[SCEV][LV] Add SCEV Predicates and use them to re-implement stride versioning
[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / LoopAccessAnalysis.h
index d188327fbf4fcdfca89c4e8cf85096b342c44c36..97a72b3d1cd15aa3678efbf2199ab61035c5b1c5 100644 (file)
@@ -29,10 +29,10 @@ namespace llvm {
 
 class Value;
 class DataLayout;
-class AliasAnalysis;
 class ScalarEvolution;
 class Loop;
 class SCEV;
+class SCEVUnionPredicate;
 
 /// Optimization analysis message produced during vectorization. Messages inform
 /// the user why vectorization did not occur.
@@ -177,10 +177,11 @@ public:
                const SmallVectorImpl<Instruction *> &Instrs) const;
   };
 
-  MemoryDepChecker(ScalarEvolution *Se, const Loop *L)
+  MemoryDepChecker(ScalarEvolution *Se, const Loop *L,
+                   SCEVUnionPredicate &Preds)
       : SE(Se), InnermostLoop(L), AccessIdx(0),
         ShouldRetryWithRuntimeCheck(false), SafeForVectorization(true),
-        RecordInterestingDependences(true) {}
+        RecordInterestingDependences(true), Preds(Preds) {}
 
   /// \brief Register the location (instructions are given increasing numbers)
   /// of a write access.
@@ -225,12 +226,18 @@ public:
     return RecordInterestingDependences ? &InterestingDependences : nullptr;
   }
 
+  void clearInterestingDependences() { InterestingDependences.clear(); }
+
   /// \brief The vector of memory access instructions.  The indices are used as
   /// instruction identifiers in the Dependence class.
   const SmallVectorImpl<Instruction *> &getMemoryInstructions() const {
     return InstMap;
   }
 
+  /// \brief Find the set of instructions that read or write via \p Ptr.
+  SmallVector<Instruction *, 4> getInstructionsForAccess(Value *Ptr,
+                                                         bool isWrite) const;
+
 private:
   ScalarEvolution *SE;
   const Loop *InnermostLoop;
@@ -284,6 +291,171 @@ private:
   /// \brief Check whether the data dependence could prevent store-load
   /// forwarding.
   bool couldPreventStoreLoadForward(unsigned Distance, unsigned TypeByteSize);
+
+  /// The SCEV predicate containing all the SCEV-related assumptions.
+  /// The dependence checker needs this in order to convert SCEVs of pointers
+  /// to more accurate expressions in the context of existing assumptions.
+  /// We also need this in case assumptions about SCEV expressions need to
+  /// be made in order to avoid unknown dependences. For example we might
+  /// assume a unit stride for a pointer in order to prove that a memory access
+  /// is strided and doesn't wrap.
+  SCEVUnionPredicate &Preds;
+};
+
+/// \brief Holds information about the memory runtime legality checks to verify
+/// that a group of pointers do not overlap.
+class RuntimePointerChecking {
+public:
+  struct PointerInfo {
+    /// Holds the pointer value that we need to check.
+    TrackingVH<Value> PointerValue;
+    /// Holds the pointer value at the beginning of the loop.
+    const SCEV *Start;
+    /// Holds the pointer value at the end of the loop.
+    const SCEV *End;
+    /// Holds the information if this pointer is used for writing to memory.
+    bool IsWritePtr;
+    /// Holds the id of the set of pointers that could be dependent because of a
+    /// shared underlying object.
+    unsigned DependencySetId;
+    /// Holds the id of the disjoint alias set to which this pointer belongs.
+    unsigned AliasSetId;
+    /// SCEV for the access.
+    const SCEV *Expr;
+
+    PointerInfo(Value *PointerValue, const SCEV *Start, const SCEV *End,
+                bool IsWritePtr, unsigned DependencySetId, unsigned AliasSetId,
+                const SCEV *Expr)
+        : PointerValue(PointerValue), Start(Start), End(End),
+          IsWritePtr(IsWritePtr), DependencySetId(DependencySetId),
+          AliasSetId(AliasSetId), Expr(Expr) {}
+  };
+
+  RuntimePointerChecking(ScalarEvolution *SE) : Need(false), SE(SE) {}
+
+  /// Reset the state of the pointer runtime information.
+  void reset() {
+    Need = false;
+    Pointers.clear();
+    Checks.clear();
+  }
+
+  /// Insert a pointer and calculate the start and end SCEVs.
+  /// \p We need Preds in order to compute the SCEV expression of the pointer
+  /// according to the assumptions that we've made during the analysis.
+  /// The method might also version the pointer stride according to \p Strides,
+  /// and change \p Preds.
+  void insert(Loop *Lp, Value *Ptr, bool WritePtr, unsigned DepSetId,
+              unsigned ASId, const ValueToValueMap &Strides,
+              SCEVUnionPredicate &Preds);
+
+  /// \brief No run-time memory checking is necessary.
+  bool empty() const { return Pointers.empty(); }
+
+  /// A grouping of pointers. A single memcheck is required between
+  /// two groups.
+  struct CheckingPtrGroup {
+    /// \brief Create a new pointer checking group containing a single
+    /// pointer, with index \p Index in RtCheck.
+    CheckingPtrGroup(unsigned Index, RuntimePointerChecking &RtCheck)
+        : RtCheck(RtCheck), High(RtCheck.Pointers[Index].End),
+          Low(RtCheck.Pointers[Index].Start) {
+      Members.push_back(Index);
+    }
+
+    /// \brief Tries to add the pointer recorded in RtCheck at index
+    /// \p Index to this pointer checking group. We can only add a pointer
+    /// to a checking group if we will still be able to get
+    /// the upper and lower bounds of the check. Returns true in case
+    /// of success, false otherwise.
+    bool addPointer(unsigned Index);
+
+    /// Constitutes the context of this pointer checking group. For each
+    /// pointer that is a member of this group we will retain the index
+    /// at which it appears in RtCheck.
+    RuntimePointerChecking &RtCheck;
+    /// The SCEV expression which represents the upper bound of all the
+    /// pointers in this group.
+    const SCEV *High;
+    /// The SCEV expression which represents the lower bound of all the
+    /// pointers in this group.
+    const SCEV *Low;
+    /// Indices of all the pointers that constitute this grouping.
+    SmallVector<unsigned, 2> Members;
+  };
+
+  /// \brief A memcheck which made up of a pair of grouped pointers.
+  ///
+  /// These *have* to be const for now, since checks are generated from
+  /// CheckingPtrGroups in LAI::addRuntimeChecks which is a const member
+  /// function.  FIXME: once check-generation is moved inside this class (after
+  /// the PtrPartition hack is removed), we could drop const.
+  typedef std::pair<const CheckingPtrGroup *, const CheckingPtrGroup *>
+      PointerCheck;
+
+  /// \brief Generate the checks and store it.  This also performs the grouping
+  /// of pointers to reduce the number of memchecks necessary.
+  void generateChecks(MemoryDepChecker::DepCandidates &DepCands,
+                      bool UseDependencies);
+
+  /// \brief Returns the checks that generateChecks created.
+  const SmallVector<PointerCheck, 4> &getChecks() const { return Checks; }
+
+  /// \brief Decide if we need to add a check between two groups of pointers,
+  /// according to needsChecking.
+  bool needsChecking(const CheckingPtrGroup &M,
+                     const CheckingPtrGroup &N) const;
+
+  /// \brief Returns the number of run-time checks required according to
+  /// needsChecking.
+  unsigned getNumberOfChecks() const { return Checks.size(); }
+
+  /// \brief Print the list run-time memory checks necessary.
+  void print(raw_ostream &OS, unsigned Depth = 0) const;
+
+  /// Print \p Checks.
+  void printChecks(raw_ostream &OS, const SmallVectorImpl<PointerCheck> &Checks,
+                   unsigned Depth = 0) const;
+
+  /// This flag indicates if we need to add the runtime check.
+  bool Need;
+
+  /// Information about the pointers that may require checking.
+  SmallVector<PointerInfo, 2> Pointers;
+
+  /// Holds a partitioning of pointers into "check groups".
+  SmallVector<CheckingPtrGroup, 2> CheckingGroups;
+
+  /// \brief Check if pointers are in the same partition
+  ///
+  /// \p PtrToPartition contains the partition number for pointers (-1 if the
+  /// pointer belongs to multiple partitions).
+  static bool
+  arePointersInSamePartition(const SmallVectorImpl<int> &PtrToPartition,
+                             unsigned PtrIdx1, unsigned PtrIdx2);
+
+  /// \brief Decide whether we need to issue a run-time check for pointer at
+  /// index \p I and \p J to prove their independence.
+  bool needsChecking(unsigned I, unsigned J) const;
+
+private:
+  /// \brief Groups pointers such that a single memcheck is required
+  /// between two different groups. This will clear the CheckingGroups vector
+  /// and re-compute it. We will only group dependecies if \p UseDependencies
+  /// is true, otherwise we will create a separate group for each pointer.
+  void groupChecks(MemoryDepChecker::DepCandidates &DepCands,
+                   bool UseDependencies);
+
+  /// Generate the checks and return them.
+  SmallVector<PointerCheck, 4>
+  generateChecks() const;
+
+  /// Holds a pointer to the ScalarEvolution analysis.
+  ScalarEvolution *SE;
+
+  /// \brief Set of run-time checks required to establish independence of
+  /// otherwise may-aliasing pointers in the loop.
+  SmallVector<PointerCheck, 4> Checks;
 };
 
 /// \brief Drive the analysis of memory accesses in the loop
@@ -302,69 +474,24 @@ private:
 /// RuntimePointerCheck class.
 class LoopAccessInfo {
 public:
-  /// This struct holds information about the memory runtime legality check that
-  /// a group of pointers do not overlap.
-  struct RuntimePointerCheck {
-    RuntimePointerCheck() : Need(false) {}
-
-    /// Reset the state of the pointer runtime information.
-    void reset() {
-      Need = false;
-      Pointers.clear();
-      Starts.clear();
-      Ends.clear();
-      IsWritePtr.clear();
-      DependencySetId.clear();
-      AliasSetId.clear();
-    }
-
-    /// Insert a pointer and calculate the start and end SCEVs.
-    void insert(ScalarEvolution *SE, Loop *Lp, Value *Ptr, bool WritePtr,
-                unsigned DepSetId, unsigned ASId,
-                const ValueToValueMap &Strides);
-
-    /// \brief No run-time memory checking is necessary.
-    bool empty() const { return Pointers.empty(); }
-
-    /// \brief Decide whether we need to issue a run-time check for pointer at
-    /// index \p I and \p J to prove their independence.
-    bool needsChecking(unsigned I, unsigned J) const;
-
-    /// \brief Print the list run-time memory checks necessary.
-    void print(raw_ostream &OS, unsigned Depth = 0) const;
-
-    /// This flag indicates if we need to add the runtime check.
-    bool Need;
-    /// Holds the pointers that we need to check.
-    SmallVector<TrackingVH<Value>, 2> Pointers;
-    /// Holds the pointer value at the beginning of the loop.
-    SmallVector<const SCEV*, 2> Starts;
-    /// Holds the pointer value at the end of the loop.
-    SmallVector<const SCEV*, 2> Ends;
-    /// Holds the information if this pointer is used for writing to memory.
-    SmallVector<bool, 2> IsWritePtr;
-    /// Holds the id of the set of pointers that could be dependent because of a
-    /// shared underlying object.
-    SmallVector<unsigned, 2> DependencySetId;
-    /// Holds the id of the disjoint alias set to which this pointer belongs.
-    SmallVector<unsigned, 2> AliasSetId;
-  };
-
   LoopAccessInfo(Loop *L, ScalarEvolution *SE, const DataLayout &DL,
                  const TargetLibraryInfo *TLI, AliasAnalysis *AA,
-                 DominatorTree *DT, const ValueToValueMap &Strides);
+                 DominatorTree *DT, LoopInfo *LI,
+                 const ValueToValueMap &Strides);
 
   /// Return true we can analyze the memory accesses in the loop and there are
   /// no memory dependence cycles.
   bool canVectorizeMemory() const { return CanVecMem; }
 
-  const RuntimePointerCheck *getRuntimePointerCheck() const {
-    return &PtrRtCheck;
+  const RuntimePointerChecking *getRuntimePointerChecking() const {
+    return &PtrRtChecking;
   }
 
   /// \brief Number of memchecks required to prove independence of otherwise
   /// may-alias pointers.
-  unsigned getNumRuntimePointerChecks() const { return NumComparisons; }
+  unsigned getNumRuntimePointerChecks() const {
+    return PtrRtChecking.getNumberOfChecks();
+  }
 
   /// Return true if the block BB needs to be predicated in order for the loop
   /// to be vectorized.
@@ -384,7 +511,17 @@ public:
   /// instruction generated in possibly a sequence of instructions and the
   /// second value is the final comparator value or NULL if no check is needed.
   std::pair<Instruction *, Instruction *>
-    addRuntimeCheck(Instruction *Loc) const;
+  addRuntimeChecks(Instruction *Loc) const;
+
+  /// \brief Generete the instructions for the checks in \p PointerChecks.
+  ///
+  /// Returns a pair of instructions where the first element is the first
+  /// instruction generated in possibly a sequence of instructions and the
+  /// second value is the final comparator value or NULL if no check is needed.
+  std::pair<Instruction *, Instruction *>
+  addRuntimeChecks(Instruction *Loc,
+                   const SmallVectorImpl<RuntimePointerChecking::PointerCheck>
+                       &PointerChecks) const;
 
   /// \brief The diagnostics report generated for the analysis.  E.g. why we
   /// couldn't analyze the loop.
@@ -394,6 +531,13 @@ public:
   /// loop-independent and loop-carried dependences between memory accesses.
   const MemoryDepChecker &getDepChecker() const { return DepChecker; }
 
+  /// \brief Return the list of instructions that use \p Ptr to read or write
+  /// memory.
+  SmallVector<Instruction *, 4> getInstructionsForAccess(Value *Ptr,
+                                                         bool isWrite) const {
+    return DepChecker.getInstructionsForAccess(Ptr, isWrite);
+  }
+
   /// \brief Print the information about the memory accesses in the loop.
   void print(raw_ostream &OS, unsigned Depth = 0) const;
 
@@ -402,6 +546,22 @@ public:
   /// Only used in DEBUG build but we don't want NDEBUG-dependent ABI.
   unsigned NumSymbolicStrides;
 
+  /// \brief Checks existence of store to invariant address inside loop.
+  /// If the loop has any store to invariant address, then it returns true,
+  /// else returns false.
+  bool hasStoreToLoopInvariantAddress() const {
+    return StoreToLoopInvariantAddress;
+  }
+
+  /// The SCEV predicate contains all the SCEV-related assumptions.
+  /// The is used to keep track of the minimal set of assumptions on SCEV
+  /// expressions that the analysis needs to make in order to return a
+  /// meaningful result. All SCEV expressions during the analysis should be
+  /// re-written (and therefore simplified) according to Preds.
+  /// A user of LoopAccessAnalysis will need to emit the runtime checks
+  /// associated with this predicate.
+  SCEVUnionPredicate Preds;
+
 private:
   /// \brief Analyze the loop.  Substitute symbolic strides using Strides.
   void analyzeLoop(const ValueToValueMap &Strides);
@@ -414,22 +574,19 @@ private:
 
   /// We need to check that all of the pointers in this list are disjoint
   /// at runtime.
-  RuntimePointerCheck PtrRtCheck;
+  RuntimePointerChecking PtrRtChecking;
 
   /// \brief the Memory Dependence Checker which can determine the
   /// loop-independent and loop-carried dependences between memory accesses.
   MemoryDepChecker DepChecker;
 
-  /// \brief Number of memchecks required to prove independence of otherwise
-  /// may-alias pointers
-  unsigned NumComparisons;
-
   Loop *TheLoop;
   ScalarEvolution *SE;
   const DataLayout &DL;
   const TargetLibraryInfo *TLI;
   AliasAnalysis *AA;
   DominatorTree *DT;
+  LoopInfo *LI;
 
   unsigned NumLoads;
   unsigned NumStores;
@@ -439,6 +596,10 @@ private:
   /// \brief Cache the result of analyzeLoop.
   bool CanVecMem;
 
+  /// \brief Indicator for storing to uniform addresses.
+  /// If a loop has write to a loop invariant address then it should be true.
+  bool StoreToLoopInvariantAddress;
+
   /// \brief The diagnostics report generated for the analysis.  E.g. why we
   /// couldn't analyze the loop.
   Optional<LoopAccessReport> Report;
@@ -447,14 +608,26 @@ private:
 Value *stripIntegerCast(Value *V);
 
 ///\brief Return the SCEV corresponding to a pointer with the symbolic stride
-///replaced with constant one.
+/// replaced with constant one, assuming \p Preds is true.
+///
+/// If necessary this method will version the stride of the pointer according
+/// to \p PtrToStride and therefore add a new predicate to \p Preds.
 ///
 /// If \p OrigPtr is not null, use it to look up the stride value instead of \p
 /// Ptr.  \p PtrToStride provides the mapping between the pointer value and its
 /// stride as collected by LoopVectorizationLegality::collectStridedAccess.
 const SCEV *replaceSymbolicStrideSCEV(ScalarEvolution *SE,
                                       const ValueToValueMap &PtrToStride,
-                                      Value *Ptr, Value *OrigPtr = nullptr);
+                                      SCEVUnionPredicate &Preds, Value *Ptr,
+                                      Value *OrigPtr = nullptr);
+
+/// \brief Check the stride of the pointer and ensure that it does not wrap in
+/// the address space, assuming \p Preds is true.
+///
+/// If necessary this method will version the stride of the pointer according
+/// to \p PtrToStride and therefore add a new predicate to \p Preds.
+int isStridedPtr(ScalarEvolution *SE, Value *Ptr, const Loop *Lp,
+                 const ValueToValueMap &StridesMap, SCEVUnionPredicate &Preds);
 
 /// \brief This analysis provides dependence information for the memory accesses
 /// of a loop.
@@ -500,6 +673,7 @@ private:
   const TargetLibraryInfo *TLI;
   AliasAnalysis *AA;
   DominatorTree *DT;
+  LoopInfo *LI;
 };
 } // End llvm namespace