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