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[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 #define DEBUG_TYPE "licm"
35 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
36 #include "llvm/Constants.h"
37 #include "llvm/DerivedTypes.h"
38 #include "llvm/Instructions.h"
39 #include "llvm/Target/TargetData.h"
40 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
41 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
42 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
43 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
44 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
46 #include "llvm/Support/CFG.h"
47 #include "llvm/Support/Compiler.h"
48 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
49 #include "llvm/Support/Debug.h"
50 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
51 #include <algorithm>
52 using namespace llvm;
53
54 STATISTIC(NumSunk      , "Number of instructions sunk out of loop");
55 STATISTIC(NumHoisted   , "Number of instructions hoisted out of loop");
56 STATISTIC(NumMovedLoads, "Number of load insts hoisted or sunk");
57 STATISTIC(NumMovedCalls, "Number of call insts hoisted or sunk");
58 STATISTIC(NumPromoted  , "Number of memory locations promoted to registers");
59
60 namespace {
61   cl::opt<bool>
62   DisablePromotion("disable-licm-promotion", cl::Hidden,
63                    cl::desc("Disable memory promotion in LICM pass"));
64
65   struct VISIBILITY_HIDDEN LICM : public LoopPass {
66     virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
67
68     /// This transformation requires natural loop information & requires that
69     /// loop preheaders be inserted into the CFG...
70     ///
71     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
72       AU.setPreservesCFG();
73       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
74       AU.addRequired<LoopInfo>();
75       AU.addRequired<ETForest>();
76       AU.addRequired<DominanceFrontier>();  // For scalar promotion (mem2reg)
77       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
78     }
79
80     bool doFinalization() {
81       LoopToAliasMap.clear();
82       return false;
83     }
84
85   private:
86     // Various analyses that we use...
87     AliasAnalysis *AA;       // Current AliasAnalysis information
88     LoopInfo      *LI;       // Current LoopInfo
89     ETForest *ET;       // ETForest for the current Loop...
90     DominanceFrontier *DF;   // Current Dominance Frontier
91
92     // State that is updated as we process loops
93     bool Changed;            // Set to true when we change anything.
94     BasicBlock *Preheader;   // The preheader block of the current loop...
95     Loop *CurLoop;           // The current loop we are working on...
96     AliasSetTracker *CurAST; // AliasSet information for the current loop...
97     std::map<Loop *, AliasSetTracker *> LoopToAliasMap;
98
99     /// SinkRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
100     /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in
101     /// reverse depth first order w.r.t the ETForest.  This allows us to
102     /// visit uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one
103     /// pass without iteration.
104     ///
105     void SinkRegion(BasicBlock *BB);
106
107     /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all
108     /// blocks dominated by the specified block, and that are in the current
109     /// loop) in depth first order w.r.t the ETForest.  This allows us to
110     /// visit definitions before uses, allowing us to hoist a loop body in one
111     /// pass without iteration.
112     ///
113     void HoistRegion(BasicBlock *BB);
114
115     /// inSubLoop - Little predicate that returns true if the specified basic
116     /// block is in a subloop of the current one, not the current one itself.
117     ///
118     bool inSubLoop(BasicBlock *BB) {
119       assert(CurLoop->contains(BB) && "Only valid if BB is IN the loop");
120       for (Loop::iterator I = CurLoop->begin(), E = CurLoop->end(); I != E; ++I)
121         if ((*I)->contains(BB))
122           return true;  // A subloop actually contains this block!
123       return false;
124     }
125
126     /// isExitBlockDominatedByBlockInLoop - This method checks to see if the
127     /// specified exit block of the loop is dominated by the specified block
128     /// that is in the body of the loop.  We use these constraints to
129     /// dramatically limit the amount of the dominator tree that needs to be
130     /// searched.
131     bool isExitBlockDominatedByBlockInLoop(BasicBlock *ExitBlock,
132                                            BasicBlock *BlockInLoop) const {
133       // If the block in the loop is the loop header, it must be dominated!
134       BasicBlock *LoopHeader = CurLoop->getHeader();
135       if (BlockInLoop == LoopHeader)
136         return true;
137
138       BasicBlock *IDom = ExitBlock;
139
140       // Because the exit block is not in the loop, we know we have to get _at
141       // least_ its immediate dominator.
142       do {
143         // Get next Immediate Dominator.
144         IDom = ET->getIDom(IDom);
145
146         // If we have got to the header of the loop, then the instructions block
147         // did not dominate the exit node, so we can't hoist it.
148         if (IDom == LoopHeader)
149           return false;
150
151       } while (IDom != BlockInLoop);
152
153       return true;
154     }
155
156     /// sink - When an instruction is found to only be used outside of the loop,
157     /// this function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as
158     /// needed.
159     ///
160     void sink(Instruction &I);
161
162     /// hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
163     /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
164     ///
165     void hoist(Instruction &I);
166
167     /// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it
168     /// is not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
169     /// guaranteed to execute.
170     ///
171     bool isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &I);
172
173     /// pointerInvalidatedByLoop - Return true if the body of this loop may
174     /// store into the memory location pointed to by V.
175     ///
176     bool pointerInvalidatedByLoop(Value *V, unsigned Size) {
177       // Check to see if any of the basic blocks in CurLoop invalidate *V.
178       return CurAST->getAliasSetForPointer(V, Size).isMod();
179     }
180
181     bool canSinkOrHoistInst(Instruction &I);
182     bool isLoopInvariantInst(Instruction &I);
183     bool isNotUsedInLoop(Instruction &I);
184
185     /// PromoteValuesInLoop - Look at the stores in the loop and promote as many
186     /// to scalars as we can.
187     ///
188     void PromoteValuesInLoop();
189
190     /// FindPromotableValuesInLoop - Check the current loop for stores to
191     /// definite pointers, which are not loaded and stored through may aliases.
192     /// If these are found, create an alloca for the value, add it to the
193     /// PromotedValues list, and keep track of the mapping from value to
194     /// alloca...
195     ///
196     void FindPromotableValuesInLoop(
197                    std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > &PromotedValues,
198                                     std::map<Value*, AllocaInst*> &Val2AlMap);
199   };
200
201   RegisterPass<LICM> X("licm", "Loop Invariant Code Motion");
202 }
203
204 LoopPass *llvm::createLICMPass() { return new LICM(); }
205
206 /// Hoist expressions out of the specified loop...
207 ///
208 bool LICM::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
209   Changed = false;
210
211   // Get our Loop and Alias Analysis information...
212   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
213   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
214   DF = &getAnalysis<DominanceFrontier>();
215   ET = &getAnalysis<ETForest>();
216
217   CurAST = new AliasSetTracker(*AA);
218   // Collect Alias info frmo subloops
219   for (Loop::iterator LoopItr = L->begin(), LoopItrE = L->end();
220        LoopItr != LoopItrE; ++LoopItr) {
221     Loop *InnerL = *LoopItr;
222     AliasSetTracker *InnerAST = LoopToAliasMap[InnerL];
223     assert (InnerAST && "Where is my AST?");
224
225     // What if InnerLoop was modified by other passes ?
226     CurAST->add(*InnerAST);
227   }
228   
229   CurLoop = L;
230
231   // Get the preheader block to move instructions into...
232   Preheader = L->getLoopPreheader();
233   assert(Preheader&&"Preheader insertion pass guarantees we have a preheader!");
234
235   // Loop over the body of this loop, looking for calls, invokes, and stores.
236   // Because subloops have already been incorporated into AST, we skip blocks in
237   // subloops.
238   //
239   for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator I = L->getBlocks().begin(),
240          E = L->getBlocks().end(); I != E; ++I)
241     if (LI->getLoopFor(*I) == L)        // Ignore blocks in subloops...
242       CurAST->add(**I);                 // Incorporate the specified basic block
243
244   // We want to visit all of the instructions in this loop... that are not parts
245   // of our subloops (they have already had their invariants hoisted out of
246   // their loop, into this loop, so there is no need to process the BODIES of
247   // the subloops).
248   //
249   // Traverse the body of the loop in depth first order on the dominator tree so
250   // that we are guaranteed to see definitions before we see uses.  This allows
251   // us to sink instructions in one pass, without iteration.  AFter sinking
252   // instructions, we perform another pass to hoist them out of the loop.
253   //
254   SinkRegion(L->getHeader());
255   HoistRegion(L->getHeader());
256
257   // Now that all loop invariants have been removed from the loop, promote any
258   // memory references to scalars that we can...
259   if (!DisablePromotion)
260     PromoteValuesInLoop();
261
262   // Clear out loops state information for the next iteration
263   CurLoop = 0;
264   Preheader = 0;
265
266   LoopToAliasMap[L] = CurAST;
267   return Changed;
268 }
269
270 /// SinkRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
271 /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in
272 /// reverse depth first order w.r.t the ETForest.  This allows us to visit
273 /// uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one pass without
274 /// iteration.
275 ///
276 void LICM::SinkRegion(BasicBlock *BB) {
277   assert(BB != 0 && "Null sink block?");
278
279   // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
280   if (!CurLoop->contains(BB)) return;
281
282   // We are processing blocks in reverse dfo, so process children first...
283   std::vector<BasicBlock*> Children;
284   ET->getChildren(BB, Children);
285   for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
286     SinkRegion(Children[i]);
287
288   // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
289   // subloop (which would already have been processed).
290   if (inSubLoop(BB)) return;
291
292   for (BasicBlock::iterator II = BB->end(); II != BB->begin(); ) {
293     Instruction &I = *--II;
294
295     // Check to see if we can sink this instruction to the exit blocks
296     // of the loop.  We can do this if the all users of the instruction are
297     // outside of the loop.  In this case, it doesn't even matter if the
298     // operands of the instruction are loop invariant.
299     //
300     if (isNotUsedInLoop(I) && canSinkOrHoistInst(I)) {
301       ++II;
302       sink(I);
303     }
304   }
305 }
306
307
308 /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
309 /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in depth
310 /// first order w.r.t the ETForest.  This allows us to visit definitions
311 /// before uses, allowing us to hoist a loop body in one pass without iteration.
312 ///
313 void LICM::HoistRegion(BasicBlock *BB) {
314   assert(BB != 0 && "Null hoist block?");
315
316   // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
317   if (!CurLoop->contains(BB)) return;
318
319   // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
320   // subloop (which would already have been processed).
321   if (!inSubLoop(BB))
322     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = BB->end(); II != E; ) {
323       Instruction &I = *II++;
324
325       // Try hoisting the instruction out to the preheader.  We can only do this
326       // if all of the operands of the instruction are loop invariant and if it
327       // is safe to hoist the instruction.
328       //
329       if (isLoopInvariantInst(I) && canSinkOrHoistInst(I) &&
330           isSafeToExecuteUnconditionally(I))
331         hoist(I);
332       }
333
334   std::vector<BasicBlock*> Children;
335   ET->getChildren(BB, Children);    
336   for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
337     HoistRegion(Children[i]);
338 }
339
340 /// canSinkOrHoistInst - Return true if the hoister and sinker can handle this
341 /// instruction.
342 ///
343 bool LICM::canSinkOrHoistInst(Instruction &I) {
344   // Loads have extra constraints we have to verify before we can hoist them.
345   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I)) {
346     if (LI->isVolatile())
347       return false;        // Don't hoist volatile loads!
348
349     // Don't hoist loads which have may-aliased stores in loop.
350     unsigned Size = 0;
351     if (LI->getType()->isSized())
352       Size = AA->getTargetData().getTypeSize(LI->getType());
353     return !pointerInvalidatedByLoop(LI->getOperand(0), Size);
354   } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&I)) {
355     // Handle obvious cases efficiently.
356     if (Function *Callee = CI->getCalledFunction()) {
357       AliasAnalysis::ModRefBehavior Behavior =AA->getModRefBehavior(Callee, CI);
358       if (Behavior == AliasAnalysis::DoesNotAccessMemory)
359         return true;
360       else if (Behavior == AliasAnalysis::OnlyReadsMemory) {
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   // Otherwise these instructions are hoistable/sinkable
383   return isa<BinaryOperator>(I) || isa<CastInst>(I) ||
384          isa<SelectInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) || isa<CmpInst>(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   DOUT << "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       if (!I.use_empty())  // If I has users in unreachable blocks, eliminate.
446         I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
447       I.eraseFromParent();
448     } else {
449       // Move the instruction to the start of the exit block, after any PHI
450       // nodes in it.
451       I.removeFromParent();
452
453       BasicBlock::iterator InsertPt = ExitBlocks[0]->begin();
454       while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
455       ExitBlocks[0]->getInstList().insert(InsertPt, &I);
456     }
457   } else if (ExitBlocks.size() == 0) {
458     // The instruction is actually dead if there ARE NO exit blocks.
459     CurAST->deleteValue(&I);
460     if (!I.use_empty())  // If I has users in unreachable blocks, eliminate.
461       I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
462     I.eraseFromParent();
463   } else {
464     // Otherwise, if we have multiple exits, use the PromoteMem2Reg function to
465     // do all of the hard work of inserting PHI nodes as necessary.  We convert
466     // the value into a stack object to get it to do this.
467
468     // Firstly, we create a stack object to hold the value...
469     AllocaInst *AI = 0;
470
471     if (I.getType() != Type::VoidTy)
472       AI = new AllocaInst(I.getType(), 0, I.getName(),
473                           I.getParent()->getParent()->getEntryBlock().begin());
474
475     // Secondly, insert load instructions for each use of the instruction
476     // outside of the loop.
477     while (!I.use_empty()) {
478       Instruction *U = cast<Instruction>(I.use_back());
479
480       // If the user is a PHI Node, we actually have to insert load instructions
481       // in all predecessor blocks, not in the PHI block itself!
482       if (PHINode *UPN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
483         // Only insert into each predecessor once, so that we don't have
484         // different incoming values from the same block!
485         std::map<BasicBlock*, Value*> InsertedBlocks;
486         for (unsigned i = 0, e = UPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
487           if (UPN->getIncomingValue(i) == &I) {
488             BasicBlock *Pred = UPN->getIncomingBlock(i);
489             Value *&PredVal = InsertedBlocks[Pred];
490             if (!PredVal) {
491               // Insert a new load instruction right before the terminator in
492               // the predecessor block.
493               PredVal = new LoadInst(AI, "", Pred->getTerminator());
494             }
495
496             UPN->setIncomingValue(i, PredVal);
497           }
498
499       } else {
500         LoadInst *L = new LoadInst(AI, "", U);
501         U->replaceUsesOfWith(&I, L);
502       }
503     }
504
505     // Thirdly, insert a copy of the instruction in each exit block of the loop
506     // that is dominated by the instruction, storing the result into the memory
507     // location.  Be careful not to insert the instruction into any particular
508     // basic block more than once.
509     std::set<BasicBlock*> InsertedBlocks;
510     BasicBlock *InstOrigBB = I.getParent();
511
512     for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
513       BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[i];
514
515       if (isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlock, InstOrigBB)) {
516         // If we haven't already processed this exit block, do so now.
517         if (InsertedBlocks.insert(ExitBlock).second) {
518           // Insert the code after the last PHI node...
519           BasicBlock::iterator InsertPt = ExitBlock->begin();
520           while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
521
522           // If this is the first exit block processed, just move the original
523           // instruction, otherwise clone the original instruction and insert
524           // the copy.
525           Instruction *New;
526           if (InsertedBlocks.size() == 1) {
527             I.removeFromParent();
528             ExitBlock->getInstList().insert(InsertPt, &I);
529             New = &I;
530           } else {
531             New = I.clone();
532             CurAST->copyValue(&I, New);
533             if (!I.getName().empty())
534               New->setName(I.getName()+".le");
535             ExitBlock->getInstList().insert(InsertPt, New);
536           }
537
538           // Now that we have inserted the instruction, store it into the alloca
539           if (AI) new StoreInst(New, AI, InsertPt);
540         }
541       }
542     }
543
544     // If the instruction doesn't dominate any exit blocks, it must be dead.
545     if (InsertedBlocks.empty()) {
546       CurAST->deleteValue(&I);
547       I.eraseFromParent();
548     }
549
550     // Finally, promote the fine value to SSA form.
551     if (AI) {
552       std::vector<AllocaInst*> Allocas;
553       Allocas.push_back(AI);
554       PromoteMemToReg(Allocas, *ET, *DF, AA->getTargetData(), CurAST);
555     }
556   }
557 }
558
559 /// hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
560 /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
561 ///
562 void LICM::hoist(Instruction &I) {
563   DOUT << "LICM hoisting to " << Preheader->getName() << ": " << I;
564
565   // Remove the instruction from its current basic block... but don't delete the
566   // instruction.
567   I.removeFromParent();
568
569   // Insert the new node in Preheader, before the terminator.
570   Preheader->getInstList().insert(Preheader->getTerminator(), &I);
571
572   if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
573   else if (isa<CallInst>(I)) ++NumMovedCalls;
574   ++NumHoisted;
575   Changed = true;
576 }
577
578 /// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it is
579 /// not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
580 /// guaranteed to execute.
581 ///
582 bool LICM::isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &Inst) {
583   // If it is not a trapping instruction, it is always safe to hoist.
584   if (!Inst.isTrapping()) return true;
585
586   // Otherwise we have to check to make sure that the instruction dominates all
587   // of the exit blocks.  If it doesn't, then there is a path out of the loop
588   // which does not execute this instruction, so we can't hoist it.
589
590   // If the instruction is in the header block for the loop (which is very
591   // common), it is always guaranteed to dominate the exit blocks.  Since this
592   // is a common case, and can save some work, check it now.
593   if (Inst.getParent() == CurLoop->getHeader())
594     return true;
595
596   // It's always safe to load from a global or alloca.
597   if (isa<LoadInst>(Inst))
598     if (isa<AllocationInst>(Inst.getOperand(0)) ||
599         isa<GlobalVariable>(Inst.getOperand(0)))
600       return true;
601
602   // Get the exit blocks for the current loop.
603   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
604   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
605
606   // For each exit block, walk up the ET until the
607   // instruction's basic block is found or we exit the loop.
608   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
609     if (!isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlocks[i], Inst.getParent()))
610       return false;
611
612   return true;
613 }
614
615
616 /// PromoteValuesInLoop - Try to promote memory values to scalars by sinking
617 /// stores out of the loop and moving loads to before the loop.  We do this by
618 /// looping over the stores in the loop, looking for stores to Must pointers
619 /// which are loop invariant.  We promote these memory locations to use allocas
620 /// instead.  These allocas can easily be raised to register values by the
621 /// PromoteMem2Reg functionality.
622 ///
623 void LICM::PromoteValuesInLoop() {
624   // PromotedValues - List of values that are promoted out of the loop.  Each
625   // value has an alloca instruction for it, and a canonical version of the
626   // pointer.
627   std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > PromotedValues;
628   std::map<Value*, AllocaInst*> ValueToAllocaMap; // Map of ptr to alloca
629
630   FindPromotableValuesInLoop(PromotedValues, ValueToAllocaMap);
631   if (ValueToAllocaMap.empty()) return;   // If there are values to promote.
632
633   Changed = true;
634   NumPromoted += PromotedValues.size();
635
636   std::vector<Value*> PointerValueNumbers;
637
638   // Emit a copy from the value into the alloca'd value in the loop preheader
639   TerminatorInst *LoopPredInst = Preheader->getTerminator();
640   for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i) {
641     Value *Ptr = PromotedValues[i].second;
642
643     // If we are promoting a pointer value, update alias information for the
644     // inserted load.
645     Value *LoadValue = 0;
646     if (isa<PointerType>(cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType())) {
647       // Locate a load or store through the pointer, and assign the same value
648       // to LI as we are loading or storing.  Since we know that the value is
649       // stored in this loop, this will always succeed.
650       for (Value::use_iterator UI = Ptr->use_begin(), E = Ptr->use_end();
651            UI != E; ++UI)
652         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
653           LoadValue = LI;
654           break;
655         } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(*UI)) {
656           if (SI->getOperand(1) == Ptr) {
657             LoadValue = SI->getOperand(0);
658             break;
659           }
660         }
661       assert(LoadValue && "No store through the pointer found!");
662       PointerValueNumbers.push_back(LoadValue);  // Remember this for later.
663     }
664
665     // Load from the memory we are promoting.
666     LoadInst *LI = new LoadInst(Ptr, Ptr->getName()+".promoted", LoopPredInst);
667
668     if (LoadValue) CurAST->copyValue(LoadValue, LI);
669
670     // Store into the temporary alloca.
671     new StoreInst(LI, PromotedValues[i].first, LoopPredInst);
672   }
673
674   // Scan the basic blocks in the loop, replacing uses of our pointers with
675   // uses of the allocas in question.
676   //
677   const std::vector<BasicBlock*> &LoopBBs = CurLoop->getBlocks();
678   for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator I = LoopBBs.begin(),
679          E = LoopBBs.end(); I != E; ++I) {
680     // Rewrite all loads and stores in the block of the pointer...
681     for (BasicBlock::iterator II = (*I)->begin(), E = (*I)->end();
682          II != E; ++II) {
683       if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(II)) {
684         std::map<Value*, AllocaInst*>::iterator
685           I = ValueToAllocaMap.find(L->getOperand(0));
686         if (I != ValueToAllocaMap.end())
687           L->setOperand(0, I->second);    // Rewrite load instruction...
688       } else if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(II)) {
689         std::map<Value*, AllocaInst*>::iterator
690           I = ValueToAllocaMap.find(S->getOperand(1));
691         if (I != ValueToAllocaMap.end())
692           S->setOperand(1, I->second);    // Rewrite store instruction...
693       }
694     }
695   }
696
697   // Now that the body of the loop uses the allocas instead of the original
698   // memory locations, insert code to copy the alloca value back into the
699   // original memory location on all exits from the loop.  Note that we only
700   // want to insert one copy of the code in each exit block, though the loop may
701   // exit to the same block more than once.
702   //
703   std::set<BasicBlock*> ProcessedBlocks;
704
705   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
706   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
707   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
708     if (ProcessedBlocks.insert(ExitBlocks[i]).second) {
709       // Copy all of the allocas into their memory locations.
710       BasicBlock::iterator BI = ExitBlocks[i]->begin();
711       while (isa<PHINode>(*BI))
712         ++BI;             // Skip over all of the phi nodes in the block.
713       Instruction *InsertPos = BI;
714       unsigned PVN = 0;
715       for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i) {
716         // Load from the alloca.
717         LoadInst *LI = new LoadInst(PromotedValues[i].first, "", InsertPos);
718
719         // If this is a pointer type, update alias info appropriately.
720         if (isa<PointerType>(LI->getType()))
721           CurAST->copyValue(PointerValueNumbers[PVN++], LI);
722
723         // Store into the memory we promoted.
724         new StoreInst(LI, PromotedValues[i].second, InsertPos);
725       }
726     }
727
728   // Now that we have done the deed, use the mem2reg functionality to promote
729   // all of the new allocas we just created into real SSA registers.
730   //
731   std::vector<AllocaInst*> PromotedAllocas;
732   PromotedAllocas.reserve(PromotedValues.size());
733   for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i)
734     PromotedAllocas.push_back(PromotedValues[i].first);
735   PromoteMemToReg(PromotedAllocas, *ET, *DF, AA->getTargetData(), CurAST);
736 }
737
738 /// FindPromotableValuesInLoop - Check the current loop for stores to definite
739 /// pointers, which are not loaded and stored through may aliases.  If these are
740 /// found, create an alloca for the value, add it to the PromotedValues list,
741 /// and keep track of the mapping from value to alloca.
742 ///
743 void LICM::FindPromotableValuesInLoop(
744                    std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > &PromotedValues,
745                              std::map<Value*, AllocaInst*> &ValueToAllocaMap) {
746   Instruction *FnStart = CurLoop->getHeader()->getParent()->begin()->begin();
747
748   // Loop over all of the alias sets in the tracker object.
749   for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
750        I != E; ++I) {
751     AliasSet &AS = *I;
752     // We can promote this alias set if it has a store, if it is a "Must" alias
753     // set, if the pointer is loop invariant, and if we are not eliminating any
754     // volatile loads or stores.
755     if (!AS.isForwardingAliasSet() && AS.isMod() && AS.isMustAlias() &&
756         !AS.isVolatile() && CurLoop->isLoopInvariant(AS.begin()->first)) {
757       assert(AS.begin() != AS.end() &&
758              "Must alias set should have at least one pointer element in it!");
759       Value *V = AS.begin()->first;
760
761       // Check that all of the pointers in the alias set have the same type.  We
762       // cannot (yet) promote a memory location that is loaded and stored in
763       // different sizes.
764       bool PointerOk = true;
765       for (AliasSet::iterator I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
766         if (V->getType() != I->first->getType()) {
767           PointerOk = false;
768           break;
769         }
770
771       if (PointerOk) {
772         const Type *Ty = cast<PointerType>(V->getType())->getElementType();
773         AllocaInst *AI = new AllocaInst(Ty, 0, V->getName()+".tmp", FnStart);
774         PromotedValues.push_back(std::make_pair(AI, V));
775
776         // Update the AST and alias analysis.
777         CurAST->copyValue(V, AI);
778
779         for (AliasSet::iterator I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
780           ValueToAllocaMap.insert(std::make_pair(I->first, AI));
781
782         DOUT << "LICM: Promoting value: " << *V << "\n";
783       }
784     }
785   }
786 }