Rename LoopInfo::Analyze() to LoopInfo::analyze() and turn its parameter type to...
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / LoopInfo.cpp
index 20ca8929971ddf7be0dbb69598bf7c3a36f2e528..7ca811067d41400ecc3051505feb09521403638b 100644 (file)
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 //
 //                     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 is distributed under the University of Illinois Open Source
+// License. See LICENSE.TXT for details.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
-#include "llvm/Constants.h"
-#include "llvm/Instructions.h"
-#include "llvm/Analysis/Dominators.h"
-#include "llvm/Assembly/Writer.h"
-#include "llvm/Support/CFG.h"
-#include "llvm/Support/Streams.h"
 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
+#include "llvm/Analysis/LoopInfoImpl.h"
+#include "llvm/Analysis/LoopIterator.h"
+#include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
+#include "llvm/IR/CFG.h"
+#include "llvm/IR/Constants.h"
+#include "llvm/IR/Dominators.h"
+#include "llvm/IR/Instructions.h"
+#include "llvm/IR/LLVMContext.h"
+#include "llvm/IR/Metadata.h"
+#include "llvm/IR/PassManager.h"
+#include "llvm/Support/CommandLine.h"
+#include "llvm/Support/Debug.h"
+#include "llvm/Support/raw_ostream.h"
 #include <algorithm>
-#include <ostream>
 using namespace llvm;
 
-char LoopInfo::ID = 0;
-static RegisterPass<LoopInfo>
-X("loops", "Natural Loop Construction", true);
+// Explicitly instantiate methods in LoopInfoImpl.h for IR-level Loops.
+template class llvm::LoopBase<BasicBlock, Loop>;
+template class llvm::LoopInfoBase<BasicBlock, Loop>;
+
+// Always verify loopinfo if expensive checking is enabled.
+#ifdef XDEBUG
+static bool VerifyLoopInfo = true;
+#else
+static bool VerifyLoopInfo = false;
+#endif
+static cl::opt<bool,true>
+VerifyLoopInfoX("verify-loop-info", cl::location(VerifyLoopInfo),
+                cl::desc("Verify loop info (time consuming)"));
+
+// Loop identifier metadata name.
+static const char *const LoopMDName = "llvm.loop";
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 // Loop implementation
 //
 
-/// getNumBackEdges - Calculate the number of back edges to the loop header.
+/// isLoopInvariant - Return true if the specified value is loop invariant
 ///
-
-//===----------------------------------------------------------------------===//
-// LoopInfo implementation
-//
-bool LoopInfo::runOnFunction(Function &) {
-  releaseMemory();
-  Calculate(getAnalysis<DominatorTree>());    // Update
-  return false;
+bool Loop::isLoopInvariant(const Value *V) const {
+  if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
+    return !contains(I);
+  return true;  // All non-instructions are loop invariant
 }
 
-void LoopInfo::releaseMemory() {
-  for (std::vector<Loop*>::iterator I = TopLevelLoops.begin(),
-         E = TopLevelLoops.end(); I != E; ++I)
-    delete *I;   // Delete all of the loops...
+/// hasLoopInvariantOperands - Return true if all the operands of the
+/// specified instruction are loop invariant.
+bool Loop::hasLoopInvariantOperands(const Instruction *I) const {
+  return all_of(I->operands(), [this](Value *V) { return isLoopInvariant(V); });
+}
 
-  BBMap.clear();                             // Reset internal state of analysis
-  TopLevelLoops.clear();
+/// makeLoopInvariant - If the given value is an instruciton inside of the
+/// loop and it can be hoisted, do so to make it trivially loop-invariant.
+/// Return true if the value after any hoisting is loop invariant. This
+/// function can be used as a slightly more aggressive replacement for
+/// isLoopInvariant.
+///
+/// If InsertPt is specified, it is the point to hoist instructions to.
+/// If null, the terminator of the loop preheader is used.
+///
+bool Loop::makeLoopInvariant(Value *V, bool &Changed,
+                             Instruction *InsertPt) const {
+  if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
+    return makeLoopInvariant(I, Changed, InsertPt);
+  return true;  // All non-instructions are loop-invariant.
 }
 
-void LoopInfo::Calculate(DominatorTree &DT) {
-  BasicBlock *RootNode = DT.getRootNode()->getBlock();
+/// makeLoopInvariant - If the given instruction is inside of the
+/// loop and it can be hoisted, do so to make it trivially loop-invariant.
+/// Return true if the instruction after any hoisting is loop invariant. This
+/// function can be used as a slightly more aggressive replacement for
+/// isLoopInvariant.
+///
+/// If InsertPt is specified, it is the point to hoist instructions to.
+/// If null, the terminator of the loop preheader is used.
+///
+bool Loop::makeLoopInvariant(Instruction *I, bool &Changed,
+                             Instruction *InsertPt) const {
+  // Test if the value is already loop-invariant.
+  if (isLoopInvariant(I))
+    return true;
+  if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
+    return false;
+  if (I->mayReadFromMemory())
+    return false;
+  // The landingpad instruction is immobile.
+  if (isa<LandingPadInst>(I))
+    return false;
+  // Determine the insertion point, unless one was given.
+  if (!InsertPt) {
+    BasicBlock *Preheader = getLoopPreheader();
+    // Without a preheader, hoisting is not feasible.
+    if (!Preheader)
+      return false;
+    InsertPt = Preheader->getTerminator();
+  }
+  // Don't hoist instructions with loop-variant operands.
+  for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
+    if (!makeLoopInvariant(I->getOperand(i), Changed, InsertPt))
+      return false;
+
+  // Hoist.
+  I->moveBefore(InsertPt);
+  Changed = true;
+  return true;
+}
 
-  for (df_iterator<BasicBlock*> NI = df_begin(RootNode),
-         NE = df_end(RootNode); NI != NE; ++NI)
-    if (Loop *L = ConsiderForLoop(*NI, DT))
-      TopLevelLoops.push_back(L);
+/// 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.
+///
+/// The IndVarSimplify pass transforms loops to have a canonical induction
+/// variable.
+///
+PHINode *Loop::getCanonicalInductionVariable() const {
+  BasicBlock *H = getHeader();
+
+  BasicBlock *Incoming = nullptr, *Backedge = nullptr;
+  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 nullptr;  // dead loop
+  Incoming = *PI++;
+  if (PI != pred_end(H)) return nullptr;  // multiple backedges?
+
+  if (contains(Incoming)) {
+    if (contains(Backedge))
+      return nullptr;
+    std::swap(Incoming, Backedge);
+  } else if (!contains(Backedge))
+    return nullptr;
+
+  // Loop over all of the PHI nodes, looking for a canonical indvar.
+  for (BasicBlock::iterator I = H->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
+    PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
+    if (ConstantInt *CI =
+        dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(Incoming)))
+      if (CI->isNullValue())
+        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 nullptr;
 }
 
-void LoopInfo::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
-  AU.setPreservesAll();
-  AU.addRequired<DominatorTree>();
+/// isLCSSAForm - Return true if the Loop is in LCSSA form
+bool Loop::isLCSSAForm(DominatorTree &DT) const {
+  for (block_iterator BI = block_begin(), E = block_end(); BI != E; ++BI) {
+    BasicBlock *BB = *BI;
+    for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;++I)
+      for (Use &U : I->uses()) {
+        Instruction *UI = cast<Instruction>(U.getUser());
+        BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
+        if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(UI))
+          UserBB = P->getIncomingBlock(U);
+
+        // Check the current block, as a fast-path, before checking whether
+        // the use is anywhere in the loop.  Most values are used in the same
+        // block they are defined in.  Also, blocks not reachable from the
+        // entry are special; uses in them don't need to go through PHIs.
+        if (UserBB != BB &&
+            !contains(UserBB) &&
+            DT.isReachableFromEntry(UserBB))
+          return false;
+      }
+  }
+
+  return true;
 }
 
-void LoopInfo::print(std::ostream &OS, const Module* ) 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->getLoopDepth() << "\n";
-#endif
+/// isLoopSimplifyForm - Return true if the Loop is in the form that
+/// the LoopSimplify form transforms loops to, which is sometimes called
+/// normal form.
+bool Loop::isLoopSimplifyForm() const {
+  // Normal-form loops have a preheader, a single backedge, and all of their
+  // exits have all their predecessors inside the loop.
+  return getLoopPreheader() && getLoopLatch() && hasDedicatedExits();
 }
 
-static bool isNotAlreadyContainedIn(Loop *SubLoop, Loop *ParentLoop) {
-  if (SubLoop == 0) return true;
-  if (SubLoop == ParentLoop) return false;
-  return isNotAlreadyContainedIn(SubLoop->getParentLoop(), ParentLoop);
+/// isSafeToClone - Return true if the loop body is safe to clone in practice.
+/// Routines that reform the loop CFG and split edges often fail on indirectbr.
+bool Loop::isSafeToClone() const {
+  // Return false if any loop blocks contain indirectbrs, or there are any calls
+  // to noduplicate functions.
+  for (Loop::block_iterator I = block_begin(), E = block_end(); I != E; ++I) {
+    if (isa<IndirectBrInst>((*I)->getTerminator()))
+      return false;
+
+    if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>((*I)->getTerminator()))
+      if (II->cannotDuplicate())
+        return false;
+
+    for (BasicBlock::iterator BI = (*I)->begin(), BE = (*I)->end(); BI != BE; ++BI) {
+      if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(BI)) {
+        if (CI->cannotDuplicate())
+          return false;
+      }
+    }
+  }
+  return true;
 }
 
-Loop *LoopInfo::ConsiderForLoop(BasicBlock *BB, DominatorTree &DT) {
-  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 (DT.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??
-        DT.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);
+MDNode *Loop::getLoopID() const {
+  MDNode *LoopID = nullptr;
+  if (isLoopSimplifyForm()) {
+    LoopID = getLoopLatch()->getTerminator()->getMetadata(LoopMDName);
+  } else {
+    // Go through each predecessor of the loop header and check the
+    // terminator for the metadata.
+    BasicBlock *H = getHeader();
+    for (block_iterator I = block_begin(), IE = block_end(); I != IE; ++I) {
+      TerminatorInst *TI = (*I)->getTerminator();
+      MDNode *MD = nullptr;
+
+      // Check if this terminator branches to the loop header.
+      for (unsigned i = 0, ie = TI->getNumSuccessors(); i != ie; ++i) {
+        if (TI->getSuccessor(i) == H) {
+          MD = TI->getMetadata(LoopMDName);
+          break;
         }
+      }
+      if (!MD)
+        return nullptr;
 
-      // Normal case, add the block to our loop...
-      L->Blocks.push_back(X);
+      if (!LoopID)
+        LoopID = MD;
+      else if (MD != LoopID)
+        return nullptr;
+    }
+  }
+  if (!LoopID || LoopID->getNumOperands() == 0 ||
+      LoopID->getOperand(0) != LoopID)
+    return nullptr;
+  return LoopID;
+}
+
+void Loop::setLoopID(MDNode *LoopID) const {
+  assert(LoopID && "Loop ID should not be null");
+  assert(LoopID->getNumOperands() > 0 && "Loop ID needs at least one operand");
+  assert(LoopID->getOperand(0) == LoopID && "Loop ID should refer to itself");
 
-      // 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 (isLoopSimplifyForm()) {
+    getLoopLatch()->getTerminator()->setMetadata(LoopMDName, LoopID);
+    return;
+  }
+
+  BasicBlock *H = getHeader();
+  for (block_iterator I = block_begin(), IE = block_end(); I != IE; ++I) {
+    TerminatorInst *TI = (*I)->getTerminator();
+    for (unsigned i = 0, ie = TI->getNumSuccessors(); i != ie; ++i) {
+      if (TI->getSuccessor(i) == H)
+        TI->setMetadata(LoopMDName, LoopID);
     }
   }
+}
 
-  // 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, DT)) {
-      L->SubLoops.push_back(NewLoop);
-      NewLoop->ParentLoop = L;
+bool Loop::isAnnotatedParallel() const {
+  MDNode *desiredLoopIdMetadata = getLoopID();
+
+  if (!desiredLoopIdMetadata)
+      return false;
+
+  // The loop branch contains the parallel loop metadata. In order to ensure
+  // that any parallel-loop-unaware optimization pass hasn't added loop-carried
+  // dependencies (thus converted the loop back to a sequential loop), check
+  // that all the memory instructions in the loop contain parallelism metadata
+  // that point to the same unique "loop id metadata" the loop branch does.
+  for (block_iterator BB = block_begin(), BE = block_end(); BB != BE; ++BB) {
+    for (BasicBlock::iterator II = (*BB)->begin(), EE = (*BB)->end();
+         II != EE; II++) {
+
+      if (!II->mayReadOrWriteMemory())
+        continue;
+
+      // The memory instruction can refer to the loop identifier metadata
+      // directly or indirectly through another list metadata (in case of
+      // nested parallel loops). The loop identifier metadata refers to
+      // itself so we can check both cases with the same routine.
+      MDNode *loopIdMD =
+          II->getMetadata(LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access);
+
+      if (!loopIdMD)
+        return false;
+
+      bool loopIdMDFound = false;
+      for (unsigned i = 0, e = loopIdMD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
+        if (loopIdMD->getOperand(i) == desiredLoopIdMetadata) {
+          loopIdMDFound = true;
+          break;
+        }
+      }
+
+      if (!loopIdMDFound)
+        return false;
     }
+  }
+  return true;
+}
+
 
-  // 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
+/// hasDedicatedExits - Return true if no exit block for the loop
+/// has a predecessor that is outside the loop.
+bool Loop::hasDedicatedExits() const {
+  // Each predecessor of each exit block of a normal loop is contained
+  // within the loop.
+  SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitBlocks;
+  getExitBlocks(ExitBlocks);
+  for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
+    for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlocks[i]),
+         PE = pred_end(ExitBlocks[i]); PI != PE; ++PI)
+      if (!contains(*PI))
+        return false;
+  // All the requirements are met.
+  return true;
+}
+
+/// getUniqueExitBlocks - Return all unique successor blocks of this loop.
+/// These are the blocks _outside of the current loop_ which are branched to.
+/// This assumes that loop exits are in canonical form.
+///
+void
+Loop::getUniqueExitBlocks(SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ExitBlocks) const {
+  assert(hasDedicatedExits() &&
+         "getUniqueExitBlocks assumes the loop has canonical form exits!");
+
+  SmallVector<BasicBlock *, 32> switchExitBlocks;
+
+  for (block_iterator BI = block_begin(), BE = block_end(); BI != BE; ++BI) {
+
+    BasicBlock *current = *BI;
+    switchExitBlocks.clear();
+
+    for (succ_iterator I = succ_begin(*BI), E = succ_end(*BI); I != E; ++I) {
+      // If block is inside the loop then it is not a exit block.
+      if (contains(*I))
+        continue;
+
+      pred_iterator PI = pred_begin(*I);
+      BasicBlock *firstPred = *PI;
+
+      // If current basic block is this exit block's first predecessor
+      // then only insert exit block in to the output ExitBlocks vector.
+      // This ensures that same exit block is not inserted twice into
+      // ExitBlocks vector.
+      if (current != firstPred)
+        continue;
+
+      // If a terminator has more then two successors, for example SwitchInst,
+      // then it is possible that there are multiple edges from current block
+      // to one exit block.
+      if (std::distance(succ_begin(current), succ_end(current)) <= 2) {
+        ExitBlocks.push_back(*I);
+        continue;
+      }
+
+      // In case of multiple edges from current block to exit block, collect
+      // only one edge in ExitBlocks. Use switchExitBlocks to keep track of
+      // duplicate edges.
+      if (std::find(switchExitBlocks.begin(), switchExitBlocks.end(), *I)
+          == switchExitBlocks.end()) {
+        switchExitBlocks.push_back(*I);
+        ExitBlocks.push_back(*I);
+      }
+    }
   }
+}
 
-  // 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.
-          }
-        }
+/// getUniqueExitBlock - If getUniqueExitBlocks would return exactly one
+/// block, return that block. Otherwise return null.
+BasicBlock *Loop::getUniqueExitBlock() const {
+  SmallVector<BasicBlock *, 8> UniqueExitBlocks;
+  getUniqueExitBlocks(UniqueExitBlocks);
+  if (UniqueExitBlocks.size() == 1)
+    return UniqueExitBlocks[0];
+  return nullptr;
+}
+
+#if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
+void Loop::dump() const {
+  print(dbgs());
+}
+#endif
+
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+// UnloopUpdater implementation
+//
+
+namespace {
+/// Find the new parent loop for all blocks within the "unloop" whose last
+/// backedges has just been removed.
+class UnloopUpdater {
+  Loop *Unloop;
+  LoopInfo *LI;
+
+  LoopBlocksDFS DFS;
+
+  // Map unloop's immediate subloops to their nearest reachable parents. Nested
+  // loops within these subloops will not change parents. However, an immediate
+  // subloop's new parent will be the nearest loop reachable from either its own
+  // exits *or* any of its nested loop's exits.
+  DenseMap<Loop*, Loop*> SubloopParents;
+
+  // Flag the presence of an irreducible backedge whose destination is a block
+  // directly contained by the original unloop.
+  bool FoundIB;
+
+public:
+  UnloopUpdater(Loop *UL, LoopInfo *LInfo) :
+    Unloop(UL), LI(LInfo), DFS(UL), FoundIB(false) {}
+
+  void updateBlockParents();
+
+  void removeBlocksFromAncestors();
+
+  void updateSubloopParents();
+
+protected:
+  Loop *getNearestLoop(BasicBlock *BB, Loop *BBLoop);
+};
+} // end anonymous namespace
+
+/// updateBlockParents - Update the parent loop for all blocks that are directly
+/// contained within the original "unloop".
+void UnloopUpdater::updateBlockParents() {
+  if (Unloop->getNumBlocks()) {
+    // Perform a post order CFG traversal of all blocks within this loop,
+    // propagating the nearest loop from sucessors to predecessors.
+    LoopBlocksTraversal Traversal(DFS, LI);
+    for (LoopBlocksTraversal::POTIterator POI = Traversal.begin(),
+           POE = Traversal.end(); POI != POE; ++POI) {
+
+      Loop *L = LI->getLoopFor(*POI);
+      Loop *NL = getNearestLoop(*POI, L);
+
+      if (NL != L) {
+        // For reducible loops, NL is now an ancestor of Unloop.
+        assert((NL != Unloop && (!NL || NL->contains(Unloop))) &&
+               "uninitialized successor");
+        LI->changeLoopFor(*POI, NL);
+      }
+      else {
+        // Or the current block is part of a subloop, in which case its parent
+        // is unchanged.
+        assert((FoundIB || Unloop->contains(L)) && "uninitialized successor");
+      }
+    }
+  }
+  // Each irreducible loop within the unloop induces a round of iteration using
+  // the DFS result cached by Traversal.
+  bool Changed = FoundIB;
+  for (unsigned NIters = 0; Changed; ++NIters) {
+    assert(NIters < Unloop->getNumBlocks() && "runaway iterative algorithm");
+
+    // Iterate over the postorder list of blocks, propagating the nearest loop
+    // from successors to predecessors as before.
+    Changed = false;
+    for (LoopBlocksDFS::POIterator POI = DFS.beginPostorder(),
+           POE = DFS.endPostorder(); POI != POE; ++POI) {
+
+      Loop *L = LI->getLoopFor(*POI);
+      Loop *NL = getNearestLoop(*POI, L);
+      if (NL != L) {
+        assert(NL != Unloop && (!NL || NL->contains(Unloop)) &&
+               "uninitialized successor");
+        LI->changeLoopFor(*POI, NL);
+        Changed = true;
       }
     }
   }
+}
 
-  return L;
+/// removeBlocksFromAncestors - Remove unloop's blocks from all ancestors below
+/// their new parents.
+void UnloopUpdater::removeBlocksFromAncestors() {
+  // Remove all unloop's blocks (including those in nested subloops) from
+  // ancestors below the new parent loop.
+  for (Loop::block_iterator BI = Unloop->block_begin(),
+         BE = Unloop->block_end(); BI != BE; ++BI) {
+    Loop *OuterParent = LI->getLoopFor(*BI);
+    if (Unloop->contains(OuterParent)) {
+      while (OuterParent->getParentLoop() != Unloop)
+        OuterParent = OuterParent->getParentLoop();
+      OuterParent = SubloopParents[OuterParent];
+    }
+    // Remove blocks from former Ancestors except Unloop itself which will be
+    // deleted.
+    for (Loop *OldParent = Unloop->getParentLoop(); OldParent != OuterParent;
+         OldParent = OldParent->getParentLoop()) {
+      assert(OldParent && "new loop is not an ancestor of the original");
+      OldParent->removeBlockFromLoop(*BI);
+    }
+  }
 }
 
-/// 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);
+/// updateSubloopParents - Update the parent loop for all subloops directly
+/// nested within unloop.
+void UnloopUpdater::updateSubloopParents() {
+  while (!Unloop->empty()) {
+    Loop *Subloop = *std::prev(Unloop->end());
+    Unloop->removeChildLoop(std::prev(Unloop->end()));
+
+    assert(SubloopParents.count(Subloop) && "DFS failed to visit subloop");
+    if (Loop *Parent = SubloopParents[Subloop])
+      Parent->addChildLoop(Subloop);
+    else
+      LI->addTopLevelLoop(Subloop);
+  }
 }
 
-/// 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;
+/// getNearestLoop - Return the nearest parent loop among this block's
+/// successors. If a successor is a subloop header, consider its parent to be
+/// the nearest parent of the subloop's exits.
+///
+/// For subloop blocks, simply update SubloopParents and return NULL.
+Loop *UnloopUpdater::getNearestLoop(BasicBlock *BB, Loop *BBLoop) {
+
+  // Initially for blocks directly contained by Unloop, NearLoop == Unloop and
+  // is considered uninitialized.
+  Loop *NearLoop = BBLoop;
+
+  Loop *Subloop = nullptr;
+  if (NearLoop != Unloop && Unloop->contains(NearLoop)) {
+    Subloop = NearLoop;
+    // Find the subloop ancestor that is directly contained within Unloop.
+    while (Subloop->getParentLoop() != Unloop) {
+      Subloop = Subloop->getParentLoop();
+      assert(Subloop && "subloop is not an ancestor of the original loop");
+    }
+    // Get the current nearest parent of the Subloop exits, initially Unloop.
+    NearLoop =
+      SubloopParents.insert(std::make_pair(Subloop, Unloop)).first->second;
+  }
+
+  succ_iterator I = succ_begin(BB), E = succ_end(BB);
+  if (I == E) {
+    assert(!Subloop && "subloop blocks must have a successor");
+    NearLoop = nullptr; // unloop blocks may now exit the function.
+  }
+  for (; I != E; ++I) {
+    if (*I == BB)
+      continue; // self loops are uninteresting
+
+    Loop *L = LI->getLoopFor(*I);
+    if (L == Unloop) {
+      // This successor has not been processed. This path must lead to an
+      // irreducible backedge.
+      assert((FoundIB || !DFS.hasPostorder(*I)) && "should have seen IB");
+      FoundIB = true;
     }
+    if (L != Unloop && Unloop->contains(L)) {
+      // Successor is in a subloop.
+      if (Subloop)
+        continue; // Branching within subloops. Ignore it.
+
+      // BB branches from the original into a subloop header.
+      assert(L->getParentLoop() == Unloop && "cannot skip into nested loops");
 
-  // If not, insert it here!
-  Parent->SubLoops.push_back(L);
-  L->ParentLoop = Parent;
+      // Get the current nearest parent of the Subloop's exits.
+      L = SubloopParents[L];
+      // L could be Unloop if the only exit was an irreducible backedge.
+    }
+    if (L == Unloop) {
+      continue;
+    }
+    // Handle critical edges from Unloop into a sibling loop.
+    if (L && !L->contains(Unloop)) {
+      L = L->getParentLoop();
+    }
+    // Remember the nearest parent loop among successors or subloop exits.
+    if (NearLoop == Unloop || !NearLoop || NearLoop->contains(L))
+      NearLoop = L;
+  }
+  if (Subloop) {
+    SubloopParents[Subloop] = NearLoop;
+    return BBLoop;
+  }
+  return NearLoop;
 }
 
-/// 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;
+/// updateUnloop - The last backedge has been removed from a loop--now the
+/// "unloop". Find a new parent for the blocks contained within unloop and
+/// update the loop tree. We don't necessarily have valid dominators at this
+/// point, but LoopInfo is still valid except for the removal of this loop.
+///
+/// Note that Unloop may now be an empty loop. Calling Loop::getHeader without
+/// checking first is illegal.
+void LoopInfo::updateUnloop(Loop *Unloop) {
+
+  // First handle the special case of no parent loop to simplify the algorithm.
+  if (!Unloop->getParentLoop()) {
+    // Since BBLoop had no parent, Unloop blocks are no longer in a loop.
+    for (Loop::block_iterator I = Unloop->block_begin(),
+                              E = Unloop->block_end();
+         I != E; ++I) {
+
+      // Don't reparent blocks in subloops.
+      if (getLoopFor(*I) != Unloop)
+        continue;
+
+      // Blocks no longer have a parent but are still referenced by Unloop until
+      // the Unloop object is deleted.
+      changeLoopFor(*I, nullptr);
+    }
+
+    // Remove the loop from the top-level LoopInfo object.
+    for (iterator I = begin();; ++I) {
+      assert(I != end() && "Couldn't find loop");
+      if (*I == Unloop) {
+        removeLoop(I);
+        break;
+      }
+    }
+
+    // Move all of the subloops to the top-level.
+    while (!Unloop->empty())
+      addTopLevelLoop(Unloop->removeChildLoop(std::prev(Unloop->end())));
+
+    return;
+  }
+
+  // Update the parent loop for all blocks within the loop. Blocks within
+  // subloops will not change parents.
+  UnloopUpdater Updater(Unloop, this);
+  Updater.updateBlockParents();
+
+  // Remove blocks from former ancestor loops.
+  Updater.removeBlocksFromAncestors();
+
+  // Add direct subloops as children in their new parent loop.
+  Updater.updateSubloopParents();
+
+  // Remove unloop from its parent loop.
+  Loop *ParentLoop = Unloop->getParentLoop();
+  for (Loop::iterator I = ParentLoop->begin();; ++I) {
+    assert(I != ParentLoop->end() && "Couldn't find loop");
+    if (*I == Unloop) {
+      ParentLoop->removeChildLoop(I);
+      break;
+    }
+  }
 }
 
-/// 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!");
+char LoopAnalysis::PassID;
+
+LoopInfo LoopAnalysis::run(Function &F, AnalysisManager<Function> *AM) {
+  // FIXME: Currently we create a LoopInfo from scratch for every function.
+  // This may prove to be too wasteful due to deallocating and re-allocating
+  // memory each time for the underlying map and vector datastructures. At some
+  // point it may prove worthwhile to use a freelist and recycle LoopInfo
+  // objects. I don't want to add that kind of complexity until the scope of
+  // the problem is better understood.
+  LoopInfo LI;
+  LI.analyze(AM->getResult<DominatorTreeAnalysis>(F));
+  return LI;
 }
 
-/// 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;
+PreservedAnalyses LoopPrinterPass::run(Function &F,
+                                       AnalysisManager<Function> *AM) {
+  AM->getResult<LoopAnalysis>(F).print(OS);
+  return PreservedAnalyses::all();
 }
 
-/// 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);
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+// LoopInfo implementation
+//
 
-    BBMap.erase(I);
-  }
+char LoopInfoWrapperPass::ID = 0;
+INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopInfoWrapperPass, "loops", "Natural Loop Information",
+                      true, true)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
+INITIALIZE_PASS_END(LoopInfoWrapperPass, "loops", "Natural Loop Information",
+                    true, true)
+
+bool LoopInfoWrapperPass::runOnFunction(Function &) {
+  releaseMemory();
+  LI.analyze(getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree());
+  return false;
+}
+
+void LoopInfoWrapperPass::verifyAnalysis() const {
+  // LoopInfoWrapperPass is a FunctionPass, but verifying every loop in the
+  // function each time verifyAnalysis is called is very expensive. The
+  // -verify-loop-info option can enable this. In order to perform some
+  // checking by default, LoopPass has been taught to call verifyLoop manually
+  // during loop pass sequences.
+  if (VerifyLoopInfo)
+    LI.verify();
+}
+
+void LoopInfoWrapperPass::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+  AU.setPreservesAll();
+  AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
 }
 
-// Ensure this file gets linked when LoopInfo.h is used.
-DEFINING_FILE_FOR(LoopInfo)
+void LoopInfoWrapperPass::print(raw_ostream &OS, const Module *) const {
+  LI.print(OS);
+}
+
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+// LoopBlocksDFS implementation
+//
+
+/// Traverse the loop blocks and store the DFS result.
+/// Useful for clients that just want the final DFS result and don't need to
+/// visit blocks during the initial traversal.
+void LoopBlocksDFS::perform(LoopInfo *LI) {
+  LoopBlocksTraversal Traversal(*this, LI);
+  for (LoopBlocksTraversal::POTIterator POI = Traversal.begin(),
+         POE = Traversal.end(); POI != POE; ++POI) ;
+}