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[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopRotation.cpp
index 153f09563dfc9fad4d4ed6eb0ceac4f6d439ac7d..7eeb1527ad401c9b187832224a18f944d3061890 100644 (file)
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #define DEBUG_TYPE "loop-rotate"
-
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
 #include "llvm/Function.h"
-#include "llvm/Instructions.h"
-#include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
+#include "llvm/IntrinsicInst.h"
+#include "llvm/Analysis/CodeMetrics.h"
 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
-#include "llvm/Analysis/Dominators.h"
+#include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
+#include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
-#include "llvm/Support/CommandLine.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/ValueMapper.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
-#include "llvm/ADT/SmallVector.h"
-
 using namespace llvm;
 
 #define MAX_HEADER_SIZE 16
@@ -34,548 +33,426 @@ using namespace llvm;
 STATISTIC(NumRotated, "Number of loops rotated");
 namespace {
 
-  class VISIBILITY_HIDDEN RenameData {
-  public:
-    RenameData(Instruction *O, Value *P, Instruction *H) 
-      : Original(O), PreHeader(P), Header(H) { }
-  public:
-    Instruction *Original; // Original instruction
-    Value *PreHeader; // Original pre-header replacement
-    Instruction *Header; // New header replacement
-  };
-  
-  class VISIBILITY_HIDDEN LoopRotate : public LoopPass {
-
+  class LoopRotate : public LoopPass {
   public:
     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
-    LoopRotate() : LoopPass((intptr_t)&ID) {}
-
-    // Rotate Loop L as many times as possible. Return true if
-    // loop is rotated at least once.
-    bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
+    LoopRotate() : LoopPass(ID) {
+      initializeLoopRotatePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+    }
 
     // LCSSA form makes instruction renaming easier.
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+      AU.addPreserved<DominatorTree>();
+      AU.addRequired<LoopInfo>();
+      AU.addPreserved<LoopInfo>();
       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
       AU.addRequiredID(LCSSAID);
       AU.addPreservedID(LCSSAID);
       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
-      AU.addPreserved<LoopInfo>();
-      AU.addPreserved<DominatorTree>();
-      AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
     }
 
-    // Helper functions
-
-    /// Do actual work
-    bool rotateLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
-    
-    /// Initialize local data
-    void initialize();
-
-    /// Make sure all Exit block PHINodes have required incoming values.
-    /// If incoming value is constant or defined outside the loop then
-    /// PHINode may not have an entry for original pre-header. 
-    void  updateExitBlock();
-
-    /// Return true if this instruction is used outside original header.
-    bool usedOutsideOriginalHeader(Instruction *In);
-
-    /// Find Replacement information for instruction. Return NULL if it is
-    /// not available.
-    const RenameData *findReplacementData(Instruction *I);
-
-    /// After loop rotation, loop pre-header has multiple sucessors.
-    /// Insert one forwarding basic block to ensure that loop pre-header
-    /// has only one successor.
-    void preserveCanonicalLoopForm(LPPassManager &LPM);
+    bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
+    void simplifyLoopLatch(Loop *L);
+    bool rotateLoop(Loop *L);
 
   private:
-
-    Loop *L;
-    BasicBlock *OrigHeader;
-    BasicBlock *OrigPreHeader;
-    BasicBlock *OrigLatch;
-    BasicBlock *NewHeader;
-    BasicBlock *Exit;
-    LPPassManager *LPM_Ptr;
-    SmallVector<RenameData, MAX_HEADER_SIZE> LoopHeaderInfo;
+    LoopInfo *LI;
   };
-  
-  char LoopRotate::ID = 0;
-  RegisterPass<LoopRotate> X ("loop-rotate", "Rotate Loops");
 }
 
-LoopPass *llvm::createLoopRotatePass() { return new LoopRotate(); }
+char LoopRotate::ID = 0;
+INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopRotate, "loop-rotate", "Rotate Loops", false, false)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LCSSA)
+INITIALIZE_PASS_END(LoopRotate, "loop-rotate", "Rotate Loops", false, false)
+
+Pass *llvm::createLoopRotatePass() { return new LoopRotate(); }
 
 /// Rotate Loop L as many times as possible. Return true if
-/// loop is rotated at least once.
-bool LoopRotate::runOnLoop(Loop *Lp, LPPassManager &LPM) {
+/// the loop is rotated at least once.
+bool LoopRotate::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
+  LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
 
-  bool RotatedOneLoop = false;
-  initialize();
-  LPM_Ptr = &LPM;
+  // Simplify the loop latch before attempting to rotate the header
+  // upward. Rotation may not be needed if the loop tail can be folded into the
+  // loop exit.
+  simplifyLoopLatch(L);
 
   // One loop can be rotated multiple times.
-  while (rotateLoop(Lp,LPM)) {
-    RotatedOneLoop = true;
-    initialize();
-  }
+  bool MadeChange = false;
+  while (rotateLoop(L))
+    MadeChange = true;
 
-  return RotatedOneLoop;
+  return MadeChange;
 }
 
-/// Rotate loop LP. Return true if the loop is rotated.
-bool LoopRotate::rotateLoop(Loop *Lp, LPPassManager &LPM) {
-
-  L = Lp;
-
-  OrigHeader =  L->getHeader();
-  OrigPreHeader = L->getLoopPreheader();
-  OrigLatch = L->getLoopLatch();
-
-  // If loop has only one block then there is not much to rotate.
-  if (L->getBlocks().size() == 1)
-    return false;
-
-  assert (OrigHeader && OrigLatch && OrigPreHeader &&
-          "Loop is not in canonical form");
-
-  // If loop header is not one of the loop exit block then
-  // either this loop is already rotated or it is not 
-  // suitable for loop rotation transformations.
-  if (!L->isLoopExit(OrigHeader))
-    return false;
-
-  BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(OrigHeader->getTerminator());
-  if (!BI)
-    return false;
-  assert (BI->isConditional() && "Branch Instruction is not conditional");
-
-  // Updating PHInodes in loops with multiple exits adds complexity. 
-  // Keep it simple, and restrict loop rotation to loops with one exit only.
-  // In future, lift this restriction and support for multiple exits if
-  // required.
-  SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
-  L->getExitBlocks(ExitBlocks);
-  if (ExitBlocks.size() > 1)
-    return false;
-
-  // Check size of original header and reject
-  // loop if it is very big.
-  if (OrigHeader->getInstList().size() > MAX_HEADER_SIZE)
-    return false;
-
-  // Now, this loop is suitable for rotation.
-
-  // Find new Loop header. NewHeader is a Header's one and only successor
-  // that is inside loop.  Header's other successor is out side the
-  // loop. Otherwise loop is not suitable for rotation.
-  Exit = BI->getSuccessor(0);
-  NewHeader = BI->getSuccessor(1);
-  if (L->contains(Exit))
-    std::swap(Exit, NewHeader);
-  assert (NewHeader && "Unable to determine new loop header");
-  assert(L->contains(NewHeader) && !L->contains(Exit) && 
-         "Unable to determine loop header and exit blocks");
-
-  // Copy PHI nodes and other instructions from original header
-  // into original pre-header. Unlike original header, original pre-header is
-  // not a member of loop. 
-  //
-  // New loop header is one and only successor of original header that 
-  // is inside the loop. All other original header successors are outside 
-  // the loop. Copy PHI Nodes from original header into new loop header. 
-  // Add second incoming value, from original loop pre-header into these phi 
-  // nodes. If a value defined in original header is used outside original 
-  // header then new loop header will need new phi nodes with two incoming 
-  // values, one definition from original header and second definition is 
-  // from original loop pre-header.
-
-  // Remove terminator from Original pre-header. Original pre-header will
-  // receive a clone of original header terminator as a new terminator.
-  OrigPreHeader->getInstList().pop_back();
-  BasicBlock::iterator I = OrigHeader->begin(), E = OrigHeader->end();
-  PHINode *PN = NULL;
-  for (; (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I) {
-    Instruction *In = I;
-
-    // PHI nodes are not copied into original pre-header. Instead their values
-    // are directly propagated.
-    Value * NPV = PN->getIncomingValueForBlock(OrigPreHeader);
-
-    // Create new PHI node with two incoming values for NewHeader.
-    // One incoming value is from OrigLatch (through OrigHeader) and 
-    // second incoming value is from original pre-header.
-    PHINode *NH = new PHINode(In->getType(), In->getName());
-    NH->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(OrigLatch), OrigHeader);
-    NH->addIncoming(NPV, OrigPreHeader);
-    NewHeader->getInstList().push_front(NH);
-    
-    // "In" can be replaced by NH at various places.
-    LoopHeaderInfo.push_back(RenameData(In, NPV, NH));
-  }
-
-  // Now, handle non-phi instructions.
-  for (; I != E; ++I) {
-    Instruction *In = I;
-
-    assert (!isa<PHINode>(In) && "PHINode is not expected here");
-    // This is not a PHI instruction. Insert its clone into original pre-header.
-    // If this instruction is using a value from same basic block then
-    // update it to use value from cloned instruction.
-    Instruction *C = In->clone();
-    C->setName(In->getName());
-    OrigPreHeader->getInstList().push_back(C);
-
-    for (unsigned opi = 0, e = In->getNumOperands(); opi != e; ++opi) {
-      if (Instruction *OpPhi = dyn_cast<PHINode>(In->getOperand(opi))) {
-        if (const RenameData *D = findReplacementData(OpPhi)) {
-          // This is using values from original header PHI node.
-          // Here, directly used incoming value from original pre-header.
-          C->setOperand(opi, D->PreHeader);
-        }
-      }
-      else if (Instruction *OpInsn = 
-               dyn_cast<Instruction>(In->getOperand(opi))) {
-        if (const RenameData *D = findReplacementData(OpInsn))
-          C->setOperand(opi, D->PreHeader);
-      }
-    }
+/// RewriteUsesOfClonedInstructions - We just cloned the instructions from the
+/// old header into the preheader.  If there were uses of the values produced by
+/// these instruction that were outside of the loop, we have to insert PHI nodes
+/// to merge the two values.  Do this now.
+static void RewriteUsesOfClonedInstructions(BasicBlock *OrigHeader,
+                                            BasicBlock *OrigPreheader,
+                                            ValueToValueMapTy &ValueMap) {
+  // Remove PHI node entries that are no longer live.
+  BasicBlock::iterator I, E = OrigHeader->end();
+  for (I = OrigHeader->begin(); PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
+    PN->removeIncomingValue(PN->getBasicBlockIndex(OrigPreheader));
+
+  // Now fix up users of the instructions in OrigHeader, inserting PHI nodes
+  // as necessary.
+  SSAUpdater SSA;
+  for (I = OrigHeader->begin(); I != E; ++I) {
+    Value *OrigHeaderVal = I;
+
+    // If there are no uses of the value (e.g. because it returns void), there
+    // is nothing to rewrite.
+    if (OrigHeaderVal->use_empty())
+      continue;
 
+    Value *OrigPreHeaderVal = ValueMap[OrigHeaderVal];
 
-    // If this instruction is used outside this basic block then
-    // create new PHINode for this instruction.
-    Instruction *NewHeaderReplacement = NULL;
-    if (usedOutsideOriginalHeader(In)) {
-      PHINode *PN = new PHINode(In->getType(), In->getName());
-      PN->addIncoming(In, OrigHeader);
-      PN->addIncoming(C, OrigPreHeader);
-      NewHeader->getInstList().push_front(PN);
-      NewHeaderReplacement = PN;
-    } 
-    
-    // "In" can be replaced by NPH or NH at various places.
-    LoopHeaderInfo.push_back(RenameData(In, C, NewHeaderReplacement));
-  }
+    // The value now exits in two versions: the initial value in the preheader
+    // and the loop "next" value in the original header.
+    SSA.Initialize(OrigHeaderVal->getType(), OrigHeaderVal->getName());
+    SSA.AddAvailableValue(OrigHeader, OrigHeaderVal);
+    SSA.AddAvailableValue(OrigPreheader, OrigPreHeaderVal);
 
-  // Rename uses of original header instructions to reflect their new
-  // definitions (either from original pre-header node or from newly created
-  // new header PHINodes.
-  //
-  // Original header instructions are used in
-  // 1) Original header:
-  //
-  //    If instruction is used in non-phi instructions then it is using
-  //    defintion from original heder iteself. Do not replace this use
-  //    with definition from new header or original pre-header.
-  //
-  //    If instruction is used in phi node then it is an incoming 
-  //    value. Rename its use to reflect new definition from new-preheader
-  //    or new header.
-  //
-  // 2) Inside loop but not in original header
-  //
-  //    Replace this use to reflect definition from new header.
-  for(unsigned LHI = 0, LHI_E = LoopHeaderInfo.size(); LHI != LHI_E; ++LHI) {
-    const RenameData &ILoopHeaderInfo = LoopHeaderInfo[LHI];
-
-    if (!ILoopHeaderInfo.Header)
-      continue;
+    // Visit each use of the OrigHeader instruction.
+    for (Value::use_iterator UI = OrigHeaderVal->use_begin(),
+         UE = OrigHeaderVal->use_end(); UI != UE; ) {
+      // Grab the use before incrementing the iterator.
+      Use &U = UI.getUse();
 
-    Instruction *OldPhi = ILoopHeaderInfo.Original;
-    Instruction *NewPhi = ILoopHeaderInfo.Header;
+      // Increment the iterator before removing the use from the list.
+      ++UI;
 
-    // Before replacing uses, collect them first, so that iterator is
-    // not invalidated.
-    SmallVector<Instruction *, 16> AllUses;
-    for (Value::use_iterator UI = OldPhi->use_begin(), UE = OldPhi->use_end();
-         UI != UE; ++UI) {
-      Instruction *U = cast<Instruction>(UI);
-      AllUses.push_back(U);
-    }
+      // SSAUpdater can't handle a non-PHI use in the same block as an
+      // earlier def. We can easily handle those cases manually.
+      Instruction *UserInst = cast<Instruction>(U.getUser());
+      if (!isa<PHINode>(UserInst)) {
+        BasicBlock *UserBB = UserInst->getParent();
 
-    for (SmallVector<Instruction *, 16>::iterator UI = AllUses.begin(), 
-           UE = AllUses.end(); UI != UE; ++UI) {
-      Instruction *U = *UI;
-      BasicBlock *Parent = U->getParent();
-
-      // Used inside original header
-      if (Parent == OrigHeader) {
-        // Do not rename uses inside original header non-phi instructions.
-        PHINode *PU = dyn_cast<PHINode>(U);
-        if (!PU)
+        // The original users in the OrigHeader are already using the
+        // original definitions.
+        if (UserBB == OrigHeader)
           continue;
 
-        // Do not rename uses inside original header phi nodes, if the
-        // incoming value is for new header.
-        if (PU->getBasicBlockIndex(NewHeader) != -1
-            && PU->getIncomingValueForBlock(NewHeader) == U)
+        // Users in the OrigPreHeader need to use the value to which the
+        // original definitions are mapped.
+        if (UserBB == OrigPreheader) {
+          U = OrigPreHeaderVal;
           continue;
-        
-       U->replaceUsesOfWith(OldPhi, NewPhi);
-       continue;
+        }
       }
 
-      // Used inside loop, but not in original header.
-      if (L->contains(U->getParent())) {
-        if (U != NewPhi)
-          U->replaceUsesOfWith(OldPhi, NewPhi);
-        continue;
-      }
-      
-      // Used inside Exit Block. Since we are in LCSSA form, U must be PHINode.
-      if (U->getParent() == Exit) {
-        assert (isa<PHINode>(U) && "Use in Exit Block that is not PHINode");
-        
-        PHINode *UPhi = cast<PHINode>(U);
-        // UPhi already has one incoming argument from original header. 
-        // Add second incoming argument from new Pre header.
-        UPhi->addIncoming(ILoopHeaderInfo.PreHeader, OrigPreHeader);
-      } else {
-        // Used outside Exit block. Create a new PHI node from exit block
-        // to receive value from ne new header ane pre header.
-        PHINode *PN = new PHINode(U->getType(), U->getName());
-        PN->addIncoming(ILoopHeaderInfo.PreHeader, OrigPreHeader);
-        PN->addIncoming(OldPhi, OrigHeader);
-        Exit->getInstList().push_front(PN);
-        U->replaceUsesOfWith(OldPhi, PN);
-      }
+      // Anything else can be handled by SSAUpdater.
+      SSA.RewriteUse(U);
     }
   }
-  
-  /// Make sure all Exit block PHINodes have required incoming values.
-  updateExitBlock();
-
-  // Update CFG
-
-  // Removing incoming branch from loop preheader to original header.
-  // Now original header is inside the loop.
-  for (BasicBlock::iterator I = OrigHeader->begin(), E = OrigHeader->end();
-       I != E; ++I) {
-    Instruction *In = I;
-    PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(In);
-    if (!PN)
-      break;
+}
 
-    PN->removeIncomingValue(OrigPreHeader);
-  }
+/// Determine whether the instructions in this range my be safely and cheaply
+/// speculated. This is not an important enough situation to develop complex
+/// heuristics. We handle a single arithmetic instruction along with any type
+/// conversions.
+static bool shouldSpeculateInstrs(BasicBlock::iterator Begin,
+                                  BasicBlock::iterator End) {
+  bool seenIncrement = false;
+  for (BasicBlock::iterator I = Begin; I != End; ++I) {
 
-  // Make NewHeader as the new header for the loop.
-  L->moveToHeader(NewHeader);
+    if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
+      return false;
 
-  preserveCanonicalLoopForm(LPM);
+    if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
+      continue;
 
-  NumRotated++;
+    switch (I->getOpcode()) {
+    default:
+      return false;
+    case Instruction::GetElementPtr:
+      // GEPs are cheap if all indices are constant.
+      if (!cast<GEPOperator>(I)->hasAllConstantIndices())
+        return false;
+      // fall-thru to increment case
+    case Instruction::Add:
+    case Instruction::Sub:
+    case Instruction::And:
+    case Instruction::Or:
+    case Instruction::Xor:
+    case Instruction::Shl:
+    case Instruction::LShr:
+    case Instruction::AShr:
+      if (seenIncrement)
+        return false;
+      seenIncrement = true;
+      break;
+    case Instruction::Trunc:
+    case Instruction::ZExt:
+    case Instruction::SExt:
+      // ignore type conversions
+      break;
+    }
+  }
   return true;
 }
 
-/// Make sure all Exit block PHINodes have required incoming values.
-/// If incoming value is constant or defined outside the loop then
-/// PHINode may not have an entry for original pre-header. 
-void LoopRotate::updateExitBlock() {
+/// Fold the loop tail into the loop exit by speculating the loop tail
+/// instructions. Typically, this is a single post-increment. In the case of a
+/// simple 2-block loop, hoisting the increment can be much better than
+/// duplicating the entire loop header. In the cast of loops with early exits,
+/// rotation will not work anyway, but simplifyLoopLatch will put the loop in
+/// canonical form so downstream passes can handle it.
+///
+/// I don't believe this invalidates SCEV.
+void LoopRotate::simplifyLoopLatch(Loop *L) {
+  BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
+  if (!Latch || Latch->hasAddressTaken())
+    return;
+
+  BranchInst *Jmp = dyn_cast<BranchInst>(Latch->getTerminator());
+  if (!Jmp || !Jmp->isUnconditional())
+    return;
+
+  BasicBlock *LastExit = Latch->getSinglePredecessor();
+  if (!LastExit || !L->isLoopExiting(LastExit))
+    return;
+
+  BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(LastExit->getTerminator());
+  if (!BI)
+    return;
 
-  for (BasicBlock::iterator I = Exit->begin(), E = Exit->end();
-       I != E; ++I) {
+  if (!shouldSpeculateInstrs(Latch->begin(), Jmp))
+    return;
 
-    PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I);
-    if (!PN)
-      break;
+  DEBUG(dbgs() << "Folding loop latch " << Latch->getName() << " into "
+        << LastExit->getName() << "\n");
 
-    // There is already one incoming value from original pre-header block.
-    if (PN->getBasicBlockIndex(OrigPreHeader) != -1)
-      continue;
+  // Hoist the instructions from Latch into LastExit.
+  LastExit->getInstList().splice(BI, Latch->getInstList(), Latch->begin(), Jmp);
 
-    const RenameData *ILoopHeaderInfo;
-    Value *V = PN->getIncomingValueForBlock(OrigHeader);
-    if (isa<Instruction>(V) && 
-        (ILoopHeaderInfo = findReplacementData(cast<Instruction>(V)))) {
-      assert(ILoopHeaderInfo->PreHeader && "Missing New Preheader Instruction");
-      PN->addIncoming(ILoopHeaderInfo->PreHeader, OrigPreHeader);
-    } else {
-      PN->addIncoming(V, OrigPreHeader);
-    }
-  }
-}
+  unsigned FallThruPath = BI->getSuccessor(0) == Latch ? 0 : 1;
+  BasicBlock *Header = Jmp->getSuccessor(0);
+  assert(Header == L->getHeader() && "expected a backward branch");
 
-/// Initialize local data
-void LoopRotate::initialize() {
-  L = NULL;
-  OrigHeader = NULL;
-  OrigPreHeader = NULL;
-  NewHeader = NULL;
-  Exit = NULL;
+  // Remove Latch from the CFG so that LastExit becomes the new Latch.
+  BI->setSuccessor(FallThruPath, Header);
+  Latch->replaceSuccessorsPhiUsesWith(LastExit);
+  Jmp->eraseFromParent();
 
-  LoopHeaderInfo.clear();
+  // Nuke the Latch block.
+  assert(Latch->empty() && "unable to evacuate Latch");
+  LI->removeBlock(Latch);
+  if (DominatorTree *DT = getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>())
+    DT->eraseNode(Latch);
+  Latch->eraseFromParent();
 }
 
-/// Return true if this instruction is used by any instructions in the loop that
-/// aren't in original header.
-bool LoopRotate::usedOutsideOriginalHeader(Instruction *In) {
+/// Rotate loop LP. Return true if the loop is rotated.
+bool LoopRotate::rotateLoop(Loop *L) {
+  // If the loop has only one block then there is not much to rotate.
+  if (L->getBlocks().size() == 1)
+    return false;
 
-  for (Value::use_iterator UI = In->use_begin(), UE = In->use_end();
-       UI != UE; ++UI) {
-    Instruction *U = cast<Instruction>(UI);
-    if (U->getParent() != OrigHeader) {
-      if (L->contains(U->getParent()))
-        return true;
-    }
-  }
+  BasicBlock *OrigHeader = L->getHeader();
 
-  return false;
-}
+  BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(OrigHeader->getTerminator());
+  if (BI == 0 || BI->isUnconditional())
+    return false;
 
-/// Find Replacement information for instruction. Return NULL if it is
-/// not available.
-const RenameData *LoopRotate::findReplacementData(Instruction *In) {
+  // If the loop header is not one of the loop exiting blocks then
+  // either this loop is already rotated or it is not
+  // suitable for loop rotation transformations.
+  if (!L->isLoopExiting(OrigHeader))
+    return false;
 
-  // Since LoopHeaderInfo is small, linear walk is OK.
-  for(unsigned LHI = 0, LHI_E = LoopHeaderInfo.size(); LHI != LHI_E; ++LHI) {
-    const RenameData &ILoopHeaderInfo = LoopHeaderInfo[LHI];
-    if (ILoopHeaderInfo.Original == In)
-      return &ILoopHeaderInfo;
-  }
-  return NULL;
-}
+  // Updating PHInodes in loops with multiple exits adds complexity.
+  // Keep it simple, and restrict loop rotation to loops with one exit only.
+  // In future, lift this restriction and support for multiple exits if
+  // required.
+  SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
+  L->getExitBlocks(ExitBlocks);
+  if (ExitBlocks.size() > 1)
+    return false;
 
-/// After loop rotation, loop pre-header has multiple sucessors.
-/// Insert one forwarding basic block to ensure that loop pre-header
-/// has only one successor.
-void LoopRotate::preserveCanonicalLoopForm(LPPassManager &LPM) {
-
-  // Right now original pre-header has two successors, new header and
-  // exit block. Insert new block between original pre-header and
-  // new header such that loop's new pre-header has only one successor.
-  BasicBlock *NewPreHeader = new BasicBlock("bb.nph", OrigHeader->getParent(), 
-                                NewHeader);
-  LoopInfo &LI = LPM.getAnalysis<LoopInfo>();
-  if (Loop *PL = LI.getLoopFor(OrigPreHeader))
-    PL->addBasicBlockToLoop(NewPreHeader, LI.getBase());
-  new BranchInst(NewHeader, NewPreHeader);
-  
-  BranchInst *OrigPH_BI = cast<BranchInst>(OrigPreHeader->getTerminator());
-  if (OrigPH_BI->getSuccessor(0) == NewHeader)
-    OrigPH_BI->setSuccessor(0, NewPreHeader);
-  else {
-    assert (OrigPH_BI->getSuccessor(1) == NewHeader &&
-            "Unexpected original pre-header terminator");
-    OrigPH_BI->setSuccessor(1, NewPreHeader);
+  // Check size of original header and reject loop if it is very big.
+  {
+    CodeMetrics Metrics;
+    Metrics.analyzeBasicBlock(OrigHeader);
+    if (Metrics.NumInsts > MAX_HEADER_SIZE)
+      return false;
   }
-  
-  for (BasicBlock::iterator I = NewHeader->begin(), E = NewHeader->end();
-       I != E; ++I) {
-    Instruction *In = I;
-    PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(In);
-    if (!PN)
-      break;
 
-    int index = PN->getBasicBlockIndex(OrigPreHeader);
-    assert (index != -1 && "Expected incoming value from Original PreHeader");
-    PN->setIncomingBlock(index, NewPreHeader);
-    assert (PN->getBasicBlockIndex(OrigPreHeader) == -1 && 
-            "Expected only one incoming value from Original PreHeader");
-  }
+  // Now, this loop is suitable for rotation.
+  BasicBlock *OrigPreheader = L->getLoopPreheader();
+  BasicBlock *OrigLatch = L->getLoopLatch();
 
-  if (DominatorTree *DT = getAnalysisToUpdate<DominatorTree>()) {
-    DT->addNewBlock(NewPreHeader, OrigPreHeader);
-    DT->changeImmediateDominator(L->getHeader(), NewPreHeader);
-    DT->changeImmediateDominator(Exit, OrigPreHeader);
-    for (Loop::block_iterator BI = L->block_begin(), BE = L->block_end();
-         BI != BE; ++BI) {
-      BasicBlock *B = *BI;
-      if (L->getHeader() != B) {
-        DomTreeNode *Node = DT->getNode(B);
-        if (Node && Node->getBlock() == OrigHeader)
-          DT->changeImmediateDominator(*BI, L->getHeader());
-      }
-    }
-    DT->changeImmediateDominator(OrigHeader, OrigLatch);
-  }
+  // If the loop could not be converted to canonical form, it must have an
+  // indirectbr in it, just give up.
+  if (OrigPreheader == 0 || OrigLatch == 0)
+    return false;
+
+  // Anything ScalarEvolution may know about this loop or the PHI nodes
+  // in its header will soon be invalidated.
+  if (ScalarEvolution *SE = getAnalysisIfAvailable<ScalarEvolution>())
+    SE->forgetLoop(L);
+
+  // Find new Loop header. NewHeader is a Header's one and only successor
+  // that is inside loop.  Header's other successor is outside the
+  // loop.  Otherwise loop is not suitable for rotation.
+  BasicBlock *Exit = BI->getSuccessor(0);
+  BasicBlock *NewHeader = BI->getSuccessor(1);
+  if (L->contains(Exit))
+    std::swap(Exit, NewHeader);
+  assert(NewHeader && "Unable to determine new loop header");
+  assert(L->contains(NewHeader) && !L->contains(Exit) &&
+         "Unable to determine loop header and exit blocks");
 
-  if(DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>()) {
+  // This code assumes that the new header has exactly one predecessor.
+  // Remove any single-entry PHI nodes in it.
+  assert(NewHeader->getSinglePredecessor() &&
+         "New header doesn't have one pred!");
+  FoldSingleEntryPHINodes(NewHeader);
 
-    // New Preheader's dominance frontier is Exit block.
-    DominanceFrontier::DomSetType NewPHSet;
-    NewPHSet.insert(Exit);
-    DF->addBasicBlock(NewPreHeader, NewPHSet);
+  // Begin by walking OrigHeader and populating ValueMap with an entry for
+  // each Instruction.
+  BasicBlock::iterator I = OrigHeader->begin(), E = OrigHeader->end();
+  ValueToValueMapTy ValueMap;
+
+  // For PHI nodes, the value available in OldPreHeader is just the
+  // incoming value from OldPreHeader.
+  for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
+    ValueMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(OrigPreheader);
+
+  // For the rest of the instructions, either hoist to the OrigPreheader if
+  // possible or create a clone in the OldPreHeader if not.
+  TerminatorInst *LoopEntryBranch = OrigPreheader->getTerminator();
+  while (I != E) {
+    Instruction *Inst = I++;
+
+    // If the instruction's operands are invariant and it doesn't read or write
+    // memory, then it is safe to hoist.  Doing this doesn't change the order of
+    // execution in the preheader, but does prevent the instruction from
+    // executing in each iteration of the loop.  This means it is safe to hoist
+    // something that might trap, but isn't safe to hoist something that reads
+    // memory (without proving that the loop doesn't write).
+    if (L->hasLoopInvariantOperands(Inst) &&
+        !Inst->mayReadFromMemory() && !Inst->mayWriteToMemory() &&
+        !isa<TerminatorInst>(Inst) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst) &&
+        !isa<AllocaInst>(Inst)) {
+      Inst->moveBefore(LoopEntryBranch);
+      continue;
+    }
 
-    // New Header's dominance frontier now includes itself and Exit block
-    DominanceFrontier::iterator HeadI = DF->find(L->getHeader());
-    if (HeadI != DF->end()) {
-      DominanceFrontier::DomSetType & HeaderSet = HeadI->second;
-      HeaderSet.clear();
-      HeaderSet.insert(L->getHeader());
-      HeaderSet.insert(Exit);
+    // Otherwise, create a duplicate of the instruction.
+    Instruction *C = Inst->clone();
+
+    // Eagerly remap the operands of the instruction.
+    RemapInstruction(C, ValueMap,
+                     RF_NoModuleLevelChanges|RF_IgnoreMissingEntries);
+
+    // With the operands remapped, see if the instruction constant folds or is
+    // otherwise simplifyable.  This commonly occurs because the entry from PHI
+    // nodes allows icmps and other instructions to fold.
+    Value *V = SimplifyInstruction(C);
+    if (V && LI->replacementPreservesLCSSAForm(C, V)) {
+      // If so, then delete the temporary instruction and stick the folded value
+      // in the map.
+      delete C;
+      ValueMap[Inst] = V;
     } else {
-      DominanceFrontier::DomSetType HeaderSet;
-      HeaderSet.insert(L->getHeader());
-      HeaderSet.insert(Exit);
-      DF->addBasicBlock(L->getHeader(), HeaderSet);
+      // Otherwise, stick the new instruction into the new block!
+      C->setName(Inst->getName());
+      C->insertBefore(LoopEntryBranch);
+      ValueMap[Inst] = C;
     }
+  }
 
-    // Original header (new Loop Latch)'s dominance frontier is Exit.
-    DominanceFrontier::iterator LatchI = DF->find(L->getLoopLatch());
-    if (LatchI != DF->end()) {
-      DominanceFrontier::DomSetType &LatchSet = LatchI->second;
-      LatchSet = LatchI->second;
-      LatchSet.clear();
-      LatchSet.insert(Exit);
-    } else {
-      DominanceFrontier::DomSetType LatchSet;
-      LatchSet.insert(Exit);
-      DF->addBasicBlock(L->getHeader(), LatchSet);
+  // Along with all the other instructions, we just cloned OrigHeader's
+  // terminator into OrigPreHeader. Fix up the PHI nodes in each of OrigHeader's
+  // successors by duplicating their incoming values for OrigHeader.
+  TerminatorInst *TI = OrigHeader->getTerminator();
+  for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
+    for (BasicBlock::iterator BI = TI->getSuccessor(i)->begin();
+         PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
+      PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(OrigHeader), OrigPreheader);
+
+  // Now that OrigPreHeader has a clone of OrigHeader's terminator, remove
+  // OrigPreHeader's old terminator (the original branch into the loop), and
+  // remove the corresponding incoming values from the PHI nodes in OrigHeader.
+  LoopEntryBranch->eraseFromParent();
+
+  // If there were any uses of instructions in the duplicated block outside the
+  // loop, update them, inserting PHI nodes as required
+  RewriteUsesOfClonedInstructions(OrigHeader, OrigPreheader, ValueMap);
+
+  // NewHeader is now the header of the loop.
+  L->moveToHeader(NewHeader);
+  assert(L->getHeader() == NewHeader && "Latch block is our new header");
+
+
+  // At this point, we've finished our major CFG changes.  As part of cloning
+  // the loop into the preheader we've simplified instructions and the
+  // duplicated conditional branch may now be branching on a constant.  If it is
+  // branching on a constant and if that constant means that we enter the loop,
+  // then we fold away the cond branch to an uncond branch.  This simplifies the
+  // loop in cases important for nested loops, and it also means we don't have
+  // to split as many edges.
+  BranchInst *PHBI = cast<BranchInst>(OrigPreheader->getTerminator());
+  assert(PHBI->isConditional() && "Should be clone of BI condbr!");
+  if (!isa<ConstantInt>(PHBI->getCondition()) ||
+      PHBI->getSuccessor(cast<ConstantInt>(PHBI->getCondition())->isZero())
+          != NewHeader) {
+    // The conditional branch can't be folded, handle the general case.
+    // Update DominatorTree to reflect the CFG change we just made.  Then split
+    // edges as necessary to preserve LoopSimplify form.
+    if (DominatorTree *DT = getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>()) {
+      // Since OrigPreheader now has the conditional branch to Exit block, it is
+      // the dominator of Exit.
+      DT->changeImmediateDominator(Exit, OrigPreheader);
+      DT->changeImmediateDominator(NewHeader, OrigPreheader);
+
+      // Update OrigHeader to be dominated by the new header block.
+      DT->changeImmediateDominator(OrigHeader, OrigLatch);
     }
 
-    // If a loop block dominates new loop latch then its frontier is
-    // new header and Exit.
-    BasicBlock *NewLatch = L->getLoopLatch();
-    DominatorTree *DT = getAnalysisToUpdate<DominatorTree>();
-    for (Loop::block_iterator BI = L->block_begin(), BE = L->block_end();
-         BI != BE; ++BI) {
-      BasicBlock *B = *BI;
-      if (DT->dominates(B, NewLatch)) {
-        DominanceFrontier::iterator BDFI = DF->find(B);
-        if (BDFI != DF->end()) {
-          DominanceFrontier::DomSetType &BSet = BDFI->second;
-          BSet = BDFI->second;
-          BSet.clear();
-          BSet.insert(L->getHeader());
-          BSet.insert(Exit);
-        } else {
-          DominanceFrontier::DomSetType BSet;
-          BSet.insert(L->getHeader());
-          BSet.insert(Exit);
-          DF->addBasicBlock(B, BSet);
-        }
-      }
+    // Right now OrigPreHeader has two successors, NewHeader and ExitBlock, and
+    // thus is not a preheader anymore.
+    // Split the edge to form a real preheader.
+    BasicBlock *NewPH = SplitCriticalEdge(OrigPreheader, NewHeader, this);
+    NewPH->setName(NewHeader->getName() + ".lr.ph");
+
+    // Preserve canonical loop form, which means that 'Exit' should have only
+    // one predecessor.
+    BasicBlock *ExitSplit = SplitCriticalEdge(L->getLoopLatch(), Exit, this);
+    ExitSplit->moveBefore(Exit);
+  } else {
+    // We can fold the conditional branch in the preheader, this makes things
+    // simpler. The first step is to remove the extra edge to the Exit block.
+    Exit->removePredecessor(OrigPreheader, true /*preserve LCSSA*/);
+    BranchInst *NewBI = BranchInst::Create(NewHeader, PHBI);
+    NewBI->setDebugLoc(PHBI->getDebugLoc());
+    PHBI->eraseFromParent();
+
+    // With our CFG finalized, update DomTree if it is available.
+    if (DominatorTree *DT = getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>()) {
+      // Update OrigHeader to be dominated by the new header block.
+      DT->changeImmediateDominator(NewHeader, OrigPreheader);
+      DT->changeImmediateDominator(OrigHeader, OrigLatch);
     }
   }
 
-  // Preserve canonical loop form, which means Exit block should
-  // have only one predecessor.
-  BasicBlock *NExit = SplitEdge(L->getLoopLatch(), Exit, this);
-
-  // Preserve LCSSA.
-  BasicBlock::iterator I = Exit->begin(), E = Exit->end();
-  PHINode *PN = NULL;
-  for (; (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I) {
-    PHINode *NewPN = new PHINode(PN->getType(), PN->getName());
-    unsigned N = PN->getNumIncomingValues();
-    for (unsigned index = 0; index < N; ++index)
-      if (PN->getIncomingBlock(index) == NExit) {
-        NewPN->addIncoming(PN->getIncomingValue(index), L->getLoopLatch());
-        PN->setIncomingValue(index, NewPN);
-        PN->setIncomingBlock(index, NExit);
-        NExit->getInstList().push_front(NewPN);
-      }
-  }
+  assert(L->getLoopPreheader() && "Invalid loop preheader after loop rotation");
+  assert(L->getLoopLatch() && "Invalid loop latch after loop rotation");
 
-  assert (NewHeader && L->getHeader() == NewHeader 
-          && "Invalid loop header after loop rotation");
-  assert (NewPreHeader && L->getLoopPreheader() == NewPreHeader
-          && "Invalid loop preheader after loop rotation");
-  assert (L->getLoopLatch() 
-          && "Invalid loop latch after loop rotation");
+  // Now that the CFG and DomTree are in a consistent state again, try to merge
+  // the OrigHeader block into OrigLatch.  This will succeed if they are
+  // connected by an unconditional branch.  This is just a cleanup so the
+  // emitted code isn't too gross in this common case.
+  MergeBlockIntoPredecessor(OrigHeader, this);
 
+  ++NumRotated;
+  return true;
 }
+