More templatization.
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / LoopInfo.cpp
index 012c3dac73646471ce35d204b0eb519b8a20737a..559f6768060ec0e67931df6dab793dc6d01216e3 100644 (file)
@@ -1,10 +1,10 @@
 //===- LoopInfo.cpp - Natural Loop Calculator -----------------------------===//
-// 
+//
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
-// 
+//
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
 // This file defines the LoopInfo class that is used to identify natural loops
 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
 #include "llvm/Support/CFG.h"
-#include "Support/DepthFirstIterator.h"
+#include "llvm/Support/Streams.h"
+#include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
+#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
 #include <algorithm>
+#include <ostream>
 using namespace llvm;
 
-static RegisterAnalysis<LoopInfo>
+char LoopInfo::ID = 0;
+static RegisterPass<LoopInfo>
 X("loops", "Natural Loop Construction", true);
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 // Loop implementation
 //
-bool Loop::contains(const BasicBlock *BB) const {
-  return find(Blocks.begin(), Blocks.end(), BB) != Blocks.end();
-}
-
-bool Loop::isLoopExit(const BasicBlock *BB) const {
-  for (succ_const_iterator SI = succ_begin(BB), SE = succ_end(BB);
-       SI != SE; ++SI) {
-    if (!contains(*SI))
-      return true;
-  }
-  return false;
-}
 
 /// getNumBackEdges - Calculate the number of back edges to the loop header.
 ///
-unsigned Loop::getNumBackEdges() const {
-  unsigned NumBackEdges = 0;
-  BasicBlock *H = getHeader();
-
-  for (pred_iterator I = pred_begin(H), E = pred_end(H); I != E; ++I)
-    if (contains(*I))
-      ++NumBackEdges;
-
-  return NumBackEdges;
-}
-
-void Loop::print(std::ostream &OS, unsigned Depth) const {
-  OS << std::string(Depth*2, ' ') << "Loop Containing: ";
-
-  for (unsigned i = 0; i < getBlocks().size(); ++i) {
-    if (i) OS << ",";
-    WriteAsOperand(OS, getBlocks()[i], false);
-  }
-  if (!ExitBlocks.empty()) {
-    OS << "\tExitBlocks: ";
-    for (unsigned i = 0; i < getExitBlocks().size(); ++i) {
-      if (i) OS << ",";
-      WriteAsOperand(OS, getExitBlocks()[i], false);
-    }
-  }
-
-  OS << "\n";
-
-  for (iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
-    (*I)->print(OS, Depth+2);
-}
-
-void Loop::dump() const {
-  print(std::cerr);
-}
-
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 // LoopInfo implementation
 //
-void LoopInfo::stub() {}
-
 bool LoopInfo::runOnFunction(Function &) {
   releaseMemory();
-  Calculate(getAnalysis<DominatorSet>());    // Update
+  LI->Calculate(getAnalysis<DominatorTree>());    // Update
   return false;
 }
 
-void LoopInfo::releaseMemory() {
-  for (std::vector<Loop*>::iterator I = TopLevelLoops.begin(),
-         E = TopLevelLoops.end(); I != E; ++I)
-    delete *I;   // Delete all of the loops...
-
-  BBMap.clear();                             // Reset internal state of analysis
-  TopLevelLoops.clear();
-}
-
-
-void LoopInfo::Calculate(const DominatorSet &DS) {
-  BasicBlock *RootNode = DS.getRoot();
-
-  for (df_iterator<BasicBlock*> NI = df_begin(RootNode),
-        NE = df_end(RootNode); NI != NE; ++NI)
-    if (Loop *L = ConsiderForLoop(*NI, DS))
-      TopLevelLoops.push_back(L);
-
-  for (unsigned i = 0; i < TopLevelLoops.size(); ++i)
-    TopLevelLoops[i]->setLoopDepth(1);
-}
-
 void LoopInfo::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
   AU.setPreservesAll();
-  AU.addRequired<DominatorSet>();
-}
-
-void LoopInfo::print(std::ostream &OS) const {
-  for (unsigned i = 0; i < TopLevelLoops.size(); ++i)
-    TopLevelLoops[i]->print(OS);
-#if 0
-  for (std::map<BasicBlock*, Loop*>::const_iterator I = BBMap.begin(),
-         E = BBMap.end(); I != E; ++I)
-    OS << "BB '" << I->first->getName() << "' level = "
-       << I->second->LoopDepth << "\n";
-#endif
-}
-
-static bool isNotAlreadyContainedIn(Loop *SubLoop, Loop *ParentLoop) {
-  if (SubLoop == 0) return true;
-  if (SubLoop == ParentLoop) return false;
-  return isNotAlreadyContainedIn(SubLoop->getParentLoop(), ParentLoop);
-}
-
-Loop *LoopInfo::ConsiderForLoop(BasicBlock *BB, const DominatorSet &DS) {
-  if (BBMap.find(BB) != BBMap.end()) return 0;   // Haven't processed this node?
-
-  std::vector<BasicBlock *> TodoStack;
-
-  // Scan the predecessors of BB, checking to see if BB dominates any of
-  // them.  This identifies backedges which target this node...
-  for (pred_iterator I = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); I != E; ++I)
-    if (DS.dominates(BB, *I))   // If BB dominates it's predecessor...
-      TodoStack.push_back(*I);
-
-  if (TodoStack.empty()) return 0;  // No backedges to this block...
-
-  // Create a new loop to represent this basic block...
-  Loop *L = new Loop(BB);
-  BBMap[BB] = L;
-
-  BasicBlock *EntryBlock = &BB->getParent()->getEntryBlock();
-
-  while (!TodoStack.empty()) {  // Process all the nodes in the loop
-    BasicBlock *X = TodoStack.back();
-    TodoStack.pop_back();
-
-    if (!L->contains(X) &&         // As of yet unprocessed??
-        DS.dominates(EntryBlock, X)) {   // X is reachable from entry block?
-      // Check to see if this block already belongs to a loop.  If this occurs
-      // then we have a case where a loop that is supposed to be a child of the
-      // current loop was processed before the current loop.  When this occurs,
-      // this child loop gets added to a part of the current loop, making it a
-      // sibling to the current loop.  We have to reparent this loop.
-      if (Loop *SubLoop = const_cast<Loop*>(getLoopFor(X)))
-        if (SubLoop->getHeader() == X && isNotAlreadyContainedIn(SubLoop, L)) {
-          // Remove the subloop from it's current parent...
-          assert(SubLoop->ParentLoop && SubLoop->ParentLoop != L);
-          Loop *SLP = SubLoop->ParentLoop;  // SubLoopParent
-          std::vector<Loop*>::iterator I =
-            std::find(SLP->SubLoops.begin(), SLP->SubLoops.end(), SubLoop);
-          assert(I != SLP->SubLoops.end() && "SubLoop not a child of parent?");
-          SLP->SubLoops.erase(I);   // Remove from parent...
-          
-          // Add the subloop to THIS loop...
-          SubLoop->ParentLoop = L;
-          L->SubLoops.push_back(SubLoop);
-        }
-
-      // Normal case, add the block to our loop...
-      L->Blocks.push_back(X);
-        
-      // Add all of the predecessors of X to the end of the work stack...
-      TodoStack.insert(TodoStack.end(), pred_begin(X), pred_end(X));
-    }
-  }
-
-  // If there are any loops nested within this loop, create them now!
-  for (std::vector<BasicBlock*>::iterator I = L->Blocks.begin(),
-        E = L->Blocks.end(); I != E; ++I)
-    if (Loop *NewLoop = ConsiderForLoop(*I, DS)) {
-      L->SubLoops.push_back(NewLoop);
-      NewLoop->ParentLoop = L;
-    }
-
-  // Add the basic blocks that comprise this loop to the BBMap so that this
-  // loop can be found for them.
-  //
-  for (std::vector<BasicBlock*>::iterator I = L->Blocks.begin(),
-        E = L->Blocks.end(); I != E; ++I) {
-    std::map<BasicBlock*, Loop*>::iterator BBMI = BBMap.lower_bound(*I);
-    if (BBMI == BBMap.end() || BBMI->first != *I)  // Not in map yet...
-      BBMap.insert(BBMI, std::make_pair(*I, L));   // Must be at this level
-  }
-
-  // Now that we have a list of all of the child loops of this loop, check to
-  // see if any of them should actually be nested inside of each other.  We can
-  // accidentally pull loops our of their parents, so we must make sure to
-  // organize the loop nests correctly now.
-  {
-    std::map<BasicBlock*, Loop*> ContainingLoops;
-    for (unsigned i = 0; i != L->SubLoops.size(); ++i) {
-      Loop *Child = L->SubLoops[i];
-      assert(Child->getParentLoop() == L && "Not proper child loop?");
-
-      if (Loop *ContainingLoop = ContainingLoops[Child->getHeader()]) {
-        // If there is already a loop which contains this loop, move this loop
-        // into the containing loop.
-        MoveSiblingLoopInto(Child, ContainingLoop);
-        --i;  // The loop got removed from the SubLoops list.
-      } else {
-        // This is currently considered to be a top-level loop.  Check to see if
-        // any of the contained blocks are loop headers for subloops we have
-        // already processed.
-        for (unsigned b = 0, e = Child->Blocks.size(); b != e; ++b) {
-          Loop *&BlockLoop = ContainingLoops[Child->Blocks[b]];
-          if (BlockLoop == 0) {   // Child block not processed yet...
-            BlockLoop = Child;
-          } else if (BlockLoop != Child) {
-            Loop *SubLoop = BlockLoop;
-            // Reparent all of the blocks which used to belong to BlockLoops
-            for (unsigned j = 0, e = SubLoop->Blocks.size(); j != e; ++j)
-              ContainingLoops[SubLoop->Blocks[j]] = Child;
-
-            // There is already a loop which contains this block, that means
-            // that we should reparent the loop which the block is currently
-            // considered to belong to to be a child of this loop.
-            MoveSiblingLoopInto(SubLoop, Child);
-            --i;  // We just shrunk the SubLoops list.
-          }
-        }
-      }      
-    }
-  }
-
-  // Now that we know all of the blocks that make up this loop, see if there are
-  // any branches to outside of the loop... building the ExitBlocks list.
-  for (std::vector<BasicBlock*>::iterator BI = L->Blocks.begin(),
-         BE = L->Blocks.end(); BI != BE; ++BI)
-    for (succ_iterator I = succ_begin(*BI), E = succ_end(*BI); I != E; ++I)
-      if (!L->contains(*I))               // Not in current loop?
-        L->ExitBlocks.push_back(*I);      // It must be an exit block...
-
-  return L;
-}
-
-/// MoveSiblingLoopInto - This method moves the NewChild loop to live inside of
-/// the NewParent Loop, instead of being a sibling of it.
-void LoopInfo::MoveSiblingLoopInto(Loop *NewChild, Loop *NewParent) {
-  Loop *OldParent = NewChild->getParentLoop();
-  assert(OldParent && OldParent == NewParent->getParentLoop() &&
-         NewChild != NewParent && "Not sibling loops!");
-
-  // Remove NewChild from being a child of OldParent
-  std::vector<Loop*>::iterator I =
-    std::find(OldParent->SubLoops.begin(), OldParent->SubLoops.end(), NewChild);
-  assert(I != OldParent->SubLoops.end() && "Parent fields incorrect??");
-  OldParent->SubLoops.erase(I);   // Remove from parent's subloops list
-  NewChild->ParentLoop = 0;
-  
-  InsertLoopInto(NewChild, NewParent);  
-}
-
-/// InsertLoopInto - This inserts loop L into the specified parent loop.  If the
-/// parent loop contains a loop which should contain L, the loop gets inserted
-/// into L instead.
-void LoopInfo::InsertLoopInto(Loop *L, Loop *Parent) {
-  BasicBlock *LHeader = L->getHeader();
-  assert(Parent->contains(LHeader) && "This loop should not be inserted here!");
-  
-  // Check to see if it belongs in a child loop...
-  for (unsigned i = 0, e = Parent->SubLoops.size(); i != e; ++i)
-    if (Parent->SubLoops[i]->contains(LHeader)) {
-      InsertLoopInto(L, Parent->SubLoops[i]);
-      return;
-    }      
-
-  // If not, insert it here!
-  Parent->SubLoops.push_back(L);
-  L->ParentLoop = Parent;
-}
-
-/// changeLoopFor - Change the top-level loop that contains BB to the
-/// specified loop.  This should be used by transformations that restructure
-/// the loop hierarchy tree.
-void LoopInfo::changeLoopFor(BasicBlock *BB, Loop *L) {
-  Loop *&OldLoop = BBMap[BB];
-  assert(OldLoop && "Block not in a loop yet!");
-  OldLoop = L;
-}
-
-/// changeTopLevelLoop - Replace the specified loop in the top-level loops
-/// list with the indicated loop.
-void LoopInfo::changeTopLevelLoop(Loop *OldLoop, Loop *NewLoop) {
-  std::vector<Loop*>::iterator I = std::find(TopLevelLoops.begin(),
-                                             TopLevelLoops.end(), OldLoop);
-  assert(I != TopLevelLoops.end() && "Old loop not at top level!");
-  *I = NewLoop;
-  assert(NewLoop->ParentLoop == 0 && OldLoop->ParentLoop == 0 &&
-         "Loops already embedded into a subloop!");
-}
-
-/// removeLoop - This removes the specified top-level loop from this loop info
-/// object.  The loop is not deleted, as it will presumably be inserted into
-/// another loop.
-Loop *LoopInfo::removeLoop(iterator I) {
-  assert(I != end() && "Cannot remove end iterator!");
-  Loop *L = *I;
-  assert(L->getParentLoop() == 0 && "Not a top-level loop!");
-  TopLevelLoops.erase(TopLevelLoops.begin() + (I-begin()));
-  return L;
-}
-
-/// removeBlock - This method completely removes BB from all data structures,
-/// including all of the Loop objects it is nested in and our mapping from
-/// BasicBlocks to loops.
-void LoopInfo::removeBlock(BasicBlock *BB) {
-  std::map<BasicBlock *, Loop*>::iterator I = BBMap.find(BB);
-  if (I != BBMap.end()) {
-    for (Loop *L = I->second; L; L = L->getParentLoop())
-      L->removeBlockFromLoop(BB);
-    
-    BBMap.erase(I);
-  }
-}
-
-
-//===----------------------------------------------------------------------===//
-// APIs for simple analysis of the loop.
-//
-
-/// getLoopPreheader - If there is a preheader for this loop, return it.  A
-/// loop has a preheader if there is only one edge to the header of the loop
-/// from outside of the loop.  If this is the case, the block branching to the
-/// header of the loop is the preheader node.
-///
-/// This method returns null if there is no preheader for the loop.
-///
-BasicBlock *Loop::getLoopPreheader() const {
-  // Keep track of nodes outside the loop branching to the header...
-  BasicBlock *Out = 0;
-
-  // Loop over the predecessors of the header node...
-  BasicBlock *Header = getHeader();
-  for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), PE = pred_end(Header);
-       PI != PE; ++PI)
-    if (!contains(*PI)) {     // If the block is not in the loop...
-      if (Out && Out != *PI)
-        return 0;             // Multiple predecessors outside the loop
-      Out = *PI;
-    }
-  
-  // Make sure there is only one exit out of the preheader...
-  succ_iterator SI = succ_begin(Out);
-  ++SI;
-  if (SI != succ_end(Out))
-    return 0;  // Multiple exits from the block, must not be a preheader.
-
-
-  // If there is exactly one preheader, return it.  If there was zero, then Out
-  // is still null.
-  return Out;
-}
-
-/// getCanonicalInductionVariable - Check to see if the loop has a canonical
-/// induction variable: an integer recurrence that starts at 0 and increments by
-/// one each time through the loop.  If so, return the phi node that corresponds
-/// to it.
-///
-PHINode *Loop::getCanonicalInductionVariable() const {
-  BasicBlock *H = getHeader();
-
-  BasicBlock *Incoming = 0, *Backedge = 0;
-  pred_iterator PI = pred_begin(H);
-  assert(PI != pred_end(H) && "Loop must have at least one backedge!");
-  Backedge = *PI++;
-  if (PI == pred_end(H)) return 0;  // dead loop
-  Incoming = *PI++;
-  if (PI != pred_end(H)) return 0;  // multiple backedges?
-
-  if (contains(Incoming)) {
-    if (contains(Backedge))
-      return 0;
-    std::swap(Incoming, Backedge);
-  } else if (!contains(Backedge))
-    return 0;
-
-  // Loop over all of the PHI nodes, looking for a canonical indvar.
-  for (BasicBlock::iterator I = H->begin();
-       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
-    if (Instruction *Inc =
-        dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(Backedge)))
-      if (Inc->getOpcode() == Instruction::Add && Inc->getOperand(0) == PN)
-        if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Inc->getOperand(1)))
-          if (CI->equalsInt(1))
-            return PN;
-
-  return 0;
-}
-
-/// getCanonicalInductionVariableIncrement - Return the LLVM value that holds
-/// the canonical induction variable value for the "next" iteration of the loop.
-/// This always succeeds if getCanonicalInductionVariable succeeds.
-///
-Instruction *Loop::getCanonicalInductionVariableIncrement() const {
-  if (PHINode *PN = getCanonicalInductionVariable()) {
-    bool P1InLoop = contains(PN->getIncomingBlock(1));
-    return cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(P1InLoop));
-  }
-  return 0;
-}
-
-/// getTripCount - Return a loop-invariant LLVM value indicating the number of
-/// times the loop will be executed.  Note that this means that the backedge of
-/// the loop executes N-1 times.  If the trip-count cannot be determined, this
-/// returns null.
-///
-Value *Loop::getTripCount() const {
-  // Canonical loops will end with a 'setne I, V', where I is the incremented
-  // canonical induction variable and V is the trip count of the loop.
-  Instruction *Inc = getCanonicalInductionVariableIncrement();
-  if (Inc == 0) return 0;
-  PHINode *IV = cast<PHINode>(Inc->getOperand(0));
-  
-  BasicBlock *BackedgeBlock =
-    IV->getIncomingBlock(contains(IV->getIncomingBlock(1)));
-
-  if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BackedgeBlock->getTerminator()))
-    if (SetCondInst *SCI = dyn_cast<SetCondInst>(BI->getCondition()))
-      if (SCI->getOperand(0) == Inc)
-        if (BI->getSuccessor(0) == getHeader()) {
-          if (SCI->getOpcode() == Instruction::SetNE)
-            return SCI->getOperand(1);
-        } else if (SCI->getOpcode() == Instruction::SetEQ) {
-          return SCI->getOperand(1);
-        }
-  
-  return 0;
-}
-
-
-//===-------------------------------------------------------------------===//
-// APIs for updating loop information after changing the CFG
-//
-
-/// addBasicBlockToLoop - This function is used by other analyses to update loop
-/// information.  NewBB is set to be a new member of the current loop.  Because
-/// of this, it is added as a member of all parent loops, and is added to the
-/// specified LoopInfo object as being in the current basic block.  It is not
-/// valid to replace the loop header with this method.
-///
-void Loop::addBasicBlockToLoop(BasicBlock *NewBB, LoopInfo &LI) {
-  assert((Blocks.empty() || LI[getHeader()] == this) &&
-         "Incorrect LI specified for this loop!");
-  assert(NewBB && "Cannot add a null basic block to the loop!");
-  assert(LI[NewBB] == 0 && "BasicBlock already in the loop!");
-
-  // Add the loop mapping to the LoopInfo object...
-  LI.BBMap[NewBB] = this;
-
-  // Add the basic block to this loop and all parent loops...
-  Loop *L = this;
-  while (L) {
-    L->Blocks.push_back(NewBB);
-    L = L->getParentLoop();
-  }
-}
-
-/// changeExitBlock - This method is used to update loop information.  All
-/// instances of the specified Old basic block are removed from the exit list
-/// and replaced with New.
-///
-void Loop::changeExitBlock(BasicBlock *Old, BasicBlock *New) {
-  assert(Old != New && "Cannot changeExitBlock to the same thing!");
-  assert(Old && New && "Cannot changeExitBlock to or from a null node!");
-  assert(hasExitBlock(Old) && "Old exit block not found!");
-  std::vector<BasicBlock*>::iterator
-    I = std::find(ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end(), Old);
-  while (I != ExitBlocks.end()) {
-    *I = New;
-    I = std::find(I+1, ExitBlocks.end(), Old);
-  }
-}
-
-/// replaceChildLoopWith - This is used when splitting loops up.  It replaces
-/// the OldChild entry in our children list with NewChild, and updates the
-/// parent pointers of the two loops as appropriate.
-void Loop::replaceChildLoopWith(Loop *OldChild, Loop *NewChild) {
-  assert(OldChild->ParentLoop == this && "This loop is already broken!");
-  assert(NewChild->ParentLoop == 0 && "NewChild already has a parent!");
-  std::vector<Loop*>::iterator I = std::find(SubLoops.begin(), SubLoops.end(),
-                                             OldChild);
-  assert(I != SubLoops.end() && "OldChild not in loop!");
-  *I = NewChild;
-  OldChild->ParentLoop = 0;
-  NewChild->ParentLoop = this;
-
-  // Update the loop depth of the new child.
-  NewChild->setLoopDepth(LoopDepth+1);
-}
-
-/// addChildLoop - Add the specified loop to be a child of this loop.
-///
-void Loop::addChildLoop(Loop *NewChild) {
-  assert(NewChild->ParentLoop == 0 && "NewChild already has a parent!");
-  NewChild->ParentLoop = this;
-  SubLoops.push_back(NewChild);
-
-  // Update the loop depth of the new child.
-  NewChild->setLoopDepth(LoopDepth+1);
-}
-
-template<typename T>
-static void RemoveFromVector(std::vector<T*> &V, T *N) {
-  typename std::vector<T*>::iterator I = std::find(V.begin(), V.end(), N);
-  assert(I != V.end() && "N is not in this list!");
-  V.erase(I);
-}
-
-/// removeChildLoop - This removes the specified child from being a subloop of
-/// this loop.  The loop is not deleted, as it will presumably be inserted
-/// into another loop.
-Loop *Loop::removeChildLoop(iterator I) {
-  assert(I != SubLoops.end() && "Cannot remove end iterator!");
-  Loop *Child = *I;
-  assert(Child->ParentLoop == this && "Child is not a child of this loop!");
-  SubLoops.erase(SubLoops.begin()+(I-begin()));
-  Child->ParentLoop = 0;
-  return Child;
+  AU.addRequired<DominatorTree>();
 }
 
-
-/// removeBlockFromLoop - This removes the specified basic block from the
-/// current loop, updating the Blocks and ExitBlocks lists as appropriate.  This
-/// does not update the mapping in the LoopInfo class.
-void Loop::removeBlockFromLoop(BasicBlock *BB) {
-  RemoveFromVector(Blocks, BB);
-
-  // If this block branched out of this loop, remove any exit blocks entries due
-  // to it.
-  for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
-    if (!contains(*SI) && *SI != BB)
-      RemoveFromVector(ExitBlocks, *SI);
-
-  // If any blocks in this loop branch to BB, add it to the exit blocks set.
-  for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
-    if (contains(*PI))
-      ExitBlocks.push_back(BB);
-}
+// Ensure this file gets linked when LoopInfo.h is used.
+DEFINING_FILE_FOR(LoopInfo)