Make MemoryBuiltins aware of TargetLibraryInfo.
[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/ValueTracking.h"
47 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
48 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
49 #include "llvm/Target/TargetData.h"
50 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
51 #include "llvm/Support/CFG.h"
52 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
53 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
54 #include "llvm/Support/Debug.h"
55 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
56 #include <algorithm>
57 using namespace llvm;
58
59 STATISTIC(NumSunk      , "Number of instructions sunk out of loop");
60 STATISTIC(NumHoisted   , "Number of instructions hoisted out of loop");
61 STATISTIC(NumMovedLoads, "Number of load insts hoisted or sunk");
62 STATISTIC(NumMovedCalls, "Number of call insts hoisted or sunk");
63 STATISTIC(NumPromoted  , "Number of memory locations promoted to registers");
64
65 static cl::opt<bool>
66 DisablePromotion("disable-licm-promotion", cl::Hidden,
67                  cl::desc("Disable memory promotion in LICM pass"));
68
69 namespace {
70   struct LICM : public LoopPass {
71     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
72     LICM() : LoopPass(ID) {
73       initializeLICMPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
74     }
75
76     virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
77
78     /// This transformation requires natural loop information & requires that
79     /// loop preheaders be inserted into the CFG...
80     ///
81     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
82       AU.setPreservesCFG();
83       AU.addRequired<DominatorTree>();
84       AU.addRequired<LoopInfo>();
85       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
86       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
87       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
88       AU.addPreserved("scalar-evolution");
89       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
90       AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
91     }
92
93     bool doFinalization() {
94       assert(LoopToAliasSetMap.empty() && "Didn't free loop alias sets");
95       return false;
96     }
97
98   private:
99     AliasAnalysis *AA;       // Current AliasAnalysis information
100     LoopInfo      *LI;       // Current LoopInfo
101     DominatorTree *DT;       // Dominator Tree for the current Loop.
102
103     TargetData *TD;          // TargetData for constant folding.
104     TargetLibraryInfo *TLI;  // TargetLibraryInfo for constant folding.
105
106     // State that is updated as we process loops.
107     bool Changed;            // Set to true when we change anything.
108     BasicBlock *Preheader;   // The preheader block of the current loop...
109     Loop *CurLoop;           // The current loop we are working on...
110     AliasSetTracker *CurAST; // AliasSet information for the current loop...
111     DenseMap<Loop*, AliasSetTracker*> LoopToAliasSetMap;
112
113     /// cloneBasicBlockAnalysis - Simple Analysis hook. Clone alias set info.
114     void cloneBasicBlockAnalysis(BasicBlock *From, BasicBlock *To, Loop *L);
115
116     /// deleteAnalysisValue - Simple Analysis hook. Delete value V from alias
117     /// set.
118     void deleteAnalysisValue(Value *V, Loop *L);
119
120     /// SinkRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
121     /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in
122     /// reverse depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to
123     /// visit uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one
124     /// pass without iteration.
125     ///
126     void SinkRegion(DomTreeNode *N);
127
128     /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all
129     /// blocks dominated by the specified block, and that are in the current
130     /// loop) in depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to
131     /// visit definitions before uses, allowing us to hoist a loop body in one
132     /// pass without iteration.
133     ///
134     void HoistRegion(DomTreeNode *N);
135
136     /// inSubLoop - Little predicate that returns true if the specified basic
137     /// block is in a subloop of the current one, not the current one itself.
138     ///
139     bool inSubLoop(BasicBlock *BB) {
140       assert(CurLoop->contains(BB) && "Only valid if BB is IN the loop");
141       return LI->getLoopFor(BB) != CurLoop;
142     }
143
144     /// sink - When an instruction is found to only be used outside of the loop,
145     /// this function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as
146     /// needed.
147     ///
148     void sink(Instruction &I);
149
150     /// hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
151     /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
152     ///
153     void hoist(Instruction &I);
154
155     /// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it
156     /// is not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
157     /// guaranteed to execute.
158     ///
159     bool isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &I);
160
161     /// isGuaranteedToExecute - Check that the instruction is guaranteed to
162     /// execute.
163     ///
164     bool isGuaranteedToExecute(Instruction &I);
165
166     /// pointerInvalidatedByLoop - Return true if the body of this loop may
167     /// store into the memory location pointed to by V.
168     ///
169     bool pointerInvalidatedByLoop(Value *V, uint64_t Size,
170                                   const MDNode *TBAAInfo) {
171       // Check to see if any of the basic blocks in CurLoop invalidate *V.
172       return CurAST->getAliasSetForPointer(V, Size, TBAAInfo).isMod();
173     }
174
175     bool canSinkOrHoistInst(Instruction &I);
176     bool isNotUsedInLoop(Instruction &I);
177
178     void PromoteAliasSet(AliasSet &AS,
179                          SmallVectorImpl<BasicBlock*> &ExitBlocks,
180                          SmallVectorImpl<Instruction*> &InsertPts);
181   };
182 }
183
184 char LICM::ID = 0;
185 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LICM, "licm", "Loop Invariant Code Motion", false, false)
186 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
187 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
188 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
189 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
190 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
191 INITIALIZE_PASS_END(LICM, "licm", "Loop Invariant Code Motion", false, false)
192
193 Pass *llvm::createLICMPass() { return new LICM(); }
194
195 /// Hoist expressions out of the specified loop. Note, alias info for inner
196 /// loop is not preserved so it is not a good idea to run LICM multiple
197 /// times on one loop.
198 ///
199 bool LICM::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
200   Changed = false;
201
202   // Get our Loop and Alias Analysis information...
203   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
204   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
205   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
206
207   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
208   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
209
210   CurAST = new AliasSetTracker(*AA);
211   // Collect Alias info from subloops.
212   for (Loop::iterator LoopItr = L->begin(), LoopItrE = L->end();
213        LoopItr != LoopItrE; ++LoopItr) {
214     Loop *InnerL = *LoopItr;
215     AliasSetTracker *InnerAST = LoopToAliasSetMap[InnerL];
216     assert(InnerAST && "Where is my AST?");
217
218     // What if InnerLoop was modified by other passes ?
219     CurAST->add(*InnerAST);
220
221     // Once we've incorporated the inner loop's AST into ours, we don't need the
222     // subloop's anymore.
223     delete InnerAST;
224     LoopToAliasSetMap.erase(InnerL);
225   }
226
227   CurLoop = L;
228
229   // Get the preheader block to move instructions into...
230   Preheader = L->getLoopPreheader();
231
232   // Loop over the body of this loop, looking for calls, invokes, and stores.
233   // Because subloops have already been incorporated into AST, we skip blocks in
234   // subloops.
235   //
236   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
237        I != E; ++I) {
238     BasicBlock *BB = *I;
239     if (LI->getLoopFor(BB) == L)        // Ignore blocks in subloops.
240       CurAST->add(*BB);                 // Incorporate the specified basic block
241   }
242
243   // We want to visit all of the instructions in this loop... that are not parts
244   // of our subloops (they have already had their invariants hoisted out of
245   // their loop, into this loop, so there is no need to process the BODIES of
246   // the subloops).
247   //
248   // Traverse the body of the loop in depth first order on the dominator tree so
249   // that we are guaranteed to see definitions before we see uses.  This allows
250   // us to sink instructions in one pass, without iteration.  After sinking
251   // instructions, we perform another pass to hoist them out of the loop.
252   //
253   if (L->hasDedicatedExits())
254     SinkRegion(DT->getNode(L->getHeader()));
255   if (Preheader)
256     HoistRegion(DT->getNode(L->getHeader()));
257
258   // Now that all loop invariants have been removed from the loop, promote any
259   // memory references to scalars that we can.
260   if (!DisablePromotion && Preheader && L->hasDedicatedExits()) {
261     SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
262     SmallVector<Instruction *, 8> InsertPts;
263
264     // Loop over all of the alias sets in the tracker object.
265     for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
266          I != E; ++I)
267       PromoteAliasSet(*I, ExitBlocks, InsertPts);
268   }
269
270   // Clear out loops state information for the next iteration
271   CurLoop = 0;
272   Preheader = 0;
273
274   // If this loop is nested inside of another one, save the alias information
275   // for when we process the outer loop.
276   if (L->getParentLoop())
277     LoopToAliasSetMap[L] = CurAST;
278   else
279     delete CurAST;
280   return Changed;
281 }
282
283 /// SinkRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
284 /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in
285 /// reverse depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit
286 /// uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one pass without
287 /// iteration.
288 ///
289 void LICM::SinkRegion(DomTreeNode *N) {
290   assert(N != 0 && "Null dominator tree node?");
291   BasicBlock *BB = N->getBlock();
292
293   // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
294   if (!CurLoop->contains(BB)) return;
295
296   // We are processing blocks in reverse dfo, so process children first.
297   const std::vector<DomTreeNode*> &Children = N->getChildren();
298   for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
299     SinkRegion(Children[i]);
300
301   // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
302   // subloop (which would already have been processed).
303   if (inSubLoop(BB)) return;
304
305   for (BasicBlock::iterator II = BB->end(); II != BB->begin(); ) {
306     Instruction &I = *--II;
307
308     // If the instruction is dead, we would try to sink it because it isn't used
309     // in the loop, instead, just delete it.
310     if (isInstructionTriviallyDead(&I, TLI)) {
311       DEBUG(dbgs() << "LICM deleting dead inst: " << I << '\n');
312       ++II;
313       CurAST->deleteValue(&I);
314       I.eraseFromParent();
315       Changed = true;
316       continue;
317     }
318
319     // Check to see if we can sink this instruction to the exit blocks
320     // of the loop.  We can do this if the all users of the instruction are
321     // outside of the loop.  In this case, it doesn't even matter if the
322     // operands of the instruction are loop invariant.
323     //
324     if (isNotUsedInLoop(I) && canSinkOrHoistInst(I)) {
325       ++II;
326       sink(I);
327     }
328   }
329 }
330
331 /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
332 /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in depth
333 /// first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit definitions
334 /// before uses, allowing us to hoist a loop body in one pass without iteration.
335 ///
336 void LICM::HoistRegion(DomTreeNode *N) {
337   assert(N != 0 && "Null dominator tree node?");
338   BasicBlock *BB = N->getBlock();
339
340   // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
341   if (!CurLoop->contains(BB)) return;
342
343   // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
344   // subloop (which would already have been processed).
345   if (!inSubLoop(BB))
346     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = BB->end(); II != E; ) {
347       Instruction &I = *II++;
348
349       // Try constant folding this instruction.  If all the operands are
350       // constants, it is technically hoistable, but it would be better to just
351       // fold it.
352       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(&I, TD, TLI)) {
353         DEBUG(dbgs() << "LICM folding inst: " << I << "  --> " << *C << '\n');
354         CurAST->copyValue(&I, C);
355         CurAST->deleteValue(&I);
356         I.replaceAllUsesWith(C);
357         I.eraseFromParent();
358         continue;
359       }
360
361       // Try hoisting the instruction out to the preheader.  We can only do this
362       // if all of the operands of the instruction are loop invariant and if it
363       // is safe to hoist the instruction.
364       //
365       if (CurLoop->hasLoopInvariantOperands(&I) && canSinkOrHoistInst(I) &&
366           isSafeToExecuteUnconditionally(I))
367         hoist(I);
368     }
369
370   const std::vector<DomTreeNode*> &Children = N->getChildren();
371   for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
372     HoistRegion(Children[i]);
373 }
374
375 /// canSinkOrHoistInst - Return true if the hoister and sinker can handle this
376 /// instruction.
377 ///
378 bool LICM::canSinkOrHoistInst(Instruction &I) {
379   // Loads have extra constraints we have to verify before we can hoist them.
380   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I)) {
381     if (!LI->isUnordered())
382       return false;        // Don't hoist volatile/atomic loads!
383
384     // Loads from constant memory are always safe to move, even if they end up
385     // in the same alias set as something that ends up being modified.
386     if (AA->pointsToConstantMemory(LI->getOperand(0)))
387       return true;
388     if (LI->getMetadata("invariant.load"))
389       return true;
390
391     // Don't hoist loads which have may-aliased stores in loop.
392     uint64_t Size = 0;
393     if (LI->getType()->isSized())
394       Size = AA->getTypeStoreSize(LI->getType());
395     return !pointerInvalidatedByLoop(LI->getOperand(0), Size,
396                                      LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa));
397   } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&I)) {
398     // Don't sink or hoist dbg info; it's legal, but not useful.
399     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
400       return false;
401
402     // Handle simple cases by querying alias analysis.
403     AliasAnalysis::ModRefBehavior Behavior = AA->getModRefBehavior(CI);
404     if (Behavior == AliasAnalysis::DoesNotAccessMemory)
405       return true;
406     if (AliasAnalysis::onlyReadsMemory(Behavior)) {
407       // If this call only reads from memory and there are no writes to memory
408       // in the loop, we can hoist or sink the call as appropriate.
409       bool FoundMod = false;
410       for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
411            I != E; ++I) {
412         AliasSet &AS = *I;
413         if (!AS.isForwardingAliasSet() && AS.isMod()) {
414           FoundMod = true;
415           break;
416         }
417       }
418       if (!FoundMod) return true;
419     }
420
421     // FIXME: This should use mod/ref information to see if we can hoist or sink
422     // the call.
423
424     return false;
425   }
426
427   // Otherwise these instructions are hoistable/sinkable
428   return isa<BinaryOperator>(I) || isa<CastInst>(I) ||
429          isa<SelectInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
430          isa<InsertElementInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
431          isa<ShuffleVectorInst>(I);
432 }
433
434 /// isNotUsedInLoop - Return true if the only users of this instruction are
435 /// outside of the loop.  If this is true, we can sink the instruction to the
436 /// exit blocks of the loop.
437 ///
438 bool LICM::isNotUsedInLoop(Instruction &I) {
439   for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), E = I.use_end(); UI != E; ++UI) {
440     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
441     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
442       // PHI node uses occur in predecessor blocks!
443       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
444         if (PN->getIncomingValue(i) == &I)
445           if (CurLoop->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
446             return false;
447     } else if (CurLoop->contains(User)) {
448       return false;
449     }
450   }
451   return true;
452 }
453
454
455 /// sink - When an instruction is found to only be used outside of the loop,
456 /// this function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as needed.
457 /// This method is guaranteed to remove the original instruction from its
458 /// position, and may either delete it or move it to outside of the loop.
459 ///
460 void LICM::sink(Instruction &I) {
461   DEBUG(dbgs() << "LICM sinking instruction: " << I << "\n");
462
463   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
464   CurLoop->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
465
466   if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
467   else if (isa<CallInst>(I)) ++NumMovedCalls;
468   ++NumSunk;
469   Changed = true;
470
471   // The case where there is only a single exit node of this loop is common
472   // enough that we handle it as a special (more efficient) case.  It is more
473   // efficient to handle because there are no PHI nodes that need to be placed.
474   if (ExitBlocks.size() == 1) {
475     if (!DT->dominates(I.getParent(), ExitBlocks[0])) {
476       // Instruction is not used, just delete it.
477       CurAST->deleteValue(&I);
478       // If I has users in unreachable blocks, eliminate.
479       // If I is not void type then replaceAllUsesWith undef.
480       // This allows ValueHandlers and custom metadata to adjust itself.
481       if (!I.use_empty())
482         I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
483       I.eraseFromParent();
484     } else {
485       // Move the instruction to the start of the exit block, after any PHI
486       // nodes in it.
487       I.moveBefore(ExitBlocks[0]->getFirstInsertionPt());
488
489       // This instruction is no longer in the AST for the current loop, because
490       // we just sunk it out of the loop.  If we just sunk it into an outer
491       // loop, we will rediscover the operation when we process it.
492       CurAST->deleteValue(&I);
493     }
494     return;
495   }
496
497   if (ExitBlocks.empty()) {
498     // The instruction is actually dead if there ARE NO exit blocks.
499     CurAST->deleteValue(&I);
500     // If I has users in unreachable blocks, eliminate.
501     // If I is not void type then replaceAllUsesWith undef.
502     // This allows ValueHandlers and custom metadata to adjust itself.
503     if (!I.use_empty())
504       I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
505     I.eraseFromParent();
506     return;
507   }
508
509   // Otherwise, if we have multiple exits, use the SSAUpdater to do all of the
510   // hard work of inserting PHI nodes as necessary.
511   SmallVector<PHINode*, 8> NewPHIs;
512   SSAUpdater SSA(&NewPHIs);
513
514   if (!I.use_empty())
515     SSA.Initialize(I.getType(), I.getName());
516
517   // Insert a copy of the instruction in each exit block of the loop that is
518   // dominated by the instruction.  Each exit block is known to only be in the
519   // ExitBlocks list once.
520   BasicBlock *InstOrigBB = I.getParent();
521   unsigned NumInserted = 0;
522
523   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
524     BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[i];
525
526     if (!DT->dominates(InstOrigBB, ExitBlock))
527       continue;
528
529     // Insert the code after the last PHI node.
530     BasicBlock::iterator InsertPt = ExitBlock->getFirstInsertionPt();
531
532     // If this is the first exit block processed, just move the original
533     // instruction, otherwise clone the original instruction and insert
534     // the copy.
535     Instruction *New;
536     if (NumInserted++ == 0) {
537       I.moveBefore(InsertPt);
538       New = &I;
539     } else {
540       New = I.clone();
541       if (!I.getName().empty())
542         New->setName(I.getName()+".le");
543       ExitBlock->getInstList().insert(InsertPt, New);
544     }
545
546     // Now that we have inserted the instruction, inform SSAUpdater.
547     if (!I.use_empty())
548       SSA.AddAvailableValue(ExitBlock, New);
549   }
550
551   // If the instruction doesn't dominate any exit blocks, it must be dead.
552   if (NumInserted == 0) {
553     CurAST->deleteValue(&I);
554     if (!I.use_empty())
555       I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
556     I.eraseFromParent();
557     return;
558   }
559
560   // Next, rewrite uses of the instruction, inserting PHI nodes as needed.
561   for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE; ) {
562     // Grab the use before incrementing the iterator.
563     Use &U = UI.getUse();
564     // Increment the iterator before removing the use from the list.
565     ++UI;
566     SSA.RewriteUseAfterInsertions(U);
567   }
568
569   // Update CurAST for NewPHIs if I had pointer type.
570   if (I.getType()->isPointerTy())
571     for (unsigned i = 0, e = NewPHIs.size(); i != e; ++i)
572       CurAST->copyValue(&I, NewPHIs[i]);
573
574   // Finally, remove the instruction from CurAST.  It is no longer in the loop.
575   CurAST->deleteValue(&I);
576 }
577
578 /// hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
579 /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
580 ///
581 void LICM::hoist(Instruction &I) {
582   DEBUG(dbgs() << "LICM hoisting to " << Preheader->getName() << ": "
583         << I << "\n");
584
585   // Move the new node to the Preheader, before its terminator.
586   I.moveBefore(Preheader->getTerminator());
587
588   if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
589   else if (isa<CallInst>(I)) ++NumMovedCalls;
590   ++NumHoisted;
591   Changed = true;
592 }
593
594 /// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it is
595 /// not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
596 /// guaranteed to execute.
597 ///
598 bool LICM::isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &Inst) {
599   // If it is not a trapping instruction, it is always safe to hoist.
600   if (isSafeToSpeculativelyExecute(&Inst))
601     return true;
602
603   return isGuaranteedToExecute(Inst);
604 }
605
606 bool LICM::isGuaranteedToExecute(Instruction &Inst) {
607   // Otherwise we have to check to make sure that the instruction dominates all
608   // of the exit blocks.  If it doesn't, then there is a path out of the loop
609   // which does not execute this instruction, so we can't hoist it.
610
611   // If the instruction is in the header block for the loop (which is very
612   // common), it is always guaranteed to dominate the exit blocks.  Since this
613   // is a common case, and can save some work, check it now.
614   if (Inst.getParent() == CurLoop->getHeader())
615     return true;
616
617   // Get the exit blocks for the current loop.
618   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
619   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
620
621   // Verify that the block dominates each of the exit blocks of the loop.
622   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
623     if (!DT->dominates(Inst.getParent(), ExitBlocks[i]))
624       return false;
625
626   // As a degenerate case, if the loop is statically infinite then we haven't
627   // proven anything since there are no exit blocks.
628   if (ExitBlocks.empty())
629     return false;
630
631   return true;
632 }
633
634 namespace {
635   class LoopPromoter : public LoadAndStorePromoter {
636     Value *SomePtr;  // Designated pointer to store to.
637     SmallPtrSet<Value*, 4> &PointerMustAliases;
638     SmallVectorImpl<BasicBlock*> &LoopExitBlocks;
639     SmallVectorImpl<Instruction*> &LoopInsertPts;
640     AliasSetTracker &AST;
641     DebugLoc DL;
642     int Alignment;
643   public:
644     LoopPromoter(Value *SP,
645                  const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
646                  SmallPtrSet<Value*, 4> &PMA,
647                  SmallVectorImpl<BasicBlock*> &LEB,
648                  SmallVectorImpl<Instruction*> &LIP,
649                  AliasSetTracker &ast, DebugLoc dl, int alignment)
650       : LoadAndStorePromoter(Insts, S), SomePtr(SP),
651         PointerMustAliases(PMA), LoopExitBlocks(LEB), LoopInsertPts(LIP),
652         AST(ast), DL(dl), Alignment(alignment) {}
653
654     virtual bool isInstInList(Instruction *I,
655                               const SmallVectorImpl<Instruction*> &) const {
656       Value *Ptr;
657       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
658         Ptr = LI->getOperand(0);
659       else
660         Ptr = cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
661       return PointerMustAliases.count(Ptr);
662     }
663
664     virtual void doExtraRewritesBeforeFinalDeletion() const {
665       // Insert stores after in the loop exit blocks.  Each exit block gets a
666       // store of the live-out values that feed them.  Since we've already told
667       // the SSA updater about the defs in the loop and the preheader
668       // definition, it is all set and we can start using it.
669       for (unsigned i = 0, e = LoopExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
670         BasicBlock *ExitBlock = LoopExitBlocks[i];
671         Value *LiveInValue = SSA.GetValueInMiddleOfBlock(ExitBlock);
672         Instruction *InsertPos = LoopInsertPts[i];
673         StoreInst *NewSI = new StoreInst(LiveInValue, SomePtr, InsertPos);
674         NewSI->setAlignment(Alignment);
675         NewSI->setDebugLoc(DL);
676       }
677     }
678
679     virtual void replaceLoadWithValue(LoadInst *LI, Value *V) const {
680       // Update alias analysis.
681       AST.copyValue(LI, V);
682     }
683     virtual void instructionDeleted(Instruction *I) const {
684       AST.deleteValue(I);
685     }
686   };
687 } // end anon namespace
688
689 /// PromoteAliasSet - Try to promote memory values to scalars by sinking
690 /// stores out of the loop and moving loads to before the loop.  We do this by
691 /// looping over the stores in the loop, looking for stores to Must pointers
692 /// which are loop invariant.
693 ///
694 void LICM::PromoteAliasSet(AliasSet &AS,
695                            SmallVectorImpl<BasicBlock*> &ExitBlocks,
696                            SmallVectorImpl<Instruction*> &InsertPts) {
697   // We can promote this alias set if it has a store, if it is a "Must" alias
698   // set, if the pointer is loop invariant, and if we are not eliminating any
699   // volatile loads or stores.
700   if (AS.isForwardingAliasSet() || !AS.isMod() || !AS.isMustAlias() ||
701       AS.isVolatile() || !CurLoop->isLoopInvariant(AS.begin()->getValue()))
702     return;
703
704   assert(!AS.empty() &&
705          "Must alias set should have at least one pointer element in it!");
706   Value *SomePtr = AS.begin()->getValue();
707
708   // It isn't safe to promote a load/store from the loop if the load/store is
709   // conditional.  For example, turning:
710   //
711   //    for () { if (c) *P += 1; }
712   //
713   // into:
714   //
715   //    tmp = *P;  for () { if (c) tmp +=1; } *P = tmp;
716   //
717   // is not safe, because *P may only be valid to access if 'c' is true.
718   //
719   // It is safe to promote P if all uses are direct load/stores and if at
720   // least one is guaranteed to be executed.
721   bool GuaranteedToExecute = false;
722
723   SmallVector<Instruction*, 64> LoopUses;
724   SmallPtrSet<Value*, 4> PointerMustAliases;
725
726   // We start with an alignment of one and try to find instructions that allow
727   // us to prove better alignment.
728   unsigned Alignment = 1;
729
730   // Check that all of the pointers in the alias set have the same type.  We
731   // cannot (yet) promote a memory location that is loaded and stored in
732   // different sizes.
733   for (AliasSet::iterator ASI = AS.begin(), E = AS.end(); ASI != E; ++ASI) {
734     Value *ASIV = ASI->getValue();
735     PointerMustAliases.insert(ASIV);
736
737     // Check that all of the pointers in the alias set have the same type.  We
738     // cannot (yet) promote a memory location that is loaded and stored in
739     // different sizes.
740     if (SomePtr->getType() != ASIV->getType())
741       return;
742
743     for (Value::use_iterator UI = ASIV->use_begin(), UE = ASIV->use_end();
744          UI != UE; ++UI) {
745       // Ignore instructions that are outside the loop.
746       Instruction *Use = dyn_cast<Instruction>(*UI);
747       if (!Use || !CurLoop->contains(Use))
748         continue;
749
750       // If there is an non-load/store instruction in the loop, we can't promote
751       // it.
752       if (LoadInst *load = dyn_cast<LoadInst>(Use)) {
753         assert(!load->isVolatile() && "AST broken");
754         if (!load->isSimple())
755           return;
756       } else if (StoreInst *store = dyn_cast<StoreInst>(Use)) {
757         // Stores *of* the pointer are not interesting, only stores *to* the
758         // pointer.
759         if (Use->getOperand(1) != ASIV)
760           continue;
761         assert(!store->isVolatile() && "AST broken");
762         if (!store->isSimple())
763           return;
764
765         // Note that we only check GuaranteedToExecute inside the store case
766         // so that we do not introduce stores where they did not exist before
767         // (which would break the LLVM concurrency model).
768
769         // If the alignment of this instruction allows us to specify a more
770         // restrictive (and performant) alignment and if we are sure this
771         // instruction will be executed, update the alignment.
772         // Larger is better, with the exception of 0 being the best alignment.
773         unsigned InstAlignment = store->getAlignment();
774         if ((InstAlignment > Alignment || InstAlignment == 0)
775             && (Alignment != 0))
776           if (isGuaranteedToExecute(*Use)) {
777             GuaranteedToExecute = true;
778             Alignment = InstAlignment;
779           }
780
781         if (!GuaranteedToExecute)
782           GuaranteedToExecute = isGuaranteedToExecute(*Use);
783
784       } else
785         return; // Not a load or store.
786
787       LoopUses.push_back(Use);
788     }
789   }
790
791   // If there isn't a guaranteed-to-execute instruction, we can't promote.
792   if (!GuaranteedToExecute)
793     return;
794
795   // Otherwise, this is safe to promote, lets do it!
796   DEBUG(dbgs() << "LICM: Promoting value stored to in loop: " <<*SomePtr<<'\n');
797   Changed = true;
798   ++NumPromoted;
799
800   // Grab a debug location for the inserted loads/stores; given that the
801   // inserted loads/stores have little relation to the original loads/stores,
802   // this code just arbitrarily picks a location from one, since any debug
803   // location is better than none.
804   DebugLoc DL = LoopUses[0]->getDebugLoc();
805
806   // Figure out the loop exits and their insertion points, if this is the
807   // first promotion.
808   if (ExitBlocks.empty()) {
809     CurLoop->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
810     InsertPts.resize(ExitBlocks.size());
811     for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
812       InsertPts[i] = ExitBlocks[i]->getFirstInsertionPt();
813   }
814
815   // We use the SSAUpdater interface to insert phi nodes as required.
816   SmallVector<PHINode*, 16> NewPHIs;
817   SSAUpdater SSA(&NewPHIs);
818   LoopPromoter Promoter(SomePtr, LoopUses, SSA, PointerMustAliases, ExitBlocks,
819                         InsertPts, *CurAST, DL, Alignment);
820
821   // Set up the preheader to have a definition of the value.  It is the live-out
822   // value from the preheader that uses in the loop will use.
823   LoadInst *PreheaderLoad =
824     new LoadInst(SomePtr, SomePtr->getName()+".promoted",
825                  Preheader->getTerminator());
826   PreheaderLoad->setAlignment(Alignment);
827   PreheaderLoad->setDebugLoc(DL);
828   SSA.AddAvailableValue(Preheader, PreheaderLoad);
829
830   // Rewrite all the loads in the loop and remember all the definitions from
831   // stores in the loop.
832   Promoter.run(LoopUses);
833
834   // If the SSAUpdater didn't use the load in the preheader, just zap it now.
835   if (PreheaderLoad->use_empty())
836     PreheaderLoad->eraseFromParent();
837 }
838
839
840 /// cloneBasicBlockAnalysis - Simple Analysis hook. Clone alias set info.
841 void LICM::cloneBasicBlockAnalysis(BasicBlock *From, BasicBlock *To, Loop *L) {
842   AliasSetTracker *AST = LoopToAliasSetMap.lookup(L);
843   if (!AST)
844     return;
845
846   AST->copyValue(From, To);
847 }
848
849 /// deleteAnalysisValue - Simple Analysis hook. Delete value V from alias
850 /// set.
851 void LICM::deleteAnalysisValue(Value *V, Loop *L) {
852   AliasSetTracker *AST = LoopToAliasSetMap.lookup(L);
853   if (!AST)
854     return;
855
856   AST->deleteValue(V);
857 }