[LCSSA] Handle PHI insertion in disjoint loops
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / LCSSA.cpp
index d380e0dbc10fcb1a059a94fcf02e2aecdb094c2f..3f9b702c5b9a90cf6b8f1db6343dd6effc0f2fd8 100644 (file)
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#define DEBUG_TYPE "lcssa"
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
-#include "llvm/Constants.h"
-#include "llvm/Pass.h"
-#include "llvm/Function.h"
-#include "llvm/Instructions.h"
-#include "llvm/Analysis/Dominators.h"
+#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
+#include "llvm/IR/Constants.h"
+#include "llvm/IR/Dominators.h"
+#include "llvm/IR/Function.h"
+#include "llvm/IR/Instructions.h"
+#include "llvm/IR/PredIteratorCache.h"
+#include "llvm/Pass.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/LoopUtils.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
-#include "llvm/ADT/Statistic.h"
-#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
-#include "llvm/Support/PredIteratorCache.h"
 using namespace llvm;
 
-STATISTIC(NumLCSSA, "Number of live out of a loop variables");
-
-namespace {
-  struct LCSSA : public LoopPass {
-    static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
-    LCSSA() : LoopPass(&ID) {}
-
-    // Cached analysis information for the current function.
-    DominatorTree *DT;
-    std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks;
-    PredIteratorCache PredCache;
-    Loop *L;
-    
-    virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
-
-    /// This transformation requires natural loop information & requires that
-    /// loop preheaders be inserted into the CFG.  It maintains both of these,
-    /// as well as the CFG.  It also requires dominator information.
-    ///
-    virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
-      AU.setPreservesCFG();
-
-      AU.addRequired<DominatorTree>();
-      AU.addPreserved<DominatorTree>();
-      AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
-      AU.addRequired<LoopInfo>();
-      AU.addPreserved<LoopInfo>();
-      AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
-      AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
-    }
-  private:
-    bool ProcessInstruction(Instruction *Inst,
-                            const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &ExitBlocks);
-    
-    /// verifyAnalysis() - Verify loop nest.
-    virtual void verifyAnalysis() const {
-      // Check the special guarantees that LCSSA makes.
-      assert(L->isLCSSAForm(*DT) && "LCSSA form not preserved!");
-    }
-
-    /// inLoop - returns true if the given block is within the current loop
-    bool inLoop(BasicBlock *B) const {
-      return std::binary_search(LoopBlocks.begin(), LoopBlocks.end(), B);
-    }
-  };
-}
-  
-char LCSSA::ID = 0;
-static RegisterPass<LCSSA> X("lcssa", "Loop-Closed SSA Form Pass");
-
-Pass *llvm::createLCSSAPass() { return new LCSSA(); }
-const PassInfo *const llvm::LCSSAID = &X;
+#define DEBUG_TYPE "lcssa"
 
+STATISTIC(NumLCSSA, "Number of live out of a loop variables");
 
-/// BlockDominatesAnExit - Return true if the specified block dominates at least
-/// one of the blocks in the specified list.
-static bool BlockDominatesAnExit(BasicBlock *BB,
-                                 const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &ExitBlocks,
-                                 DominatorTree *DT) {
-  DomTreeNode *DomNode = DT->getNode(BB);
+/// Return true if the specified block is in the list.
+static bool isExitBlock(BasicBlock *BB,
+                        const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ExitBlocks) {
   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
-    if (DT->dominates(DomNode, DT->getNode(ExitBlocks[i])))
+    if (ExitBlocks[i] == BB)
       return true;
-
   return false;
 }
 
+/// Given an instruction in the loop, check to see if it has any uses that are
+/// outside the current loop.  If so, insert LCSSA PHI nodes and rewrite the
+/// uses.
+static bool processInstruction(Loop &L, Instruction &Inst, DominatorTree &DT,
+                               const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ExitBlocks,
+                               PredIteratorCache &PredCache, LoopInfo *LI) {
+  SmallVector<Use *, 16> UsesToRewrite;
 
-/// runOnFunction - Process all loops in the function, inner-most out.
-bool LCSSA::runOnLoop(Loop *TheLoop, LPPassManager &LPM) {
-  L = TheLoop;
-  
-  DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
-
-  // Get the set of exiting blocks.
-  SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
-  L->getExitBlocks(ExitBlocks);
-  
-  if (ExitBlocks.empty())
-    return false;
-  
-  // Speed up queries by creating a sorted vector of blocks.
-  LoopBlocks.clear();
-  LoopBlocks.insert(LoopBlocks.end(), L->block_begin(), L->block_end());
-  array_pod_sort(LoopBlocks.begin(), LoopBlocks.end());
-  
-  // Look at all the instructions in the loop, checking to see if they have uses
-  // outside the loop.  If so, rewrite those uses.
-  bool MadeChange = false;
-  
-  for (Loop::block_iterator BBI = L->block_begin(), E = L->block_end();
-       BBI != E; ++BBI) {
-    BasicBlock *BB = *BBI;
-    
-    // For large loops, avoid use-scanning by using dominance information:  In
-    // particular, if a block does not dominate any of the loop exits, then none
-    // of the values defined in the block could be used outside the loop.
-    if (!BlockDominatesAnExit(BB, ExitBlocks, DT))
-      continue;
-    
-    for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
-         I != E; ++I) {
-      // Reject two common cases fast: instructions with no uses (like stores)
-      // and instructions with one use that is in the same block as this.
-      if (I->use_empty() ||
-          (I->hasOneUse() && I->use_back()->getParent() == BB &&
-           !isa<PHINode>(I->use_back())))
-        continue;
-      
-      MadeChange |= ProcessInstruction(I, ExitBlocks);
-    }
-  }
-  
-  assert(L->isLCSSAForm(*DT));
-  PredCache.clear();
-
-  return MadeChange;
-}
+  BasicBlock *InstBB = Inst.getParent();
 
-/// isExitBlock - Return true if the specified block is in the list.
-static bool isExitBlock(BasicBlock *BB,
-                        const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &ExitBlocks) {
-  for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
-    if (ExitBlocks[i] == BB)
-      return true;
-  return false;
-}
+  for (Use &U : Inst.uses()) {
+    Instruction *User = cast<Instruction>(U.getUser());
+    BasicBlock *UserBB = User->getParent();
+    if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User))
+      UserBB = PN->getIncomingBlock(U);
 
-/// ProcessInstruction - Given an instruction in the loop, check to see if it
-/// has any uses that are outside the current loop.  If so, insert LCSSA PHI
-/// nodes and rewrite the uses.
-bool LCSSA::ProcessInstruction(Instruction *Inst,
-                               const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &ExitBlocks) {
-  SmallVector<Use*, 16> UsesToRewrite;
-  
-  BasicBlock *InstBB = Inst->getParent();
-  
-  for (Value::use_iterator UI = Inst->use_begin(), E = Inst->use_end();
-       UI != E; ++UI) {
-    User *U = *UI;
-    BasicBlock *UserBB = cast<Instruction>(U)->getParent();
-    if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U))
-      UserBB = PN->getIncomingBlock(UI);
-    
-    if (InstBB != UserBB && !inLoop(UserBB))
-      UsesToRewrite.push_back(&UI.getUse());
+    if (InstBB != UserBB && !L.contains(UserBB))
+      UsesToRewrite.push_back(&U);
   }
 
   // If there are no uses outside the loop, exit with no change.
-  if (UsesToRewrite.empty()) return false;
-  
+  if (UsesToRewrite.empty())
+    return false;
+
   ++NumLCSSA; // We are applying the transformation
 
   // Invoke instructions are special in that their result value is not available
-  // along their unwind edge. The code below tests to see whether DomBB dominates
+  // along their unwind edge. The code below tests to see whether DomBB
+  // dominates
   // the value, so adjust DomBB to the normal destination block, which is
   // effectively where the value is first usable.
-  BasicBlock *DomBB = Inst->getParent();
-  if (InvokeInst *Inv = dyn_cast<InvokeInst>(Inst))
+  BasicBlock *DomBB = Inst.getParent();
+  if (InvokeInst *Inv = dyn_cast<InvokeInst>(&Inst))
     DomBB = Inv->getNormalDest();
 
-  DomTreeNode *DomNode = DT->getNode(DomBB);
+  DomTreeNode *DomNode = DT.getNode(DomBB);
+
+  SmallVector<PHINode *, 16> AddedPHIs;
+  SmallVector<PHINode *, 8> PostProcessPHIs;
 
   SSAUpdater SSAUpdate;
-  SSAUpdate.Initialize(Inst);
-  
+  SSAUpdate.Initialize(Inst.getType(), Inst.getName());
+
   // Insert the LCSSA phi's into all of the exit blocks dominated by the
   // value, and add them to the Phi's map.
-  for (SmallVectorImpl<BasicBlock*>::const_iterator BBI = ExitBlocks.begin(),
-      BBE = ExitBlocks.end(); BBI != BBE; ++BBI) {
+  for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_iterator BBI = ExitBlocks.begin(),
+                                                     BBE = ExitBlocks.end();
+       BBI != BBE; ++BBI) {
     BasicBlock *ExitBB = *BBI;
-    if (!DT->dominates(DomNode, DT->getNode(ExitBB))) continue;
-    
+    if (!DT.dominates(DomNode, DT.getNode(ExitBB)))
+      continue;
+
     // If we already inserted something for this BB, don't reprocess it.
-    if (SSAUpdate.HasValueForBlock(ExitBB)) continue;
-    
-    PHINode *PN = PHINode::Create(Inst->getType(), Inst->getName()+".lcssa",
-                                  ExitBB->begin());
-    PN->reserveOperandSpace(PredCache.GetNumPreds(ExitBB));
+    if (SSAUpdate.HasValueForBlock(ExitBB))
+      continue;
+
+    PHINode *PN = PHINode::Create(Inst.getType(), PredCache.GetNumPreds(ExitBB),
+                                  Inst.getName() + ".lcssa", ExitBB->begin());
 
     // Add inputs from inside the loop for this PHI.
     for (BasicBlock **PI = PredCache.GetPreds(ExitBB); *PI; ++PI) {
-      PN->addIncoming(Inst, *PI);
+      PN->addIncoming(&Inst, *PI);
 
       // If the exit block has a predecessor not within the loop, arrange for
       // the incoming value use corresponding to that predecessor to be
       // rewritten in terms of a different LCSSA PHI.
-      if (!inLoop(*PI))
+      if (!L.contains(*PI))
         UsesToRewrite.push_back(
-          &PN->getOperandUse(
-            PN->getOperandNumForIncomingValue(PN->getNumIncomingValues()-1)));
+            &PN->getOperandUse(PN->getOperandNumForIncomingValue(
+                 PN->getNumIncomingValues() - 1)));
     }
-    
+
+    AddedPHIs.push_back(PN);
+
     // Remember that this phi makes the value alive in this block.
     SSAUpdate.AddAvailableValue(ExitBB, PN);
+
+    // LoopSimplify might fail to simplify some loops (e.g. when indirect
+    // branches are involved). In such situations, it might happen that an exit
+    // for Loop L1 is the header of a disjoint Loop L2. Thus, when we create
+    // PHIs in such an exit block, we are also inserting PHIs into L2's header.
+    // This could break LCSSA form for L2 because these inserted PHIs can also
+    // have uses outside of L2. Remember all PHIs in such situation as to
+    // revisit than later on. FIXME: Remove this if indirectbr support into
+    // LoopSimplify gets improved.
+    if (auto *OtherLoop = LI->getLoopFor(ExitBB))
+      if (!L.contains(OtherLoop))
+        PostProcessPHIs.push_back(PN);
   }
-  
+
   // Rewrite all uses outside the loop in terms of the new PHIs we just
   // inserted.
   for (unsigned i = 0, e = UsesToRewrite.size(); i != e; ++i) {
@@ -251,16 +158,189 @@ bool LCSSA::ProcessInstruction(Instruction *Inst,
     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User))
       UserBB = PN->getIncomingBlock(*UsesToRewrite[i]);
 
-    if (isa<PHINode>(UserBB->begin()) &&
-        isExitBlock(UserBB, ExitBlocks)) {
+    if (isa<PHINode>(UserBB->begin()) && isExitBlock(UserBB, ExitBlocks)) {
+      // Tell the VHs that the uses changed. This updates SCEV's caches.
+      if (UsesToRewrite[i]->get()->hasValueHandle())
+        ValueHandleBase::ValueIsRAUWd(*UsesToRewrite[i], UserBB->begin());
       UsesToRewrite[i]->set(UserBB->begin());
       continue;
     }
-    
+
     // Otherwise, do full PHI insertion.
     SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRewrite[i]);
   }
-  
+
+  // Post process PHI instructions that were inserted into another disjoint loop
+  // and update their exits properly.
+  for (auto *I : PostProcessPHIs) {
+    if (I->use_empty())
+      continue;
+
+    BasicBlock *PHIBB = I->getParent();
+    Loop *OtherLoop = LI->getLoopFor(PHIBB);
+    SmallVector<BasicBlock *, 8> EBs;
+    OtherLoop->getExitBlocks(EBs);
+    if (EBs.empty())
+      continue;
+
+    // Recurse and re-process each PHI instruction. FIXME: we should really
+    // convert this entire thing to a worklist approach where we process a
+    // vector of instructions...
+    processInstruction(*OtherLoop, *I, DT, EBs, PredCache, LI);
+  }
+
+  // Remove PHI nodes that did not have any uses rewritten.
+  for (unsigned i = 0, e = AddedPHIs.size(); i != e; ++i) {
+    if (AddedPHIs[i]->use_empty())
+      AddedPHIs[i]->eraseFromParent();
+  }
+
   return true;
 }
 
+/// Return true if the specified block dominates at least
+/// one of the blocks in the specified list.
+static bool
+blockDominatesAnExit(BasicBlock *BB,
+                     DominatorTree &DT,
+                     const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ExitBlocks) {
+  DomTreeNode *DomNode = DT.getNode(BB);
+  for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
+    if (DT.dominates(DomNode, DT.getNode(ExitBlocks[i])))
+      return true;
+
+  return false;
+}
+
+bool llvm::formLCSSA(Loop &L, DominatorTree &DT, LoopInfo *LI,
+                     ScalarEvolution *SE) {
+  bool Changed = false;
+
+  // Get the set of exiting blocks.
+  SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
+  L.getExitBlocks(ExitBlocks);
+
+  if (ExitBlocks.empty())
+    return false;
+
+  PredIteratorCache PredCache;
+
+  // Look at all the instructions in the loop, checking to see if they have uses
+  // outside the loop.  If so, rewrite those uses.
+  for (Loop::block_iterator BBI = L.block_begin(), BBE = L.block_end();
+       BBI != BBE; ++BBI) {
+    BasicBlock *BB = *BBI;
+
+    // For large loops, avoid use-scanning by using dominance information:  In
+    // particular, if a block does not dominate any of the loop exits, then none
+    // of the values defined in the block could be used outside the loop.
+    if (!blockDominatesAnExit(BB, DT, ExitBlocks))
+      continue;
+
+    for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
+      // Reject two common cases fast: instructions with no uses (like stores)
+      // and instructions with one use that is in the same block as this.
+      if (I->use_empty() ||
+          (I->hasOneUse() && I->user_back()->getParent() == BB &&
+           !isa<PHINode>(I->user_back())))
+        continue;
+
+      Changed |= processInstruction(L, *I, DT, ExitBlocks, PredCache, LI);
+    }
+  }
+
+  // If we modified the code, remove any caches about the loop from SCEV to
+  // avoid dangling entries.
+  // FIXME: This is a big hammer, can we clear the cache more selectively?
+  if (SE && Changed)
+    SE->forgetLoop(&L);
+
+  assert(L.isLCSSAForm(DT));
+
+  return Changed;
+}
+
+/// Process a loop nest depth first.
+bool llvm::formLCSSARecursively(Loop &L, DominatorTree &DT, LoopInfo *LI,
+                                ScalarEvolution *SE) {
+  bool Changed = false;
+
+  // Recurse depth-first through inner loops.
+  for (Loop::iterator I = L.begin(), E = L.end(); I != E; ++I)
+    Changed |= formLCSSARecursively(**I, DT, LI, SE);
+
+  Changed |= formLCSSA(L, DT, LI, SE);
+  return Changed;
+}
+
+namespace {
+struct LCSSA : public FunctionPass {
+  static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
+  LCSSA() : FunctionPass(ID) {
+    initializeLCSSAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+  }
+
+  // Cached analysis information for the current function.
+  DominatorTree *DT;
+  LoopInfo *LI;
+  ScalarEvolution *SE;
+
+  bool runOnFunction(Function &F) override;
+
+  /// This transformation requires natural loop information & requires that
+  /// loop preheaders be inserted into the CFG.  It maintains both of these,
+  /// as well as the CFG.  It also requires dominator information.
+  void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
+    AU.setPreservesCFG();
+
+    AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
+    AU.addRequired<LoopInfo>();
+    AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
+    AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
+    AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
+  }
+
+private:
+  void verifyAnalysis() const override;
+};
+}
+
+char LCSSA::ID = 0;
+INITIALIZE_PASS_BEGIN(LCSSA, "lcssa", "Loop-Closed SSA Form Pass", false, false)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
+INITIALIZE_PASS_END(LCSSA, "lcssa", "Loop-Closed SSA Form Pass", false, false)
+
+Pass *llvm::createLCSSAPass() { return new LCSSA(); }
+char &llvm::LCSSAID = LCSSA::ID;
+
+
+/// Process all loops in the function, inner-most out.
+bool LCSSA::runOnFunction(Function &F) {
+  bool Changed = false;
+  LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
+  DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
+  SE = getAnalysisIfAvailable<ScalarEvolution>();
+
+  // Simplify each loop nest in the function.
+  for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
+    Changed |= formLCSSARecursively(**I, *DT, LI, SE);
+
+  return Changed;
+}
+
+static void verifyLoop(Loop &L, DominatorTree &DT) {
+  // Recurse depth-first through inner loops.
+  for (Loop::iterator LI = L.begin(), LE = L.end(); LI != LE; ++LI)
+    verifyLoop(**LI, DT);
+
+  // Check the special guarantees that LCSSA makes.
+  //assert(L.isLCSSAForm(DT) && "LCSSA form not preserved!");
+}
+
+void LCSSA::verifyAnalysis() const {
+  // Verify each loop nest in the function, assuming LI still points at that
+  // function's loop info.
+  for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
+    verifyLoop(**I, *DT);
+}