 175   /// Only used in DEBUG build but we don't want NDEBUG-depedent ABI.
 176   unsigned NumSymbolicStrides;
 177
 178 private:
 179   /// \brief Analyze the loop.  Substitute symbolic strides using Strides.
 180   void analyzeLoop(ValueToValueMap &Strides);
 181
 182   /// \brief Check if the structure of the loop allows it to be analyzed by this
 183   /// pass.
 184   bool canAnalyzeLoop();
 185
 186   void emitAnalysis(VectorizationReport &Message);
 187
 188   /// We need to check that all of the pointers in this list are disjoint
 189   /// at runtime.
 190   RuntimePointerCheck PtrRtCheck;
 191   Loop *TheLoop;
 192   ScalarEvolution *SE;
 193   const DataLayout *DL;
 194   const TargetLibraryInfo *TLI;
 195   AliasAnalysis *AA;
 196   DominatorTree *DT;
 197
 198   unsigned NumLoads;
 199   unsigned NumStores;
 200
 201   unsigned MaxSafeDepDistBytes;
 202
 203   /// \brief Cache the result of analyzeLoop.
 204   bool CanVecMem;
 205
 206   /// \brief The diagnostics report generated for the analysis.  E.g. why we
 207   /// couldn't analyze the loop.
 208   Optional<VectorizationReport> Report;
 209 };
 210
 211 Value *stripIntegerCast(Value *V);
 212
 213 ///\brief Return the SCEV corresponding to a pointer with the symbolic stride
 214 ///replaced with constant one.
 215 ///
 216 /// If \p OrigPtr is not null, use it to look up the stride value instead of \p
 217 /// Ptr.  \p PtrToStride provides the mapping between the pointer value and its
 218 /// stride as collected by LoopVectorizationLegality::collectStridedAccess.
 219 const SCEV *replaceSymbolicStrideSCEV(ScalarEvolution *SE,
 220                                       ValueToValueMap &PtrToStride,
 221                                       Value *Ptr, Value *OrigPtr = nullptr);
 222
 223 /// \brief This analysis provides dependence information for the memory accesses
 224 /// of a loop.
 225 ///
 226 /// It runs the analysis for a loop on demand.  This can be initiated by
 227 /// querying the loop access info via LAA::getInfo.  getInfo return a
 228 /// LoopAccessInfo object.  See this class for the specifics of what information
 229 /// is provided.
 230 class LoopAccessAnalysis : public FunctionPass {
 231 public:
 232   static char ID;
 233
 234   LoopAccessAnalysis() : FunctionPass(ID) {
 235     initializeLoopAccessAnalysisPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 236   }
 237
 238   bool runOnFunction(Function &F) override;
 239
 240   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
 241
 242   /// \brief Query the result of the loop access information for the loop \p L.
 243   ///
 244   /// If the client speculates (and then issues run-time checks) for the values
 245   /// of symbolic strides, \p Strides provides the mapping (see
 246   /// replaceSymbolicStrideSCEV).  If there is no cached result available run
 247   /// the analysis.
 248   LoopAccessInfo &getInfo(Loop *L, ValueToValueMap &Strides);
 249
 250   void releaseMemory() override {
 251     // Invalidate the cache when the pass is freed.
 252     LoopAccessInfoMap.clear();
 253   }
 254
 255 private:
 256   /// \brief The cache.
 257   DenseMap<Loop *, std::unique_ptr<LoopAccessInfo>> LoopAccessInfoMap;
 258
 259   // The used analysis passes.
 260   ScalarEvolution *SE;
 261   const DataLayout *DL;
 262   const TargetLibraryInfo *TLI;
 263   AliasAnalysis *AA;
 264   DominatorTree *DT;
 265 };
 266 } // End llvm namespace
 267
 268 #endif