Fix VC++ warning.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopUnswitch.cpp
1 //===-- LoopUnswitch.cpp - Hoist loop-invariant conditionals in loop ------===//
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 transforms loops that contain branches on loop-invariant conditions
11 // to have multiple loops.  For example, it turns the left into the right code:
12 //
13 //  for (...)                  if (lic)
14 //    A                          for (...)
15 //    if (lic)                     A; B; C
16 //      B                      else
17 //    C                          for (...)
18 //                                 A; C
19 //
20 // This can increase the size of the code exponentially (doubling it every time
21 // a loop is unswitched) so we only unswitch if the resultant code will be
22 // smaller than a threshold.
23 //
24 // This pass expects LICM to be run before it to hoist invariant conditions out
25 // of the loop, to make the unswitching opportunity obvious.
26 //
27 //===----------------------------------------------------------------------===//
28
29 #define DEBUG_TYPE "loop-unswitch"
30 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
31 #include "llvm/Constants.h"
32 #include "llvm/Function.h"
33 #include "llvm/Instructions.h"
34 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
35 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
36 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
37 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
38 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
39 #include "llvm/Support/Debug.h"
40 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
41 #include <algorithm>
42 #include <iostream>
43 #include <set>
44 using namespace llvm;
45
46 namespace {
47   Statistic<> NumBranches("loop-unswitch", "Number of branches unswitched");
48   Statistic<> NumSwitches("loop-unswitch", "Number of switches unswitched");
49   Statistic<> NumSelects ("loop-unswitch", "Number of selects unswitched");
50   Statistic<> NumTrivial ("loop-unswitch",
51                           "Number of unswitches that are trivial");
52   cl::opt<unsigned>
53   Threshold("loop-unswitch-threshold", cl::desc("Max loop size to unswitch"),
54             cl::init(10), cl::Hidden);
55   
56   class LoopUnswitch : public FunctionPass {
57     LoopInfo *LI;  // Loop information
58   public:
59     virtual bool runOnFunction(Function &F);
60     bool visitLoop(Loop *L);
61
62     /// This transformation requires natural loop information & requires that
63     /// loop preheaders be inserted into the CFG...
64     ///
65     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
66       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
67       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
68       AU.addRequired<LoopInfo>();
69       AU.addPreserved<LoopInfo>();
70     }
71
72   private:
73     bool UnswitchIfProfitable(Value *LoopCond, Constant *Val,Loop *L);
74     unsigned getLoopUnswitchCost(Loop *L, Value *LIC);
75     void VersionLoop(Value *LIC, Constant *OnVal,
76                      Loop *L, Loop *&Out1, Loop *&Out2);
77     BasicBlock *SplitEdge(BasicBlock *From, BasicBlock *To);
78     BasicBlock *SplitBlock(BasicBlock *Old, Instruction *SplitPt);
79     void RewriteLoopBodyWithConditionConstant(Loop *L, Value *LIC,Constant *Val,
80                                               bool isEqual);
81     void UnswitchTrivialCondition(Loop *L, Value *Cond, Constant *Val,
82                                   bool EntersWhenTrue, BasicBlock *ExitBlock);
83   };
84   RegisterOpt<LoopUnswitch> X("loop-unswitch", "Unswitch loops");
85 }
86
87 FunctionPass *llvm::createLoopUnswitchPass() { return new LoopUnswitch(); }
88
89 bool LoopUnswitch::runOnFunction(Function &F) {
90   bool Changed = false;
91   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
92
93   // Transform all the top-level loops.  Copy the loop list so that the child
94   // can update the loop tree if it needs to delete the loop.
95   std::vector<Loop*> SubLoops(LI->begin(), LI->end());
96   for (unsigned i = 0, e = SubLoops.size(); i != e; ++i)
97     Changed |= visitLoop(SubLoops[i]);
98
99   return Changed;
100 }
101
102
103 /// LoopValuesUsedOutsideLoop - Return true if there are any values defined in
104 /// the loop that are used by instructions outside of it.
105 static bool LoopValuesUsedOutsideLoop(Loop *L) {
106   // We will be doing lots of "loop contains block" queries.  Loop::contains is
107   // linear time, use a set to speed this up.
108   std::set<BasicBlock*> LoopBlocks;
109
110   for (Loop::block_iterator BB = L->block_begin(), E = L->block_end();
111        BB != E; ++BB)
112     LoopBlocks.insert(*BB);
113   
114   for (Loop::block_iterator BB = L->block_begin(), E = L->block_end();
115        BB != E; ++BB) {
116     for (BasicBlock::iterator I = (*BB)->begin(), E = (*BB)->end(); I != E; ++I)
117       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
118            ++UI) {
119         BasicBlock *UserBB = cast<Instruction>(*UI)->getParent();
120         if (!LoopBlocks.count(UserBB))
121           return true;
122       }
123   }
124   return false;
125 }
126
127 /// isTrivialLoopExitBlock - Check to see if all paths from BB either:
128 ///   1. Exit the loop with no side effects.
129 ///   2. Branch to the latch block with no side-effects.
130 ///
131 /// If these conditions are true, we return true and set ExitBB to the block we
132 /// exit through.
133 ///
134 static bool isTrivialLoopExitBlockHelper(Loop *L, BasicBlock *BB,
135                                          BasicBlock *&ExitBB,
136                                          std::set<BasicBlock*> &Visited) {
137   BasicBlock *Header = L->getHeader();
138   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI) {
139     if (!Visited.insert(*SI).second) {
140       // Already visited and Ok, end of recursion.
141     } else if (L->contains(*SI)) {
142       // Check to see if the successor is a trivial loop exit.
143       if (!isTrivialLoopExitBlockHelper(L, *SI, ExitBB, Visited))
144         return false;
145     } else {
146       // Otherwise, this is a loop exit, this is fine so long as this is the
147       // first exit.
148       if (ExitBB != 0) return false;
149       ExitBB = *SI;
150     }
151   }
152
153   // Okay, everything after this looks good, check to make sure that this block
154   // doesn't include any side effects.
155   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
156     if (I->mayWriteToMemory())
157       return false;
158   
159   return true;
160 }
161
162 static BasicBlock *isTrivialLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *BB) {
163   std::set<BasicBlock*> Visited;
164   Visited.insert(L->getHeader());  // Branches to header are ok.
165   Visited.insert(BB);              // Don't revisit BB after we do.
166   BasicBlock *ExitBB = 0;
167   if (isTrivialLoopExitBlockHelper(L, BB, ExitBB, Visited))
168     return ExitBB;
169   return 0;
170 }
171
172 /// IsTrivialUnswitchCondition - Check to see if this unswitch condition is
173 /// trivial: that is, that the condition controls whether or not the loop does
174 /// anything at all.  If this is a trivial condition, unswitching produces no
175 /// code duplications (equivalently, it produces a simpler loop and a new empty
176 /// loop, which gets deleted).
177 ///
178 /// If this is a trivial condition, return ConstantBool::True if the loop body
179 /// runs when the condition is true, False if the loop body executes when the
180 /// condition is false.  Otherwise, return null to indicate a complex condition.
181 static bool IsTrivialUnswitchCondition(Loop *L, Value *Cond,
182                                        Constant **Val = 0,
183                                        bool *EntersWhenTrue = 0,
184                                        BasicBlock **LoopExit = 0) {
185   BasicBlock *Header = L->getHeader();
186   TerminatorInst *HeaderTerm = Header->getTerminator();
187
188   BasicBlock *LoopExitBB = 0;
189   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(HeaderTerm)) {
190     // If the header block doesn't end with a conditional branch on Cond, we
191     // can't handle it.
192     if (!BI->isConditional() || BI->getCondition() != Cond)
193       return false;
194   
195     // Check to see if a successor of the branch is guaranteed to go to the
196     // latch block or exit through a one exit block without having any 
197     // side-effects.  If so, determine the value of Cond that causes it to do
198     // this.
199     if ((LoopExitBB = isTrivialLoopExitBlock(L, BI->getSuccessor(0)))) {
200       if (Val) *Val = ConstantBool::False;
201     } else if ((LoopExitBB = isTrivialLoopExitBlock(L, BI->getSuccessor(1)))) {
202       if (Val) *Val = ConstantBool::True;
203     }
204   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(HeaderTerm)) {
205     // If this isn't a switch on Cond, we can't handle it.
206     if (SI->getCondition() != Cond) return false;
207     
208     // Check to see if a successor of the switch is guaranteed to go to the
209     // latch block or exit through a one exit block without having any 
210     // side-effects.  If so, determine the value of Cond that causes it to do
211     // this.  Note that we can't trivially unswitch on the default case.
212     for (unsigned i = 1, e = SI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
213       if ((LoopExitBB = isTrivialLoopExitBlock(L, SI->getSuccessor(i)))) {
214         // Okay, we found a trivial case, remember the value that is trivial.
215         if (Val) *Val = SI->getCaseValue(i);
216         if (EntersWhenTrue) *EntersWhenTrue = false;
217         break;
218       }
219   }
220
221   if (!LoopExitBB)
222     return false;   // Can't handle this.
223   
224   if (LoopExit) *LoopExit = LoopExitBB;
225   
226   // We already know that nothing uses any scalar values defined inside of this
227   // loop.  As such, we just have to check to see if this loop will execute any
228   // side-effecting instructions (e.g. stores, calls, volatile loads) in the
229   // part of the loop that the code *would* execute.  We already checked the
230   // tail, check the header now.
231   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin(), E = Header->end(); I != E; ++I)
232     if (I->mayWriteToMemory())
233       return false;
234   return true;
235 }
236
237 /// getLoopUnswitchCost - Return the cost (code size growth) that will happen if
238 /// we choose to unswitch the specified loop on the specified value.
239 ///
240 unsigned LoopUnswitch::getLoopUnswitchCost(Loop *L, Value *LIC) {
241   // If the condition is trivial, always unswitch.  There is no code growth for
242   // this case.
243   if (IsTrivialUnswitchCondition(L, LIC))
244     return 0;
245   
246   unsigned Cost = 0;
247   // FIXME: this is brain dead.  It should take into consideration code
248   // shrinkage.
249   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
250        I != E; ++I) {
251     BasicBlock *BB = *I;
252     // Do not include empty blocks in the cost calculation.  This happen due to
253     // loop canonicalization and will be removed.
254     if (BB->begin() == BasicBlock::iterator(BB->getTerminator()))
255       continue;
256     
257     // Count basic blocks.
258     ++Cost;
259   }
260
261   return Cost;
262 }
263
264 /// FindLIVLoopCondition - Cond is a condition that occurs in L.  If it is
265 /// invariant in the loop, or has an invariant piece, return the invariant.
266 /// Otherwise, return null.
267 static Value *FindLIVLoopCondition(Value *Cond, Loop *L, bool &Changed) {
268   // Constants should be folded, not unswitched on!
269   if (isa<Constant>(Cond)) return false;
270   
271   // TODO: Handle: br (VARIANT|INVARIANT).
272   // TODO: Hoist simple expressions out of loops.
273   if (L->isLoopInvariant(Cond)) return Cond;
274   
275   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Cond))
276     if (BO->getOpcode() == Instruction::And ||
277         BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
278       // If either the left or right side is invariant, we can unswitch on this,
279       // which will cause the branch to go away in one loop and the condition to
280       // simplify in the other one.
281       if (Value *LHS = FindLIVLoopCondition(BO->getOperand(0), L, Changed))
282         return LHS;
283       if (Value *RHS = FindLIVLoopCondition(BO->getOperand(1), L, Changed))
284         return RHS;
285     }
286   
287   return 0;
288 }
289
290 bool LoopUnswitch::visitLoop(Loop *L) {
291   bool Changed = false;
292
293   // Recurse through all subloops before we process this loop.  Copy the loop
294   // list so that the child can update the loop tree if it needs to delete the
295   // loop.
296   std::vector<Loop*> SubLoops(L->begin(), L->end());
297   for (unsigned i = 0, e = SubLoops.size(); i != e; ++i)
298     Changed |= visitLoop(SubLoops[i]);
299
300   // Loop over all of the basic blocks in the loop.  If we find an interior
301   // block that is branching on a loop-invariant condition, we can unswitch this
302   // loop.
303   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
304        I != E; ++I) {
305     TerminatorInst *TI = (*I)->getTerminator();
306     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
307       // If this isn't branching on an invariant condition, we can't unswitch
308       // it.
309       if (BI->isConditional()) {
310         // See if this, or some part of it, is loop invariant.  If so, we can
311         // unswitch on it if we desire.
312         Value *LoopCond = FindLIVLoopCondition(BI->getCondition(), L, Changed);
313         if (LoopCond && UnswitchIfProfitable(LoopCond, ConstantBool::True, L)) {
314           ++NumBranches;
315           return true;
316         }
317       }      
318     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
319       Value *LoopCond = FindLIVLoopCondition(SI->getCondition(), L, Changed);
320       if (LoopCond && SI->getNumCases() > 1) {
321         // Find a value to unswitch on:
322         // FIXME: this should chose the most expensive case!
323         Constant *UnswitchVal = SI->getCaseValue(1);
324         if (UnswitchIfProfitable(LoopCond, UnswitchVal, L)) {
325           ++NumSwitches;
326           return true;
327         }
328       }
329     }
330     
331     // Scan the instructions to check for unswitchable values.
332     for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin(), E = (*I)->end(); 
333          BBI != E; ++BBI)
334       if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(BBI)) {
335         Value *LoopCond = FindLIVLoopCondition(SI->getCondition(), L, Changed);
336         if (LoopCond && UnswitchIfProfitable(LoopCond, ConstantBool::True, L)) {
337           ++NumSelects;
338           return true;
339         }
340       }
341   }
342     
343   return Changed;
344 }
345
346 /// UnswitchIfProfitable - We have found that we can unswitch L when
347 /// LoopCond == Val to simplify the loop.  If we decide that this is profitable,
348 /// unswitch the loop, reprocess the pieces, then return true.
349 bool LoopUnswitch::UnswitchIfProfitable(Value *LoopCond, Constant *Val,Loop *L){
350   // Check to see if it would be profitable to unswitch this loop.
351   if (getLoopUnswitchCost(L, LoopCond) > Threshold) {
352     // FIXME: this should estimate growth by the amount of code shared by the
353     // resultant unswitched loops.
354     //
355     DEBUG(std::cerr << "NOT unswitching loop %"
356                     << L->getHeader()->getName() << ", cost too high: "
357                     << L->getBlocks().size() << "\n");
358     return false;
359   }
360     
361   // If this loop has live-out values, we can't unswitch it. We need something
362   // like loop-closed SSA form in order to know how to insert PHI nodes for
363   // these values.
364   if (LoopValuesUsedOutsideLoop(L)) {
365     DEBUG(std::cerr << "NOT unswitching loop %" << L->getHeader()->getName()
366                     << ", a loop value is used outside loop!\n");
367     return false;
368   }
369       
370   //std::cerr << "BEFORE:\n"; LI->dump();
371   Loop *NewLoop1 = 0, *NewLoop2 = 0;
372  
373   // If this is a trivial condition to unswitch (which results in no code
374   // duplication), do it now.
375   Constant *CondVal;
376   bool EntersWhenTrue = true;
377   BasicBlock *ExitBlock;
378   if (IsTrivialUnswitchCondition(L, LoopCond, &CondVal,
379                                  &EntersWhenTrue, &ExitBlock)) {
380     UnswitchTrivialCondition(L, LoopCond, CondVal, EntersWhenTrue, ExitBlock);
381     NewLoop1 = L;
382   } else {
383     VersionLoop(LoopCond, Val, L, NewLoop1, NewLoop2);
384   }
385   
386   //std::cerr << "AFTER:\n"; LI->dump();
387   
388   // Try to unswitch each of our new loops now!
389   if (NewLoop1) visitLoop(NewLoop1);
390   if (NewLoop2) visitLoop(NewLoop2);
391   return true;
392 }
393
394 /// SplitBlock - Split the specified block at the specified instruction - every
395 /// thing before SplitPt stays in Old and everything starting with SplitPt moves
396 /// to a new block.  The two blocks are joined by an unconditional branch and
397 /// the loop info is updated.
398 ///
399 BasicBlock *LoopUnswitch::SplitBlock(BasicBlock *Old, Instruction *SplitPt) {
400   while (isa<PHINode>(SplitPt))
401     ++SplitPt;
402   BasicBlock *New = Old->splitBasicBlock(SplitPt, Old->getName()+".split");
403
404   // The new block lives in whichever loop the old one did.
405   if (Loop *L = LI->getLoopFor(Old))
406     L->addBasicBlockToLoop(New, *LI);
407   
408   return New;
409 }
410
411
412 BasicBlock *LoopUnswitch::SplitEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *Succ) {
413   TerminatorInst *LatchTerm = BB->getTerminator();
414   unsigned SuccNum = 0;
415   for (unsigned i = 0, e = LatchTerm->getNumSuccessors(); ; ++i) {
416     assert(i != e && "Didn't find edge?");
417     if (LatchTerm->getSuccessor(i) == Succ) {
418       SuccNum = i;
419       break;
420     }
421   }
422   
423   // If this is a critical edge, let SplitCriticalEdge do it.
424   if (SplitCriticalEdge(BB->getTerminator(), SuccNum, this))
425     return LatchTerm->getSuccessor(SuccNum);
426
427   // If the edge isn't critical, then BB has a single successor or Succ has a
428   // single pred.  Split the block.
429   BasicBlock::iterator SplitPoint;
430   if (BasicBlock *SP = Succ->getSinglePredecessor()) {
431     // If the successor only has a single pred, split the top of the successor
432     // block.
433     assert(SP == BB && "CFG broken");
434     return SplitBlock(Succ, Succ->begin());
435   } else {
436     // Otherwise, if BB has a single successor, split it at the bottom of the
437     // block.
438     assert(BB->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
439            "Should have a single succ!"); 
440     return SplitBlock(BB, BB->getTerminator());
441   }
442 }
443   
444
445
446 // RemapInstruction - Convert the instruction operands from referencing the
447 // current values into those specified by ValueMap.
448 //
449 static inline void RemapInstruction(Instruction *I,
450                                     std::map<const Value *, Value*> &ValueMap) {
451   for (unsigned op = 0, E = I->getNumOperands(); op != E; ++op) {
452     Value *Op = I->getOperand(op);
453     std::map<const Value *, Value*>::iterator It = ValueMap.find(Op);
454     if (It != ValueMap.end()) Op = It->second;
455     I->setOperand(op, Op);
456   }
457 }
458
459 /// CloneLoop - Recursively clone the specified loop and all of its children,
460 /// mapping the blocks with the specified map.
461 static Loop *CloneLoop(Loop *L, Loop *PL, std::map<const Value*, Value*> &VM,
462                        LoopInfo *LI) {
463   Loop *New = new Loop();
464
465   if (PL)
466     PL->addChildLoop(New);
467   else
468     LI->addTopLevelLoop(New);
469
470   // Add all of the blocks in L to the new loop.
471   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
472        I != E; ++I)
473     if (LI->getLoopFor(*I) == L)
474       New->addBasicBlockToLoop(cast<BasicBlock>(VM[*I]), *LI);
475
476   // Add all of the subloops to the new loop.
477   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
478     CloneLoop(*I, New, VM, LI);
479
480   return New;
481 }
482
483 /// EmitPreheaderBranchOnCondition - Emit a conditional branch on two values
484 /// if LIC == Val, branch to TrueDst, otherwise branch to FalseDest.  Insert the
485 /// code immediately before InsertPt.
486 static void EmitPreheaderBranchOnCondition(Value *LIC, Constant *Val,
487                                            BasicBlock *TrueDest,
488                                            BasicBlock *FalseDest,
489                                            Instruction *InsertPt) {
490   // Insert a conditional branch on LIC to the two preheaders.  The original
491   // code is the true version and the new code is the false version.
492   Value *BranchVal = LIC;
493   if (!isa<ConstantBool>(Val)) {
494     BranchVal = BinaryOperator::createSetEQ(LIC, Val, "tmp", InsertPt);
495   } else if (Val != ConstantBool::True) {
496     // We want to enter the new loop when the condition is true.
497     std::swap(TrueDest, FalseDest);
498   }
499
500   // Insert the new branch.
501   new BranchInst(TrueDest, FalseDest, BranchVal, InsertPt);
502 }
503
504
505 /// UnswitchTrivialCondition - Given a loop that has a trivial unswitchable
506 /// condition in it (a cond branch from its header block to its latch block,
507 /// where the path through the loop that doesn't execute its body has no 
508 /// side-effects), unswitch it.  This doesn't involve any code duplication, just
509 /// moving the conditional branch outside of the loop and updating loop info.
510 void LoopUnswitch::UnswitchTrivialCondition(Loop *L, Value *Cond, 
511                                             Constant *Val, bool EntersWhenTrue,
512                                             BasicBlock *ExitBlock) {
513   DEBUG(std::cerr << "loop-unswitch: Trivial-Unswitch loop %"
514         << L->getHeader()->getName() << " [" << L->getBlocks().size()
515         << " blocks] in Function " << L->getHeader()->getParent()->getName()
516         << " on cond: " << *Val << (EntersWhenTrue ? " == " : " != ") << 
517         *Cond << "\n");
518   
519   // First step, split the preheader, so that we know that there is a safe place
520   // to insert the conditional branch.  We will change 'OrigPH' to have a
521   // conditional branch on Cond.
522   BasicBlock *OrigPH = L->getLoopPreheader();
523   BasicBlock *NewPH = SplitEdge(OrigPH, L->getHeader());
524
525   // Now that we have a place to insert the conditional branch, create a place
526   // to branch to: this is the exit block out of the loop that we should
527   // short-circuit to.
528   
529   // Split this block now, so that the loop maintains its exit block, and so
530   // that the jump from the preheader can execute the contents of the exit block
531   // without actually branching to it (the exit block should be dominated by the
532   // loop header, not the preheader).
533   assert(!L->contains(ExitBlock) && "Exit block is in the loop?");
534   BasicBlock *NewExit = SplitBlock(ExitBlock, ExitBlock->begin());
535     
536   // Okay, now we have a position to branch from and a position to branch to, 
537   // insert the new conditional branch.
538   {
539     BasicBlock *TrueDest = NewPH, *FalseDest = NewExit;
540     if (!EntersWhenTrue) std::swap(TrueDest, FalseDest);
541     EmitPreheaderBranchOnCondition(Cond, Val, TrueDest, FalseDest, 
542                                    OrigPH->getTerminator());
543   }
544   OrigPH->getTerminator()->eraseFromParent();
545
546   // Now that we know that the loop is never entered when this condition is a
547   // particular value, rewrite the loop with this info.  We know that this will
548   // at least eliminate the old branch.
549   RewriteLoopBodyWithConditionConstant(L, Cond, Val, EntersWhenTrue);
550   ++NumTrivial;
551 }
552
553
554 /// VersionLoop - We determined that the loop is profitable to unswitch when LIC
555 /// equal Val.  Split it into loop versions and test the condition outside of
556 /// either loop.  Return the loops created as Out1/Out2.
557 void LoopUnswitch::VersionLoop(Value *LIC, Constant *Val, Loop *L,
558                                Loop *&Out1, Loop *&Out2) {
559   Function *F = L->getHeader()->getParent();
560   
561   DEBUG(std::cerr << "loop-unswitch: Unswitching loop %"
562                   << L->getHeader()->getName() << " [" << L->getBlocks().size()
563                   << " blocks] in Function " << F->getName()
564                   << " when '" << *Val << "' == " << *LIC << "\n");
565
566   // LoopBlocks contains all of the basic blocks of the loop, including the
567   // preheader of the loop, the body of the loop, and the exit blocks of the 
568   // loop, in that order.
569   std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks;
570
571   // First step, split the preheader and exit blocks, and add these blocks to
572   // the LoopBlocks list.
573   BasicBlock *OrigPreheader = L->getLoopPreheader();
574   LoopBlocks.push_back(SplitEdge(OrigPreheader, L->getHeader()));
575
576   // We want the loop to come after the preheader, but before the exit blocks.
577   LoopBlocks.insert(LoopBlocks.end(), L->block_begin(), L->block_end());
578
579   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
580   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
581   std::sort(ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end());
582   ExitBlocks.erase(std::unique(ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end()),
583                    ExitBlocks.end());
584   
585   // Split all of the edges from inside the loop to their exit blocks.  This
586   // unswitching trivial: no phi nodes to update.
587   unsigned NumBlocks = L->getBlocks().size();
588   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
589     BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[i];
590     std::vector<BasicBlock*> Preds(pred_begin(ExitBlock), pred_end(ExitBlock));
591
592     for (unsigned j = 0, e = Preds.size(); j != e; ++j) {
593       assert(L->contains(Preds[j]) &&
594              "All preds of loop exit blocks must be the same loop!");
595       SplitEdge(Preds[j], ExitBlock);
596     }
597   }
598   
599   // The exit blocks may have been changed due to edge splitting, recompute.
600   ExitBlocks.clear();
601   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
602   std::sort(ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end());
603   ExitBlocks.erase(std::unique(ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end()),
604                    ExitBlocks.end());
605   
606   // Add exit blocks to the loop blocks.
607   LoopBlocks.insert(LoopBlocks.end(), ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end());
608
609   // Next step, clone all of the basic blocks that make up the loop (including
610   // the loop preheader and exit blocks), keeping track of the mapping between
611   // the instructions and blocks.
612   std::vector<BasicBlock*> NewBlocks;
613   NewBlocks.reserve(LoopBlocks.size());
614   std::map<const Value*, Value*> ValueMap;
615   for (unsigned i = 0, e = LoopBlocks.size(); i != e; ++i) {
616     BasicBlock *New = CloneBasicBlock(LoopBlocks[i], ValueMap, ".us", F);
617     NewBlocks.push_back(New);
618     ValueMap[LoopBlocks[i]] = New;  // Keep the BB mapping.
619   }
620
621   // Splice the newly inserted blocks into the function right before the
622   // original preheader.
623   F->getBasicBlockList().splice(LoopBlocks[0], F->getBasicBlockList(),
624                                 NewBlocks[0], F->end());
625
626   // Now we create the new Loop object for the versioned loop.
627   Loop *NewLoop = CloneLoop(L, L->getParentLoop(), ValueMap, LI);
628   Loop *ParentLoop = L->getParentLoop();
629   if (ParentLoop) {
630     // Make sure to add the cloned preheader and exit blocks to the parent loop
631     // as well.
632     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(NewBlocks[0], *LI);
633   }
634   
635   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
636     BasicBlock *NewExit = cast<BasicBlock>(ValueMap[ExitBlocks[i]]);
637     if (ParentLoop)
638       ParentLoop->addBasicBlockToLoop(cast<BasicBlock>(NewExit), *LI);
639     
640     assert(NewExit->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
641            "Exit block should have been split to have one successor!");
642     BasicBlock *ExitSucc = NewExit->getTerminator()->getSuccessor(0);
643     
644     // If the successor of the exit block had PHI nodes, add an entry for
645     // NewExit.
646     PHINode *PN;
647     for (BasicBlock::iterator I = ExitSucc->begin();
648          (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I) {
649       Value *V = PN->getIncomingValueForBlock(ExitBlocks[i]);
650       std::map<const Value *, Value*>::iterator It = ValueMap.find(V);
651       if (It != ValueMap.end()) V = It->second;
652       PN->addIncoming(V, NewExit);
653     }
654   }
655
656   // Rewrite the code to refer to itself.
657   for (unsigned i = 0, e = NewBlocks.size(); i != e; ++i)
658     for (BasicBlock::iterator I = NewBlocks[i]->begin(),
659            E = NewBlocks[i]->end(); I != E; ++I)
660       RemapInstruction(I, ValueMap);
661   
662   // Rewrite the original preheader to select between versions of the loop.
663   BranchInst *OldBR = cast<BranchInst>(OrigPreheader->getTerminator());
664   assert(OldBR->isUnconditional() && OldBR->getSuccessor(0) == LoopBlocks[0] &&
665          "Preheader splitting did not work correctly!");
666
667   // Emit the new branch that selects between the two versions of this loop.
668   EmitPreheaderBranchOnCondition(LIC, Val, NewBlocks[0], LoopBlocks[0], OldBR);
669   OldBR->eraseFromParent();
670
671   // Now we rewrite the original code to know that the condition is true and the
672   // new code to know that the condition is false.
673   RewriteLoopBodyWithConditionConstant(L, LIC, Val, false);
674   RewriteLoopBodyWithConditionConstant(NewLoop, LIC, Val, true);
675   Out1 = L;
676   Out2 = NewLoop;
677 }
678
679 // RewriteLoopBodyWithConditionConstant - We know either that the value LIC has
680 // the value specified by Val in the specified loop, or we know it does NOT have
681 // that value.  Rewrite any uses of LIC or of properties correlated to it.
682 void LoopUnswitch::RewriteLoopBodyWithConditionConstant(Loop *L, Value *LIC,
683                                                         Constant *Val,
684                                                         bool IsEqual) {
685   assert(!isa<Constant>(LIC) && "Why are we unswitching on a constant?");
686   
687   // FIXME: Support correlated properties, like:
688   //  for (...)
689   //    if (li1 < li2)
690   //      ...
691   //    if (li1 > li2)
692   //      ...
693
694   // NotVal - If Val is a bool, this contains its inverse.
695   Constant *NotVal = 0;
696   if (ConstantBool *CB = dyn_cast<ConstantBool>(Val))
697     NotVal = ConstantBool::get(!CB->getValue());
698   
699   // FOLD boolean conditions (X|LIC), (X&LIC).  Fold conditional branches,
700   // selects, switches.
701   std::vector<User*> Users(LIC->use_begin(), LIC->use_end());
702   
703   // Haha, this loop could be unswitched.  Get it? The unswitch pass could
704   // unswitch itself. Amazing.
705   for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i)
706     if (Instruction *U = cast<Instruction>(Users[i]))
707       if (L->contains(U->getParent()))
708         if (IsEqual) {
709           U->replaceUsesOfWith(LIC, Val);
710         } else if (NotVal) {
711           U->replaceUsesOfWith(LIC, NotVal);
712         } else {
713           // If we know that LIC is not Val, use this info to simplify code.
714           if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(U)) {
715             for (unsigned i = 1, e = SI->getNumCases(); i != e; ++i) {
716               if (SI->getCaseValue(i) == Val) {
717                 // Found a dead case value.  Don't remove PHI nodes in the 
718                 // successor if they become single-entry, those PHI nodes may
719                 // be in the Users list.
720                 SI->getSuccessor(i)->removePredecessor(SI->getParent(), true);
721                 SI->removeCase(i);
722                 break;
723               }
724             }
725           }
726
727           // TODO: We could simplify stuff like X == C.
728         }
729 }