lib/Analysis/LoopPass.cpp

   1 //===- LoopPass.cpp - Loop Pass and Loop Pass Manager ---------------------===//
   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 LoopPass and LPPassManager. All loop optimization
  11 // and transformation passes are derived from LoopPass. LPPassManager is
  12 // responsible for managing LoopPasses.
  13 //
  14 //===----------------------------------------------------------------------===//
  15
  16 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
  17 #include "llvm/Assembly/PrintModulePass.h"
  18 #include "llvm/Support/Debug.h"
  19 #include "llvm/Support/Timer.h"
  20 using namespace llvm;
  21
  22 namespace {
  23
  24 /// PrintLoopPass - Print a Function corresponding to a Loop.
  25 ///
  26 class PrintLoopPass : public LoopPass {
  27 private:
  28   std::string Banner;
  29   raw_ostream &Out;       // raw_ostream to print on.
  30
  31 public:
  32   static char ID;
  33   PrintLoopPass() : LoopPass(&ID), Out(dbgs()) {}
  34   PrintLoopPass(const std::string &B, raw_ostream &o)
  35       : LoopPass(&ID), Banner(B), Out(o) {}
  36
  37   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  38     AU.setPreservesAll();
  39   }
  40
  41   bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &) {
  42     Out << Banner;
  43     for (Loop::block_iterator b = L->block_begin(), be = L->block_end();
  44          b != be;
  45          ++b) {
  46       (*b)->print(Out);
  47     }
  48     return false;
  49   }
  50 };
  51
  52 char PrintLoopPass::ID = 0;
  53 }
  54
  55 //===----------------------------------------------------------------------===//
  56 // LPPassManager
  57 //
  58
  59 char LPPassManager::ID = 0;
  60
  61 LPPassManager::LPPassManager(int Depth)
  62   : FunctionPass(&ID), PMDataManager(Depth) {
  63   skipThisLoop = false;
  64   redoThisLoop = false;
  65   LI = NULL;
  66   CurrentLoop = NULL;
  67 }
  68
  69 /// Delete loop from the loop queue and loop hierarchy (LoopInfo).
  70 void LPPassManager::deleteLoopFromQueue(Loop *L) {
  71
  72   if (Loop *ParentLoop = L->getParentLoop()) { // Not a top-level loop.
  73     // Reparent all of the blocks in this loop.  Since BBLoop had a parent,
  74     // they are now all in it.
  75     for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
  76          I != E; ++I)
  77       if (LI->getLoopFor(*I) == L)    // Don't change blocks in subloops.
  78         LI->changeLoopFor(*I, ParentLoop);
  79
  80     // Remove the loop from its parent loop.
  81     for (Loop::iterator I = ParentLoop->begin(), E = ParentLoop->end();;
  82          ++I) {
  83       assert(I != E && "Couldn't find loop");
  84       if (*I == L) {
  85         ParentLoop->removeChildLoop(I);
  86         break;
  87       }
  88     }
  89
  90     // Move all subloops into the parent loop.
  91     while (!L->empty())
  92       ParentLoop->addChildLoop(L->removeChildLoop(L->end()-1));
  93   } else {
  94     // Reparent all of the blocks in this loop.  Since BBLoop had no parent,
  95     // they no longer in a loop at all.
  96
  97     for (unsigned i = 0; i != L->getBlocks().size(); ++i) {
  98       // Don't change blocks in subloops.
  99       if (LI->getLoopFor(L->getBlocks()[i]) == L) {
 100         LI->removeBlock(L->getBlocks()[i]);
 101         --i;
 102       }
 103     }
 104
 105     // Remove the loop from the top-level LoopInfo object.
 106     for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end();; ++I) {
 107       assert(I != E && "Couldn't find loop");
 108       if (*I == L) {
 109         LI->removeLoop(I);
 110         break;
 111       }
 112     }
 113
 114     // Move all of the subloops to the top-level.
 115     while (!L->empty())
 116       LI->addTopLevelLoop(L->removeChildLoop(L->end()-1));
 117   }
 118
 119   delete L;
 120
 121   // If L is current loop then skip rest of the passes and let
 122   // runOnFunction remove L from LQ. Otherwise, remove L from LQ now
 123   // and continue applying other passes on CurrentLoop.
 124   if (CurrentLoop == L) {
 125     skipThisLoop = true;
 126     return;
 127   }
 128
 129   for (std::deque<Loop *>::iterator I = LQ.begin(),
 130          E = LQ.end(); I != E; ++I) {
 131     if (*I == L) {
 132       LQ.erase(I);
 133       break;
 134     }
 135   }
 136 }
 137
 138 // Inset loop into loop nest (LoopInfo) and loop queue (LQ).
 139 void LPPassManager::insertLoop(Loop *L, Loop *ParentLoop) {
 140
 141   assert (CurrentLoop != L && "Cannot insert CurrentLoop");
 142
 143   // Insert into loop nest
 144   if (ParentLoop)
 145     ParentLoop->addChildLoop(L);
 146   else
 147     LI->addTopLevelLoop(L);
 148
 149   insertLoopIntoQueue(L);
 150 }
 151
 152 void LPPassManager::insertLoopIntoQueue(Loop *L) {
 153   // Insert L into loop queue
 154   if (L == CurrentLoop)
 155     redoLoop(L);
 156   else if (!L->getParentLoop())
 157     // This is top level loop.
 158     LQ.push_front(L);
 159   else {
 160     // Insert L after the parent loop.
 161     for (std::deque<Loop *>::iterator I = LQ.begin(),
 162            E = LQ.end(); I != E; ++I) {
 163       if (*I == L->getParentLoop()) {
 164         // deque does not support insert after.
 165         ++I;
 166         LQ.insert(I, 1, L);
 167         break;
 168       }
 169     }
 170   }
 171 }
 172
 173 // Reoptimize this loop. LPPassManager will re-insert this loop into the
 174 // queue. This allows LoopPass to change loop nest for the loop. This
 175 // utility may send LPPassManager into infinite loops so use caution.
 176 void LPPassManager::redoLoop(Loop *L) {
 177   assert (CurrentLoop == L && "Can redo only CurrentLoop");
 178   redoThisLoop = true;
 179 }
 180
 181 /// cloneBasicBlockSimpleAnalysis - Invoke cloneBasicBlockAnalysis hook for
 182 /// all loop passes.
 183 void LPPassManager::cloneBasicBlockSimpleAnalysis(BasicBlock *From,
 184                                                   BasicBlock *To, Loop *L) {
 185   for (unsigned Index = 0; Index < getNumContainedPasses(); ++Index) {
 186     LoopPass *LP = (LoopPass *)getContainedPass(Index);
 187     LP->cloneBasicBlockAnalysis(From, To, L);
 188   }
 189 }
 190
 191 /// deleteSimpleAnalysisValue - Invoke deleteAnalysisValue hook for all passes.
 192 void LPPassManager::deleteSimpleAnalysisValue(Value *V, Loop *L) {
 193   if (BasicBlock *BB = dyn_cast<BasicBlock>(V)) {
 194     for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end(); BI != BE;
 195          ++BI) {
 196       Instruction &I = *BI;
 197       deleteSimpleAnalysisValue(&I, L);
 198     }
 199   }
 200   for (unsigned Index = 0; Index < getNumContainedPasses(); ++Index) {
 201     LoopPass *LP = (LoopPass *)getContainedPass(Index);
 202     LP->deleteAnalysisValue(V, L);
 203   }
 204 }
 205
 206
 207 // Recurse through all subloops and all loops  into LQ.
 208 static void addLoopIntoQueue(Loop *L, std::deque<Loop *> &LQ) {
 209   LQ.push_back(L);
 210   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
 211     addLoopIntoQueue(*I, LQ);
 212 }
 213
 214 /// Pass Manager itself does not invalidate any analysis info.
 215 void LPPassManager::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &Info) const {
 216   // LPPassManager needs LoopInfo. In the long term LoopInfo class will
 217   // become part of LPPassManager.
 218   Info.addRequired<LoopInfo>();
 219   Info.setPreservesAll();
 220 }
 221
 222 /// run - Execute all of the passes scheduled for execution.  Keep track of
 223 /// whether any of the passes modifies the function, and if so, return true.
 224 bool LPPassManager::runOnFunction(Function &F) {
 225   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
 226   bool Changed = false;
 227
 228   // Collect inherited analysis from Module level pass manager.
 229   populateInheritedAnalysis(TPM->activeStack);
 230
 231   // Populate Loop Queue
 232   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
 233     addLoopIntoQueue(*I, LQ);
 234
 235   if (LQ.empty()) // No loops, skip calling finalizers
 236     return false;
 237
 238   // Initialization
 239   for (std::deque<Loop *>::const_iterator I = LQ.begin(), E = LQ.end();
 240        I != E; ++I) {
 241     Loop *L = *I;
 242     for (unsigned Index = 0; Index < getNumContainedPasses(); ++Index) {
 243       LoopPass *P = (LoopPass*)getContainedPass(Index);
 244       Changed |= P->doInitialization(L, *this);
 245     }
 246   }
 247
 248   // Walk Loops
 249   while (!LQ.empty()) {
 250
 251     CurrentLoop  = LQ.back();
 252     skipThisLoop = false;
 253     redoThisLoop = false;
 254
 255     // Run all passes on the current Loop.
 256     for (unsigned Index = 0; Index < getNumContainedPasses(); ++Index) {
 257       LoopPass *P = (LoopPass*)getContainedPass(Index);
 258
 259       dumpPassInfo(P, EXECUTION_MSG, ON_LOOP_MSG,
 260                    CurrentLoop->getHeader()->getName());
 261       dumpRequiredSet(P);
 262
 263       initializeAnalysisImpl(P);
 264
 265       {
 266         PassManagerPrettyStackEntry X(P, *CurrentLoop->getHeader());
 267         TimeRegion PassTimer(getPassTimer(P));
 268
 269         Changed |= P->runOnLoop(CurrentLoop, *this);
 270       }
 271
 272       if (Changed)
 273         dumpPassInfo(P, MODIFICATION_MSG, ON_LOOP_MSG,
 274                      skipThisLoop ? "<deleted>" :
 275                                     CurrentLoop->getHeader()->getName());
 276       dumpPreservedSet(P);
 277
 278       if (!skipThisLoop) {
 279         // Manually check that this loop is still healthy. This is done
 280         // instead of relying on LoopInfo::verifyLoop since LoopInfo
 281         // is a function pass and it's really expensive to verify every
 282         // loop in the function every time. That level of checking can be
 283         // enabled with the -verify-loop-info option.
 284         {
 285           TimeRegion PassTimer(getPassTimer(LI));
 286           CurrentLoop->verifyLoop();
 287         }
 288
 289         // Then call the regular verifyAnalysis functions.
 290         verifyPreservedAnalysis(P);
 291       }
 292
 293       removeNotPreservedAnalysis(P);
 294       recordAvailableAnalysis(P);
 295       removeDeadPasses(P,
 296                        skipThisLoop ? "<deleted>" :
 297                                       CurrentLoop->getHeader()->getName(),
 298                        ON_LOOP_MSG);
 299
 300       if (skipThisLoop)
 301         // Do not run other passes on this loop.
 302         break;
 303     }
 304
 305     // If the loop was deleted, release all the loop passes. This frees up
 306     // some memory, and avoids trouble with the pass manager trying to call
 307     // verifyAnalysis on them.
 308     if (skipThisLoop)
 309       for (unsigned Index = 0; Index < getNumContainedPasses(); ++Index) {
 310         Pass *P = getContainedPass(Index);
 311         freePass(P, "<deleted>", ON_LOOP_MSG);
 312       }
 313
 314     // Pop the loop from queue after running all passes.
 315     LQ.pop_back();
 316
 317     if (redoThisLoop)
 318       LQ.push_back(CurrentLoop);
 319   }
 320
 321   // Finalization
 322   for (unsigned Index = 0; Index < getNumContainedPasses(); ++Index) {
 323     LoopPass *P = (LoopPass *)getContainedPass(Index);
 324     Changed |= P->doFinalization();
 325   }
 326
 327   return Changed;
 328 }
 329
 330 /// Print passes managed by this manager
 331 void LPPassManager::dumpPassStructure(unsigned Offset) {
 332   errs().indent(Offset*2) << "Loop Pass Manager\n";
 333   for (unsigned Index = 0; Index < getNumContainedPasses(); ++Index) {
 334     Pass *P = getContainedPass(Index);
 335     P->dumpPassStructure(Offset + 1);
 336     dumpLastUses(P, Offset+1);
 337   }
 338 }
 339
 340
 341 //===----------------------------------------------------------------------===//
 342 // LoopPass
 343
 344 Pass *LoopPass::createPrinterPass(raw_ostream &O,
 345                                   const std::string &Banner) const {
 346   return new PrintLoopPass(Banner, O);
 347 }
 348
 349 // Check if this pass is suitable for the current LPPassManager, if
 350 // available. This pass P is not suitable for a LPPassManager if P
 351 // is not preserving higher level analysis info used by other
 352 // LPPassManager passes. In such case, pop LPPassManager from the
 353 // stack. This will force assignPassManager() to create new
 354 // LPPassManger as expected.
 355 void LoopPass::preparePassManager(PMStack &PMS) {
 356
 357   // Find LPPassManager
 358   while (!PMS.empty() &&
 359          PMS.top()->getPassManagerType() > PMT_LoopPassManager)
 360     PMS.pop();
 361
 362   // If this pass is destroying high level information that is used
 363   // by other passes that are managed by LPM then do not insert
 364   // this pass in current LPM. Use new LPPassManager.
 365   if (PMS.top()->getPassManagerType() == PMT_LoopPassManager &&
 366       !PMS.top()->preserveHigherLevelAnalysis(this))
 367     PMS.pop();
 368 }
 369
 370 /// Assign pass manager to manage this pass.
 371 void LoopPass::assignPassManager(PMStack &PMS,
 372                                  PassManagerType PreferredType) {
 373   // Find LPPassManager
 374   while (!PMS.empty() &&
 375          PMS.top()->getPassManagerType() > PMT_LoopPassManager)
 376     PMS.pop();
 377
 378   LPPassManager *LPPM;
 379   if (PMS.top()->getPassManagerType() == PMT_LoopPassManager)
 380     LPPM = (LPPassManager*)PMS.top();
 381   else {
 382     // Create new Loop Pass Manager if it does not exist.
 383     assert (!PMS.empty() && "Unable to create Loop Pass Manager");
 384     PMDataManager *PMD = PMS.top();
 385
 386     // [1] Create new Call Graph Pass Manager
 387     LPPM = new LPPassManager(PMD->getDepth() + 1);
 388     LPPM->populateInheritedAnalysis(PMS);
 389
 390     // [2] Set up new manager's top level manager
 391     PMTopLevelManager *TPM = PMD->getTopLevelManager();
 392     TPM->addIndirectPassManager(LPPM);
 393
 394     // [3] Assign manager to manage this new manager. This may create
 395     // and push new managers into PMS
 396     Pass *P = LPPM->getAsPass();
 397     TPM->schedulePass(P);
 398
 399     // [4] Push new manager into PMS
 400     PMS.push(LPPM);
 401   }
 402
 403   LPPM->add(this);
 404 }