LPM: Stop threading `Pass *` through all of the loop utility APIs. NFC
[oota-llvm.git] / include / llvm / Transforms / Utils / LoopUtils.h
index ee26d834c2a0e64934660dded46bfc45ec8c8974..17aaee03e4a87276d64afb7e5d8dfe2a53a65476 100644 (file)
 #ifndef LLVM_TRANSFORMS_UTILS_LOOPUTILS_H
 #define LLVM_TRANSFORMS_UTILS_LOOPUTILS_H
 
+#include "llvm/ADT/SmallVector.h"
+#include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
+#include "llvm/IR/Dominators.h"
+#include "llvm/IR/IRBuilder.h"
+
 namespace llvm {
-class AliasAnalysis;
+class AliasSet;
+class AliasSetTracker;
+class AssumptionCache;
 class BasicBlock;
+class DataLayout;
 class DominatorTree;
 class Loop;
 class LoopInfo;
 class Pass;
+class PredIteratorCache;
 class ScalarEvolution;
+class TargetLibraryInfo;
+
+/// \brief Captures loop safety information.
+/// It keep information for loop & its header may throw exception.
+struct LICMSafetyInfo {
+  bool MayThrow;           // The current loop contains an instruction which
+                           // may throw.
+  bool HeaderMayThrow;     // Same as previous, but specific to loop header
+  LICMSafetyInfo() : MayThrow(false), HeaderMayThrow(false)
+  {}
+};
+
+/// The RecurrenceDescriptor is used to identify recurrences variables in a
+/// loop. Reduction is a special case of recurrence that has uses of the
+/// recurrence variable outside the loop. The method isReductionPHI identifies
+/// reductions that are basic recurrences.
+///
+/// Basic recurrences are defined as the summation, product, OR, AND, XOR, min,
+/// or max of a set of terms. For example: for(i=0; i<n; i++) { total +=
+/// array[i]; } is a summation of array elements. Basic recurrences are a
+/// special case of chains of recurrences (CR). See ScalarEvolution for CR
+/// references.
+
+/// This struct holds information about recurrence variables.
+class RecurrenceDescriptor {
+
+public:
+  /// This enum represents the kinds of recurrences that we support.
+  enum RecurrenceKind {
+    RK_NoRecurrence,  ///< Not a recurrence.
+    RK_IntegerAdd,    ///< Sum of integers.
+    RK_IntegerMult,   ///< Product of integers.
+    RK_IntegerOr,     ///< Bitwise or logical OR of numbers.
+    RK_IntegerAnd,    ///< Bitwise or logical AND of numbers.
+    RK_IntegerXor,    ///< Bitwise or logical XOR of numbers.
+    RK_IntegerMinMax, ///< Min/max implemented in terms of select(cmp()).
+    RK_FloatAdd,      ///< Sum of floats.
+    RK_FloatMult,     ///< Product of floats.
+    RK_FloatMinMax    ///< Min/max implemented in terms of select(cmp()).
+  };
+
+  // This enum represents the kind of minmax recurrence.
+  enum MinMaxRecurrenceKind {
+    MRK_Invalid,
+    MRK_UIntMin,
+    MRK_UIntMax,
+    MRK_SIntMin,
+    MRK_SIntMax,
+    MRK_FloatMin,
+    MRK_FloatMax
+  };
+
+  RecurrenceDescriptor()
+      : StartValue(nullptr), LoopExitInstr(nullptr), Kind(RK_NoRecurrence),
+        MinMaxKind(MRK_Invalid), UnsafeAlgebraInst(nullptr),
+        RecurrenceType(nullptr), IsSigned(false) {}
+
+  RecurrenceDescriptor(Value *Start, Instruction *Exit, RecurrenceKind K,
+                       MinMaxRecurrenceKind MK, Instruction *UAI, Type *RT,
+                       bool Signed, SmallPtrSetImpl<Instruction *> &CI)
+      : StartValue(Start), LoopExitInstr(Exit), Kind(K), MinMaxKind(MK),
+        UnsafeAlgebraInst(UAI), RecurrenceType(RT), IsSigned(Signed) {
+    CastInsts.insert(CI.begin(), CI.end());
+  }
+
+  /// This POD struct holds information about a potential recurrence operation.
+  class InstDesc {
+
+  public:
+    InstDesc(bool IsRecur, Instruction *I, Instruction *UAI = nullptr)
+        : IsRecurrence(IsRecur), PatternLastInst(I), MinMaxKind(MRK_Invalid),
+          UnsafeAlgebraInst(UAI) {}
+
+    InstDesc(Instruction *I, MinMaxRecurrenceKind K, Instruction *UAI = nullptr)
+        : IsRecurrence(true), PatternLastInst(I), MinMaxKind(K),
+          UnsafeAlgebraInst(UAI) {}
+
+    bool isRecurrence() { return IsRecurrence; }
+
+    bool hasUnsafeAlgebra() { return UnsafeAlgebraInst != nullptr; }
+
+    Instruction *getUnsafeAlgebraInst() { return UnsafeAlgebraInst; }
+
+    MinMaxRecurrenceKind getMinMaxKind() { return MinMaxKind; }
+
+    Instruction *getPatternInst() { return PatternLastInst; }
+
+  private:
+    // Is this instruction a recurrence candidate.
+    bool IsRecurrence;
+    // The last instruction in a min/max pattern (select of the select(icmp())
+    // pattern), or the current recurrence instruction otherwise.
+    Instruction *PatternLastInst;
+    // If this is a min/max pattern the comparison predicate.
+    MinMaxRecurrenceKind MinMaxKind;
+    // Recurrence has unsafe algebra.
+    Instruction *UnsafeAlgebraInst;
+  };
+
+  /// Returns a struct describing if the instruction 'I' can be a recurrence
+  /// variable of type 'Kind'. If the recurrence is a min/max pattern of
+  /// select(icmp()) this function advances the instruction pointer 'I' from the
+  /// compare instruction to the select instruction and stores this pointer in
+  /// 'PatternLastInst' member of the returned struct.
+  static InstDesc isRecurrenceInstr(Instruction *I, RecurrenceKind Kind,
+                                    InstDesc &Prev, bool HasFunNoNaNAttr);
+
+  /// Returns true if instruction I has multiple uses in Insts
+  static bool hasMultipleUsesOf(Instruction *I,
+                                SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Insts);
+
+  /// Returns true if all uses of the instruction I is within the Set.
+  static bool areAllUsesIn(Instruction *I, SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Set);
+
+  /// Returns a struct describing if the instruction if the instruction is a
+  /// Select(ICmp(X, Y), X, Y) instruction pattern corresponding to a min(X, Y)
+  /// or max(X, Y).
+  static InstDesc isMinMaxSelectCmpPattern(Instruction *I, InstDesc &Prev);
+
+  /// Returns identity corresponding to the RecurrenceKind.
+  static Constant *getRecurrenceIdentity(RecurrenceKind K, Type *Tp);
+
+  /// Returns the opcode of binary operation corresponding to the
+  /// RecurrenceKind.
+  static unsigned getRecurrenceBinOp(RecurrenceKind Kind);
+
+  /// Returns a Min/Max operation corresponding to MinMaxRecurrenceKind.
+  static Value *createMinMaxOp(IRBuilder<> &Builder, MinMaxRecurrenceKind RK,
+                               Value *Left, Value *Right);
+
+  /// Returns true if Phi is a reduction of type Kind and adds it to the
+  /// RecurrenceDescriptor.
+  static bool AddReductionVar(PHINode *Phi, RecurrenceKind Kind, Loop *TheLoop,
+                              bool HasFunNoNaNAttr,
+                              RecurrenceDescriptor &RedDes);
+
+  /// Returns true if Phi is a reduction in TheLoop. The RecurrenceDescriptor is
+  /// returned in RedDes.
+  static bool isReductionPHI(PHINode *Phi, Loop *TheLoop,
+                             RecurrenceDescriptor &RedDes);
+
+  RecurrenceKind getRecurrenceKind() { return Kind; }
 
-BasicBlock *InsertPreheaderForLoop(Loop *L, Pass *P);
+  MinMaxRecurrenceKind getMinMaxRecurrenceKind() { return MinMaxKind; }
+
+  TrackingVH<Value> getRecurrenceStartValue() { return StartValue; }
+
+  Instruction *getLoopExitInstr() { return LoopExitInstr; }
+
+  /// Returns true if the recurrence has unsafe algebra which requires a relaxed
+  /// floating-point model.
+  bool hasUnsafeAlgebra() { return UnsafeAlgebraInst != nullptr; }
+
+  /// Returns first unsafe algebra instruction in the PHI node's use-chain.
+  Instruction *getUnsafeAlgebraInst() { return UnsafeAlgebraInst; }
+
+  /// Returns true if the recurrence kind is an integer kind.
+  static bool isIntegerRecurrenceKind(RecurrenceKind Kind);
+
+  /// Returns true if the recurrence kind is a floating point kind.
+  static bool isFloatingPointRecurrenceKind(RecurrenceKind Kind);
+
+  /// Returns true if the recurrence kind is an arithmetic kind.
+  static bool isArithmeticRecurrenceKind(RecurrenceKind Kind);
+
+  /// Determines if Phi may have been type-promoted. If Phi has a single user
+  /// that ANDs the Phi with a type mask, return the user. RT is updated to
+  /// account for the narrower bit width represented by the mask, and the AND
+  /// instruction is added to CI.
+  static Instruction *lookThroughAnd(PHINode *Phi, Type *&RT,
+                                     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Visited,
+                                     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &CI);
+
+  /// Returns true if all the source operands of a recurrence are either
+  /// SExtInsts or ZExtInsts. This function is intended to be used with
+  /// lookThroughAnd to determine if the recurrence has been type-promoted. The
+  /// source operands are added to CI, and IsSigned is updated to indicate if
+  /// all source operands are SExtInsts.
+  static bool getSourceExtensionKind(Instruction *Start, Instruction *Exit,
+                                     Type *RT, bool &IsSigned,
+                                     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Visited,
+                                     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &CI);
+
+  /// Returns the type of the recurrence. This type can be narrower than the
+  /// actual type of the Phi if the recurrence has been type-promoted.
+  Type *getRecurrenceType() { return RecurrenceType; }
+
+  /// Returns a reference to the instructions used for type-promoting the
+  /// recurrence.
+  SmallPtrSet<Instruction *, 8> &getCastInsts() { return CastInsts; }
+
+  /// Returns true if all source operands of the recurrence are SExtInsts.
+  bool isSigned() { return IsSigned; }
+
+private:
+  // The starting value of the recurrence.
+  // It does not have to be zero!
+  TrackingVH<Value> StartValue;
+  // The instruction who's value is used outside the loop.
+  Instruction *LoopExitInstr;
+  // The kind of the recurrence.
+  RecurrenceKind Kind;
+  // If this a min/max recurrence the kind of recurrence.
+  MinMaxRecurrenceKind MinMaxKind;
+  // First occurance of unasfe algebra in the PHI's use-chain.
+  Instruction *UnsafeAlgebraInst;
+  // The type of the recurrence.
+  Type *RecurrenceType;
+  // True if all source operands of the recurrence are SExtInsts.
+  bool IsSigned;
+  // Instructions used for type-promoting the recurrence.
+  SmallPtrSet<Instruction *, 8> CastInsts;
+};
+
+/// A struct for saving information about induction variables.
+class InductionDescriptor {
+public:
+  /// This enum represents the kinds of inductions that we support.
+  enum InductionKind {
+    IK_NoInduction,  ///< Not an induction variable.
+    IK_IntInduction, ///< Integer induction variable. Step = C.
+    IK_PtrInduction  ///< Pointer induction var. Step = C / sizeof(elem).
+  };
+
+public:
+  /// Default constructor - creates an invalid induction.
+  InductionDescriptor()
+    : StartValue(nullptr), IK(IK_NoInduction), StepValue(nullptr) {}
+
+  /// Get the consecutive direction. Returns:
+  ///   0 - unknown or non-consecutive.
+  ///   1 - consecutive and increasing.
+  ///  -1 - consecutive and decreasing.
+  int getConsecutiveDirection() const;
+
+  /// Compute the transformed value of Index at offset StartValue using step
+  /// StepValue.
+  /// For integer induction, returns StartValue + Index * StepValue.
+  /// For pointer induction, returns StartValue[Index * StepValue].
+  /// FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw
+  /// flags, which can be found from the original scalar operations.
+  Value *transform(IRBuilder<> &B, Value *Index) const;
+
+  Value *getStartValue() const { return StartValue; }
+  InductionKind getKind() const { return IK; }
+  ConstantInt *getStepValue() const { return StepValue; }
+
+  static bool isInductionPHI(PHINode *Phi, ScalarEvolution *SE,
+                             InductionDescriptor &D);
+
+private:
+  /// Private constructor - used by \c isInductionPHI.
+  InductionDescriptor(Value *Start, InductionKind K, ConstantInt *Step);
+
+  /// Start value.
+  TrackingVH<Value> StartValue;
+  /// Induction kind.
+  InductionKind IK;
+  /// Step value.
+  ConstantInt *StepValue;
+};
+
+BasicBlock *InsertPreheaderForLoop(Loop *L, DominatorTree *DT, LoopInfo *LI,
+                                   bool PreserveLCSSA);
 
 /// \brief Simplify each loop in a loop nest recursively.
 ///
 /// This takes a potentially un-simplified loop L (and its children) and turns
-/// it into a simplified loop nest with preheaders and single backedges. It
-/// will optionally update \c AliasAnalysis and \c ScalarEvolution analyses if
-/// passed into it.
-bool simplifyLoop(Loop *L, DominatorTree *DT, LoopInfo *LI, Pass *PP,
-                  AliasAnalysis *AA = nullptr, ScalarEvolution *SE = nullptr);
+/// it into a simplified loop nest with preheaders and single backedges. It will
+/// update \c AliasAnalysis and \c ScalarEvolution analyses if they're non-null.
+bool simplifyLoop(Loop *L, DominatorTree *DT, LoopInfo *LI, ScalarEvolution *SE,
+                  AssumptionCache *AC, bool PreserveLCSSA);
 
 /// \brief Put loop into LCSSA form.
 ///
@@ -45,7 +315,8 @@ bool simplifyLoop(Loop *L, DominatorTree *DT, LoopInfo *LI, Pass *PP,
 /// If ScalarEvolution is passed in, it will be preserved.
 ///
 /// Returns true if any modifications are made to the loop.
-bool formLCSSA(Loop &L, DominatorTree &DT, ScalarEvolution *SE = nullptr);
+bool formLCSSA(Loop &L, DominatorTree &DT, LoopInfo *LI,
+               ScalarEvolution *SE);
 
 /// \brief Put a loop nest into LCSSA form.
 ///
@@ -56,8 +327,53 @@ bool formLCSSA(Loop &L, DominatorTree &DT, ScalarEvolution *SE = nullptr);
 /// If ScalarEvolution is passed in, it will be preserved.
 ///
 /// Returns true if any modifications are made to the loop.
-bool formLCSSARecursively(Loop &L, DominatorTree &DT,
-                          ScalarEvolution *SE = nullptr);
+bool formLCSSARecursively(Loop &L, DominatorTree &DT, LoopInfo *LI,
+                          ScalarEvolution *SE);
+
+/// \brief Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
+/// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in
+/// reverse depth first order w.r.t the DominatorTree. This allows us to visit
+/// uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one pass without
+/// iteration. Takes DomTreeNode, AliasAnalysis, LoopInfo, DominatorTree,
+/// DataLayout, TargetLibraryInfo, Loop, AliasSet information for all
+/// instructions of the loop and loop safety information as arguments.
+/// It returns changed status.
+bool sinkRegion(DomTreeNode *, AliasAnalysis *, LoopInfo *, DominatorTree *,
+                TargetLibraryInfo *, Loop *, AliasSetTracker *,
+                LICMSafetyInfo *);
+
+/// \brief Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
+/// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in depth
+/// first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit definitions
+/// before uses, allowing us to hoist a loop body in one pass without iteration.
+/// Takes DomTreeNode, AliasAnalysis, LoopInfo, DominatorTree, DataLayout,
+/// TargetLibraryInfo, Loop, AliasSet information for all instructions of the
+/// loop and loop safety information as arguments. It returns changed status.
+bool hoistRegion(DomTreeNode *, AliasAnalysis *, LoopInfo *, DominatorTree *,
+                 TargetLibraryInfo *, Loop *, AliasSetTracker *,
+                 LICMSafetyInfo *);
+
+/// \brief Try to promote memory values to scalars by sinking stores out of
+/// the loop and moving loads to before the loop.  We do this by looping over
+/// the stores in the loop, looking for stores to Must pointers which are
+/// loop invariant. It takes AliasSet, Loop exit blocks vector, loop exit blocks
+/// insertion point vector, PredIteratorCache, LoopInfo, DominatorTree, Loop,
+/// AliasSet information for all instructions of the loop and loop safety
+/// information as arguments. It returns changed status.
+bool promoteLoopAccessesToScalars(AliasSet &, SmallVectorImpl<BasicBlock*> &,
+                                  SmallVectorImpl<Instruction*> &,
+                                  PredIteratorCache &, LoopInfo *,
+                                  DominatorTree *, Loop *, AliasSetTracker *,
+                                  LICMSafetyInfo *);
+
+/// \brief Computes safety information for a loop
+/// checks loop body & header for the possibility of may throw
+/// exception, it takes LICMSafetyInfo and loop as argument.
+/// Updates safety information in LICMSafetyInfo argument.
+void computeLICMSafetyInfo(LICMSafetyInfo *, Loop *);
+
+/// \brief Returns the instructions that use values defined in the loop.
+SmallVector<Instruction *, 8> findDefsUsedOutsideOfLoop(Loop *L);
 }
 
 #endif