Be a bit more efficient when processing the active and inactive
[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 was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source 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 mem2reg functionality to construct the appropriate SSA form for the
30 //     variable.
31 //
32 //===----------------------------------------------------------------------===//
33
34 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
35 #include "llvm/DerivedTypes.h"
36 #include "llvm/Instructions.h"
37 #include "llvm/Target/TargetData.h"
38 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
39 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
40 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
41 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
42 #include "llvm/Support/CFG.h"
43 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
44 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
45 #include "Support/CommandLine.h"
46 #include "Support/Debug.h"
47 #include "Support/Statistic.h"
48 #include <algorithm>
49 using namespace llvm;
50
51 namespace {
52   cl::opt<bool>
53   DisablePromotion("disable-licm-promotion", cl::Hidden,
54                    cl::desc("Disable memory promotion in LICM pass"));
55
56   Statistic<> NumSunk("licm", "Number of instructions sunk out of loop");
57   Statistic<> NumHoisted("licm", "Number of instructions hoisted out of loop");
58   Statistic<> NumMovedLoads("licm", "Number of load insts hoisted or sunk");
59   Statistic<> NumMovedCalls("licm", "Number of call insts hoisted or sunk");
60   Statistic<> NumPromoted("licm",
61                           "Number of memory locations promoted to registers");
62
63   struct LICM : public FunctionPass {
64     virtual bool runOnFunction(Function &F);
65
66     /// This transformation requires natural loop information & requires that
67     /// loop preheaders be inserted into the CFG...
68     ///
69     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
70       AU.setPreservesCFG();
71       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
72       AU.addRequired<LoopInfo>();
73       AU.addRequired<DominatorTree>();
74       AU.addRequired<DominanceFrontier>();  // For scalar promotion (mem2reg)
75       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
76     }
77
78   private:
79     // Various analyses that we use...
80     AliasAnalysis *AA;       // Current AliasAnalysis information
81     LoopInfo      *LI;       // Current LoopInfo
82     DominatorTree *DT;       // Dominator Tree for the current Loop...
83     DominanceFrontier *DF;   // Current Dominance Frontier
84
85     // State that is updated as we process loops
86     bool Changed;            // Set to true when we change anything.
87     BasicBlock *Preheader;   // The preheader block of the current loop...
88     Loop *CurLoop;           // The current loop we are working on...
89     AliasSetTracker *CurAST; // AliasSet information for the current loop...
90
91     /// visitLoop - Hoist expressions out of the specified loop...    
92     ///
93     void visitLoop(Loop *L, AliasSetTracker &AST);
94
95     /// SinkRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
96     /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in
97     /// reverse depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to
98     /// visit uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one
99     /// pass without iteration.
100     ///
101     void SinkRegion(DominatorTree::Node *N);
102
103     /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all
104     /// blocks dominated by the specified block, and that are in the current
105     /// loop) in depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to
106     /// visit definitions before uses, allowing us to hoist a loop body in one
107     /// pass without iteration.
108     ///
109     void HoistRegion(DominatorTree::Node *N);
110
111     /// inSubLoop - Little predicate that returns true if the specified basic
112     /// block is in a subloop of the current one, not the current one itself.
113     ///
114     bool inSubLoop(BasicBlock *BB) {
115       assert(CurLoop->contains(BB) && "Only valid if BB is IN the loop");
116       for (Loop::iterator I = CurLoop->begin(), E = CurLoop->end(); I != E; ++I)
117         if ((*I)->contains(BB))
118           return true;  // A subloop actually contains this block!
119       return false;
120     }
121
122     /// isExitBlockDominatedByBlockInLoop - This method checks to see if the
123     /// specified exit block of the loop is dominated by the specified block
124     /// that is in the body of the loop.  We use these constraints to
125     /// dramatically limit the amount of the dominator tree that needs to be
126     /// searched.
127     bool isExitBlockDominatedByBlockInLoop(BasicBlock *ExitBlock,
128                                            BasicBlock *BlockInLoop) const {
129       // If the block in the loop is the loop header, it must be dominated!
130       BasicBlock *LoopHeader = CurLoop->getHeader();
131       if (BlockInLoop == LoopHeader)
132         return true;
133       
134       DominatorTree::Node *BlockInLoopNode = DT->getNode(BlockInLoop);
135       DominatorTree::Node *IDom            = DT->getNode(ExitBlock);
136     
137       // Because the exit block is not in the loop, we know we have to get _at
138       // least_ its immediate dominator.
139       do {
140         // Get next Immediate Dominator.
141         IDom = IDom->getIDom();
142         
143         // If we have got to the header of the loop, then the instructions block
144         // did not dominate the exit node, so we can't hoist it.
145         if (IDom->getBlock() == LoopHeader)
146           return false;
147         
148       } while (IDom != BlockInLoopNode);
149
150       return true;
151     }
152
153     /// sink - When an instruction is found to only be used outside of the loop,
154     /// this function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as
155     /// needed.
156     ///
157     void sink(Instruction &I);
158
159     /// hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
160     /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
161     ///
162     void hoist(Instruction &I);
163
164     /// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it
165     /// is not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
166     /// guaranteed to execute.
167     ///
168     bool isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &I);
169
170     /// pointerInvalidatedByLoop - Return true if the body of this loop may
171     /// store into the memory location pointed to by V.
172     /// 
173     bool pointerInvalidatedByLoop(Value *V) {
174       // Check to see if any of the basic blocks in CurLoop invalidate *V.
175       return CurAST->getAliasSetForPointer(V, 0).isMod();
176     }
177
178     bool canSinkOrHoistInst(Instruction &I);
179     bool isLoopInvariantInst(Instruction &I);
180     bool isNotUsedInLoop(Instruction &I);
181
182     /// PromoteValuesInLoop - Look at the stores in the loop and promote as many
183     /// to scalars as we can.
184     ///
185     void PromoteValuesInLoop();
186
187     /// findPromotableValuesInLoop - Check the current loop for stores to
188     /// definite pointers, which are not loaded and stored through may aliases.
189     /// If these are found, create an alloca for the value, add it to the
190     /// PromotedValues list, and keep track of the mapping from value to
191     /// alloca...
192     ///
193     void findPromotableValuesInLoop(
194                    std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > &PromotedValues,
195                                     std::map<Value*, AllocaInst*> &Val2AlMap);
196   };
197
198   RegisterOpt<LICM> X("licm", "Loop Invariant Code Motion");
199 }
200
201 FunctionPass *llvm::createLICMPass() { return new LICM(); }
202
203 /// runOnFunction - For LICM, this simply traverses the loop structure of the
204 /// function, hoisting expressions out of loops if possible.
205 ///
206 bool LICM::runOnFunction(Function &) {
207   Changed = false;
208
209   // Get our Loop and Alias Analysis information...
210   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
211   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
212   DF = &getAnalysis<DominanceFrontier>();
213   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
214
215   // Hoist expressions out of all of the top-level loops.
216   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I) {
217     AliasSetTracker AST(*AA);
218     visitLoop(*I, AST);
219   }
220   return Changed;
221 }
222
223
224 /// visitLoop - Hoist expressions out of the specified loop...    
225 ///
226 void LICM::visitLoop(Loop *L, AliasSetTracker &AST) {
227   // Recurse through all subloops before we process this loop...
228   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I) {
229     AliasSetTracker SubAST(*AA);
230     visitLoop(*I, SubAST);
231
232     // Incorporate information about the subloops into this loop...
233     AST.add(SubAST);
234   }
235   CurLoop = L;
236   CurAST = &AST;
237
238   // Get the preheader block to move instructions into...
239   Preheader = L->getLoopPreheader();
240   assert(Preheader&&"Preheader insertion pass guarantees we have a preheader!");
241
242   // Loop over the body of this loop, looking for calls, invokes, and stores.
243   // Because subloops have already been incorporated into AST, we skip blocks in
244   // subloops.
245   //
246   for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator I = L->getBlocks().begin(),
247          E = L->getBlocks().end(); I != E; ++I)
248     if (LI->getLoopFor(*I) == L)        // Ignore blocks in subloops...
249       AST.add(**I);                     // Incorporate the specified basic block
250
251   // We want to visit all of the instructions in this loop... that are not parts
252   // of our subloops (they have already had their invariants hoisted out of
253   // their loop, into this loop, so there is no need to process the BODIES of
254   // the subloops).
255   //
256   // Traverse the body of the loop in depth first order on the dominator tree so
257   // that we are guaranteed to see definitions before we see uses.  This allows
258   // us to sink instructions in one pass, without iteration.  AFter sinking
259   // instructions, we perform another pass to hoist them out of the loop.
260   //
261   SinkRegion(DT->getNode(L->getHeader()));
262   HoistRegion(DT->getNode(L->getHeader()));
263
264   // Now that all loop invariants have been removed from the loop, promote any
265   // memory references to scalars that we can...
266   if (!DisablePromotion)
267     PromoteValuesInLoop();
268
269   // Clear out loops state information for the next iteration
270   CurLoop = 0;
271   Preheader = 0;
272 }
273
274 /// SinkRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
275 /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in
276 /// reverse depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit
277 /// uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one pass without
278 /// iteration.
279 ///
280 void LICM::SinkRegion(DominatorTree::Node *N) {
281   assert(N != 0 && "Null dominator tree node?");
282   BasicBlock *BB = N->getBlock();
283
284   // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
285   if (!CurLoop->contains(BB)) return;
286
287   // We are processing blocks in reverse dfo, so process children first...
288   const std::vector<DominatorTree::Node*> &Children = N->getChildren();
289   for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
290     SinkRegion(Children[i]);
291
292   // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
293   // subloop (which would already have been processed).
294   if (inSubLoop(BB)) return;
295
296   for (BasicBlock::iterator II = BB->end(); II != BB->begin(); ) {
297     Instruction &I = *--II;
298     
299     // Check to see if we can sink this instruction to the exit blocks
300     // of the loop.  We can do this if the all users of the instruction are
301     // outside of the loop.  In this case, it doesn't even matter if the
302     // operands of the instruction are loop invariant.
303     //
304     if (canSinkOrHoistInst(I) && isNotUsedInLoop(I)) {
305       ++II;
306       sink(I);
307     }
308   }
309 }
310
311
312 /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
313 /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in depth
314 /// first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit definitions
315 /// before uses, allowing us to hoist a loop body in one pass without iteration.
316 ///
317 void LICM::HoistRegion(DominatorTree::Node *N) {
318   assert(N != 0 && "Null dominator tree node?");
319   BasicBlock *BB = N->getBlock();
320
321   // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
322   if (!CurLoop->contains(BB)) return;
323
324   // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
325   // subloop (which would already have been processed).
326   if (!inSubLoop(BB))
327     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = BB->end(); II != E; ) {
328       Instruction &I = *II++;
329       
330       // Try hoisting the instruction out to the preheader.  We can only do this
331       // if all of the operands of the instruction are loop invariant and if it
332       // is safe to hoist the instruction.
333       //
334       if (isLoopInvariantInst(I) && canSinkOrHoistInst(I) && 
335           isSafeToExecuteUnconditionally(I))
336           hoist(I);
337       }
338
339   const std::vector<DominatorTree::Node*> &Children = N->getChildren();
340   for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
341     HoistRegion(Children[i]);
342 }
343
344 /// canSinkOrHoistInst - Return true if the hoister and sinker can handle this
345 /// instruction.
346 ///
347 bool LICM::canSinkOrHoistInst(Instruction &I) {
348   // Loads have extra constraints we have to verify before we can hoist them.
349   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I)) {
350     if (LI->isVolatile())
351       return false;        // Don't hoist volatile loads!
352
353     // Don't hoist loads which have may-aliased stores in loop.
354     return !pointerInvalidatedByLoop(LI->getOperand(0));
355   } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&I)) {
356     // Handle obvious cases efficiently.
357     if (Function *Callee = CI->getCalledFunction()) {
358       if (AA->doesNotAccessMemory(Callee))
359         return true;
360       else if (AA->onlyReadsMemory(Callee)) {
361         // If this call only reads from memory and there are no writes to memory
362         // in the loop, we can hoist or sink the call as appropriate.
363         bool FoundMod = false;
364         for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
365              I != E; ++I) {
366           AliasSet &AS = *I;
367           if (!AS.isForwardingAliasSet() && AS.isMod()) {
368             FoundMod = true;
369             break;
370           }
371         }
372         if (!FoundMod) return true;
373       }
374     }
375
376     // FIXME: This should use mod/ref information to see if we can hoist or sink
377     // the call.
378     
379     return false;
380   }
381
382   return isa<BinaryOperator>(I) || isa<ShiftInst>(I) || isa<CastInst>(I) || 
383          isa<SelectInst>(I) ||
384          isa<GetElementPtrInst>(I) || isa<VANextInst>(I) || isa<VAArgInst>(I);
385 }
386
387 /// isNotUsedInLoop - Return true if the only users of this instruction are
388 /// outside of the loop.  If this is true, we can sink the instruction to the
389 /// exit blocks of the loop.
390 ///
391 bool LICM::isNotUsedInLoop(Instruction &I) {
392   for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), E = I.use_end(); UI != E; ++UI) {
393     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
394     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
395       // PHI node uses occur in predecessor blocks!
396       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
397         if (PN->getIncomingValue(i) == &I)
398           if (CurLoop->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
399             return false;
400     } else if (CurLoop->contains(User->getParent())) {
401       return false;
402     }
403   }
404   return true;
405 }
406
407
408 /// isLoopInvariantInst - Return true if all operands of this instruction are
409 /// loop invariant.  We also filter out non-hoistable instructions here just for
410 /// efficiency.
411 ///
412 bool LICM::isLoopInvariantInst(Instruction &I) {
413   // The instruction is loop invariant if all of its operands are loop-invariant
414   for (unsigned i = 0, e = I.getNumOperands(); i != e; ++i)
415     if (!CurLoop->isLoopInvariant(I.getOperand(i)))
416       return false;
417
418   // If we got this far, the instruction is loop invariant!
419   return true;
420 }
421
422 /// sink - When an instruction is found to only be used outside of the loop,
423 /// this function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as needed.
424 /// This method is guaranteed to remove the original instruction from its
425 /// position, and may either delete it or move it to outside of the loop.
426 ///
427 void LICM::sink(Instruction &I) {
428   DEBUG(std::cerr << "LICM sinking instruction: " << I);
429
430   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
431   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
432
433   if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
434   else if (isa<CallInst>(I)) ++NumMovedCalls;
435   ++NumSunk;
436   Changed = true;
437
438   // The case where there is only a single exit node of this loop is common
439   // enough that we handle it as a special (more efficient) case.  It is more
440   // efficient to handle because there are no PHI nodes that need to be placed.
441   if (ExitBlocks.size() == 1) {
442     if (!isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlocks[0], I.getParent())) {
443       // Instruction is not used, just delete it.
444       CurAST->deleteValue(&I);
445       I.getParent()->getInstList().erase(&I);
446     } else {
447       // Move the instruction to the start of the exit block, after any PHI
448       // nodes in it.
449       I.getParent()->getInstList().remove(&I);
450       
451       BasicBlock::iterator InsertPt = ExitBlocks[0]->begin();
452       while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
453       ExitBlocks[0]->getInstList().insert(InsertPt, &I);
454     }
455   } else if (ExitBlocks.size() == 0) {
456     // The instruction is actually dead if there ARE NO exit blocks.
457     CurAST->deleteValue(&I);
458     I.getParent()->getInstList().erase(&I);
459   } else {
460     // Otherwise, if we have multiple exits, use the PromoteMem2Reg function to
461     // do all of the hard work of inserting PHI nodes as necessary.  We convert
462     // the value into a stack object to get it to do this.
463
464     // Firstly, we create a stack object to hold the value...
465     AllocaInst *AI = 0;
466
467     if (I.getType() != Type::VoidTy)
468       AI = new AllocaInst(I.getType(), 0, I.getName(),
469                           I.getParent()->getParent()->front().begin());
470     
471     // Secondly, insert load instructions for each use of the instruction
472     // outside of the loop.
473     while (!I.use_empty()) {
474       Instruction *U = cast<Instruction>(I.use_back());
475
476       // If the user is a PHI Node, we actually have to insert load instructions
477       // in all predecessor blocks, not in the PHI block itself!
478       if (PHINode *UPN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
479         // Only insert into each predecessor once, so that we don't have
480         // different incoming values from the same block!
481         std::map<BasicBlock*, Value*> InsertedBlocks;
482         for (unsigned i = 0, e = UPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
483           if (UPN->getIncomingValue(i) == &I) {
484             BasicBlock *Pred = UPN->getIncomingBlock(i);
485             Value *&PredVal = InsertedBlocks[Pred];
486             if (!PredVal) {
487               // Insert a new load instruction right before the terminator in
488               // the predecessor block.
489               PredVal = new LoadInst(AI, "", Pred->getTerminator());
490             }
491
492             UPN->setIncomingValue(i, PredVal);
493           }
494
495       } else {
496         LoadInst *L = new LoadInst(AI, "", U);
497         U->replaceUsesOfWith(&I, L);
498       }
499     }
500
501     // Thirdly, insert a copy of the instruction in each exit block of the loop
502     // that is dominated by the instruction, storing the result into the memory
503     // location.  Be careful not to insert the instruction into any particular
504     // basic block more than once.
505     std::set<BasicBlock*> InsertedBlocks;
506     BasicBlock *InstOrigBB = I.getParent();
507
508     for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
509       BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[i];
510
511       if (isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlock, InstOrigBB)) {
512         // If we haven't already processed this exit block, do so now.
513         if (InsertedBlocks.insert(ExitBlock).second) {
514           // Insert the code after the last PHI node...
515           BasicBlock::iterator InsertPt = ExitBlock->begin();
516           while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
517           
518           // If this is the first exit block processed, just move the original
519           // instruction, otherwise clone the original instruction and insert
520           // the copy.
521           Instruction *New;
522           if (InsertedBlocks.size() == 1) {
523             I.getParent()->getInstList().remove(&I);
524             ExitBlock->getInstList().insert(InsertPt, &I);
525             New = &I;
526           } else {
527             New = I.clone();
528             if (!I.getName().empty())
529               New->setName(I.getName()+".le");
530             ExitBlock->getInstList().insert(InsertPt, New);
531           }
532           
533           // Now that we have inserted the instruction, store it into the alloca
534           if (AI) new StoreInst(New, AI, InsertPt);
535         }
536       }
537     }
538
539     // If the instruction doesn't dominate any exit blocks, it must be dead.
540     if (InsertedBlocks.empty()) {
541       CurAST->deleteValue(&I);
542       I.getParent()->getInstList().erase(&I);
543     }
544       
545     // Finally, promote the fine value to SSA form.
546     if (AI) {
547       std::vector<AllocaInst*> Allocas;
548       Allocas.push_back(AI);
549       PromoteMemToReg(Allocas, *DT, *DF, AA->getTargetData());
550     }
551   }
552 }
553
554 /// hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
555 /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
556 ///
557 void LICM::hoist(Instruction &I) {
558   DEBUG(std::cerr << "LICM hoisting to " << Preheader->getName() 
559                   << ": " << I);
560
561   // Remove the instruction from its current basic block... but don't delete the
562   // instruction.
563   I.getParent()->getInstList().remove(&I);
564
565   // Insert the new node in Preheader, before the terminator.
566   Preheader->getInstList().insert(Preheader->getTerminator(), &I);
567   
568   if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
569   else if (isa<CallInst>(I)) ++NumMovedCalls;
570   ++NumHoisted;
571   Changed = true;
572 }
573
574 /// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it is
575 /// not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
576 /// guaranteed to execute.
577 ///
578 bool LICM::isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &Inst) {
579   // If it is not a trapping instruction, it is always safe to hoist.
580   if (!Inst.isTrapping()) return true;
581   
582   // Otherwise we have to check to make sure that the instruction dominates all
583   // of the exit blocks.  If it doesn't, then there is a path out of the loop
584   // which does not execute this instruction, so we can't hoist it.
585
586   // If the instruction is in the header block for the loop (which is very
587   // common), it is always guaranteed to dominate the exit blocks.  Since this
588   // is a common case, and can save some work, check it now.
589   if (Inst.getParent() == CurLoop->getHeader())
590     return true;
591
592   // Get the exit blocks for the current loop.
593   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
594   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
595
596   // For each exit block, get the DT node and walk up the DT until the
597   // instruction's basic block is found or we exit the loop.
598   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
599     if (!isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlocks[i], Inst.getParent()))
600       return false;
601   
602   return true;
603 }
604
605
606 /// PromoteValuesInLoop - Try to promote memory values to scalars by sinking
607 /// stores out of the loop and moving loads to before the loop.  We do this by
608 /// looping over the stores in the loop, looking for stores to Must pointers
609 /// which are loop invariant.  We promote these memory locations to use allocas
610 /// instead.  These allocas can easily be raised to register values by the
611 /// PromoteMem2Reg functionality.
612 ///
613 void LICM::PromoteValuesInLoop() {
614   // PromotedValues - List of values that are promoted out of the loop.  Each
615   // value has an alloca instruction for it, and a canonical version of the
616   // pointer.
617   std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > PromotedValues;
618   std::map<Value*, AllocaInst*> ValueToAllocaMap; // Map of ptr to alloca
619
620   findPromotableValuesInLoop(PromotedValues, ValueToAllocaMap);
621   if (ValueToAllocaMap.empty()) return;   // If there are values to promote...
622
623   Changed = true;
624   NumPromoted += PromotedValues.size();
625
626   // Emit a copy from the value into the alloca'd value in the loop preheader
627   TerminatorInst *LoopPredInst = Preheader->getTerminator();
628   for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i) {
629     // Load from the memory we are promoting...
630     LoadInst *LI = new LoadInst(PromotedValues[i].second, 
631                                 PromotedValues[i].second->getName()+".promoted",
632                                 LoopPredInst);
633     // Store into the temporary alloca...
634     new StoreInst(LI, PromotedValues[i].first, LoopPredInst);
635   }
636   
637   // Scan the basic blocks in the loop, replacing uses of our pointers with
638   // uses of the allocas in question.
639   //
640   const std::vector<BasicBlock*> &LoopBBs = CurLoop->getBlocks();
641   for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator I = LoopBBs.begin(),
642          E = LoopBBs.end(); I != E; ++I) {
643     // Rewrite all loads and stores in the block of the pointer...
644     for (BasicBlock::iterator II = (*I)->begin(), E = (*I)->end();
645          II != E; ++II) {
646       if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(II)) {
647         std::map<Value*, AllocaInst*>::iterator
648           I = ValueToAllocaMap.find(L->getOperand(0));
649         if (I != ValueToAllocaMap.end())
650           L->setOperand(0, I->second);    // Rewrite load instruction...
651       } else if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(II)) {
652         std::map<Value*, AllocaInst*>::iterator
653           I = ValueToAllocaMap.find(S->getOperand(1));
654         if (I != ValueToAllocaMap.end())
655           S->setOperand(1, I->second);    // Rewrite store instruction...
656       }
657     }
658   }
659
660   // Now that the body of the loop uses the allocas instead of the original
661   // memory locations, insert code to copy the alloca value back into the
662   // original memory location on all exits from the loop.  Note that we only
663   // want to insert one copy of the code in each exit block, though the loop may
664   // exit to the same block more than once.
665   //
666   std::set<BasicBlock*> ProcessedBlocks;
667
668   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
669   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
670   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
671     if (ProcessedBlocks.insert(ExitBlocks[i]).second) {
672       // Copy all of the allocas into their memory locations...
673       BasicBlock::iterator BI = ExitBlocks[i]->begin();
674       while (isa<PHINode>(*BI))
675         ++BI;             // Skip over all of the phi nodes in the block...
676       Instruction *InsertPos = BI;
677       for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i) {
678         // Load from the alloca...
679         LoadInst *LI = new LoadInst(PromotedValues[i].first, "", InsertPos);
680         // Store into the memory we promoted...
681         new StoreInst(LI, PromotedValues[i].second, InsertPos);
682       }
683     }
684
685   // Now that we have done the deed, use the mem2reg functionality to promote
686   // all of the new allocas we just created into real SSA registers...
687   //
688   std::vector<AllocaInst*> PromotedAllocas;
689   PromotedAllocas.reserve(PromotedValues.size());
690   for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i)
691     PromotedAllocas.push_back(PromotedValues[i].first);
692   PromoteMemToReg(PromotedAllocas, *DT, *DF, AA->getTargetData());
693 }
694
695 /// findPromotableValuesInLoop - Check the current loop for stores to definite
696 /// pointers, which are not loaded and stored through may aliases.  If these are
697 /// found, create an alloca for the value, add it to the PromotedValues list,
698 /// and keep track of the mapping from value to alloca...
699 ///
700 void LICM::findPromotableValuesInLoop(
701                    std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > &PromotedValues,
702                              std::map<Value*, AllocaInst*> &ValueToAllocaMap) {
703   Instruction *FnStart = CurLoop->getHeader()->getParent()->begin()->begin();
704
705   // Loop over all of the alias sets in the tracker object...
706   for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
707        I != E; ++I) {
708     AliasSet &AS = *I;
709     // We can promote this alias set if it has a store, if it is a "Must" alias
710     // set, if the pointer is loop invariant, if if we are not eliminating any
711     // volatile loads or stores.
712     if (!AS.isForwardingAliasSet() && AS.isMod() && AS.isMustAlias() &&
713         !AS.isVolatile() && CurLoop->isLoopInvariant(AS.begin()->first)) {
714       assert(AS.begin() != AS.end() &&
715              "Must alias set should have at least one pointer element in it!");
716       Value *V = AS.begin()->first;
717
718       // Check that all of the pointers in the alias set have the same type.  We
719       // cannot (yet) promote a memory location that is loaded and stored in
720       // different sizes.
721       bool PointerOk = true;
722       for (AliasSet::iterator I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
723         if (V->getType() != I->first->getType()) {
724           PointerOk = false;
725           break;
726         }
727
728       if (PointerOk) {
729         const Type *Ty = cast<PointerType>(V->getType())->getElementType();
730         AllocaInst *AI = new AllocaInst(Ty, 0, V->getName()+".tmp", FnStart);
731         PromotedValues.push_back(std::make_pair(AI, V));
732         
733         for (AliasSet::iterator I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
734           ValueToAllocaMap.insert(std::make_pair(I->first, AI));
735         
736         DEBUG(std::cerr << "LICM: Promoting value: " << *V << "\n");
737       }
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