lib/Analysis/PHITransAddr.cpp

   1 //===- PHITransAddr.cpp - PHI Translation for Addresses -------------------===//
   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 the PHITransAddr class.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "llvm/Analysis/PHITransAddr.h"
  15 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
  16 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
  17 #include "llvm/IR/Constants.h"
  18 #include "llvm/IR/Dominators.h"
  19 #include "llvm/IR/Instructions.h"
  20 #include "llvm/Support/Debug.h"
  21 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  22 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  23 using namespace llvm;
  24
  25 static bool CanPHITrans(Instruction *Inst) {
  26   if (isa<PHINode>(Inst) ||
  27       isa<GetElementPtrInst>(Inst))
  28     return true;
  29
  30   if (isa<CastInst>(Inst) &&
  31       isSafeToSpeculativelyExecute(Inst))
  32     return true;
  33
  34   if (Inst->getOpcode() == Instruction::Add &&
  35       isa<ConstantInt>(Inst->getOperand(1)))
  36     return true;
  37
  38   //   cerr << "MEMDEP: Could not PHI translate: " << *Pointer;
  39   //   if (isa<BitCastInst>(PtrInst) || isa<GetElementPtrInst>(PtrInst))
  40   //     cerr << "OP:\t\t\t\t" << *PtrInst->getOperand(0);
  41   return false;
  42 }
  43
  44 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
  45 void PHITransAddr::dump() const {
  46   if (!Addr) {
  47     dbgs() << "PHITransAddr: null\n";
  48     return;
  49   }
  50   dbgs() << "PHITransAddr: " << *Addr << "\n";
  51   for (unsigned i = 0, e = InstInputs.size(); i != e; ++i)
  52     dbgs() << "  Input #" << i << " is " << *InstInputs[i] << "\n";
  53 }
  54 #endif
  55
  56
  57 static bool VerifySubExpr(Value *Expr,
  58                           SmallVectorImpl<Instruction*> &InstInputs) {
  59   // If this is a non-instruction value, there is nothing to do.
  60   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Expr);
  61   if (!I) return true;
  62
  63   // If it's an instruction, it is either in Tmp or its operands recursively
  64   // are.
  65   SmallVectorImpl<Instruction*>::iterator Entry =
  66     std::find(InstInputs.begin(), InstInputs.end(), I);
  67   if (Entry != InstInputs.end()) {
  68     InstInputs.erase(Entry);
  69     return true;
  70   }
  71
  72   // If it isn't in the InstInputs list it is a subexpr incorporated into the
  73   // address.  Sanity check that it is phi translatable.
  74   if (!CanPHITrans(I)) {
  75     errs() << "Instruction in PHITransAddr is not phi-translatable:\n";
  76     errs() << *I << '\n';
  77     llvm_unreachable("Either something is missing from InstInputs or "
  78                      "CanPHITrans is wrong.");
  79   }
  80
  81   // Validate the operands of the instruction.
  82   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
  83     if (!VerifySubExpr(I->getOperand(i), InstInputs))
  84       return false;
  85
  86   return true;
  87 }
  88
  89 /// Verify - Check internal consistency of this data structure.  If the
  90 /// structure is valid, it returns true.  If invalid, it prints errors and
  91 /// returns false.
  92 bool PHITransAddr::Verify() const {
  93   if (!Addr) return true;
  94
  95   SmallVector<Instruction*, 8> Tmp(InstInputs.begin(), InstInputs.end());
  96
  97   if (!VerifySubExpr(Addr, Tmp))
  98     return false;
  99
 100   if (!Tmp.empty()) {
 101     errs() << "PHITransAddr contains extra instructions:\n";
 102     for (unsigned i = 0, e = InstInputs.size(); i != e; ++i)
 103       errs() << "  InstInput #" << i << " is " << *InstInputs[i] << "\n";
 104     llvm_unreachable("This is unexpected.");
 105   }
 106
 107   // a-ok.
 108   return true;
 109 }
 110
 111
 112 /// IsPotentiallyPHITranslatable - If this needs PHI translation, return true
 113 /// if we have some hope of doing it.  This should be used as a filter to
 114 /// avoid calling PHITranslateValue in hopeless situations.
 115 bool PHITransAddr::IsPotentiallyPHITranslatable() const {
 116   // If the input value is not an instruction, or if it is not defined in CurBB,
 117   // then we don't need to phi translate it.
 118   Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(Addr);
 119   return !Inst || CanPHITrans(Inst);
 120 }
 121
 122
 123 static void RemoveInstInputs(Value *V,
 124                              SmallVectorImpl<Instruction*> &InstInputs) {
 125   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 126   if (!I) return;
 127
 128   // If the instruction is in the InstInputs list, remove it.
 129   SmallVectorImpl<Instruction*>::iterator Entry =
 130     std::find(InstInputs.begin(), InstInputs.end(), I);
 131   if (Entry != InstInputs.end()) {
 132     InstInputs.erase(Entry);
 133     return;
 134   }
 135
 136   assert(!isa<PHINode>(I) && "Error, removing something that isn't an input");
 137
 138   // Otherwise, it must have instruction inputs itself.  Zap them recursively.
 139   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 140     if (Instruction *Op = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
 141       RemoveInstInputs(Op, InstInputs);
 142   }
 143 }
 144
 145 Value *PHITransAddr::PHITranslateSubExpr(Value *V, BasicBlock *CurBB,
 146                                          BasicBlock *PredBB,
 147                                          const DominatorTree *DT) {
 148   // If this is a non-instruction value, it can't require PHI translation.
 149   Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V);
 150   if (!Inst) return V;
 151
 152   // Determine whether 'Inst' is an input to our PHI translatable expression.
 153   bool isInput = std::count(InstInputs.begin(), InstInputs.end(), Inst);
 154
 155   // Handle inputs instructions if needed.
 156   if (isInput) {
 157     if (Inst->getParent() != CurBB) {
 158       // If it is an input defined in a different block, then it remains an
 159       // input.
 160       return Inst;
 161     }
 162
 163     // If 'Inst' is defined in this block and is an input that needs to be phi
 164     // translated, we need to incorporate the value into the expression or fail.
 165
 166     // In either case, the instruction itself isn't an input any longer.
 167     InstInputs.erase(std::find(InstInputs.begin(), InstInputs.end(), Inst));
 168
 169     // If this is a PHI, go ahead and translate it.
 170     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Inst))
 171       return AddAsInput(PN->getIncomingValueForBlock(PredBB));
 172
 173     // If this is a non-phi value, and it is analyzable, we can incorporate it
 174     // into the expression by making all instruction operands be inputs.
 175     if (!CanPHITrans(Inst))
 176       return nullptr;
 177
 178     // All instruction operands are now inputs (and of course, they may also be
 179     // defined in this block, so they may need to be phi translated themselves.
 180     for (unsigned i = 0, e = Inst->getNumOperands(); i != e; ++i)
 181       if (Instruction *Op = dyn_cast<Instruction>(Inst->getOperand(i)))
 182         InstInputs.push_back(Op);
 183   }
 184
 185   // Ok, it must be an intermediate result (either because it started that way
 186   // or because we just incorporated it into the expression).  See if its
 187   // operands need to be phi translated, and if so, reconstruct it.
 188
 189   if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(Inst)) {
 190     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(Cast)) return nullptr;
 191     Value *PHIIn = PHITranslateSubExpr(Cast->getOperand(0), CurBB, PredBB, DT);
 192     if (!PHIIn) return nullptr;
 193     if (PHIIn == Cast->getOperand(0))
 194       return Cast;
 195
 196     // Find an available version of this cast.
 197
 198     // Constants are trivial to find.
 199     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(PHIIn))
 200       return AddAsInput(ConstantExpr::getCast(Cast->getOpcode(),
 201                                               C, Cast->getType()));
 202
 203     // Otherwise we have to see if a casted version of the incoming pointer
 204     // is available.  If so, we can use it, otherwise we have to fail.
 205     for (User *U : PHIIn->users()) {
 206       if (CastInst *CastI = dyn_cast<CastInst>(U))
 207         if (CastI->getOpcode() == Cast->getOpcode() &&
 208             CastI->getType() == Cast->getType() &&
 209             (!DT || DT->dominates(CastI->getParent(), PredBB)))
 210           return CastI;
 211     }
 212     return nullptr;
 213   }
 214
 215   // Handle getelementptr with at least one PHI translatable operand.
 216   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Inst)) {
 217     SmallVector<Value*, 8> GEPOps;
 218     bool AnyChanged = false;
 219     for (unsigned i = 0, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 220       Value *GEPOp = PHITranslateSubExpr(GEP->getOperand(i), CurBB, PredBB, DT);
 221       if (!GEPOp) return nullptr;
 222
 223       AnyChanged |= GEPOp != GEP->getOperand(i);
 224       GEPOps.push_back(GEPOp);
 225     }
 226
 227     if (!AnyChanged)
 228       return GEP;
 229
 230     // Simplify the GEP to handle 'gep x, 0' -> x etc.
 231     if (Value *V = SimplifyGEPInst(GEPOps, DL, TLI, DT, AT)) {
 232       for (unsigned i = 0, e = GEPOps.size(); i != e; ++i)
 233         RemoveInstInputs(GEPOps[i], InstInputs);
 234
 235       return AddAsInput(V);
 236     }
 237
 238     // Scan to see if we have this GEP available.
 239     Value *APHIOp = GEPOps[0];
 240     for (User *U : APHIOp->users()) {
 241       if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U))
 242         if (GEPI->getType() == GEP->getType() &&
 243             GEPI->getNumOperands() == GEPOps.size() &&
 244             GEPI->getParent()->getParent() == CurBB->getParent() &&
 245             (!DT || DT->dominates(GEPI->getParent(), PredBB))) {
 246           bool Mismatch = false;
 247           for (unsigned i = 0, e = GEPOps.size(); i != e; ++i)
 248             if (GEPI->getOperand(i) != GEPOps[i]) {
 249               Mismatch = true;
 250               break;
 251             }
 252           if (!Mismatch)
 253             return GEPI;
 254         }
 255     }
 256     return nullptr;
 257   }
 258
 259   // Handle add with a constant RHS.
 260   if (Inst->getOpcode() == Instruction::Add &&
 261       isa<ConstantInt>(Inst->getOperand(1))) {
 262     // PHI translate the LHS.
 263     Constant *RHS = cast<ConstantInt>(Inst->getOperand(1));
 264     bool isNSW = cast<BinaryOperator>(Inst)->hasNoSignedWrap();
 265     bool isNUW = cast<BinaryOperator>(Inst)->hasNoUnsignedWrap();
 266
 267     Value *LHS = PHITranslateSubExpr(Inst->getOperand(0), CurBB, PredBB, DT);
 268     if (!LHS) return nullptr;
 269
 270     // If the PHI translated LHS is an add of a constant, fold the immediates.
 271     if (BinaryOperator *BOp = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS))
 272       if (BOp->getOpcode() == Instruction::Add)
 273         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BOp->getOperand(1))) {
 274           LHS = BOp->getOperand(0);
 275           RHS = ConstantExpr::getAdd(RHS, CI);
 276           isNSW = isNUW = false;
 277
 278           // If the old 'LHS' was an input, add the new 'LHS' as an input.
 279           if (std::count(InstInputs.begin(), InstInputs.end(), BOp)) {
 280             RemoveInstInputs(BOp, InstInputs);
 281             AddAsInput(LHS);
 282           }
 283         }
 284
 285     // See if the add simplifies away.
 286     if (Value *Res = SimplifyAddInst(LHS, RHS, isNSW, isNUW, DL, TLI, DT, AT)) {
 287       // If we simplified the operands, the LHS is no longer an input, but Res
 288       // is.
 289       RemoveInstInputs(LHS, InstInputs);
 290       return AddAsInput(Res);
 291     }
 292
 293     // If we didn't modify the add, just return it.
 294     if (LHS == Inst->getOperand(0) && RHS == Inst->getOperand(1))
 295       return Inst;
 296
 297     // Otherwise, see if we have this add available somewhere.
 298     for (User *U : LHS->users()) {
 299       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U))
 300         if (BO->getOpcode() == Instruction::Add &&
 301             BO->getOperand(0) == LHS && BO->getOperand(1) == RHS &&
 302             BO->getParent()->getParent() == CurBB->getParent() &&
 303             (!DT || DT->dominates(BO->getParent(), PredBB)))
 304           return BO;
 305     }
 306
 307     return nullptr;
 308   }
 309
 310   // Otherwise, we failed.
 311   return nullptr;
 312 }
 313
 314
 315 /// PHITranslateValue - PHI translate the current address up the CFG from
 316 /// CurBB to Pred, updating our state to reflect any needed changes.  If the
 317 /// dominator tree DT is non-null, the translated value must dominate
 318 /// PredBB.  This returns true on failure and sets Addr to null.
 319 bool PHITransAddr::PHITranslateValue(BasicBlock *CurBB, BasicBlock *PredBB,
 320                                      const DominatorTree *DT) {
 321   assert(Verify() && "Invalid PHITransAddr!");
 322   Addr = PHITranslateSubExpr(Addr, CurBB, PredBB, DT);
 323   assert(Verify() && "Invalid PHITransAddr!");
 324
 325   if (DT) {
 326     // Make sure the value is live in the predecessor.
 327     if (Instruction *Inst = dyn_cast_or_null<Instruction>(Addr))
 328       if (!DT->dominates(Inst->getParent(), PredBB))
 329         Addr = nullptr;
 330   }
 331
 332   return Addr == nullptr;
 333 }
 334
 335 /// PHITranslateWithInsertion - PHI translate this value into the specified
 336 /// predecessor block, inserting a computation of the value if it is
 337 /// unavailable.
 338 ///
 339 /// All newly created instructions are added to the NewInsts list.  This
 340 /// returns null on failure.
 341 ///
 342 Value *PHITransAddr::
 343 PHITranslateWithInsertion(BasicBlock *CurBB, BasicBlock *PredBB,
 344                           const DominatorTree &DT,
 345                           SmallVectorImpl<Instruction*> &NewInsts) {
 346   unsigned NISize = NewInsts.size();
 347
 348   // Attempt to PHI translate with insertion.
 349   Addr = InsertPHITranslatedSubExpr(Addr, CurBB, PredBB, DT, NewInsts);
 350
 351   // If successful, return the new value.
 352   if (Addr) return Addr;
 353
 354   // If not, destroy any intermediate instructions inserted.
 355   while (NewInsts.size() != NISize)
 356     NewInsts.pop_back_val()->eraseFromParent();
 357   return nullptr;
 358 }
 359
 360
 361 /// InsertPHITranslatedPointer - Insert a computation of the PHI translated
 362 /// version of 'V' for the edge PredBB->CurBB into the end of the PredBB
 363 /// block.  All newly created instructions are added to the NewInsts list.
 364 /// This returns null on failure.
 365 ///
 366 Value *PHITransAddr::
 367 InsertPHITranslatedSubExpr(Value *InVal, BasicBlock *CurBB,
 368                            BasicBlock *PredBB, const DominatorTree &DT,
 369                            SmallVectorImpl<Instruction*> &NewInsts) {
 370   // See if we have a version of this value already available and dominating
 371   // PredBB.  If so, there is no need to insert a new instance of it.
 372   PHITransAddr Tmp(InVal, DL, AT);
 373   if (!Tmp.PHITranslateValue(CurBB, PredBB, &DT))
 374     return Tmp.getAddr();
 375
 376   // If we don't have an available version of this value, it must be an
 377   // instruction.
 378   Instruction *Inst = cast<Instruction>(InVal);
 379
 380   // Handle cast of PHI translatable value.
 381   if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(Inst)) {
 382     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(Cast)) return nullptr;
 383     Value *OpVal = InsertPHITranslatedSubExpr(Cast->getOperand(0),
 384                                               CurBB, PredBB, DT, NewInsts);
 385     if (!OpVal) return nullptr;
 386
 387     // Otherwise insert a cast at the end of PredBB.
 388     CastInst *New = CastInst::Create(Cast->getOpcode(),
 389                                      OpVal, InVal->getType(),
 390                                      InVal->getName()+".phi.trans.insert",
 391                                      PredBB->getTerminator());
 392     NewInsts.push_back(New);
 393     return New;
 394   }
 395
 396   // Handle getelementptr with at least one PHI operand.
 397   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Inst)) {
 398     SmallVector<Value*, 8> GEPOps;
 399     BasicBlock *CurBB = GEP->getParent();
 400     for (unsigned i = 0, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 401       Value *OpVal = InsertPHITranslatedSubExpr(GEP->getOperand(i),
 402                                                 CurBB, PredBB, DT, NewInsts);
 403       if (!OpVal) return nullptr;
 404       GEPOps.push_back(OpVal);
 405     }
 406
 407     GetElementPtrInst *Result =
 408       GetElementPtrInst::Create(GEPOps[0], makeArrayRef(GEPOps).slice(1),
 409                                 InVal->getName()+".phi.trans.insert",
 410                                 PredBB->getTerminator());
 411     Result->setIsInBounds(GEP->isInBounds());
 412     NewInsts.push_back(Result);
 413     return Result;
 414   }
 415
 416 #if 0
 417   // FIXME: This code works, but it is unclear that we actually want to insert
 418   // a big chain of computation in order to make a value available in a block.
 419   // This needs to be evaluated carefully to consider its cost trade offs.
 420
 421   // Handle add with a constant RHS.
 422   if (Inst->getOpcode() == Instruction::Add &&
 423       isa<ConstantInt>(Inst->getOperand(1))) {
 424     // PHI translate the LHS.
 425     Value *OpVal = InsertPHITranslatedSubExpr(Inst->getOperand(0),
 426                                               CurBB, PredBB, DT, NewInsts);
 427     if (OpVal == 0) return 0;
 428
 429     BinaryOperator *Res = BinaryOperator::CreateAdd(OpVal, Inst->getOperand(1),
 430                                            InVal->getName()+".phi.trans.insert",
 431                                                     PredBB->getTerminator());
 432     Res->setHasNoSignedWrap(cast<BinaryOperator>(Inst)->hasNoSignedWrap());
 433     Res->setHasNoUnsignedWrap(cast<BinaryOperator>(Inst)->hasNoUnsignedWrap());
 434     NewInsts.push_back(Res);
 435     return Res;
 436   }
 437 #endif
 438
 439   return nullptr;
 440 }