lib/Analysis/IVUsers.cpp

   1 //===- IVUsers.cpp - Induction Variable Users -------------------*- 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 implements bookkeeping for "interesting" users of expressions
  11 // computed from induction variables.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #define DEBUG_TYPE "iv-users"
  16 #include "llvm/Analysis/IVUsers.h"
  17 #include "llvm/Constants.h"
  18 #include "llvm/Instructions.h"
  19 #include "llvm/Type.h"
  20 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  21 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
  22 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
  23 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
  24 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  25 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
  26 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  27 #include "llvm/Support/Debug.h"
  28 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  29 #include <algorithm>
  30 using namespace llvm;
  31
  32 char IVUsers::ID = 0;
  33 INITIALIZE_PASS_BEGIN(IVUsers, "iv-users",
  34                       "Induction Variable Users", false, true)
  35 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
  36 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
  37 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
  38 INITIALIZE_PASS_END(IVUsers, "iv-users",
  39                       "Induction Variable Users", false, true)
  40
  41 Pass *llvm::createIVUsersPass() {
  42   return new IVUsers();
  43 }
  44
  45 /// isInteresting - Test whether the given expression is "interesting" when
  46 /// used by the given expression, within the context of analyzing the
  47 /// given loop.
  48 static bool isInteresting(const SCEV *S, const Instruction *I, const Loop *L,
  49                           ScalarEvolution *SE) {
  50   // An addrec is interesting if it's affine or if it has an interesting start.
  51   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
  52     // Keep things simple. Don't touch loop-variant strides.
  53     if (AR->getLoop() == L)
  54       return AR->isAffine() || !L->contains(I);
  55     // Otherwise recurse to see if the start value is interesting, and that
  56     // the step value is not interesting, since we don't yet know how to
  57     // do effective SCEV expansions for addrecs with interesting steps.
  58     return isInteresting(AR->getStart(), I, L, SE) &&
  59           !isInteresting(AR->getStepRecurrence(*SE), I, L, SE);
  60   }
  61
  62   // An add is interesting if exactly one of its operands is interesting.
  63   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
  64     bool AnyInterestingYet = false;
  65     for (SCEVAddExpr::op_iterator OI = Add->op_begin(), OE = Add->op_end();
  66          OI != OE; ++OI)
  67       if (isInteresting(*OI, I, L, SE)) {
  68         if (AnyInterestingYet)
  69           return false;
  70         AnyInterestingYet = true;
  71       }
  72     return AnyInterestingYet;
  73   }
  74
  75   // Nothing else is interesting here.
  76   return false;
  77 }
  78
  79 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
  80 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
  81 /// return true.  Otherwise, return false.
  82 bool IVUsers::AddUsersIfInteresting(Instruction *I) {
  83   if (!SE->isSCEVable(I->getType()))
  84     return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
  85
  86   // LSR is not APInt clean, do not touch integers bigger than 64-bits.
  87   // Also avoid creating IVs of non-native types. For example, we don't want a
  88   // 64-bit IV in 32-bit code just because the loop has one 64-bit cast.
  89   uint64_t Width = SE->getTypeSizeInBits(I->getType());
  90   if (Width > 64 || (TD && !TD->isLegalInteger(Width)))
  91     return false;
  92
  93   if (!Processed.insert(I))
  94     return true;    // Instruction already handled.
  95
  96   // Get the symbolic expression for this instruction.
  97   const SCEV *ISE = SE->getSCEV(I);
  98
  99   // If we've come to an uninteresting expression, stop the traversal and
 100   // call this a user.
 101   if (!isInteresting(ISE, I, L, SE))
 102     return false;
 103
 104   SmallPtrSet<Instruction *, 4> UniqueUsers;
 105   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
 106        UI != E; ++UI) {
 107     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
 108     if (!UniqueUsers.insert(User))
 109       continue;
 110
 111     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
 112     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
 113       continue;
 114
 115     // Descend recursively, but not into PHI nodes outside the current loop.
 116     // It's important to see the entire expression outside the loop to get
 117     // choices that depend on addressing mode use right, although we won't
 118     // consider references outside the loop in all cases.
 119     // If User is already in Processed, we don't want to recurse into it again,
 120     // but do want to record a second reference in the same instruction.
 121     bool AddUserToIVUsers = false;
 122     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
 123       if (isa<PHINode>(User) || Processed.count(User) ||
 124           !AddUsersIfInteresting(User)) {
 125         DEBUG(dbgs() << "FOUND USER in other loop: " << *User << '\n'
 126                      << "   OF SCEV: " << *ISE << '\n');
 127         AddUserToIVUsers = true;
 128       }
 129     } else if (Processed.count(User) || !AddUsersIfInteresting(User)) {
 130       DEBUG(dbgs() << "FOUND USER: " << *User << '\n'
 131                    << "   OF SCEV: " << *ISE << '\n');
 132       AddUserToIVUsers = true;
 133     }
 134
 135     if (AddUserToIVUsers) {
 136       // Okay, we found a user that we cannot reduce.
 137       IVUses.push_back(new IVStrideUse(this, User, I));
 138       IVStrideUse &NewUse = IVUses.back();
 139       // Autodetect the post-inc loop set, populating NewUse.PostIncLoops.
 140       // The regular return value here is discarded; instead of recording
 141       // it, we just recompute it when we need it.
 142       ISE = TransformForPostIncUse(NormalizeAutodetect,
 143                                    ISE, User, I,
 144                                    NewUse.PostIncLoops,
 145                                    *SE, *DT);
 146       DEBUG(dbgs() << "   NORMALIZED TO: " << *ISE << '\n');
 147     }
 148   }
 149   return true;
 150 }
 151
 152 IVStrideUse &IVUsers::AddUser(Instruction *User, Value *Operand) {
 153   IVUses.push_back(new IVStrideUse(this, User, Operand));
 154   return IVUses.back();
 155 }
 156
 157 IVUsers::IVUsers()
 158     : LoopPass(ID) {
 159   initializeIVUsersPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 160 }
 161
 162 void IVUsers::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 163   AU.addRequired<LoopInfo>();
 164   AU.addRequired<DominatorTree>();
 165   AU.addRequired<ScalarEvolution>();
 166   AU.setPreservesAll();
 167 }
 168
 169 bool IVUsers::runOnLoop(Loop *l, LPPassManager &LPM) {
 170
 171   L = l;
 172   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
 173   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
 174   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
 175   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
 176
 177   // Find all uses of induction variables in this loop, and categorize
 178   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
 179   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
 180   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
 181     (void)AddUsersIfInteresting(I);
 182
 183   return false;
 184 }
 185
 186 void IVUsers::print(raw_ostream &OS, const Module *M) const {
 187   OS << "IV Users for loop ";
 188   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), false);
 189   if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L)) {
 190     OS << " with backedge-taken count "
 191        << *SE->getBackedgeTakenCount(L);
 192   }
 193   OS << ":\n";
 194
 195   for (ilist<IVStrideUse>::const_iterator UI = IVUses.begin(),
 196        E = IVUses.end(); UI != E; ++UI) {
 197     OS << "  ";
 198     WriteAsOperand(OS, UI->getOperandValToReplace(), false);
 199     OS << " = " << *getReplacementExpr(*UI);
 200     for (PostIncLoopSet::const_iterator
 201          I = UI->PostIncLoops.begin(),
 202          E = UI->PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
 203       OS << " (post-inc with loop ";
 204       WriteAsOperand(OS, (*I)->getHeader(), false);
 205       OS << ")";
 206     }
 207     OS << " in  ";
 208     UI->getUser()->print(OS);
 209     OS << '\n';
 210   }
 211 }
 212
 213 void IVUsers::dump() const {
 214   print(dbgs());
 215 }
 216
 217 void IVUsers::releaseMemory() {
 218   Processed.clear();
 219   IVUses.clear();
 220 }
 221
 222 /// getReplacementExpr - Return a SCEV expression which computes the
 223 /// value of the OperandValToReplace.
 224 const SCEV *IVUsers::getReplacementExpr(const IVStrideUse &IU) const {
 225   return SE->getSCEV(IU.getOperandValToReplace());
 226 }
 227
 228 /// getExpr - Return the expression for the use.
 229 const SCEV *IVUsers::getExpr(const IVStrideUse &IU) const {
 230   return
 231     TransformForPostIncUse(Normalize, getReplacementExpr(IU),
 232                            IU.getUser(), IU.getOperandValToReplace(),
 233                            const_cast<PostIncLoopSet &>(IU.getPostIncLoops()),
 234                            *SE, *DT);
 235 }
 236
 237 static const SCEVAddRecExpr *findAddRecForLoop(const SCEV *S, const Loop *L) {
 238   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
 239     if (AR->getLoop() == L)
 240       return AR;
 241     return findAddRecForLoop(AR->getStart(), L);
 242   }
 243
 244   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
 245     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
 246          I != E; ++I)
 247       if (const SCEVAddRecExpr *AR = findAddRecForLoop(*I, L))
 248         return AR;
 249     return 0;
 250   }
 251
 252   return 0;
 253 }
 254
 255 const SCEV *IVUsers::getStride(const IVStrideUse &IU, const Loop *L) const {
 256   if (const SCEVAddRecExpr *AR = findAddRecForLoop(getExpr(IU), L))
 257     return AR->getStepRecurrence(*SE);
 258   return 0;
 259 }
 260
 261 void IVStrideUse::transformToPostInc(const Loop *L) {
 262   PostIncLoops.insert(L);
 263 }
 264
 265 void IVStrideUse::deleted() {
 266   // Remove this user from the list.
 267   Parent->IVUses.erase(this);
 268   // this now dangles!
 269 }