lib/Transforms/Scalar/Sink.cpp

   1 //===-- Sink.cpp - Code Sinking -------------------------------------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This pass moves instructions into successor blocks, when possible, so that
  11 // they aren't executed on paths where their results aren't needed.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  16 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  17 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  18 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
  19 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
  20 #include "llvm/IR/CFG.h"
  21 #include "llvm/IR/Dominators.h"
  22 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
  23 #include "llvm/Support/Debug.h"
  24 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  25 using namespace llvm;
  26
  27 #define DEBUG_TYPE "sink"
  28
  29 STATISTIC(NumSunk, "Number of instructions sunk");
  30 STATISTIC(NumSinkIter, "Number of sinking iterations");
  31
  32 namespace {
  33   class Sinking : public FunctionPass {
  34     DominatorTree *DT;
  35     LoopInfo *LI;
  36     AliasAnalysis *AA;
  37
  38   public:
  39     static char ID; // Pass identification
  40     Sinking() : FunctionPass(ID) {
  41       initializeSinkingPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
  42     }
  43
  44     bool runOnFunction(Function &F) override;
  45
  46     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
  47       AU.setPreservesCFG();
  48       FunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
  49       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
  50       AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
  51       AU.addRequired<LoopInfo>();
  52       AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
  53       AU.addPreserved<LoopInfo>();
  54     }
  55   private:
  56     bool ProcessBlock(BasicBlock &BB);
  57     bool SinkInstruction(Instruction *I, SmallPtrSet<Instruction *, 8> &Stores);
  58     bool AllUsesDominatedByBlock(Instruction *Inst, BasicBlock *BB) const;
  59     bool IsAcceptableTarget(Instruction *Inst, BasicBlock *SuccToSinkTo) const;
  60   };
  61 } // end anonymous namespace
  62
  63 char Sinking::ID = 0;
  64 INITIALIZE_PASS_BEGIN(Sinking, "sink", "Code sinking", false, false)
  65 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
  66 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
  67 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
  68 INITIALIZE_PASS_END(Sinking, "sink", "Code sinking", false, false)
  69
  70 FunctionPass *llvm::createSinkingPass() { return new Sinking(); }
  71
  72 /// AllUsesDominatedByBlock - Return true if all uses of the specified value
  73 /// occur in blocks dominated by the specified block.
  74 bool Sinking::AllUsesDominatedByBlock(Instruction *Inst,
  75                                       BasicBlock *BB) const {
  76   // Ignoring debug uses is necessary so debug info doesn't affect the code.
  77   // This may leave a referencing dbg_value in the original block, before
  78   // the definition of the vreg.  Dwarf generator handles this although the
  79   // user might not get the right info at runtime.
  80   for (Use &U : Inst->uses()) {
  81     // Determine the block of the use.
  82     Instruction *UseInst = cast<Instruction>(U.getUser());
  83     BasicBlock *UseBlock = UseInst->getParent();
  84     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UseInst)) {
  85       // PHI nodes use the operand in the predecessor block, not the block with
  86       // the PHI.
  87       unsigned Num = PHINode::getIncomingValueNumForOperand(U.getOperandNo());
  88       UseBlock = PN->getIncomingBlock(Num);
  89     }
  90     // Check that it dominates.
  91     if (!DT->dominates(BB, UseBlock))
  92       return false;
  93   }
  94   return true;
  95 }
  96
  97 bool Sinking::runOnFunction(Function &F) {
  98   DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
  99   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
 100   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
 101
 102   bool MadeChange, EverMadeChange = false;
 103
 104   do {
 105     MadeChange = false;
 106     DEBUG(dbgs() << "Sinking iteration " << NumSinkIter << "\n");
 107     // Process all basic blocks.
 108     for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end();
 109          I != E; ++I)
 110       MadeChange |= ProcessBlock(*I);
 111     EverMadeChange |= MadeChange;
 112     NumSinkIter++;
 113   } while (MadeChange);
 114
 115   return EverMadeChange;
 116 }
 117
 118 bool Sinking::ProcessBlock(BasicBlock &BB) {
 119   // Can't sink anything out of a block that has less than two successors.
 120   if (BB.getTerminator()->getNumSuccessors() <= 1 || BB.empty()) return false;
 121
 122   // Don't bother sinking code out of unreachable blocks. In addition to being
 123   // unprofitable, it can also lead to infinite looping, because in an
 124   // unreachable loop there may be nowhere to stop.
 125   if (!DT->isReachableFromEntry(&BB)) return false;
 126
 127   bool MadeChange = false;
 128
 129   // Walk the basic block bottom-up.  Remember if we saw a store.
 130   BasicBlock::iterator I = BB.end();
 131   --I;
 132   bool ProcessedBegin = false;
 133   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Stores;
 134   do {
 135     Instruction *Inst = I;  // The instruction to sink.
 136
 137     // Predecrement I (if it's not begin) so that it isn't invalidated by
 138     // sinking.
 139     ProcessedBegin = I == BB.begin();
 140     if (!ProcessedBegin)
 141       --I;
 142
 143     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst))
 144       continue;
 145
 146     if (SinkInstruction(Inst, Stores))
 147       ++NumSunk, MadeChange = true;
 148
 149     // If we just processed the first instruction in the block, we're done.
 150   } while (!ProcessedBegin);
 151
 152   return MadeChange;
 153 }
 154
 155 static bool isSafeToMove(Instruction *Inst, AliasAnalysis *AA,
 156                          SmallPtrSet<Instruction *, 8> &Stores) {
 157
 158   if (Inst->mayWriteToMemory()) {
 159     Stores.insert(Inst);
 160     return false;
 161   }
 162
 163   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
 164     AliasAnalysis::Location Loc = AA->getLocation(L);
 165     for (SmallPtrSet<Instruction *, 8>::iterator I = Stores.begin(),
 166          E = Stores.end(); I != E; ++I)
 167       if (AA->getModRefInfo(*I, Loc) & AliasAnalysis::Mod)
 168         return false;
 169   }
 170
 171   if (isa<TerminatorInst>(Inst) || isa<PHINode>(Inst))
 172     return false;
 173
 174   return true;
 175 }
 176
 177 /// IsAcceptableTarget - Return true if it is possible to sink the instruction
 178 /// in the specified basic block.
 179 bool Sinking::IsAcceptableTarget(Instruction *Inst,
 180                                  BasicBlock *SuccToSinkTo) const {
 181   assert(Inst && "Instruction to be sunk is null");
 182   assert(SuccToSinkTo && "Candidate sink target is null");
 183
 184   // It is not possible to sink an instruction into its own block.  This can
 185   // happen with loops.
 186   if (Inst->getParent() == SuccToSinkTo)
 187     return false;
 188
 189   // If the block has multiple predecessors, this would introduce computation
 190   // on different code paths.  We could split the critical edge, but for now we
 191   // just punt.
 192   // FIXME: Split critical edges if not backedges.
 193   if (SuccToSinkTo->getUniquePredecessor() != Inst->getParent()) {
 194     // We cannot sink a load across a critical edge - there may be stores in
 195     // other code paths.
 196     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(Inst))
 197       return false;
 198
 199     // We don't want to sink across a critical edge if we don't dominate the
 200     // successor. We could be introducing calculations to new code paths.
 201     if (!DT->dominates(Inst->getParent(), SuccToSinkTo))
 202       return false;
 203
 204     // Don't sink instructions into a loop.
 205     Loop *succ = LI->getLoopFor(SuccToSinkTo);
 206     Loop *cur = LI->getLoopFor(Inst->getParent());
 207     if (succ != 0 && succ != cur)
 208       return false;
 209   }
 210
 211   // Finally, check that all the uses of the instruction are actually
 212   // dominated by the candidate
 213   return AllUsesDominatedByBlock(Inst, SuccToSinkTo);
 214 }
 215
 216 /// SinkInstruction - Determine whether it is safe to sink the specified machine
 217 /// instruction out of its current block into a successor.
 218 bool Sinking::SinkInstruction(Instruction *Inst,
 219                               SmallPtrSet<Instruction *, 8> &Stores) {
 220
 221   // Don't sink static alloca instructions.  CodeGen assumes allocas outside the
 222   // entry block are dynamically sized stack objects.
 223   if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(Inst))
 224     if (AI->isStaticAlloca())
 225       return false;
 226
 227   // Check if it's safe to move the instruction.
 228   if (!isSafeToMove(Inst, AA, Stores))
 229     return false;
 230
 231   // FIXME: This should include support for sinking instructions within the
 232   // block they are currently in to shorten the live ranges.  We often get
 233   // instructions sunk into the top of a large block, but it would be better to
 234   // also sink them down before their first use in the block.  This xform has to
 235   // be careful not to *increase* register pressure though, e.g. sinking
 236   // "x = y + z" down if it kills y and z would increase the live ranges of y
 237   // and z and only shrink the live range of x.
 238
 239   // SuccToSinkTo - This is the successor to sink this instruction to, once we
 240   // decide.
 241   BasicBlock *SuccToSinkTo = 0;
 242
 243   // Instructions can only be sunk if all their uses are in blocks
 244   // dominated by one of the successors.
 245   // Look at all the postdominators and see if we can sink it in one.
 246   DomTreeNode *DTN = DT->getNode(Inst->getParent());
 247   for (DomTreeNode::iterator I = DTN->begin(), E = DTN->end();
 248       I != E && SuccToSinkTo == 0; ++I) {
 249     BasicBlock *Candidate = (*I)->getBlock();
 250     if ((*I)->getIDom()->getBlock() == Inst->getParent() &&
 251         IsAcceptableTarget(Inst, Candidate))
 252       SuccToSinkTo = Candidate;
 253   }
 254
 255   // If no suitable postdominator was found, look at all the successors and
 256   // decide which one we should sink to, if any.
 257   for (succ_iterator I = succ_begin(Inst->getParent()),
 258       E = succ_end(Inst->getParent()); I != E && SuccToSinkTo == 0; ++I) {
 259     if (IsAcceptableTarget(Inst, *I))
 260       SuccToSinkTo = *I;
 261   }
 262
 263   // If we couldn't find a block to sink to, ignore this instruction.
 264   if (SuccToSinkTo == 0)
 265     return false;
 266
 267   DEBUG(dbgs() << "Sink" << *Inst << " (";
 268         Inst->getParent()->printAsOperand(dbgs(), false);
 269         dbgs() << " -> ";
 270         SuccToSinkTo->printAsOperand(dbgs(), false);
 271         dbgs() << ")\n");
 272
 273   // Move the instruction.
 274   Inst->moveBefore(SuccToSinkTo->getFirstInsertionPt());
 275   return true;
 276 }