lib/Transforms/Scalar/LoopDistribute.cpp

   1 //===- LoopDistribute.cpp - Loop Distribution 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 file implements the Loop Distribution Pass.  Its main focus is to
  11 // distribute loops that cannot be vectorized due to dependence cycles.  It
  12 // tries to isolate the offending dependences into a new loop allowing
  13 // vectorization of the remaining parts.
  14 //
  15 // For dependence analysis, the pass uses the LoopVectorizer's
  16 // LoopAccessAnalysis.  Because this analysis presumes no change in the order of
  17 // memory operations, special care is taken to preserve the lexical order of
  18 // these operations.
  19 //
  20 // Similarly to the Vectorizer, the pass also supports loop versioning to
  21 // run-time disambiguate potentially overlapping arrays.
  22 //
  23 //===----------------------------------------------------------------------===//
  24
  25 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
  26 #include "llvm/ADT/EquivalenceClasses.h"
  27 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  28 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  29 #include "llvm/Analysis/LoopAccessAnalysis.h"
  30 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
  31 #include "llvm/IR/Dominators.h"
  32 #include "llvm/Pass.h"
  33 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  34 #include "llvm/Support/Debug.h"
  35 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
  36 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
  37 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopVersioning.h"
  38 #include <list>
  39
  40 #define LDIST_NAME "loop-distribute"
  41 #define DEBUG_TYPE LDIST_NAME
  42
  43 using namespace llvm;
  44
  45 static cl::opt<bool>
  46     LDistVerify("loop-distribute-verify", cl::Hidden,
  47                 cl::desc("Turn on DominatorTree and LoopInfo verification "
  48                          "after Loop Distribution"),
  49                 cl::init(false));
  50
  51 static cl::opt<bool> DistributeNonIfConvertible(
  52     "loop-distribute-non-if-convertible", cl::Hidden,
  53     cl::desc("Whether to distribute into a loop that may not be "
  54              "if-convertible by the loop vectorizer"),
  55     cl::init(false));
  56
  57 STATISTIC(NumLoopsDistributed, "Number of loops distributed");
  58
  59 namespace {
  60 /// \brief Maintains the set of instructions of the loop for a partition before
  61 /// cloning.  After cloning, it hosts the new loop.
  62 class InstPartition {
  63   typedef SmallPtrSet<Instruction *, 8> InstructionSet;
  64
  65 public:
  66   InstPartition(Instruction *I, Loop *L, bool DepCycle = false)
  67       : DepCycle(DepCycle), OrigLoop(L), ClonedLoop(nullptr) {
  68     Set.insert(I);
  69   }
  70
  71   /// \brief Returns whether this partition contains a dependence cycle.
  72   bool hasDepCycle() const { return DepCycle; }
  73
  74   /// \brief Adds an instruction to this partition.
  75   void add(Instruction *I) { Set.insert(I); }
  76
  77   /// \brief Collection accessors.
  78   InstructionSet::iterator begin() { return Set.begin(); }
  79   InstructionSet::iterator end() { return Set.end(); }
  80   InstructionSet::const_iterator begin() const { return Set.begin(); }
  81   InstructionSet::const_iterator end() const { return Set.end(); }
  82   bool empty() const { return Set.empty(); }
  83
  84   /// \brief Moves this partition into \p Other.  This partition becomes empty
  85   /// after this.
  86   void moveTo(InstPartition &Other) {
  87     Other.Set.insert(Set.begin(), Set.end());
  88     Set.clear();
  89     Other.DepCycle |= DepCycle;
  90   }
  91
  92   /// \brief Populates the partition with a transitive closure of all the
  93   /// instructions that the seeded instructions dependent on.
  94   void populateUsedSet() {
  95     // FIXME: We currently don't use control-dependence but simply include all
  96     // blocks (possibly empty at the end) and let simplifycfg mostly clean this
  97     // up.
  98     for (auto *B : OrigLoop->getBlocks())
  99       Set.insert(B->getTerminator());
 100
 101     // Follow the use-def chains to form a transitive closure of all the
 102     // instructions that the originally seeded instructions depend on.
 103     SmallVector<Instruction *, 8> Worklist(Set.begin(), Set.end());
 104     while (!Worklist.empty()) {
 105       Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
 106       // Insert instructions from the loop that we depend on.
 107       for (Value *V : I->operand_values()) {
 108         auto *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 109         if (I && OrigLoop->contains(I->getParent()) && Set.insert(I).second)
 110           Worklist.push_back(I);
 111       }
 112     }
 113   }
 114
 115   /// \brief Clones the original loop.
 116   ///
 117   /// Updates LoopInfo and DominatorTree using the information that block \p
 118   /// LoopDomBB dominates the loop.
 119   Loop *cloneLoopWithPreheader(BasicBlock *InsertBefore, BasicBlock *LoopDomBB,
 120                                unsigned Index, LoopInfo *LI,
 121                                DominatorTree *DT) {
 122     ClonedLoop = ::cloneLoopWithPreheader(InsertBefore, LoopDomBB, OrigLoop,
 123                                           VMap, Twine(".ldist") + Twine(Index),
 124                                           LI, DT, ClonedLoopBlocks);
 125     return ClonedLoop;
 126   }
 127
 128   /// \brief The cloned loop.  If this partition is mapped to the original loop,
 129   /// this is null.
 130   const Loop *getClonedLoop() const { return ClonedLoop; }
 131
 132   /// \brief Returns the loop where this partition ends up after distribution.
 133   /// If this partition is mapped to the original loop then use the block from
 134   /// the loop.
 135   const Loop *getDistributedLoop() const {
 136     return ClonedLoop ? ClonedLoop : OrigLoop;
 137   }
 138
 139   /// \brief The VMap that is populated by cloning and then used in
 140   /// remapinstruction to remap the cloned instructions.
 141   ValueToValueMapTy &getVMap() { return VMap; }
 142
 143   /// \brief Remaps the cloned instructions using VMap.
 144   void remapInstructions() {
 145     remapInstructionsInBlocks(ClonedLoopBlocks, VMap);
 146   }
 147
 148   /// \brief Based on the set of instructions selected for this partition,
 149   /// removes the unnecessary ones.
 150   void removeUnusedInsts() {
 151     SmallVector<Instruction *, 8> Unused;
 152
 153     for (auto *Block : OrigLoop->getBlocks())
 154       for (auto &Inst : *Block)
 155         if (!Set.count(&Inst)) {
 156           Instruction *NewInst = &Inst;
 157           if (!VMap.empty())
 158             NewInst = cast<Instruction>(VMap[NewInst]);
 159
 160           assert(!isa<BranchInst>(NewInst) &&
 161                  "Branches are marked used early on");
 162           Unused.push_back(NewInst);
 163         }
 164
 165     // Delete the instructions backwards, as it has a reduced likelihood of
 166     // having to update as many def-use and use-def chains.
 167     for (auto I = Unused.rbegin(), E = Unused.rend(); I != E; ++I) {
 168       auto *Inst = *I;
 169
 170       if (!Inst->use_empty())
 171         Inst->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Inst->getType()));
 172       Inst->eraseFromParent();
 173     }
 174   }
 175
 176   void print() const {
 177     if (DepCycle)
 178       dbgs() << "  (cycle)\n";
 179     for (auto *I : Set)
 180       // Prefix with the block name.
 181       dbgs() << "  " << I->getParent()->getName() << ":" << *I << "\n";
 182   }
 183
 184   void printBlocks() const {
 185     for (auto *BB : getDistributedLoop()->getBlocks())
 186       dbgs() << *BB;
 187   }
 188
 189 private:
 190   /// \brief Instructions from OrigLoop selected for this partition.
 191   InstructionSet Set;
 192
 193   /// \brief Whether this partition contains a dependence cycle.
 194   bool DepCycle;
 195
 196   /// \brief The original loop.
 197   Loop *OrigLoop;
 198
 199   /// \brief The cloned loop.  If this partition is mapped to the original loop,
 200   /// this is null.
 201   Loop *ClonedLoop;
 202
 203   /// \brief The blocks of ClonedLoop including the preheader.  If this
 204   /// partition is mapped to the original loop, this is empty.
 205   SmallVector<BasicBlock *, 8> ClonedLoopBlocks;
 206
 207   /// \brief These gets populated once the set of instructions have been
 208   /// finalized. If this partition is mapped to the original loop, these are not
 209   /// set.
 210   ValueToValueMapTy VMap;
 211 };
 212
 213 /// \brief Holds the set of Partitions.  It populates them, merges them and then
 214 /// clones the loops.
 215 class InstPartitionContainer {
 216   typedef DenseMap<Instruction *, int> InstToPartitionIdT;
 217
 218 public:
 219   InstPartitionContainer(Loop *L, LoopInfo *LI, DominatorTree *DT)
 220       : L(L), LI(LI), DT(DT) {}
 221
 222   /// \brief Returns the number of partitions.
 223   unsigned getSize() const { return PartitionContainer.size(); }
 224
 225   /// \brief Adds \p Inst into the current partition if that is marked to
 226   /// contain cycles.  Otherwise start a new partition for it.
 227   void addToCyclicPartition(Instruction *Inst) {
 228     // If the current partition is non-cyclic.  Start a new one.
 229     if (PartitionContainer.empty() || !PartitionContainer.back().hasDepCycle())
 230       PartitionContainer.emplace_back(Inst, L, /*DepCycle=*/true);
 231     else
 232       PartitionContainer.back().add(Inst);
 233   }
 234
 235   /// \brief Adds \p Inst into a partition that is not marked to contain
 236   /// dependence cycles.
 237   ///
 238   //  Initially we isolate memory instructions into as many partitions as
 239   //  possible, then later we may merge them back together.
 240   void addToNewNonCyclicPartition(Instruction *Inst) {
 241     PartitionContainer.emplace_back(Inst, L);
 242   }
 243
 244   /// \brief Merges adjacent non-cyclic partitions.
 245   ///
 246   /// The idea is that we currently only want to isolate the non-vectorizable
 247   /// partition.  We could later allow more distribution among these partition
 248   /// too.
 249   void mergeAdjacentNonCyclic() {
 250     mergeAdjacentPartitionsIf(
 251         [](const InstPartition *P) { return !P->hasDepCycle(); });
 252   }
 253
 254   /// \brief If a partition contains only conditional stores, we won't vectorize
 255   /// it.  Try to merge it with a previous cyclic partition.
 256   void mergeNonIfConvertible() {
 257     mergeAdjacentPartitionsIf([&](const InstPartition *Partition) {
 258       if (Partition->hasDepCycle())
 259         return true;
 260
 261       // Now, check if all stores are conditional in this partition.
 262       bool seenStore = false;
 263
 264       for (auto *Inst : *Partition)
 265         if (isa<StoreInst>(Inst)) {
 266           seenStore = true;
 267           if (!LoopAccessInfo::blockNeedsPredication(Inst->getParent(), L, DT))
 268             return false;
 269         }
 270       return seenStore;
 271     });
 272   }
 273
 274   /// \brief Merges the partitions according to various heuristics.
 275   void mergeBeforePopulating() {
 276     mergeAdjacentNonCyclic();
 277     if (!DistributeNonIfConvertible)
 278       mergeNonIfConvertible();
 279   }
 280
 281   /// \brief Merges partitions in order to ensure that no loads are duplicated.
 282   ///
 283   /// We can't duplicate loads because that could potentially reorder them.
 284   /// LoopAccessAnalysis provides dependency information with the context that
 285   /// the order of memory operation is preserved.
 286   ///
 287   /// Return if any partitions were merged.
 288   bool mergeToAvoidDuplicatedLoads() {
 289     typedef DenseMap<Instruction *, InstPartition *> LoadToPartitionT;
 290     typedef EquivalenceClasses<InstPartition *> ToBeMergedT;
 291
 292     LoadToPartitionT LoadToPartition;
 293     ToBeMergedT ToBeMerged;
 294
 295     // Step through the partitions and create equivalence between partitions
 296     // that contain the same load.  Also put partitions in between them in the
 297     // same equivalence class to avoid reordering of memory operations.
 298     for (PartitionContainerT::iterator I = PartitionContainer.begin(),
 299                                        E = PartitionContainer.end();
 300          I != E; ++I) {
 301       auto *PartI = &*I;
 302
 303       // If a load occurs in two partitions PartI and PartJ, merge all
 304       // partitions (PartI, PartJ] into PartI.
 305       for (Instruction *Inst : *PartI)
 306         if (isa<LoadInst>(Inst)) {
 307           bool NewElt;
 308           LoadToPartitionT::iterator LoadToPart;
 309
 310           std::tie(LoadToPart, NewElt) =
 311               LoadToPartition.insert(std::make_pair(Inst, PartI));
 312           if (!NewElt) {
 313             DEBUG(dbgs() << "Merging partitions due to this load in multiple "
 314                          << "partitions: " << PartI << ", "
 315                          << LoadToPart->second << "\n" << *Inst << "\n");
 316
 317             auto PartJ = I;
 318             do {
 319               --PartJ;
 320               ToBeMerged.unionSets(PartI, &*PartJ);
 321             } while (&*PartJ != LoadToPart->second);
 322           }
 323         }
 324     }
 325     if (ToBeMerged.empty())
 326       return false;
 327
 328     // Merge the member of an equivalence class into its class leader.  This
 329     // makes the members empty.
 330     for (ToBeMergedT::iterator I = ToBeMerged.begin(), E = ToBeMerged.end();
 331          I != E; ++I) {
 332       if (!I->isLeader())
 333         continue;
 334
 335       auto PartI = I->getData();
 336       for (auto PartJ : make_range(std::next(ToBeMerged.member_begin(I)),
 337                                    ToBeMerged.member_end())) {
 338         PartJ->moveTo(*PartI);
 339       }
 340     }
 341
 342     // Remove the empty partitions.
 343     PartitionContainer.remove_if(
 344         [](const InstPartition &P) { return P.empty(); });
 345
 346     return true;
 347   }
 348
 349   /// \brief Sets up the mapping between instructions to partitions.  If the
 350   /// instruction is duplicated across multiple partitions, set the entry to -1.
 351   void setupPartitionIdOnInstructions() {
 352     int PartitionID = 0;
 353     for (const auto &Partition : PartitionContainer) {
 354       for (Instruction *Inst : Partition) {
 355         bool NewElt;
 356         InstToPartitionIdT::iterator Iter;
 357
 358         std::tie(Iter, NewElt) =
 359             InstToPartitionId.insert(std::make_pair(Inst, PartitionID));
 360         if (!NewElt)
 361           Iter->second = -1;
 362       }
 363       ++PartitionID;
 364     }
 365   }
 366
 367   /// \brief Populates the partition with everything that the seeding
 368   /// instructions require.
 369   void populateUsedSet() {
 370     for (auto &P : PartitionContainer)
 371       P.populateUsedSet();
 372   }
 373
 374   /// \brief This performs the main chunk of the work of cloning the loops for
 375   /// the partitions.
 376   void cloneLoops(Pass *P) {
 377     BasicBlock *OrigPH = L->getLoopPreheader();
 378     // At this point the predecessor of the preheader is either the memcheck
 379     // block or the top part of the original preheader.
 380     BasicBlock *Pred = OrigPH->getSinglePredecessor();
 381     assert(Pred && "Preheader does not have a single predecessor");
 382     BasicBlock *ExitBlock = L->getExitBlock();
 383     assert(ExitBlock && "No single exit block");
 384     Loop *NewLoop;
 385
 386     assert(!PartitionContainer.empty() && "at least two partitions expected");
 387     // We're cloning the preheader along with the loop so we already made sure
 388     // it was empty.
 389     assert(&*OrigPH->begin() == OrigPH->getTerminator() &&
 390            "preheader not empty");
 391
 392     // Create a loop for each partition except the last.  Clone the original
 393     // loop before PH along with adding a preheader for the cloned loop.  Then
 394     // update PH to point to the newly added preheader.
 395     BasicBlock *TopPH = OrigPH;
 396     unsigned Index = getSize() - 1;
 397     for (auto I = std::next(PartitionContainer.rbegin()),
 398               E = PartitionContainer.rend();
 399          I != E; ++I, --Index, TopPH = NewLoop->getLoopPreheader()) {
 400       auto *Part = &*I;
 401
 402       NewLoop = Part->cloneLoopWithPreheader(TopPH, Pred, Index, LI, DT);
 403
 404       Part->getVMap()[ExitBlock] = TopPH;
 405       Part->remapInstructions();
 406     }
 407     Pred->getTerminator()->replaceUsesOfWith(OrigPH, TopPH);
 408
 409     // Now go in forward order and update the immediate dominator for the
 410     // preheaders with the exiting block of the previous loop.  Dominance
 411     // within the loop is updated in cloneLoopWithPreheader.
 412     for (auto Curr = PartitionContainer.cbegin(),
 413               Next = std::next(PartitionContainer.cbegin()),
 414               E = PartitionContainer.cend();
 415          Next != E; ++Curr, ++Next)
 416       DT->changeImmediateDominator(
 417           Next->getDistributedLoop()->getLoopPreheader(),
 418           Curr->getDistributedLoop()->getExitingBlock());
 419   }
 420
 421   /// \brief Removes the dead instructions from the cloned loops.
 422   void removeUnusedInsts() {
 423     for (auto &Partition : PartitionContainer)
 424       Partition.removeUnusedInsts();
 425   }
 426
 427   /// \brief For each memory pointer, it computes the partitionId the pointer is
 428   /// used in.
 429   ///
 430   /// This returns an array of int where the I-th entry corresponds to I-th
 431   /// entry in LAI.getRuntimePointerCheck().  If the pointer is used in multiple
 432   /// partitions its entry is set to -1.
 433   SmallVector<int, 8>
 434   computePartitionSetForPointers(const LoopAccessInfo &LAI) {
 435     const LoopAccessInfo::RuntimePointerCheck *RtPtrCheck =
 436         LAI.getRuntimePointerCheck();
 437
 438     unsigned N = RtPtrCheck->Pointers.size();
 439     SmallVector<int, 8> PtrToPartitions(N);
 440     for (unsigned I = 0; I < N; ++I) {
 441       Value *Ptr = RtPtrCheck->Pointers[I];
 442       auto Instructions =
 443           LAI.getInstructionsForAccess(Ptr, RtPtrCheck->IsWritePtr[I]);
 444
 445       int &Partition = PtrToPartitions[I];
 446       // First set it to uninitialized.
 447       Partition = -2;
 448       for (Instruction *Inst : Instructions) {
 449         // Note that this could be -1 if Inst is duplicated across multiple
 450         // partitions.
 451         int ThisPartition = this->InstToPartitionId[Inst];
 452         if (Partition == -2)
 453           Partition = ThisPartition;
 454         // -1 means belonging to multiple partitions.
 455         else if (Partition == -1)
 456           break;
 457         else if (Partition != (int)ThisPartition)
 458           Partition = -1;
 459       }
 460       assert(Partition != -2 && "Pointer not belonging to any partition");
 461     }
 462
 463     return PtrToPartitions;
 464   }
 465
 466   void print(raw_ostream &OS) const {
 467     unsigned Index = 0;
 468     for (const auto &P : PartitionContainer) {
 469       OS << "Partition " << Index++ << " (" << &P << "):\n";
 470       P.print();
 471     }
 472   }
 473
 474   void dump() const { print(dbgs()); }
 475
 476 #ifndef NDEBUG
 477   friend raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS,
 478                                  const InstPartitionContainer &Partitions) {
 479     Partitions.print(OS);
 480     return OS;
 481   }
 482 #endif
 483
 484   void printBlocks() const {
 485     unsigned Index = 0;
 486     for (const auto &P : PartitionContainer) {
 487       dbgs() << "\nPartition " << Index++ << " (" << &P << "):\n";
 488       P.printBlocks();
 489     }
 490   }
 491
 492 private:
 493   typedef std::list<InstPartition> PartitionContainerT;
 494
 495   /// \brief List of partitions.
 496   PartitionContainerT PartitionContainer;
 497
 498   /// \brief Mapping from Instruction to partition Id.  If the instruction
 499   /// belongs to multiple partitions the entry contains -1.
 500   InstToPartitionIdT InstToPartitionId;
 501
 502   Loop *L;
 503   LoopInfo *LI;
 504   DominatorTree *DT;
 505
 506   /// \brief The control structure to merge adjacent partitions if both satisfy
 507   /// the \p Predicate.
 508   template <class UnaryPredicate>
 509   void mergeAdjacentPartitionsIf(UnaryPredicate Predicate) {
 510     InstPartition *PrevMatch = nullptr;
 511     for (auto I = PartitionContainer.begin(); I != PartitionContainer.end();) {
 512       auto DoesMatch = Predicate(&*I);
 513       if (PrevMatch == nullptr && DoesMatch) {
 514         PrevMatch = &*I;
 515         ++I;
 516       } else if (PrevMatch != nullptr && DoesMatch) {
 517         I->moveTo(*PrevMatch);
 518         I = PartitionContainer.erase(I);
 519       } else {
 520         PrevMatch = nullptr;
 521         ++I;
 522       }
 523     }
 524   }
 525 };
 526
 527 /// \brief For each memory instruction, this class maintains difference of the
 528 /// number of unsafe dependences that start out from this instruction minus
 529 /// those that end here.
 530 ///
 531 /// By traversing the memory instructions in program order and accumulating this
 532 /// number, we know whether any unsafe dependence crosses over a program point.
 533 class MemoryInstructionDependences {
 534   typedef MemoryDepChecker::Dependence Dependence;
 535
 536 public:
 537   struct Entry {
 538     Instruction *Inst;
 539     unsigned NumUnsafeDependencesStartOrEnd;
 540
 541     Entry(Instruction *Inst) : Inst(Inst), NumUnsafeDependencesStartOrEnd(0) {}
 542   };
 543
 544   typedef SmallVector<Entry, 8> AccessesType;
 545
 546   AccessesType::const_iterator begin() const { return Accesses.begin(); }
 547   AccessesType::const_iterator end() const { return Accesses.end(); }
 548
 549   MemoryInstructionDependences(
 550       const SmallVectorImpl<Instruction *> &Instructions,
 551       const SmallVectorImpl<Dependence> &InterestingDependences) {
 552     Accesses.append(Instructions.begin(), Instructions.end());
 553
 554     DEBUG(dbgs() << "Backward dependences:\n");
 555     for (auto &Dep : InterestingDependences)
 556       if (Dep.isPossiblyBackward()) {
 557         // Note that the designations source and destination follow the program
 558         // order, i.e. source is always first.  (The direction is given by the
 559         // DepType.)
 560         ++Accesses[Dep.Source].NumUnsafeDependencesStartOrEnd;
 561         --Accesses[Dep.Destination].NumUnsafeDependencesStartOrEnd;
 562
 563         DEBUG(Dep.print(dbgs(), 2, Instructions));
 564       }
 565   }
 566
 567 private:
 568   AccessesType Accesses;
 569 };
 570
 571 /// \brief Returns the instructions that use values defined in the loop.
 572 static SmallVector<Instruction *, 8> findDefsUsedOutsideOfLoop(Loop *L) {
 573   SmallVector<Instruction *, 8> UsedOutside;
 574
 575   for (auto *Block : L->getBlocks())
 576     // FIXME: I believe that this could use copy_if if the Inst reference could
 577     // be adapted into a pointer.
 578     for (auto &Inst : *Block) {
 579       auto Users = Inst.users();
 580       if (std::any_of(Users.begin(), Users.end(), [&](User *U) {
 581             auto *Use = cast<Instruction>(U);
 582             return !L->contains(Use->getParent());
 583           }))
 584         UsedOutside.push_back(&Inst);
 585     }
 586
 587   return UsedOutside;
 588 }
 589
 590 /// \brief The pass class.
 591 class LoopDistribute : public FunctionPass {
 592 public:
 593   LoopDistribute() : FunctionPass(ID) {
 594     initializeLoopDistributePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 595   }
 596
 597   bool runOnFunction(Function &F) override {
 598     LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
 599     LAA = &getAnalysis<LoopAccessAnalysis>();
 600     DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
 601
 602     // Build up a worklist of inner-loops to vectorize. This is necessary as the
 603     // act of distributing a loop creates new loops and can invalidate iterators
 604     // across the loops.
 605     SmallVector<Loop *, 8> Worklist;
 606
 607     for (Loop *TopLevelLoop : *LI)
 608       for (Loop *L : depth_first(TopLevelLoop))
 609         // We only handle inner-most loops.
 610         if (L->empty())
 611           Worklist.push_back(L);
 612
 613     // Now walk the identified inner loops.
 614     bool Changed = false;
 615     for (Loop *L : Worklist)
 616       Changed |= processLoop(L);
 617
 618     // Process each loop nest in the function.
 619     return Changed;
 620   }
 621
 622   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
 623     AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
 624     AU.addPreserved<LoopInfoWrapperPass>();
 625     AU.addRequired<LoopAccessAnalysis>();
 626     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
 627     AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
 628   }
 629
 630   static char ID;
 631
 632 private:
 633   /// \brief Try to distribute an inner-most loop.
 634   bool processLoop(Loop *L) {
 635     assert(L->empty() && "Only process inner loops.");
 636
 637     DEBUG(dbgs() << "\nLDist: In \"" << L->getHeader()->getParent()->getName()
 638                  << "\" checking " << *L << "\n");
 639
 640     BasicBlock *PH = L->getLoopPreheader();
 641     if (!PH) {
 642       DEBUG(dbgs() << "Skipping; no preheader");
 643       return false;
 644     }
 645     if (!L->getExitBlock()) {
 646       DEBUG(dbgs() << "Skipping; multiple exit blocks");
 647       return false;
 648     }
 649     // LAA will check that we only have a single exiting block.
 650
 651     const LoopAccessInfo &LAI = LAA->getInfo(L, ValueToValueMap());
 652
 653     // Currently, we only distribute to isolate the part of the loop with
 654     // dependence cycles to enable partial vectorization.
 655     if (LAI.canVectorizeMemory()) {
 656       DEBUG(dbgs() << "Skipping; memory operations are safe for vectorization");
 657       return false;
 658     }
 659     auto *InterestingDependences =
 660         LAI.getDepChecker().getInterestingDependences();
 661     if (!InterestingDependences || InterestingDependences->empty()) {
 662       DEBUG(dbgs() << "Skipping; No unsafe dependences to isolate");
 663       return false;
 664     }
 665
 666     InstPartitionContainer Partitions(L, LI, DT);
 667
 668     // First, go through each memory operation and assign them to consecutive
 669     // partitions (the order of partitions follows program order).  Put those
 670     // with unsafe dependences into "cyclic" partition otherwise put each store
 671     // in its own "non-cyclic" partition (we'll merge these later).
 672     //
 673     // Note that a memory operation (e.g. Load2 below) at a program point that
 674     // has an unsafe dependence (Store3->Load1) spanning over it must be
 675     // included in the same cyclic partition as the dependent operations.  This
 676     // is to preserve the original program order after distribution.  E.g.:
 677     //
 678     //                NumUnsafeDependencesStartOrEnd  NumUnsafeDependencesActive
 679     //  Load1   -.                     1                       0->1
 680     //  Load2    | /Unsafe/            0                       1
 681     //  Store3  -'                    -1                       1->0
 682     //  Load4                          0                       0
 683     //
 684     // NumUnsafeDependencesActive > 0 indicates this situation and in this case
 685     // we just keep assigning to the same cyclic partition until
 686     // NumUnsafeDependencesActive reaches 0.
 687     const MemoryDepChecker &DepChecker = LAI.getDepChecker();
 688     MemoryInstructionDependences MID(DepChecker.getMemoryInstructions(),
 689                                      *InterestingDependences);
 690
 691     int NumUnsafeDependencesActive = 0;
 692     for (auto &InstDep : MID) {
 693       Instruction *I = InstDep.Inst;
 694       // We update NumUnsafeDependencesActive post-instruction, catch the
 695       // start of a dependence directly via NumUnsafeDependencesStartOrEnd.
 696       if (NumUnsafeDependencesActive ||
 697           InstDep.NumUnsafeDependencesStartOrEnd > 0)
 698         Partitions.addToCyclicPartition(I);
 699       else
 700         Partitions.addToNewNonCyclicPartition(I);
 701       NumUnsafeDependencesActive += InstDep.NumUnsafeDependencesStartOrEnd;
 702       assert(NumUnsafeDependencesActive >= 0 &&
 703              "Negative number of dependences active");
 704     }
 705
 706     // Add partitions for values used outside.  These partitions can be out of
 707     // order from the original program order.  This is OK because if the
 708     // partition uses a load we will merge this partition with the original
 709     // partition of the load that we set up in the previous loop (see
 710     // mergeToAvoidDuplicatedLoads).
 711     auto DefsUsedOutside = findDefsUsedOutsideOfLoop(L);
 712     for (auto *Inst : DefsUsedOutside)
 713       Partitions.addToNewNonCyclicPartition(Inst);
 714
 715     DEBUG(dbgs() << "Seeded partitions:\n" << Partitions);
 716     if (Partitions.getSize() < 2)
 717       return false;
 718
 719     // Run the merge heuristics: Merge non-cyclic adjacent partitions since we
 720     // should be able to vectorize these together.
 721     Partitions.mergeBeforePopulating();
 722     DEBUG(dbgs() << "\nMerged partitions:\n" << Partitions);
 723     if (Partitions.getSize() < 2)
 724       return false;
 725
 726     // Now, populate the partitions with non-memory operations.
 727     Partitions.populateUsedSet();
 728     DEBUG(dbgs() << "\nPopulated partitions:\n" << Partitions);
 729
 730     // In order to preserve original lexical order for loads, keep them in the
 731     // partition that we set up in the MemoryInstructionDependences loop.
 732     if (Partitions.mergeToAvoidDuplicatedLoads()) {
 733       DEBUG(dbgs() << "\nPartitions merged to ensure unique loads:\n"
 734                    << Partitions);
 735       if (Partitions.getSize() < 2)
 736         return false;
 737     }
 738
 739     DEBUG(dbgs() << "\nDistributing loop: " << *L << "\n");
 740     // We're done forming the partitions set up the reverse mapping from
 741     // instructions to partitions.
 742     Partitions.setupPartitionIdOnInstructions();
 743
 744     // To keep things simple have an empty preheader before we version or clone
 745     // the loop.  (Also split if this has no predecessor, i.e. entry, because we
 746     // rely on PH having a predecessor.)
 747     if (!PH->getSinglePredecessor() || &*PH->begin() != PH->getTerminator())
 748       SplitBlock(PH, PH->getTerminator(), DT, LI);
 749
 750     // If we need run-time checks to disambiguate pointers are run-time, version
 751     // the loop now.
 752     auto PtrToPartition = Partitions.computePartitionSetForPointers(LAI);
 753     LoopVersioning LVer(LAI, L, LI, DT, &PtrToPartition);
 754     if (LVer.needsRuntimeChecks()) {
 755       DEBUG(dbgs() << "\nPointers:\n");
 756       DEBUG(LAI.getRuntimePointerCheck()->print(dbgs(), 0, &PtrToPartition));
 757       LVer.versionLoop(this);
 758       LVer.addPHINodes(DefsUsedOutside);
 759     }
 760
 761     // Create identical copies of the original loop for each partition and hook
 762     // them up sequentially.
 763     Partitions.cloneLoops(this);
 764
 765     // Now, we remove the instruction from each loop that don't belong to that
 766     // partition.
 767     Partitions.removeUnusedInsts();
 768     DEBUG(dbgs() << "\nAfter removing unused Instrs:\n");
 769     DEBUG(Partitions.printBlocks());
 770
 771     if (LDistVerify) {
 772       LI->verify();
 773       DT->verifyDomTree();
 774     }
 775
 776     ++NumLoopsDistributed;
 777     return true;
 778   }
 779
 780   // Analyses used.
 781   LoopInfo *LI;
 782   LoopAccessAnalysis *LAA;
 783   DominatorTree *DT;
 784 };
 785 } // anonymous namespace
 786
 787 char LoopDistribute::ID;
 788 static const char ldist_name[] = "Loop Distribition";
 789
 790 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopDistribute, LDIST_NAME, ldist_name, false, false)
 791 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
 792 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopAccessAnalysis)
 793 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
 794 INITIALIZE_PASS_END(LoopDistribute, LDIST_NAME, ldist_name, false, false)
 795
 796 namespace llvm {
 797 FunctionPass *createLoopDistributePass() { return new LoopDistribute(); }
 798 }