3ec83f2c21fdf1a52e77af0fd62cf0e32b2d5014
[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / LoopInfo.h
1 //===- llvm/Analysis/LoopInfo.h - Natural Loop Calculator -------*- 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 LoopInfo class that is used to identify natural loops
11 // and determine the loop depth of various nodes of the CFG.  A natural loop
12 // has exactly one entry-point, which is called the header. Note that natural
13 // loops may actually be several loops that share the same header node.
14 //
15 // This analysis calculates the nesting structure of loops in a function.  For
16 // each natural loop identified, this analysis identifies natural loops
17 // contained entirely within the loop and the basic blocks the make up the loop.
18 //
19 // It can calculate on the fly various bits of information, for example:
20 //
21 //  * whether there is a preheader for the loop
22 //  * the number of back edges to the header
23 //  * whether or not a particular block branches out of the loop
24 //  * the successor blocks of the loop
25 //  * the loop depth
26 //  * etc...
27 //
28 //===----------------------------------------------------------------------===//
29
30 #ifndef LLVM_ANALYSIS_LOOPINFO_H
31 #define LLVM_ANALYSIS_LOOPINFO_H
32
33 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
34 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
35 #include "llvm/ADT/GraphTraits.h"
36 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
37 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
38 #include "llvm/IR/CFG.h"
39 #include "llvm/IR/Instruction.h"
40 #include "llvm/Pass.h"
41 #include <algorithm>
42
43 namespace llvm {
44
45 // FIXME: Replace this brittle forward declaration with the include of the new
46 // PassManager.h when doing so doesn't break the PassManagerBuilder.
47 template <typename IRUnitT> class AnalysisManager;
48 class PreservedAnalyses;
49
50 class DominatorTree;
51 class LoopInfo;
52 class Loop;
53 class MDNode;
54 class PHINode;
55 class raw_ostream;
56 template<class N> class DominatorTreeBase;
57 template<class N, class M> class LoopInfoBase;
58 template<class N, class M> class LoopBase;
59
60 //===----------------------------------------------------------------------===//
61 /// LoopBase class - Instances of this class are used to represent loops that
62 /// are detected in the flow graph
63 ///
64 template<class BlockT, class LoopT>
65 class LoopBase {
66   LoopT *ParentLoop;
67   // SubLoops - Loops contained entirely within this one.
68   std::vector<LoopT *> SubLoops;
69
70   // Blocks - The list of blocks in this loop.  First entry is the header node.
71   std::vector<BlockT*> Blocks;
72
73   SmallPtrSet<const BlockT*, 8> DenseBlockSet;
74
75   LoopBase(const LoopBase<BlockT, LoopT> &) = delete;
76   const LoopBase<BlockT, LoopT>&
77     operator=(const LoopBase<BlockT, LoopT> &) = delete;
78 public:
79   /// Loop ctor - This creates an empty loop.
80   LoopBase() : ParentLoop(nullptr) {}
81   ~LoopBase() {
82     for (size_t i = 0, e = SubLoops.size(); i != e; ++i)
83       delete SubLoops[i];
84   }
85
86   /// getLoopDepth - Return the nesting level of this loop.  An outer-most
87   /// loop has depth 1, for consistency with loop depth values used for basic
88   /// blocks, where depth 0 is used for blocks not inside any loops.
89   unsigned getLoopDepth() const {
90     unsigned D = 1;
91     for (const LoopT *CurLoop = ParentLoop; CurLoop;
92          CurLoop = CurLoop->ParentLoop)
93       ++D;
94     return D;
95   }
96   BlockT *getHeader() const { return Blocks.front(); }
97   LoopT *getParentLoop() const { return ParentLoop; }
98
99   /// setParentLoop is a raw interface for bypassing addChildLoop.
100   void setParentLoop(LoopT *L) { ParentLoop = L; }
101
102   /// contains - Return true if the specified loop is contained within in
103   /// this loop.
104   ///
105   bool contains(const LoopT *L) const {
106     if (L == this) return true;
107     if (!L)        return false;
108     return contains(L->getParentLoop());
109   }
110
111   /// contains - Return true if the specified basic block is in this loop.
112   ///
113   bool contains(const BlockT *BB) const {
114     return DenseBlockSet.count(BB);
115   }
116
117   /// contains - Return true if the specified instruction is in this loop.
118   ///
119   template<class InstT>
120   bool contains(const InstT *Inst) const {
121     return contains(Inst->getParent());
122   }
123
124   /// iterator/begin/end - Return the loops contained entirely within this loop.
125   ///
126   const std::vector<LoopT *> &getSubLoops() const { return SubLoops; }
127   std::vector<LoopT *> &getSubLoopsVector() { return SubLoops; }
128   typedef typename std::vector<LoopT *>::const_iterator iterator;
129   typedef typename std::vector<LoopT *>::const_reverse_iterator
130     reverse_iterator;
131   iterator begin() const { return SubLoops.begin(); }
132   iterator end() const { return SubLoops.end(); }
133   reverse_iterator rbegin() const { return SubLoops.rbegin(); }
134   reverse_iterator rend() const { return SubLoops.rend(); }
135   bool empty() const { return SubLoops.empty(); }
136
137   /// getBlocks - Get a list of the basic blocks which make up this loop.
138   ///
139   const std::vector<BlockT*> &getBlocks() const { return Blocks; }
140   typedef typename std::vector<BlockT*>::const_iterator block_iterator;
141   block_iterator block_begin() const { return Blocks.begin(); }
142   block_iterator block_end() const { return Blocks.end(); }
143
144   /// getNumBlocks - Get the number of blocks in this loop in constant time.
145   unsigned getNumBlocks() const {
146     return Blocks.size();
147   }
148
149   /// isLoopExiting - True if terminator in the block can branch to another
150   /// block that is outside of the current loop.
151   ///
152   bool isLoopExiting(const BlockT *BB) const {
153     typedef GraphTraits<const BlockT*> BlockTraits;
154     for (typename BlockTraits::ChildIteratorType SI =
155          BlockTraits::child_begin(BB),
156          SE = BlockTraits::child_end(BB); SI != SE; ++SI) {
157       if (!contains(*SI))
158         return true;
159     }
160     return false;
161   }
162
163   /// getNumBackEdges - Calculate the number of back edges to the loop header
164   ///
165   unsigned getNumBackEdges() const {
166     unsigned NumBackEdges = 0;
167     BlockT *H = getHeader();
168
169     typedef GraphTraits<Inverse<BlockT*> > InvBlockTraits;
170     for (typename InvBlockTraits::ChildIteratorType I =
171          InvBlockTraits::child_begin(H),
172          E = InvBlockTraits::child_end(H); I != E; ++I)
173       if (contains(*I))
174         ++NumBackEdges;
175
176     return NumBackEdges;
177   }
178
179   //===--------------------------------------------------------------------===//
180   // APIs for simple analysis of the loop.
181   //
182   // Note that all of these methods can fail on general loops (ie, there may not
183   // be a preheader, etc).  For best success, the loop simplification and
184   // induction variable canonicalization pass should be used to normalize loops
185   // for easy analysis.  These methods assume canonical loops.
186
187   /// getExitingBlocks - Return all blocks inside the loop that have successors
188   /// outside of the loop.  These are the blocks _inside of the current loop_
189   /// which branch out.  The returned list is always unique.
190   ///
191   void getExitingBlocks(SmallVectorImpl<BlockT *> &ExitingBlocks) const;
192
193   /// getExitingBlock - If getExitingBlocks would return exactly one block,
194   /// return that block. Otherwise return null.
195   BlockT *getExitingBlock() const;
196
197   /// getExitBlocks - Return all of the successor blocks of this loop.  These
198   /// are the blocks _outside of the current loop_ which are branched to.
199   ///
200   void getExitBlocks(SmallVectorImpl<BlockT*> &ExitBlocks) const;
201
202   /// getExitBlock - If getExitBlocks would return exactly one block,
203   /// return that block. Otherwise return null.
204   BlockT *getExitBlock() const;
205
206   /// Edge type.
207   typedef std::pair<const BlockT*, const BlockT*> Edge;
208
209   /// getExitEdges - Return all pairs of (_inside_block_,_outside_block_).
210   void getExitEdges(SmallVectorImpl<Edge> &ExitEdges) const;
211
212   /// getLoopPreheader - If there is a preheader for this loop, return it.  A
213   /// loop has a preheader if there is only one edge to the header of the loop
214   /// from outside of the loop.  If this is the case, the block branching to the
215   /// header of the loop is the preheader node.
216   ///
217   /// This method returns null if there is no preheader for the loop.
218   ///
219   BlockT *getLoopPreheader() const;
220
221   /// getLoopPredecessor - If the given loop's header has exactly one unique
222   /// predecessor outside the loop, return it. Otherwise return null.
223   /// This is less strict that the loop "preheader" concept, which requires
224   /// the predecessor to have exactly one successor.
225   ///
226   BlockT *getLoopPredecessor() const;
227
228   /// getLoopLatch - If there is a single latch block for this loop, return it.
229   /// A latch block is a block that contains a branch back to the header.
230   BlockT *getLoopLatch() const;
231
232   /// getLoopLatches - Return all loop latch blocks of this loop. A latch block
233   /// is a block that contains a branch back to the header.
234   void getLoopLatches(SmallVectorImpl<BlockT *> &LoopLatches) const {
235     BlockT *H = getHeader();
236     typedef GraphTraits<Inverse<BlockT*> > InvBlockTraits;
237     for (typename InvBlockTraits::ChildIteratorType I =
238          InvBlockTraits::child_begin(H),
239          E = InvBlockTraits::child_end(H); I != E; ++I)
240       if (contains(*I))
241         LoopLatches.push_back(*I);
242   }
243
244   //===--------------------------------------------------------------------===//
245   // APIs for updating loop information after changing the CFG
246   //
247
248   /// addBasicBlockToLoop - This method is used by other analyses to update loop
249   /// information.  NewBB is set to be a new member of the current loop.
250   /// Because of this, it is added as a member of all parent loops, and is added
251   /// to the specified LoopInfo object as being in the current basic block.  It
252   /// is not valid to replace the loop header with this method.
253   ///
254   void addBasicBlockToLoop(BlockT *NewBB, LoopInfoBase<BlockT, LoopT> &LI);
255
256   /// replaceChildLoopWith - This is used when splitting loops up.  It replaces
257   /// the OldChild entry in our children list with NewChild, and updates the
258   /// parent pointer of OldChild to be null and the NewChild to be this loop.
259   /// This updates the loop depth of the new child.
260   void replaceChildLoopWith(LoopT *OldChild, LoopT *NewChild);
261
262   /// addChildLoop - Add the specified loop to be a child of this loop.  This
263   /// updates the loop depth of the new child.
264   ///
265   void addChildLoop(LoopT *NewChild) {
266     assert(!NewChild->ParentLoop && "NewChild already has a parent!");
267     NewChild->ParentLoop = static_cast<LoopT *>(this);
268     SubLoops.push_back(NewChild);
269   }
270
271   /// removeChildLoop - This removes the specified child from being a subloop of
272   /// this loop.  The loop is not deleted, as it will presumably be inserted
273   /// into another loop.
274   LoopT *removeChildLoop(iterator I) {
275     assert(I != SubLoops.end() && "Cannot remove end iterator!");
276     LoopT *Child = *I;
277     assert(Child->ParentLoop == this && "Child is not a child of this loop!");
278     SubLoops.erase(SubLoops.begin()+(I-begin()));
279     Child->ParentLoop = nullptr;
280     return Child;
281   }
282
283   /// addBlockEntry - This adds a basic block directly to the basic block list.
284   /// This should only be used by transformations that create new loops.  Other
285   /// transformations should use addBasicBlockToLoop.
286   void addBlockEntry(BlockT *BB) {
287     Blocks.push_back(BB);
288     DenseBlockSet.insert(BB);
289   }
290
291   /// reverseBlocks - interface to reverse Blocks[from, end of loop] in this loop
292   void reverseBlock(unsigned from) {
293     std::reverse(Blocks.begin() + from, Blocks.end());
294   }
295
296   /// reserveBlocks- interface to do reserve() for Blocks
297   void reserveBlocks(unsigned size) {
298     Blocks.reserve(size);
299   }
300
301   /// moveToHeader - This method is used to move BB (which must be part of this
302   /// loop) to be the loop header of the loop (the block that dominates all
303   /// others).
304   void moveToHeader(BlockT *BB) {
305     if (Blocks[0] == BB) return;
306     for (unsigned i = 0; ; ++i) {
307       assert(i != Blocks.size() && "Loop does not contain BB!");
308       if (Blocks[i] == BB) {
309         Blocks[i] = Blocks[0];
310         Blocks[0] = BB;
311         return;
312       }
313     }
314   }
315
316   /// removeBlockFromLoop - This removes the specified basic block from the
317   /// current loop, updating the Blocks as appropriate.  This does not update
318   /// the mapping in the LoopInfo class.
319   void removeBlockFromLoop(BlockT *BB) {
320     auto I = std::find(Blocks.begin(), Blocks.end(), BB);
321     assert(I != Blocks.end() && "N is not in this list!");
322     Blocks.erase(I);
323
324     DenseBlockSet.erase(BB);
325   }
326
327   /// verifyLoop - Verify loop structure
328   void verifyLoop() const;
329
330   /// verifyLoop - Verify loop structure of this loop and all nested loops.
331   void verifyLoopNest(DenseSet<const LoopT*> *Loops) const;
332
333   void print(raw_ostream &OS, unsigned Depth = 0) const;
334
335 protected:
336   friend class LoopInfoBase<BlockT, LoopT>;
337   explicit LoopBase(BlockT *BB) : ParentLoop(nullptr) {
338     Blocks.push_back(BB);
339     DenseBlockSet.insert(BB);
340   }
341 };
342
343 template<class BlockT, class LoopT>
344 raw_ostream& operator<<(raw_ostream &OS, const LoopBase<BlockT, LoopT> &Loop) {
345   Loop.print(OS);
346   return OS;
347 }
348
349 // Implementation in LoopInfoImpl.h
350 extern template class LoopBase<BasicBlock, Loop>;
351
352 class Loop : public LoopBase<BasicBlock, Loop> {
353 public:
354   Loop() {}
355
356   /// isLoopInvariant - Return true if the specified value is loop invariant
357   ///
358   bool isLoopInvariant(const Value *V) const;
359
360   /// hasLoopInvariantOperands - Return true if all the operands of the
361   /// specified instruction are loop invariant.
362   bool hasLoopInvariantOperands(const Instruction *I) const;
363
364   /// makeLoopInvariant - If the given value is an instruction inside of the
365   /// loop and it can be hoisted, do so to make it trivially loop-invariant.
366   /// Return true if the value after any hoisting is loop invariant. This
367   /// function can be used as a slightly more aggressive replacement for
368   /// isLoopInvariant.
369   ///
370   /// If InsertPt is specified, it is the point to hoist instructions to.
371   /// If null, the terminator of the loop preheader is used.
372   ///
373   bool makeLoopInvariant(Value *V, bool &Changed,
374                          Instruction *InsertPt = nullptr) const;
375
376   /// makeLoopInvariant - If the given instruction is inside of the
377   /// loop and it can be hoisted, do so to make it trivially loop-invariant.
378   /// Return true if the instruction after any hoisting is loop invariant. This
379   /// function can be used as a slightly more aggressive replacement for
380   /// isLoopInvariant.
381   ///
382   /// If InsertPt is specified, it is the point to hoist instructions to.
383   /// If null, the terminator of the loop preheader is used.
384   ///
385   bool makeLoopInvariant(Instruction *I, bool &Changed,
386                          Instruction *InsertPt = nullptr) const;
387
388   /// getCanonicalInductionVariable - Check to see if the loop has a canonical
389   /// induction variable: an integer recurrence that starts at 0 and increments
390   /// by one each time through the loop.  If so, return the phi node that
391   /// corresponds to it.
392   ///
393   /// The IndVarSimplify pass transforms loops to have a canonical induction
394   /// variable.
395   ///
396   PHINode *getCanonicalInductionVariable() const;
397
398   /// isLCSSAForm - Return true if the Loop is in LCSSA form
399   bool isLCSSAForm(DominatorTree &DT) const;
400
401   /// isLoopSimplifyForm - Return true if the Loop is in the form that
402   /// the LoopSimplify form transforms loops to, which is sometimes called
403   /// normal form.
404   bool isLoopSimplifyForm() const;
405
406   /// isSafeToClone - Return true if the loop body is safe to clone in practice.
407   bool isSafeToClone() const;
408
409   /// Returns true if the loop is annotated parallel.
410   ///
411   /// A parallel loop can be assumed to not contain any dependencies between
412   /// iterations by the compiler. That is, any loop-carried dependency checking
413   /// can be skipped completely when parallelizing the loop on the target
414   /// machine. Thus, if the parallel loop information originates from the
415   /// programmer, e.g. via the OpenMP parallel for pragma, it is the
416   /// programmer's responsibility to ensure there are no loop-carried
417   /// dependencies. The final execution order of the instructions across
418   /// iterations is not guaranteed, thus, the end result might or might not
419   /// implement actual concurrent execution of instructions across multiple
420   /// iterations.
421   bool isAnnotatedParallel() const;
422
423   /// Return the llvm.loop loop id metadata node for this loop if it is present.
424   ///
425   /// If this loop contains the same llvm.loop metadata on each branch to the
426   /// header then the node is returned. If any latch instruction does not
427   /// contain llvm.loop or or if multiple latches contain different nodes then
428   /// 0 is returned.
429   MDNode *getLoopID() const;
430   /// Set the llvm.loop loop id metadata for this loop.
431   ///
432   /// The LoopID metadata node will be added to each terminator instruction in
433   /// the loop that branches to the loop header.
434   ///
435   /// The LoopID metadata node should have one or more operands and the first
436   /// operand should should be the node itself.
437   void setLoopID(MDNode *LoopID) const;
438
439   /// hasDedicatedExits - Return true if no exit block for the loop
440   /// has a predecessor that is outside the loop.
441   bool hasDedicatedExits() const;
442
443   /// getUniqueExitBlocks - Return all unique successor blocks of this loop.
444   /// These are the blocks _outside of the current loop_ which are branched to.
445   /// This assumes that loop exits are in canonical form.
446   ///
447   void getUniqueExitBlocks(SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ExitBlocks) const;
448
449   /// getUniqueExitBlock - If getUniqueExitBlocks would return exactly one
450   /// block, return that block. Otherwise return null.
451   BasicBlock *getUniqueExitBlock() const;
452
453   void dump() const;
454
455   /// \brief Return the debug location of the start of this loop.
456   /// This looks for a BB terminating instruction with a known debug
457   /// location by looking at the preheader and header blocks. If it
458   /// cannot find a terminating instruction with location information,
459   /// it returns an unknown location.
460   DebugLoc getStartLoc() const {
461     BasicBlock *HeadBB;
462
463     // Try the pre-header first.
464     if ((HeadBB = getLoopPreheader()) != nullptr)
465       if (DebugLoc DL = HeadBB->getTerminator()->getDebugLoc())
466         return DL;
467
468     // If we have no pre-header or there are no instructions with debug
469     // info in it, try the header.
470     HeadBB = getHeader();
471     if (HeadBB)
472       return HeadBB->getTerminator()->getDebugLoc();
473
474     return DebugLoc();
475   }
476
477 private:
478   friend class LoopInfoBase<BasicBlock, Loop>;
479   explicit Loop(BasicBlock *BB) : LoopBase<BasicBlock, Loop>(BB) {}
480 };
481
482 //===----------------------------------------------------------------------===//
483 /// LoopInfo - This class builds and contains all of the top level loop
484 /// structures in the specified function.
485 ///
486
487 template<class BlockT, class LoopT>
488 class LoopInfoBase {
489   // BBMap - Mapping of basic blocks to the inner most loop they occur in
490   DenseMap<const BlockT *, LoopT *> BBMap;
491   std::vector<LoopT *> TopLevelLoops;
492   friend class LoopBase<BlockT, LoopT>;
493   friend class LoopInfo;
494
495   void operator=(const LoopInfoBase &) = delete;
496   LoopInfoBase(const LoopInfoBase &) = delete;
497 public:
498   LoopInfoBase() { }
499   ~LoopInfoBase() { releaseMemory(); }
500
501   LoopInfoBase(LoopInfoBase &&Arg)
502       : BBMap(std::move(Arg.BBMap)),
503         TopLevelLoops(std::move(Arg.TopLevelLoops)) {
504     // We have to clear the arguments top level loops as we've taken ownership.
505     Arg.TopLevelLoops.clear();
506   }
507   LoopInfoBase &operator=(LoopInfoBase &&RHS) {
508     BBMap = std::move(RHS.BBMap);
509
510     for (auto *L : TopLevelLoops)
511       delete L;
512     TopLevelLoops = std::move(RHS.TopLevelLoops);
513     RHS.TopLevelLoops.clear();
514     return *this;
515   }
516
517   void releaseMemory() {
518     BBMap.clear();
519
520     for (auto *L : TopLevelLoops)
521       delete L;
522     TopLevelLoops.clear();
523   }
524
525   /// iterator/begin/end - The interface to the top-level loops in the current
526   /// function.
527   ///
528   typedef typename std::vector<LoopT *>::const_iterator iterator;
529   typedef typename std::vector<LoopT *>::const_reverse_iterator
530     reverse_iterator;
531   iterator begin() const { return TopLevelLoops.begin(); }
532   iterator end() const { return TopLevelLoops.end(); }
533   reverse_iterator rbegin() const { return TopLevelLoops.rbegin(); }
534   reverse_iterator rend() const { return TopLevelLoops.rend(); }
535   bool empty() const { return TopLevelLoops.empty(); }
536
537   /// getLoopFor - Return the inner most loop that BB lives in.  If a basic
538   /// block is in no loop (for example the entry node), null is returned.
539   ///
540   LoopT *getLoopFor(const BlockT *BB) const { return BBMap.lookup(BB); }
541
542   /// operator[] - same as getLoopFor...
543   ///
544   const LoopT *operator[](const BlockT *BB) const {
545     return getLoopFor(BB);
546   }
547
548   /// getLoopDepth - Return the loop nesting level of the specified block.  A
549   /// depth of 0 means the block is not inside any loop.
550   ///
551   unsigned getLoopDepth(const BlockT *BB) const {
552     const LoopT *L = getLoopFor(BB);
553     return L ? L->getLoopDepth() : 0;
554   }
555
556   // isLoopHeader - True if the block is a loop header node
557   bool isLoopHeader(const BlockT *BB) const {
558     const LoopT *L = getLoopFor(BB);
559     return L && L->getHeader() == BB;
560   }
561
562   /// removeLoop - This removes the specified top-level loop from this loop info
563   /// object.  The loop is not deleted, as it will presumably be inserted into
564   /// another loop.
565   LoopT *removeLoop(iterator I) {
566     assert(I != end() && "Cannot remove end iterator!");
567     LoopT *L = *I;
568     assert(!L->getParentLoop() && "Not a top-level loop!");
569     TopLevelLoops.erase(TopLevelLoops.begin() + (I-begin()));
570     return L;
571   }
572
573   /// changeLoopFor - Change the top-level loop that contains BB to the
574   /// specified loop.  This should be used by transformations that restructure
575   /// the loop hierarchy tree.
576   void changeLoopFor(BlockT *BB, LoopT *L) {
577     if (!L) {
578       BBMap.erase(BB);
579       return;
580     }
581     BBMap[BB] = L;
582   }
583
584   /// changeTopLevelLoop - Replace the specified loop in the top-level loops
585   /// list with the indicated loop.
586   void changeTopLevelLoop(LoopT *OldLoop,
587                           LoopT *NewLoop) {
588     auto I = std::find(TopLevelLoops.begin(), TopLevelLoops.end(), OldLoop);
589     assert(I != TopLevelLoops.end() && "Old loop not at top level!");
590     *I = NewLoop;
591     assert(!NewLoop->ParentLoop && !OldLoop->ParentLoop &&
592            "Loops already embedded into a subloop!");
593   }
594
595   /// addTopLevelLoop - This adds the specified loop to the collection of
596   /// top-level loops.
597   void addTopLevelLoop(LoopT *New) {
598     assert(!New->getParentLoop() && "Loop already in subloop!");
599     TopLevelLoops.push_back(New);
600   }
601
602   /// removeBlock - This method completely removes BB from all data structures,
603   /// including all of the Loop objects it is nested in and our mapping from
604   /// BasicBlocks to loops.
605   void removeBlock(BlockT *BB) {
606     auto I = BBMap.find(BB);
607     if (I != BBMap.end()) {
608       for (LoopT *L = I->second; L; L = L->getParentLoop())
609         L->removeBlockFromLoop(BB);
610
611       BBMap.erase(I);
612     }
613   }
614
615   // Internals
616
617   static bool isNotAlreadyContainedIn(const LoopT *SubLoop,
618                                       const LoopT *ParentLoop) {
619     if (!SubLoop) return true;
620     if (SubLoop == ParentLoop) return false;
621     return isNotAlreadyContainedIn(SubLoop->getParentLoop(), ParentLoop);
622   }
623
624   /// Create the loop forest using a stable algorithm.
625   void Analyze(DominatorTreeBase<BlockT> &DomTree);
626
627   // Debugging
628   void print(raw_ostream &OS) const;
629
630   void verify() const;
631 };
632
633 // Implementation in LoopInfoImpl.h
634 extern template class LoopInfoBase<BasicBlock, Loop>;
635
636 class LoopInfo : public LoopInfoBase<BasicBlock, Loop> {
637   typedef LoopInfoBase<BasicBlock, Loop> BaseT;
638
639   friend class LoopBase<BasicBlock, Loop>;
640
641   void operator=(const LoopInfo &) = delete;
642   LoopInfo(const LoopInfo &) = delete;
643 public:
644   LoopInfo() {}
645
646   LoopInfo(LoopInfo &&Arg) : BaseT(std::move(static_cast<BaseT &>(Arg))) {}
647   LoopInfo &operator=(LoopInfo &&RHS) {
648     BaseT::operator=(std::move(static_cast<BaseT &>(RHS)));
649     return *this;
650   }
651
652   // Most of the public interface is provided via LoopInfoBase.
653
654   /// updateUnloop - Update LoopInfo after removing the last backedge from a
655   /// loop--now the "unloop". This updates the loop forest and parent loops for
656   /// each block so that Unloop is no longer referenced, but the caller must
657   /// actually delete the Unloop object.
658   void updateUnloop(Loop *Unloop);
659
660   /// replacementPreservesLCSSAForm - Returns true if replacing From with To
661   /// everywhere is guaranteed to preserve LCSSA form.
662   bool replacementPreservesLCSSAForm(Instruction *From, Value *To) {
663     // Preserving LCSSA form is only problematic if the replacing value is an
664     // instruction.
665     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(To);
666     if (!I) return true;
667     // If both instructions are defined in the same basic block then replacement
668     // cannot break LCSSA form.
669     if (I->getParent() == From->getParent())
670       return true;
671     // If the instruction is not defined in a loop then it can safely replace
672     // anything.
673     Loop *ToLoop = getLoopFor(I->getParent());
674     if (!ToLoop) return true;
675     // If the replacing instruction is defined in the same loop as the original
676     // instruction, or in a loop that contains it as an inner loop, then using
677     // it as a replacement will not break LCSSA form.
678     return ToLoop->contains(getLoopFor(From->getParent()));
679   }
680 };
681
682 // Allow clients to walk the list of nested loops...
683 template <> struct GraphTraits<const Loop*> {
684   typedef const Loop NodeType;
685   typedef LoopInfo::iterator ChildIteratorType;
686
687   static NodeType *getEntryNode(const Loop *L) { return L; }
688   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) {
689     return N->begin();
690   }
691   static inline ChildIteratorType child_end(NodeType *N) {
692     return N->end();
693   }
694 };
695
696 template <> struct GraphTraits<Loop*> {
697   typedef Loop NodeType;
698   typedef LoopInfo::iterator ChildIteratorType;
699
700   static NodeType *getEntryNode(Loop *L) { return L; }
701   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) {
702     return N->begin();
703   }
704   static inline ChildIteratorType child_end(NodeType *N) {
705     return N->end();
706   }
707 };
708
709 /// \brief Analysis pass that exposes the \c LoopInfo for a function.
710 class LoopAnalysis {
711   static char PassID;
712
713 public:
714   typedef LoopInfo Result;
715
716   /// \brief Opaque, unique identifier for this analysis pass.
717   static void *ID() { return (void *)&PassID; }
718
719   /// \brief Provide a name for the analysis for debugging and logging.
720   static StringRef name() { return "LoopAnalysis"; }
721
722   LoopInfo run(Function &F, AnalysisManager<Function> *AM);
723 };
724
725 /// \brief Printer pass for the \c LoopAnalysis results.
726 class LoopPrinterPass {
727   raw_ostream &OS;
728
729 public:
730   explicit LoopPrinterPass(raw_ostream &OS) : OS(OS) {}
731   PreservedAnalyses run(Function &F, AnalysisManager<Function> *AM);
732
733   static StringRef name() { return "LoopPrinterPass"; }
734 };
735
736 /// \brief The legacy pass manager's analysis pass to compute loop information.
737 class LoopInfoWrapperPass : public FunctionPass {
738   LoopInfo LI;
739
740 public:
741   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
742
743   LoopInfoWrapperPass() : FunctionPass(ID) {
744     initializeLoopInfoWrapperPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
745   }
746
747   LoopInfo &getLoopInfo() { return LI; }
748   const LoopInfo &getLoopInfo() const { return LI; }
749
750   /// \brief Calculate the natural loop information for a given function.
751   bool runOnFunction(Function &F) override;
752
753   void verifyAnalysis() const override;
754
755   void releaseMemory() override { LI.releaseMemory(); }
756
757   void print(raw_ostream &O, const Module *M = nullptr) const override;
758
759   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
760 };
761
762 } // End llvm namespace
763
764 #endif