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 template<typename T>
  46 inline void RemoveFromVector(std::vector<T*> &V, T *N) {
  47   typename std::vector<T*>::iterator I = std::find(V.begin(), V.end(), N);
  48   assert(I != V.end() && "N is not in this list!");
  49   V.erase(I);
  50 }
  51
  52 class DominatorTree;
  53 class LoopInfo;
  54 class Loop;
  55 class MDNode;
  56 class PHINode;
  57 class raw_ostream;
  58 template<class N> class DominatorTreeBase;
  59 template<class N, class M> class LoopInfoBase;
  60 template<class N, class M> class LoopBase;
  61
  62 //===----------------------------------------------------------------------===//
  63 /// LoopBase class - Instances of this class are used to represent loops that
  64 /// are detected in the flow graph
  65 ///
  66 template<class BlockT, class LoopT>
  67 class LoopBase {
  68   LoopT *ParentLoop;
  69   // SubLoops - Loops contained entirely within this one.
  70   std::vector<LoopT *> SubLoops;
  71
  72   // Blocks - The list of blocks in this loop.  First entry is the header node.
  73   std::vector<BlockT*> Blocks;
  74
  75   SmallPtrSet<const BlockT*, 8> DenseBlockSet;
  76
  77   LoopBase(const LoopBase<BlockT, LoopT> &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
  78   const LoopBase<BlockT, LoopT>&
  79     operator=(const LoopBase<BlockT, LoopT> &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
  80 public:
  81   /// Loop ctor - This creates an empty loop.
  82   LoopBase() : ParentLoop(nullptr) {}
  83   ~LoopBase() {
  84     for (size_t i = 0, e = SubLoops.size(); i != e; ++i)
  85       delete SubLoops[i];
  86   }
  87
  88   /// getLoopDepth - Return the nesting level of this loop.  An outer-most
  89   /// loop has depth 1, for consistency with loop depth values used for basic
  90   /// blocks, where depth 0 is used for blocks not inside any loops.
  91   unsigned getLoopDepth() const {
  92     unsigned D = 1;
  93     for (const LoopT *CurLoop = ParentLoop; CurLoop;
  94          CurLoop = CurLoop->ParentLoop)
  95       ++D;
  96     return D;
  97   }
  98   BlockT *getHeader() const { return Blocks.front(); }
  99   LoopT *getParentLoop() const { return ParentLoop; }
 100
 101   /// setParentLoop is a raw interface for bypassing addChildLoop.
 102   void setParentLoop(LoopT *L) { ParentLoop = L; }
 103
 104   /// contains - Return true if the specified loop is contained within in
 105   /// this loop.
 106   ///
 107   bool contains(const LoopT *L) const {
 108     if (L == this) return true;
 109     if (!L)        return false;
 110     return contains(L->getParentLoop());
 111   }
 112
 113   /// contains - Return true if the specified basic block is in this loop.
 114   ///
 115   bool contains(const BlockT *BB) const {
 116     return DenseBlockSet.count(BB);
 117   }
 118
 119   /// contains - Return true if the specified instruction is in this loop.
 120   ///
 121   template<class InstT>
 122   bool contains(const InstT *Inst) const {
 123     return contains(Inst->getParent());
 124   }
 125
 126   /// iterator/begin/end - Return the loops contained entirely within this loop.
 127   ///
 128   const std::vector<LoopT *> &getSubLoops() const { return SubLoops; }
 129   std::vector<LoopT *> &getSubLoopsVector() { return SubLoops; }
 130   typedef typename std::vector<LoopT *>::const_iterator iterator;
 131   typedef typename std::vector<LoopT *>::const_reverse_iterator
 132     reverse_iterator;
 133   iterator begin() const { return SubLoops.begin(); }
 134   iterator end() const { return SubLoops.end(); }
 135   reverse_iterator rbegin() const { return SubLoops.rbegin(); }
 136   reverse_iterator rend() const { return SubLoops.rend(); }
 137   bool empty() const { return SubLoops.empty(); }
 138
 139   /// getBlocks - Get a list of the basic blocks which make up this loop.
 140   ///
 141   const std::vector<BlockT*> &getBlocks() const { return Blocks; }
 142   typedef typename std::vector<BlockT*>::const_iterator block_iterator;
 143   block_iterator block_begin() const { return Blocks.begin(); }
 144   block_iterator block_end() const { return Blocks.end(); }
 145
 146   /// getNumBlocks - Get the number of blocks in this loop in constant time.
 147   unsigned getNumBlocks() const {
 148     return Blocks.size();
 149   }
 150
 151   /// isLoopExiting - True if terminator in the block can branch to another
 152   /// block that is outside of the current loop.
 153   ///
 154   bool isLoopExiting(const BlockT *BB) const {
 155     typedef GraphTraits<const BlockT*> BlockTraits;
 156     for (typename BlockTraits::ChildIteratorType SI =
 157          BlockTraits::child_begin(BB),
 158          SE = BlockTraits::child_end(BB); SI != SE; ++SI) {
 159       if (!contains(*SI))
 160         return true;
 161     }
 162     return false;
 163   }
 164
 165   /// getNumBackEdges - Calculate the number of back edges to the loop header
 166   ///
 167   unsigned getNumBackEdges() const {
 168     unsigned NumBackEdges = 0;
 169     BlockT *H = getHeader();
 170
 171     typedef GraphTraits<Inverse<BlockT*> > InvBlockTraits;
 172     for (typename InvBlockTraits::ChildIteratorType I =
 173          InvBlockTraits::child_begin(H),
 174          E = InvBlockTraits::child_end(H); I != E; ++I)
 175       if (contains(*I))
 176         ++NumBackEdges;
 177
 178     return NumBackEdges;
 179   }
 180
 181   //===--------------------------------------------------------------------===//
 182   // APIs for simple analysis of the loop.
 183   //
 184   // Note that all of these methods can fail on general loops (ie, there may not
 185   // be a preheader, etc).  For best success, the loop simplification and
 186   // induction variable canonicalization pass should be used to normalize loops
 187   // for easy analysis.  These methods assume canonical loops.
 188
 189   /// getExitingBlocks - Return all blocks inside the loop that have successors
 190   /// outside of the loop.  These are the blocks _inside of the current loop_
 191   /// which branch out.  The returned list is always unique.
 192   ///
 193   void getExitingBlocks(SmallVectorImpl<BlockT *> &ExitingBlocks) const;
 194
 195   /// getExitingBlock - If getExitingBlocks would return exactly one block,
 196   /// return that block. Otherwise return null.
 197   BlockT *getExitingBlock() const;
 198
 199   /// getExitBlocks - Return all of the successor blocks of this loop.  These
 200   /// are the blocks _outside of the current loop_ which are branched to.
 201   ///
 202   void getExitBlocks(SmallVectorImpl<BlockT*> &ExitBlocks) const;
 203
 204   /// getExitBlock - If getExitBlocks would return exactly one block,
 205   /// return that block. Otherwise return null.
 206   BlockT *getExitBlock() const;
 207
 208   /// Edge type.
 209   typedef std::pair<const BlockT*, const BlockT*> Edge;
 210
 211   /// getExitEdges - Return all pairs of (_inside_block_,_outside_block_).
 212   void getExitEdges(SmallVectorImpl<Edge> &ExitEdges) const;
 213
 214   /// getLoopPreheader - If there is a preheader for this loop, return it.  A
 215   /// loop has a preheader if there is only one edge to the header of the loop
 216   /// from outside of the loop.  If this is the case, the block branching to the
 217   /// header of the loop is the preheader node.
 218   ///
 219   /// This method returns null if there is no preheader for the loop.
 220   ///
 221   BlockT *getLoopPreheader() const;
 222
 223   /// getLoopPredecessor - If the given loop's header has exactly one unique
 224   /// predecessor outside the loop, return it. Otherwise return null.
 225   /// This is less strict that the loop "preheader" concept, which requires
 226   /// the predecessor to have exactly one successor.
 227   ///
 228   BlockT *getLoopPredecessor() const;
 229
 230   /// getLoopLatch - If there is a single latch block for this loop, return it.
 231   /// A latch block is a block that contains a branch back to the header.
 232   BlockT *getLoopLatch() const;
 233
 234   /// getLoopLatches - Return all loop latch blocks of this loop. A latch block
 235   /// is a block that contains a branch back to the header.
 236   void getLoopLatches(SmallVectorImpl<BlockT *> &LoopLatches) const {
 237     BlockT *H = getHeader();
 238     typedef GraphTraits<Inverse<BlockT*> > InvBlockTraits;
 239     for (typename InvBlockTraits::ChildIteratorType I =
 240          InvBlockTraits::child_begin(H),
 241          E = InvBlockTraits::child_end(H); I != E; ++I)
 242       if (contains(*I))
 243         LoopLatches.push_back(*I);
 244   }
 245
 246   //===--------------------------------------------------------------------===//
 247   // APIs for updating loop information after changing the CFG
 248   //
 249
 250   /// addBasicBlockToLoop - This method is used by other analyses to update loop
 251   /// information.  NewBB is set to be a new member of the current loop.
 252   /// Because of this, it is added as a member of all parent loops, and is added
 253   /// to the specified LoopInfo object as being in the current basic block.  It
 254   /// is not valid to replace the loop header with this method.
 255   ///
 256   void addBasicBlockToLoop(BlockT *NewBB, LoopInfoBase<BlockT, LoopT> &LI);
 257
 258   /// replaceChildLoopWith - This is used when splitting loops up.  It replaces
 259   /// the OldChild entry in our children list with NewChild, and updates the
 260   /// parent pointer of OldChild to be null and the NewChild to be this loop.
 261   /// This updates the loop depth of the new child.
 262   void replaceChildLoopWith(LoopT *OldChild, LoopT *NewChild);
 263
 264   /// addChildLoop - Add the specified loop to be a child of this loop.  This
 265   /// updates the loop depth of the new child.
 266   ///
 267   void addChildLoop(LoopT *NewChild) {
 268     assert(!NewChild->ParentLoop && "NewChild already has a parent!");
 269     NewChild->ParentLoop = static_cast<LoopT *>(this);
 270     SubLoops.push_back(NewChild);
 271   }
 272
 273   /// removeChildLoop - This removes the specified child from being a subloop of
 274   /// this loop.  The loop is not deleted, as it will presumably be inserted
 275   /// into another loop.
 276   LoopT *removeChildLoop(iterator I) {
 277     assert(I != SubLoops.end() && "Cannot remove end iterator!");
 278     LoopT *Child = *I;
 279     assert(Child->ParentLoop == this && "Child is not a child of this loop!");
 280     SubLoops.erase(SubLoops.begin()+(I-begin()));
 281     Child->ParentLoop = nullptr;
 282     return Child;
 283   }
 284
 285   /// addBlockEntry - This adds a basic block directly to the basic block list.
 286   /// This should only be used by transformations that create new loops.  Other
 287   /// transformations should use addBasicBlockToLoop.
 288   void addBlockEntry(BlockT *BB) {
 289     Blocks.push_back(BB);
 290     DenseBlockSet.insert(BB);
 291   }
 292
 293   /// reverseBlocks - interface to reverse Blocks[from, end of loop] in this loop
 294   void reverseBlock(unsigned from) {
 295     std::reverse(Blocks.begin() + from, Blocks.end());
 296   }
 297
 298   /// reserveBlocks- interface to do reserve() for Blocks
 299   void reserveBlocks(unsigned size) {
 300     Blocks.reserve(size);
 301   }
 302
 303   /// moveToHeader - This method is used to move BB (which must be part of this
 304   /// loop) to be the loop header of the loop (the block that dominates all
 305   /// others).
 306   void moveToHeader(BlockT *BB) {
 307     if (Blocks[0] == BB) return;
 308     for (unsigned i = 0; ; ++i) {
 309       assert(i != Blocks.size() && "Loop does not contain BB!");
 310       if (Blocks[i] == BB) {
 311         Blocks[i] = Blocks[0];
 312         Blocks[0] = BB;
 313         return;
 314       }
 315     }
 316   }
 317
 318   /// removeBlockFromLoop - This removes the specified basic block from the
 319   /// current loop, updating the Blocks as appropriate.  This does not update
 320   /// the mapping in the LoopInfo class.
 321   void removeBlockFromLoop(BlockT *BB) {
 322     RemoveFromVector(Blocks, BB);
 323     DenseBlockSet.erase(BB);
 324   }
 325
 326   /// verifyLoop - Verify loop structure
 327   void verifyLoop() const;
 328
 329   /// verifyLoop - Verify loop structure of this loop and all nested loops.
 330   void verifyLoopNest(DenseSet<const LoopT*> *Loops) const;
 331
 332   void print(raw_ostream &OS, unsigned Depth = 0) const;
 333
 334 protected:
 335   friend class LoopInfoBase<BlockT, LoopT>;
 336   explicit LoopBase(BlockT *BB) : ParentLoop(nullptr) {
 337     Blocks.push_back(BB);
 338     DenseBlockSet.insert(BB);
 339   }
 340 };
 341
 342 template<class BlockT, class LoopT>
 343 raw_ostream& operator<<(raw_ostream &OS, const LoopBase<BlockT, LoopT> &Loop) {
 344   Loop.print(OS);
 345   return OS;
 346 }
 347
 348 // Implementation in LoopInfoImpl.h
 349 #ifdef __GNUC__
 350 __extension__ extern template class LoopBase<BasicBlock, Loop>;
 351 #endif
 352
 353 class Loop : public LoopBase<BasicBlock, Loop> {
 354 public:
 355   Loop() {}
 356
 357   /// isLoopInvariant - Return true if the specified value is loop invariant
 358   ///
 359   bool isLoopInvariant(Value *V) const;
 360
 361   /// hasLoopInvariantOperands - Return true if all the operands of the
 362   /// specified instruction are loop invariant.
 363   bool hasLoopInvariantOperands(Instruction *I) const;
 364
 365   /// makeLoopInvariant - If the given value is an instruction inside of the
 366   /// loop and it can be hoisted, do so to make it trivially loop-invariant.
 367   /// Return true if the value after any hoisting is loop invariant. This
 368   /// function can be used as a slightly more aggressive replacement for
 369   /// isLoopInvariant.
 370   ///
 371   /// If InsertPt is specified, it is the point to hoist instructions to.
 372   /// If null, the terminator of the loop preheader is used.
 373   ///
 374   bool makeLoopInvariant(Value *V, bool &Changed,
 375                          Instruction *InsertPt = nullptr) const;
 376
 377   /// makeLoopInvariant - If the given instruction is inside of the
 378   /// loop and it can be hoisted, do so to make it trivially loop-invariant.
 379   /// Return true if the instruction after any hoisting is loop invariant. This
 380   /// function can be used as a slightly more aggressive replacement for
 381   /// isLoopInvariant.
 382   ///
 383   /// If InsertPt is specified, it is the point to hoist instructions to.
 384   /// If null, the terminator of the loop preheader is used.
 385   ///
 386   bool makeLoopInvariant(Instruction *I, bool &Changed,
 387                          Instruction *InsertPt = nullptr) const;
 388
 389   /// getCanonicalInductionVariable - Check to see if the loop has a canonical
 390   /// induction variable: an integer recurrence that starts at 0 and increments
 391   /// by one each time through the loop.  If so, return the phi node that
 392   /// corresponds to it.
 393   ///
 394   /// The IndVarSimplify pass transforms loops to have a canonical induction
 395   /// variable.
 396   ///
 397   PHINode *getCanonicalInductionVariable() const;
 398
 399   /// isLCSSAForm - Return true if the Loop is in LCSSA form
 400   bool isLCSSAForm(DominatorTree &DT) const;
 401
 402   /// isLoopSimplifyForm - Return true if the Loop is in the form that
 403   /// the LoopSimplify form transforms loops to, which is sometimes called
 404   /// normal form.
 405   bool isLoopSimplifyForm() const;
 406
 407   /// isSafeToClone - Return true if the loop body is safe to clone in practice.
 408   bool isSafeToClone() const;
 409
 410   /// Returns true if the loop is annotated parallel.
 411   ///
 412   /// A parallel loop can be assumed to not contain any dependencies between
 413   /// iterations by the compiler. That is, any loop-carried dependency checking
 414   /// can be skipped completely when parallelizing the loop on the target
 415   /// machine. Thus, if the parallel loop information originates from the
 416   /// programmer, e.g. via the OpenMP parallel for pragma, it is the
 417   /// programmer's responsibility to ensure there are no loop-carried
 418   /// dependencies. The final execution order of the instructions across
 419   /// iterations is not guaranteed, thus, the end result might or might not
 420   /// implement actual concurrent execution of instructions across multiple
 421   /// iterations.
 422   bool isAnnotatedParallel() const;
 423
 424   /// Return the llvm.loop loop id metadata node for this loop if it is present.
 425   ///
 426   /// If this loop contains the same llvm.loop metadata on each branch to the
 427   /// header then the node is returned. If any latch instruction does not
 428   /// contain llvm.loop or or if multiple latches contain different nodes then
 429   /// 0 is returned.
 430   MDNode *getLoopID() const;
 431   /// Set the llvm.loop loop id metadata for this loop.
 432   ///
 433   /// The LoopID metadata node will be added to each terminator instruction in
 434   /// the loop that branches to the loop header.
 435   ///
 436   /// The LoopID metadata node should have one or more operands and the first
 437   /// operand should should be the node itself.
 438   void setLoopID(MDNode *LoopID) const;
 439
 440   /// hasDedicatedExits - Return true if no exit block for the loop
 441   /// has a predecessor that is outside the loop.
 442   bool hasDedicatedExits() const;
 443
 444   /// getUniqueExitBlocks - Return all unique successor blocks of this loop.
 445   /// These are the blocks _outside of the current loop_ which are branched to.
 446   /// This assumes that loop exits are in canonical form.
 447   ///
 448   void getUniqueExitBlocks(SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ExitBlocks) const;
 449
 450   /// getUniqueExitBlock - If getUniqueExitBlocks would return exactly one
 451   /// block, return that block. Otherwise return null.
 452   BasicBlock *getUniqueExitBlock() const;
 453
 454   void dump() const;
 455
 456   /// \brief Return the debug location of the start of this loop.
 457   /// This looks for a BB terminating instruction with a known debug
 458   /// location by looking at the preheader and header blocks. If it
 459   /// cannot find a terminating instruction with location information,
 460   /// it returns an unknown location.
 461   DebugLoc getStartLoc() const {
 462     DebugLoc StartLoc;
 463     BasicBlock *HeadBB;
 464
 465     // Try the pre-header first.
 466     if ((HeadBB = getLoopPreheader()) != nullptr) {
 467       StartLoc = HeadBB->getTerminator()->getDebugLoc();
 468       if (!StartLoc.isUnknown())
 469         return StartLoc;
 470     }
 471
 472     // If we have no pre-header or there are no instructions with debug
 473     // info in it, try the header.
 474     HeadBB = getHeader();
 475     if (HeadBB)
 476       StartLoc = HeadBB->getTerminator()->getDebugLoc();
 477
 478     return StartLoc;
 479   }
 480
 481 private:
 482   friend class LoopInfoBase<BasicBlock, Loop>;
 483   explicit Loop(BasicBlock *BB) : LoopBase<BasicBlock, Loop>(BB) {}
 484 };
 485
 486 //===----------------------------------------------------------------------===//
 487 /// LoopInfo - This class builds and contains all of the top level loop
 488 /// structures in the specified function.
 489 ///
 490
 491 template<class BlockT, class LoopT>
 492 class LoopInfoBase {
 493   // BBMap - Mapping of basic blocks to the inner most loop they occur in
 494   DenseMap<BlockT *, LoopT *> BBMap;
 495   std::vector<LoopT *> TopLevelLoops;
 496   friend class LoopBase<BlockT, LoopT>;
 497   friend class LoopInfo;
 498   friend class LoopInfoWrapperPass;
 499
 500   void operator=(const LoopInfoBase &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
 501   LoopInfoBase(const LoopInfo &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
 502 public:
 503   LoopInfoBase() { }
 504   ~LoopInfoBase() { releaseMemory(); }
 505
 506   void releaseMemory() {
 507     for (typename std::vector<LoopT *>::iterator I =
 508          TopLevelLoops.begin(), E = TopLevelLoops.end(); I != E; ++I)
 509       delete *I;   // Delete all of the loops...
 510
 511     BBMap.clear();                           // Reset internal state of analysis
 512     TopLevelLoops.clear();
 513   }
 514
 515   /// iterator/begin/end - The interface to the top-level loops in the current
 516   /// function.
 517   ///
 518   typedef typename std::vector<LoopT *>::const_iterator iterator;
 519   typedef typename std::vector<LoopT *>::const_reverse_iterator
 520     reverse_iterator;
 521   iterator begin() const { return TopLevelLoops.begin(); }
 522   iterator end() const { return TopLevelLoops.end(); }
 523   reverse_iterator rbegin() const { return TopLevelLoops.rbegin(); }
 524   reverse_iterator rend() const { return TopLevelLoops.rend(); }
 525   bool empty() const { return TopLevelLoops.empty(); }
 526
 527   /// getLoopFor - Return the inner most loop that BB lives in.  If a basic
 528   /// block is in no loop (for example the entry node), null is returned.
 529   ///
 530   LoopT *getLoopFor(const BlockT *BB) const {
 531     return BBMap.lookup(const_cast<BlockT*>(BB));
 532   }
 533
 534   /// operator[] - same as getLoopFor...
 535   ///
 536   const LoopT *operator[](const BlockT *BB) const {
 537     return getLoopFor(BB);
 538   }
 539
 540   /// getLoopDepth - Return the loop nesting level of the specified block.  A
 541   /// depth of 0 means the block is not inside any loop.
 542   ///
 543   unsigned getLoopDepth(const BlockT *BB) const {
 544     const LoopT *L = getLoopFor(BB);
 545     return L ? L->getLoopDepth() : 0;
 546   }
 547
 548   // isLoopHeader - True if the block is a loop header node
 549   bool isLoopHeader(BlockT *BB) const {
 550     const LoopT *L = getLoopFor(BB);
 551     return L && L->getHeader() == BB;
 552   }
 553
 554   /// removeLoop - This removes the specified top-level loop from this loop info
 555   /// object.  The loop is not deleted, as it will presumably be inserted into
 556   /// another loop.
 557   LoopT *removeLoop(iterator I) {
 558     assert(I != end() && "Cannot remove end iterator!");
 559     LoopT *L = *I;
 560     assert(!L->getParentLoop() && "Not a top-level loop!");
 561     TopLevelLoops.erase(TopLevelLoops.begin() + (I-begin()));
 562     return L;
 563   }
 564
 565   /// changeLoopFor - Change the top-level loop that contains BB to the
 566   /// specified loop.  This should be used by transformations that restructure
 567   /// the loop hierarchy tree.
 568   void changeLoopFor(BlockT *BB, LoopT *L) {
 569     if (!L) {
 570       BBMap.erase(BB);
 571       return;
 572     }
 573     BBMap[BB] = L;
 574   }
 575
 576   /// changeTopLevelLoop - Replace the specified loop in the top-level loops
 577   /// list with the indicated loop.
 578   void changeTopLevelLoop(LoopT *OldLoop,
 579                           LoopT *NewLoop) {
 580     typename std::vector<LoopT *>::iterator I =
 581                  std::find(TopLevelLoops.begin(), TopLevelLoops.end(), OldLoop);
 582     assert(I != TopLevelLoops.end() && "Old loop not at top level!");
 583     *I = NewLoop;
 584     assert(!NewLoop->ParentLoop && !OldLoop->ParentLoop &&
 585            "Loops already embedded into a subloop!");
 586   }
 587
 588   /// addTopLevelLoop - This adds the specified loop to the collection of
 589   /// top-level loops.
 590   void addTopLevelLoop(LoopT *New) {
 591     assert(!New->getParentLoop() && "Loop already in subloop!");
 592     TopLevelLoops.push_back(New);
 593   }
 594
 595   /// removeBlock - This method completely removes BB from all data structures,
 596   /// including all of the Loop objects it is nested in and our mapping from
 597   /// BasicBlocks to loops.
 598   void removeBlock(BlockT *BB) {
 599     typename DenseMap<BlockT *, LoopT *>::iterator I = BBMap.find(BB);
 600     if (I != BBMap.end()) {
 601       for (LoopT *L = I->second; L; L = L->getParentLoop())
 602         L->removeBlockFromLoop(BB);
 603
 604       BBMap.erase(I);
 605     }
 606   }
 607
 608   // Internals
 609
 610   static bool isNotAlreadyContainedIn(const LoopT *SubLoop,
 611                                       const LoopT *ParentLoop) {
 612     if (!SubLoop) return true;
 613     if (SubLoop == ParentLoop) return false;
 614     return isNotAlreadyContainedIn(SubLoop->getParentLoop(), ParentLoop);
 615   }
 616
 617   /// Create the loop forest using a stable algorithm.
 618   void Analyze(DominatorTreeBase<BlockT> &DomTree);
 619
 620   // Debugging
 621
 622   void print(raw_ostream &OS) const;
 623 };
 624
 625 // Implementation in LoopInfoImpl.h
 626 #ifdef __GNUC__
 627 __extension__ extern template class LoopInfoBase<BasicBlock, Loop>;
 628 #endif
 629
 630 class LoopInfo {
 631   LoopInfoBase<BasicBlock, Loop> LI;
 632   friend class LoopBase<BasicBlock, Loop>;
 633   friend class LoopInfoWrapperPass;
 634
 635   void operator=(const LoopInfo &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
 636   LoopInfo(const LoopInfo &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
 637 public:
 638   LoopInfo() {}
 639
 640   LoopInfoBase<BasicBlock, Loop>& getBase() { return LI; }
 641
 642   /// iterator/begin/end - The interface to the top-level loops in the current
 643   /// function.
 644   ///
 645   typedef LoopInfoBase<BasicBlock, Loop>::iterator iterator;
 646   typedef LoopInfoBase<BasicBlock, Loop>::reverse_iterator reverse_iterator;
 647   inline iterator begin() const { return LI.begin(); }
 648   inline iterator end() const { return LI.end(); }
 649   inline reverse_iterator rbegin() const { return LI.rbegin(); }
 650   inline reverse_iterator rend() const { return LI.rend(); }
 651   bool empty() const { return LI.empty(); }
 652
 653   /// getLoopFor - Return the inner most loop that BB lives in.  If a basic
 654   /// block is in no loop (for example the entry node), null is returned.
 655   ///
 656   inline Loop *getLoopFor(const BasicBlock *BB) const {
 657     return LI.getLoopFor(BB);
 658   }
 659
 660   /// operator[] - same as getLoopFor...
 661   ///
 662   inline const Loop *operator[](const BasicBlock *BB) const {
 663     return LI.getLoopFor(BB);
 664   }
 665
 666   /// getLoopDepth - Return the loop nesting level of the specified block.  A
 667   /// depth of 0 means the block is not inside any loop.
 668   ///
 669   inline unsigned getLoopDepth(const BasicBlock *BB) const {
 670     return LI.getLoopDepth(BB);
 671   }
 672
 673   // isLoopHeader - True if the block is a loop header node
 674   inline bool isLoopHeader(BasicBlock *BB) const {
 675     return LI.isLoopHeader(BB);
 676   }
 677
 678   /// removeLoop - This removes the specified top-level loop from this loop info
 679   /// object.  The loop is not deleted, as it will presumably be inserted into
 680   /// another loop.
 681   inline Loop *removeLoop(iterator I) { return LI.removeLoop(I); }
 682
 683   /// changeLoopFor - Change the top-level loop that contains BB to the
 684   /// specified loop.  This should be used by transformations that restructure
 685   /// the loop hierarchy tree.
 686   inline void changeLoopFor(BasicBlock *BB, Loop *L) {
 687     LI.changeLoopFor(BB, L);
 688   }
 689
 690   /// changeTopLevelLoop - Replace the specified loop in the top-level loops
 691   /// list with the indicated loop.
 692   inline void changeTopLevelLoop(Loop *OldLoop, Loop *NewLoop) {
 693     LI.changeTopLevelLoop(OldLoop, NewLoop);
 694   }
 695
 696   /// addTopLevelLoop - This adds the specified loop to the collection of
 697   /// top-level loops.
 698   inline void addTopLevelLoop(Loop *New) {
 699     LI.addTopLevelLoop(New);
 700   }
 701
 702   /// removeBlock - This method completely removes BB from all data structures,
 703   /// including all of the Loop objects it is nested in and our mapping from
 704   /// BasicBlocks to loops.
 705   void removeBlock(BasicBlock *BB) {
 706     LI.removeBlock(BB);
 707   }
 708
 709   void releaseMemory() { LI.releaseMemory(); }
 710
 711   /// updateUnloop - Update LoopInfo after removing the last backedge from a
 712   /// loop--now the "unloop". This updates the loop forest and parent loops for
 713   /// each block so that Unloop is no longer referenced, but the caller must
 714   /// actually delete the Unloop object.
 715   void updateUnloop(Loop *Unloop);
 716
 717   /// replacementPreservesLCSSAForm - Returns true if replacing From with To
 718   /// everywhere is guaranteed to preserve LCSSA form.
 719   bool replacementPreservesLCSSAForm(Instruction *From, Value *To) {
 720     // Preserving LCSSA form is only problematic if the replacing value is an
 721     // instruction.
 722     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(To);
 723     if (!I) return true;
 724     // If both instructions are defined in the same basic block then replacement
 725     // cannot break LCSSA form.
 726     if (I->getParent() == From->getParent())
 727       return true;
 728     // If the instruction is not defined in a loop then it can safely replace
 729     // anything.
 730     Loop *ToLoop = getLoopFor(I->getParent());
 731     if (!ToLoop) return true;
 732     // If the replacing instruction is defined in the same loop as the original
 733     // instruction, or in a loop that contains it as an inner loop, then using
 734     // it as a replacement will not break LCSSA form.
 735     return ToLoop->contains(getLoopFor(From->getParent()));
 736   }
 737 };
 738
 739 // Allow clients to walk the list of nested loops...
 740 template <> struct GraphTraits<const Loop*> {
 741   typedef const Loop NodeType;
 742   typedef LoopInfo::iterator ChildIteratorType;
 743
 744   static NodeType *getEntryNode(const Loop *L) { return L; }
 745   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) {
 746     return N->begin();
 747   }
 748   static inline ChildIteratorType child_end(NodeType *N) {
 749     return N->end();
 750   }
 751 };
 752
 753 template <> struct GraphTraits<Loop*> {
 754   typedef Loop NodeType;
 755   typedef LoopInfo::iterator ChildIteratorType;
 756
 757   static NodeType *getEntryNode(Loop *L) { return L; }
 758   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) {
 759     return N->begin();
 760   }
 761   static inline ChildIteratorType child_end(NodeType *N) {
 762     return N->end();
 763   }
 764 };
 765
 766 /// \brief The legacy pass manager's analysis pass to compute loop information.
 767 class LoopInfoWrapperPass : public FunctionPass {
 768   LoopInfo LI;
 769
 770 public:
 771   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
 772
 773   LoopInfoWrapperPass() : FunctionPass(ID) {
 774     initializeLoopInfoWrapperPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 775   }
 776
 777   LoopInfo &getLoopInfo() { return LI; }
 778   const LoopInfo &getLoopInfo() const { return LI; }
 779
 780   /// \brief Calculate the natural loop information for a given function.
 781   bool runOnFunction(Function &F) override;
 782
 783   void verifyAnalysis() const override;
 784
 785   void releaseMemory() override { LI.releaseMemory(); }
 786
 787   void print(raw_ostream &O, const Module *M = nullptr) const override;
 788
 789   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
 790 };
 791
 792 } // End llvm namespace
 793
 794 #endif