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