Get rid of static constructors for pass registration. Instead, every pass exposes...
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LICM.cpp
1 //===-- LICM.cpp - Loop Invariant Code Motion Pass ------------------------===//
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 pass performs loop invariant code motion, attempting to remove as much
11 // code from the body of a loop as possible.  It does this by either hoisting
12 // code into the preheader block, or by sinking code to the exit blocks if it is
13 // safe.  This pass also promotes must-aliased memory locations in the loop to
14 // live in registers, thus hoisting and sinking "invariant" loads and stores.
15 //
16 // This pass uses alias analysis for two purposes:
17 //
18 //  1. Moving loop invariant loads and calls out of loops.  If we can determine
19 //     that a load or call inside of a loop never aliases anything stored to,
20 //     we can hoist it or sink it like any other instruction.
21 //  2. Scalar Promotion of Memory - If there is a store instruction inside of
22 //     the loop, we try to move the store to happen AFTER the loop instead of
23 //     inside of the loop.  This can only happen if a few conditions are true:
24 //       A. The pointer stored through is loop invariant
25 //       B. There are no stores or loads in the loop which _may_ alias the
26 //          pointer.  There are no calls in the loop which mod/ref the pointer.
27 //     If these conditions are true, we can promote the loads and stores in the
28 //     loop of the pointer to use a temporary alloca'd variable.  We then use
29 //     the SSAUpdater to construct the appropriate SSA form for the value.
30 //
31 //===----------------------------------------------------------------------===//
32
33 #define DEBUG_TYPE "licm"
34 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
35 #include "llvm/Constants.h"
36 #include "llvm/DerivedTypes.h"
37 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
38 #include "llvm/Instructions.h"
39 #include "llvm/LLVMContext.h"
40 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
41 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
42 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
43 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
44 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
45 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
46 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
47 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
48 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
49 #include "llvm/Support/CFG.h"
50 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
51 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
52 #include "llvm/Support/Debug.h"
53 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
54 #include <algorithm>
55 using namespace llvm;
56
57 STATISTIC(NumSunk      , "Number of instructions sunk out of loop");
58 STATISTIC(NumHoisted   , "Number of instructions hoisted out of loop");
59 STATISTIC(NumMovedLoads, "Number of load insts hoisted or sunk");
60 STATISTIC(NumMovedCalls, "Number of call insts hoisted or sunk");
61 STATISTIC(NumPromoted  , "Number of memory locations promoted to registers");
62
63 static cl::opt<bool>
64 DisablePromotion("disable-licm-promotion", cl::Hidden,
65                  cl::desc("Disable memory promotion in LICM pass"));
66
67 namespace {
68   struct LICM : public LoopPass {
69     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
70     LICM() : LoopPass(ID) {
71       initializeLICMPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
72     }
73
74     virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
75
76     /// This transformation requires natural loop information & requires that
77     /// loop preheaders be inserted into the CFG...
78     ///
79     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
80       AU.setPreservesCFG();
81       AU.addRequired<DominatorTree>();
82       AU.addRequired<LoopInfo>();
83       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
84       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
85       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
86       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
87       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
88     }
89
90     bool doFinalization() {
91       assert(LoopToAliasSetMap.empty() && "Didn't free loop alias sets");
92       return false;
93     }
94
95   private:
96     AliasAnalysis *AA;       // Current AliasAnalysis information
97     LoopInfo      *LI;       // Current LoopInfo
98     DominatorTree *DT;       // Dominator Tree for the current Loop.
99
100     // State that is updated as we process loops.
101     bool Changed;            // Set to true when we change anything.
102     BasicBlock *Preheader;   // The preheader block of the current loop...
103     Loop *CurLoop;           // The current loop we are working on...
104     AliasSetTracker *CurAST; // AliasSet information for the current loop...
105     DenseMap<Loop*, AliasSetTracker*> LoopToAliasSetMap;
106
107     /// cloneBasicBlockAnalysis - Simple Analysis hook. Clone alias set info.
108     void cloneBasicBlockAnalysis(BasicBlock *From, BasicBlock *To, Loop *L);
109
110     /// deleteAnalysisValue - Simple Analysis hook. Delete value V from alias
111     /// set.
112     void deleteAnalysisValue(Value *V, Loop *L);
113
114     /// SinkRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
115     /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in
116     /// reverse depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to
117     /// visit uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one
118     /// pass without iteration.
119     ///
120     void SinkRegion(DomTreeNode *N);
121
122     /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all
123     /// blocks dominated by the specified block, and that are in the current
124     /// loop) in depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to
125     /// visit definitions before uses, allowing us to hoist a loop body in one
126     /// pass without iteration.
127     ///
128     void HoistRegion(DomTreeNode *N);
129
130     /// inSubLoop - Little predicate that returns true if the specified basic
131     /// block is in a subloop of the current one, not the current one itself.
132     ///
133     bool inSubLoop(BasicBlock *BB) {
134       assert(CurLoop->contains(BB) && "Only valid if BB is IN the loop");
135       for (Loop::iterator I = CurLoop->begin(), E = CurLoop->end(); I != E; ++I)
136         if ((*I)->contains(BB))
137           return true;  // A subloop actually contains this block!
138       return false;
139     }
140
141     /// isExitBlockDominatedByBlockInLoop - This method checks to see if the
142     /// specified exit block of the loop is dominated by the specified block
143     /// that is in the body of the loop.  We use these constraints to
144     /// dramatically limit the amount of the dominator tree that needs to be
145     /// searched.
146     bool isExitBlockDominatedByBlockInLoop(BasicBlock *ExitBlock,
147                                            BasicBlock *BlockInLoop) const {
148       // If the block in the loop is the loop header, it must be dominated!
149       BasicBlock *LoopHeader = CurLoop->getHeader();
150       if (BlockInLoop == LoopHeader)
151         return true;
152
153       DomTreeNode *BlockInLoopNode = DT->getNode(BlockInLoop);
154       DomTreeNode *IDom            = DT->getNode(ExitBlock);
155
156       // Because the exit block is not in the loop, we know we have to get _at
157       // least_ its immediate dominator.
158       IDom = IDom->getIDom();
159       
160       while (IDom && IDom != BlockInLoopNode) {
161         // If we have got to the header of the loop, then the instructions block
162         // did not dominate the exit node, so we can't hoist it.
163         if (IDom->getBlock() == LoopHeader)
164           return false;
165
166         // Get next Immediate Dominator.
167         IDom = IDom->getIDom();
168       };
169
170       return true;
171     }
172
173     /// sink - When an instruction is found to only be used outside of the loop,
174     /// this function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as
175     /// needed.
176     ///
177     void sink(Instruction &I);
178
179     /// hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
180     /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
181     ///
182     void hoist(Instruction &I);
183
184     /// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it
185     /// is not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
186     /// guaranteed to execute.
187     ///
188     bool isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &I);
189
190     /// pointerInvalidatedByLoop - Return true if the body of this loop may
191     /// store into the memory location pointed to by V.
192     ///
193     bool pointerInvalidatedByLoop(Value *V, unsigned Size,
194                                   const MDNode *TBAAInfo) {
195       // Check to see if any of the basic blocks in CurLoop invalidate *V.
196       return CurAST->getAliasSetForPointer(V, Size, TBAAInfo).isMod();
197     }
198
199     bool canSinkOrHoistInst(Instruction &I);
200     bool isNotUsedInLoop(Instruction &I);
201
202     void PromoteAliasSet(AliasSet &AS);
203   };
204 }
205
206 char LICM::ID = 0;
207 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LICM, "licm", "Loop Invariant Code Motion", false, false)
208 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
209 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
210 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
211 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
212 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
213 INITIALIZE_PASS_END(LICM, "licm", "Loop Invariant Code Motion", false, false)
214
215 Pass *llvm::createLICMPass() { return new LICM(); }
216
217 /// Hoist expressions out of the specified loop. Note, alias info for inner
218 /// loop is not preserved so it is not a good idea to run LICM multiple 
219 /// times on one loop.
220 ///
221 bool LICM::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
222   Changed = false;
223
224   // Get our Loop and Alias Analysis information...
225   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
226   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
227   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
228
229   CurAST = new AliasSetTracker(*AA);
230   // Collect Alias info from subloops.
231   for (Loop::iterator LoopItr = L->begin(), LoopItrE = L->end();
232        LoopItr != LoopItrE; ++LoopItr) {
233     Loop *InnerL = *LoopItr;
234     AliasSetTracker *InnerAST = LoopToAliasSetMap[InnerL];
235     assert(InnerAST && "Where is my AST?");
236
237     // What if InnerLoop was modified by other passes ?
238     CurAST->add(*InnerAST);
239     
240     // Once we've incorporated the inner loop's AST into ours, we don't need the
241     // subloop's anymore.
242     delete InnerAST;
243     LoopToAliasSetMap.erase(InnerL);
244   }
245   
246   CurLoop = L;
247
248   // Get the preheader block to move instructions into...
249   Preheader = L->getLoopPreheader();
250
251   // Loop over the body of this loop, looking for calls, invokes, and stores.
252   // Because subloops have already been incorporated into AST, we skip blocks in
253   // subloops.
254   //
255   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
256        I != E; ++I) {
257     BasicBlock *BB = *I;
258     if (LI->getLoopFor(BB) == L)        // Ignore blocks in subloops.
259       CurAST->add(*BB);                 // Incorporate the specified basic block
260   }
261
262   // We want to visit all of the instructions in this loop... that are not parts
263   // of our subloops (they have already had their invariants hoisted out of
264   // their loop, into this loop, so there is no need to process the BODIES of
265   // the subloops).
266   //
267   // Traverse the body of the loop in depth first order on the dominator tree so
268   // that we are guaranteed to see definitions before we see uses.  This allows
269   // us to sink instructions in one pass, without iteration.  After sinking
270   // instructions, we perform another pass to hoist them out of the loop.
271   //
272   if (L->hasDedicatedExits())
273     SinkRegion(DT->getNode(L->getHeader()));
274   if (Preheader)
275     HoistRegion(DT->getNode(L->getHeader()));
276
277   // Now that all loop invariants have been removed from the loop, promote any
278   // memory references to scalars that we can.
279   if (!DisablePromotion && Preheader && L->hasDedicatedExits()) {
280     // Loop over all of the alias sets in the tracker object.
281     for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
282          I != E; ++I)
283       PromoteAliasSet(*I);
284   }
285   
286   // Clear out loops state information for the next iteration
287   CurLoop = 0;
288   Preheader = 0;
289
290   // If this loop is nested inside of another one, save the alias information
291   // for when we process the outer loop.
292   if (L->getParentLoop())
293     LoopToAliasSetMap[L] = CurAST;
294   else
295     delete CurAST;
296   return Changed;
297 }
298
299 /// SinkRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
300 /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in
301 /// reverse depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit
302 /// uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one pass without
303 /// iteration.
304 ///
305 void LICM::SinkRegion(DomTreeNode *N) {
306   assert(N != 0 && "Null dominator tree node?");
307   BasicBlock *BB = N->getBlock();
308
309   // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
310   if (!CurLoop->contains(BB)) return;
311
312   // We are processing blocks in reverse dfo, so process children first.
313   const std::vector<DomTreeNode*> &Children = N->getChildren();
314   for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
315     SinkRegion(Children[i]);
316
317   // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
318   // subloop (which would already have been processed).
319   if (inSubLoop(BB)) return;
320
321   for (BasicBlock::iterator II = BB->end(); II != BB->begin(); ) {
322     Instruction &I = *--II;
323     
324     // If the instruction is dead, we would try to sink it because it isn't used
325     // in the loop, instead, just delete it.
326     if (isInstructionTriviallyDead(&I)) {
327       DEBUG(dbgs() << "LICM deleting dead inst: " << I << '\n');
328       ++II;
329       CurAST->deleteValue(&I);
330       I.eraseFromParent();
331       Changed = true;
332       continue;
333     }
334
335     // Check to see if we can sink this instruction to the exit blocks
336     // of the loop.  We can do this if the all users of the instruction are
337     // outside of the loop.  In this case, it doesn't even matter if the
338     // operands of the instruction are loop invariant.
339     //
340     if (isNotUsedInLoop(I) && canSinkOrHoistInst(I)) {
341       ++II;
342       sink(I);
343     }
344   }
345 }
346
347 /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
348 /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in depth
349 /// first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit definitions
350 /// before uses, allowing us to hoist a loop body in one pass without iteration.
351 ///
352 void LICM::HoistRegion(DomTreeNode *N) {
353   assert(N != 0 && "Null dominator tree node?");
354   BasicBlock *BB = N->getBlock();
355
356   // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
357   if (!CurLoop->contains(BB)) return;
358
359   // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
360   // subloop (which would already have been processed).
361   if (!inSubLoop(BB))
362     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = BB->end(); II != E; ) {
363       Instruction &I = *II++;
364
365       // Try constant folding this instruction.  If all the operands are
366       // constants, it is technically hoistable, but it would be better to just
367       // fold it.
368       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(&I)) {
369         DEBUG(dbgs() << "LICM folding inst: " << I << "  --> " << *C << '\n');
370         CurAST->copyValue(&I, C);
371         CurAST->deleteValue(&I);
372         I.replaceAllUsesWith(C);
373         I.eraseFromParent();
374         continue;
375       }
376       
377       // Try hoisting the instruction out to the preheader.  We can only do this
378       // if all of the operands of the instruction are loop invariant and if it
379       // is safe to hoist the instruction.
380       //
381       if (CurLoop->hasLoopInvariantOperands(&I) && canSinkOrHoistInst(I) &&
382           isSafeToExecuteUnconditionally(I))
383         hoist(I);
384     }
385
386   const std::vector<DomTreeNode*> &Children = N->getChildren();
387   for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
388     HoistRegion(Children[i]);
389 }
390
391 /// canSinkOrHoistInst - Return true if the hoister and sinker can handle this
392 /// instruction.
393 ///
394 bool LICM::canSinkOrHoistInst(Instruction &I) {
395   // Loads have extra constraints we have to verify before we can hoist them.
396   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I)) {
397     if (LI->isVolatile())
398       return false;        // Don't hoist volatile loads!
399
400     // Loads from constant memory are always safe to move, even if they end up
401     // in the same alias set as something that ends up being modified.
402     if (AA->pointsToConstantMemory(LI->getOperand(0)))
403       return true;
404     
405     // Don't hoist loads which have may-aliased stores in loop.
406     unsigned Size = 0;
407     if (LI->getType()->isSized())
408       Size = AA->getTypeStoreSize(LI->getType());
409     return !pointerInvalidatedByLoop(LI->getOperand(0), Size,
410                                      LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa));
411   } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&I)) {
412     // Handle obvious cases efficiently.
413     AliasAnalysis::ModRefBehavior Behavior = AA->getModRefBehavior(CI);
414     if (Behavior == AliasAnalysis::DoesNotAccessMemory)
415       return true;
416     else if (Behavior == AliasAnalysis::OnlyReadsMemory) {
417       // If this call only reads from memory and there are no writes to memory
418       // in the loop, we can hoist or sink the call as appropriate.
419       bool FoundMod = false;
420       for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
421            I != E; ++I) {
422         AliasSet &AS = *I;
423         if (!AS.isForwardingAliasSet() && AS.isMod()) {
424           FoundMod = true;
425           break;
426         }
427       }
428       if (!FoundMod) return true;
429     }
430
431     // FIXME: This should use mod/ref information to see if we can hoist or sink
432     // the call.
433
434     return false;
435   }
436
437   // Otherwise these instructions are hoistable/sinkable
438   return isa<BinaryOperator>(I) || isa<CastInst>(I) ||
439          isa<SelectInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
440          isa<InsertElementInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
441          isa<ShuffleVectorInst>(I);
442 }
443
444 /// isNotUsedInLoop - Return true if the only users of this instruction are
445 /// outside of the loop.  If this is true, we can sink the instruction to the
446 /// exit blocks of the loop.
447 ///
448 bool LICM::isNotUsedInLoop(Instruction &I) {
449   for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), E = I.use_end(); UI != E; ++UI) {
450     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
451     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
452       // PHI node uses occur in predecessor blocks!
453       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
454         if (PN->getIncomingValue(i) == &I)
455           if (CurLoop->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
456             return false;
457     } else if (CurLoop->contains(User)) {
458       return false;
459     }
460   }
461   return true;
462 }
463
464
465 /// sink - When an instruction is found to only be used outside of the loop,
466 /// this function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as needed.
467 /// This method is guaranteed to remove the original instruction from its
468 /// position, and may either delete it or move it to outside of the loop.
469 ///
470 void LICM::sink(Instruction &I) {
471   DEBUG(dbgs() << "LICM sinking instruction: " << I << "\n");
472
473   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
474   CurLoop->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
475
476   if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
477   else if (isa<CallInst>(I)) ++NumMovedCalls;
478   ++NumSunk;
479   Changed = true;
480
481   // The case where there is only a single exit node of this loop is common
482   // enough that we handle it as a special (more efficient) case.  It is more
483   // efficient to handle because there are no PHI nodes that need to be placed.
484   if (ExitBlocks.size() == 1) {
485     if (!isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlocks[0], I.getParent())) {
486       // Instruction is not used, just delete it.
487       CurAST->deleteValue(&I);
488       // If I has users in unreachable blocks, eliminate.
489       // If I is not void type then replaceAllUsesWith undef.
490       // This allows ValueHandlers and custom metadata to adjust itself.
491       if (!I.use_empty())
492         I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
493       I.eraseFromParent();
494     } else {
495       // Move the instruction to the start of the exit block, after any PHI
496       // nodes in it.
497       I.moveBefore(ExitBlocks[0]->getFirstNonPHI());
498
499       // This instruction is no longer in the AST for the current loop, because
500       // we just sunk it out of the loop.  If we just sunk it into an outer
501       // loop, we will rediscover the operation when we process it.
502       CurAST->deleteValue(&I);
503     }
504     return;
505   }
506   
507   if (ExitBlocks.empty()) {
508     // The instruction is actually dead if there ARE NO exit blocks.
509     CurAST->deleteValue(&I);
510     // If I has users in unreachable blocks, eliminate.
511     // If I is not void type then replaceAllUsesWith undef.
512     // This allows ValueHandlers and custom metadata to adjust itself.
513     if (!I.use_empty())
514       I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
515     I.eraseFromParent();
516     return;
517   }
518   
519   // Otherwise, if we have multiple exits, use the SSAUpdater to do all of the
520   // hard work of inserting PHI nodes as necessary.
521   SmallVector<PHINode*, 8> NewPHIs;
522   SSAUpdater SSA(&NewPHIs);
523   
524   if (!I.use_empty())
525     SSA.Initialize(I.getType(), I.getName());
526   
527   // Insert a copy of the instruction in each exit block of the loop that is
528   // dominated by the instruction.  Each exit block is known to only be in the
529   // ExitBlocks list once.
530   BasicBlock *InstOrigBB = I.getParent();
531   unsigned NumInserted = 0;
532   
533   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
534     BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[i];
535     
536     if (!isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlock, InstOrigBB))
537       continue;
538     
539     // Insert the code after the last PHI node.
540     BasicBlock::iterator InsertPt = ExitBlock->getFirstNonPHI();
541     
542     // If this is the first exit block processed, just move the original
543     // instruction, otherwise clone the original instruction and insert
544     // the copy.
545     Instruction *New;
546     if (NumInserted++ == 0) {
547       I.moveBefore(InsertPt);
548       New = &I;
549     } else {
550       New = I.clone();
551       if (!I.getName().empty())
552         New->setName(I.getName()+".le");
553       ExitBlock->getInstList().insert(InsertPt, New);
554     }
555     
556     // Now that we have inserted the instruction, inform SSAUpdater.
557     if (!I.use_empty())
558       SSA.AddAvailableValue(ExitBlock, New);
559   }
560   
561   // If the instruction doesn't dominate any exit blocks, it must be dead.
562   if (NumInserted == 0) {
563     CurAST->deleteValue(&I);
564     if (!I.use_empty())
565       I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
566     I.eraseFromParent();
567     return;
568   }
569   
570   // Next, rewrite uses of the instruction, inserting PHI nodes as needed.
571   for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE; ) {
572     // Grab the use before incrementing the iterator.
573     Use &U = UI.getUse();
574     // Increment the iterator before removing the use from the list.
575     ++UI;
576     SSA.RewriteUseAfterInsertions(U);
577   }
578   
579   // Update CurAST for NewPHIs if I had pointer type.
580   if (I.getType()->isPointerTy())
581     for (unsigned i = 0, e = NewPHIs.size(); i != e; ++i)
582       CurAST->copyValue(&I, NewPHIs[i]);
583   
584   // Finally, remove the instruction from CurAST.  It is no longer in the loop.
585   CurAST->deleteValue(&I);
586 }
587
588 /// hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
589 /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
590 ///
591 void LICM::hoist(Instruction &I) {
592   DEBUG(dbgs() << "LICM hoisting to " << Preheader->getName() << ": "
593         << I << "\n");
594
595   // Move the new node to the Preheader, before its terminator.
596   I.moveBefore(Preheader->getTerminator());
597
598   if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
599   else if (isa<CallInst>(I)) ++NumMovedCalls;
600   ++NumHoisted;
601   Changed = true;
602 }
603
604 /// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it is
605 /// not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
606 /// guaranteed to execute.
607 ///
608 bool LICM::isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &Inst) {
609   // If it is not a trapping instruction, it is always safe to hoist.
610   if (Inst.isSafeToSpeculativelyExecute())
611     return true;
612
613   // Otherwise we have to check to make sure that the instruction dominates all
614   // of the exit blocks.  If it doesn't, then there is a path out of the loop
615   // which does not execute this instruction, so we can't hoist it.
616
617   // If the instruction is in the header block for the loop (which is very
618   // common), it is always guaranteed to dominate the exit blocks.  Since this
619   // is a common case, and can save some work, check it now.
620   if (Inst.getParent() == CurLoop->getHeader())
621     return true;
622
623   // Get the exit blocks for the current loop.
624   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
625   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
626
627   // For each exit block, get the DT node and walk up the DT until the
628   // instruction's basic block is found or we exit the loop.
629   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
630     if (!isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlocks[i], Inst.getParent()))
631       return false;
632
633   return true;
634 }
635
636 /// PromoteAliasSet - Try to promote memory values to scalars by sinking
637 /// stores out of the loop and moving loads to before the loop.  We do this by
638 /// looping over the stores in the loop, looking for stores to Must pointers
639 /// which are loop invariant.
640 ///
641 void LICM::PromoteAliasSet(AliasSet &AS) {
642   // We can promote this alias set if it has a store, if it is a "Must" alias
643   // set, if the pointer is loop invariant, and if we are not eliminating any
644   // volatile loads or stores.
645   if (AS.isForwardingAliasSet() || !AS.isMod() || !AS.isMustAlias() ||
646       AS.isVolatile() || !CurLoop->isLoopInvariant(AS.begin()->getValue()))
647     return;
648   
649   assert(!AS.empty() &&
650          "Must alias set should have at least one pointer element in it!");
651   Value *SomePtr = AS.begin()->getValue();
652
653   // It isn't safe to promote a load/store from the loop if the load/store is
654   // conditional.  For example, turning:
655   //
656   //    for () { if (c) *P += 1; }
657   //
658   // into:
659   //
660   //    tmp = *P;  for () { if (c) tmp +=1; } *P = tmp;
661   //
662   // is not safe, because *P may only be valid to access if 'c' is true.
663   // 
664   // It is safe to promote P if all uses are direct load/stores and if at
665   // least one is guaranteed to be executed.
666   bool GuaranteedToExecute = false;
667   
668   SmallVector<Instruction*, 64> LoopUses;
669   SmallPtrSet<Value*, 4> PointerMustAliases;
670
671   // Check that all of the pointers in the alias set have the same type.  We
672   // cannot (yet) promote a memory location that is loaded and stored in
673   // different sizes.
674   for (AliasSet::iterator ASI = AS.begin(), E = AS.end(); ASI != E; ++ASI) {
675     Value *ASIV = ASI->getValue();
676     PointerMustAliases.insert(ASIV);
677     
678     // Check that all of the pointers in the alias set have the same type.  We
679     // cannot (yet) promote a memory location that is loaded and stored in
680     // different sizes.
681     if (SomePtr->getType() != ASIV->getType())
682       return;
683     
684     for (Value::use_iterator UI = ASIV->use_begin(), UE = ASIV->use_end();
685          UI != UE; ++UI) {
686       // Ignore instructions that are outside the loop.
687       Instruction *Use = dyn_cast<Instruction>(*UI);
688       if (!Use || !CurLoop->contains(Use))
689         continue;
690       
691       // If there is an non-load/store instruction in the loop, we can't promote
692       // it.
693       if (isa<LoadInst>(Use))
694         assert(!cast<LoadInst>(Use)->isVolatile() && "AST broken");
695       else if (isa<StoreInst>(Use)) {
696         assert(!cast<StoreInst>(Use)->isVolatile() && "AST broken");
697         if (Use->getOperand(0) == ASIV) return;
698       } else
699         return; // Not a load or store.
700       
701       if (!GuaranteedToExecute)
702         GuaranteedToExecute = isSafeToExecuteUnconditionally(*Use);
703       
704       LoopUses.push_back(Use);
705     }
706   }
707   
708   // If there isn't a guaranteed-to-execute instruction, we can't promote.
709   if (!GuaranteedToExecute)
710     return;
711   
712   // Otherwise, this is safe to promote, lets do it!
713   DEBUG(dbgs() << "LICM: Promoting value stored to in loop: " <<*SomePtr<<'\n');  
714   Changed = true;
715   ++NumPromoted;
716
717   // We use the SSAUpdater interface to insert phi nodes as required.
718   SmallVector<PHINode*, 16> NewPHIs;
719   SSAUpdater SSA(&NewPHIs);
720   
721   // It wants to know some value of the same type as what we'll be inserting.
722   Value *SomeValue;
723   if (isa<LoadInst>(LoopUses[0]))
724     SomeValue = LoopUses[0];
725   else
726     SomeValue = cast<StoreInst>(LoopUses[0])->getOperand(0);
727   SSA.Initialize(SomeValue->getType(), SomeValue->getName());
728
729   // First step: bucket up uses of the pointers by the block they occur in.
730   // This is important because we have to handle multiple defs/uses in a block
731   // ourselves: SSAUpdater is purely for cross-block references.
732   // FIXME: Want a TinyVector<Instruction*> since there is usually 0/1 element.
733   DenseMap<BasicBlock*, std::vector<Instruction*> > UsesByBlock;
734   for (unsigned i = 0, e = LoopUses.size(); i != e; ++i) {
735     Instruction *User = LoopUses[i];
736     UsesByBlock[User->getParent()].push_back(User);
737   }
738   
739   // Okay, now we can iterate over all the blocks in the loop with uses,
740   // processing them.  Keep track of which loads are loading a live-in value.
741   SmallVector<LoadInst*, 32> LiveInLoads;
742   DenseMap<Value*, Value*> ReplacedLoads;
743   
744   for (unsigned LoopUse = 0, e = LoopUses.size(); LoopUse != e; ++LoopUse) {
745     Instruction *User = LoopUses[LoopUse];
746     std::vector<Instruction*> &BlockUses = UsesByBlock[User->getParent()];
747     
748     // If this block has already been processed, ignore this repeat use.
749     if (BlockUses.empty()) continue;
750     
751     // Okay, this is the first use in the block.  If this block just has a
752     // single user in it, we can rewrite it trivially.
753     if (BlockUses.size() == 1) {
754       // If it is a store, it is a trivial def of the value in the block.
755       if (isa<StoreInst>(User)) {
756         SSA.AddAvailableValue(User->getParent(),
757                               cast<StoreInst>(User)->getOperand(0));
758       } else {
759         // Otherwise it is a load, queue it to rewrite as a live-in load.
760         LiveInLoads.push_back(cast<LoadInst>(User));
761       }
762       BlockUses.clear();
763       continue;
764     }
765     
766     // Otherwise, check to see if this block is all loads.  If so, we can queue
767     // them all as live in loads.
768     bool HasStore = false;
769     for (unsigned i = 0, e = BlockUses.size(); i != e; ++i) {
770       if (isa<StoreInst>(BlockUses[i])) {
771         HasStore = true;
772         break;
773       }
774     }
775     
776     if (!HasStore) {
777       for (unsigned i = 0, e = BlockUses.size(); i != e; ++i)
778         LiveInLoads.push_back(cast<LoadInst>(BlockUses[i]));
779       BlockUses.clear();
780       continue;
781     }
782
783     // Otherwise, we have mixed loads and stores (or just a bunch of stores).
784     // Since SSAUpdater is purely for cross-block values, we need to determine
785     // the order of these instructions in the block.  If the first use in the
786     // block is a load, then it uses the live in value.  The last store defines
787     // the live out value.  We handle this by doing a linear scan of the block.
788     BasicBlock *BB = User->getParent();
789     Value *StoredValue = 0;
790     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = BB->end(); II != E; ++II) {
791       if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(II)) {
792         // If this is a load from an unrelated pointer, ignore it.
793         if (!PointerMustAliases.count(L->getOperand(0))) continue;
794
795         // If we haven't seen a store yet, this is a live in use, otherwise
796         // use the stored value.
797         if (StoredValue) {
798           L->replaceAllUsesWith(StoredValue);
799           ReplacedLoads[L] = StoredValue;
800         } else {
801           LiveInLoads.push_back(L);
802         }
803         continue;
804       }
805       
806       if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(II)) {
807         // If this is a store to an unrelated pointer, ignore it.
808         if (!PointerMustAliases.count(S->getOperand(1))) continue;
809
810         // Remember that this is the active value in the block.
811         StoredValue = S->getOperand(0);
812       }
813     }
814     
815     // The last stored value that happened is the live-out for the block.
816     assert(StoredValue && "Already checked that there is a store in block");
817     SSA.AddAvailableValue(BB, StoredValue);
818     BlockUses.clear();
819   }
820   
821   // Now that all the intra-loop values are classified, set up the preheader.
822   // It gets a load of the pointer we're promoting, and it is the live-out value
823   // from the preheader.
824   LoadInst *PreheaderLoad = new LoadInst(SomePtr,SomePtr->getName()+".promoted",
825                                          Preheader->getTerminator());
826   SSA.AddAvailableValue(Preheader, PreheaderLoad);
827
828   // Now that the preheader is good to go, set up the exit blocks.  Each exit
829   // block gets a store of the live-out values that feed them.  Since we've
830   // already told the SSA updater about the defs in the loop and the preheader
831   // definition, it is all set and we can start using it.
832   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
833   CurLoop->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
834   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
835     BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[i];
836     Value *LiveInValue = SSA.GetValueInMiddleOfBlock(ExitBlock);
837     Instruction *InsertPos = ExitBlock->getFirstNonPHI();
838     new StoreInst(LiveInValue, SomePtr, InsertPos);
839   }
840
841   // Okay, now we rewrite all loads that use live-in values in the loop,
842   // inserting PHI nodes as necessary.
843   for (unsigned i = 0, e = LiveInLoads.size(); i != e; ++i) {
844     LoadInst *ALoad = LiveInLoads[i];
845     Value *NewVal = SSA.GetValueInMiddleOfBlock(ALoad->getParent());
846     ALoad->replaceAllUsesWith(NewVal);
847     CurAST->copyValue(ALoad, NewVal);
848     ReplacedLoads[ALoad] = NewVal;
849   }
850   
851   // If the preheader load is itself a pointer, we need to tell alias analysis
852   // about the new pointer we created in the preheader block and about any PHI
853   // nodes that just got inserted.
854   if (PreheaderLoad->getType()->isPointerTy()) {
855     // Copy any value stored to or loaded from a must-alias of the pointer.
856     CurAST->copyValue(SomeValue, PreheaderLoad);
857     
858     for (unsigned i = 0, e = NewPHIs.size(); i != e; ++i)
859       CurAST->copyValue(SomeValue, NewPHIs[i]);
860   }
861   
862   // Now that everything is rewritten, delete the old instructions from the body
863   // of the loop.  They should all be dead now.
864   for (unsigned i = 0, e = LoopUses.size(); i != e; ++i) {
865     Instruction *User = LoopUses[i];
866     
867     // If this is a load that still has uses, then the load must have been added
868     // as a live value in the SSAUpdate data structure for a block (e.g. because
869     // the loaded value was stored later).  In this case, we need to recursively
870     // propagate the updates until we get to the real value.
871     if (!User->use_empty()) {
872       Value *NewVal = ReplacedLoads[User];
873       assert(NewVal && "not a replaced load?");
874       
875       // Propagate down to the ultimate replacee.  The intermediately loads
876       // could theoretically already have been deleted, so we don't want to
877       // dereference the Value*'s.
878       DenseMap<Value*, Value*>::iterator RLI = ReplacedLoads.find(NewVal);
879       while (RLI != ReplacedLoads.end()) {
880         NewVal = RLI->second;
881         RLI = ReplacedLoads.find(NewVal);
882       }
883       
884       User->replaceAllUsesWith(NewVal);
885       CurAST->copyValue(User, NewVal);
886     }
887     
888     CurAST->deleteValue(User);
889     User->eraseFromParent();
890   }
891   
892   // fwew, we're done!
893 }
894
895
896 /// cloneBasicBlockAnalysis - Simple Analysis hook. Clone alias set info.
897 void LICM::cloneBasicBlockAnalysis(BasicBlock *From, BasicBlock *To, Loop *L) {
898   AliasSetTracker *AST = LoopToAliasSetMap.lookup(L);
899   if (!AST)
900     return;
901
902   AST->copyValue(From, To);
903 }
904
905 /// deleteAnalysisValue - Simple Analysis hook. Delete value V from alias
906 /// set.
907 void LICM::deleteAnalysisValue(Value *V, Loop *L) {
908   AliasSetTracker *AST = LoopToAliasSetMap.lookup(L);
909   if (!AST)
910     return;
911
912   AST->deleteValue(V);
913 }