[cleanup] Move the Dominators.h and Verifier.h headers into the IR
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / LCSSA.cpp
index 01279d8f330abf88be5b067f210040422d4b4548..60a4f6c773874c4070324a40f18260f20cfe51fb 100644 (file)
@@ -2,8 +2,8 @@
 //
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
-// This file was developed by Owen Anderson 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.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
 // the left into the right code:
 // 
 // for (...)                for (...)
-//   if (c)                   if(c)
+//   if (c)                   if (c)
 //     X1 = ...                 X1 = ...
 //   else                     else
 //     X2 = ...                 X2 = ...
 //   X3 = phi(X1, X2)         X3 = phi(X1, X2)
-// ... = X3 + 4              X4 = phi(X3)
-//                           ... = X4 + 4
+// ... = X3 + 4             X4 = phi(X3)
+//                          ... = X4 + 4
 //
 // This is still valid LLVM; the extra phi nodes are purely redundant, and will
 // be trivially eliminated by InstCombine.  The major benefit of this 
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
+#define DEBUG_TYPE "lcssa"
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
-#include "llvm/Pass.h"
-#include "llvm/Function.h"
-#include "llvm/Instructions.h"
-#include "llvm/ADT/SetVector.h"
+#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
-#include "llvm/Analysis/Dominators.h"
-#include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
-#include "llvm/Support/CFG.h"
-#include <algorithm>
-#include <map>
-
+#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/Pass.h"
+#include "llvm/Support/PredIteratorCache.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
 using namespace llvm;
 
+STATISTIC(NumLCSSA, "Number of live out of a loop variables");
+
 namespace {
-  static Statistic<> NumLCSSA("lcssa",
-                              "Number of live out of a loop variables");
-  
-  class LCSSA : public FunctionPass {
-  public:
-    
-  
-    LoopInfo *LI;  // Loop information
-    DominatorTree *DT;       // Dominator Tree for the current Function...
-    DominanceFrontier *DF;   // Current Dominance Frontier
-    std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks;
-    
-    virtual bool runOnFunction(Function &F);
-    bool visitSubloop(Loop* L);
-    void processInstruction(Instruction* Instr,
-                            const std::vector<BasicBlock*>& exitBlocks);
+  struct LCSSA : public LoopPass {
+    static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
+    LCSSA() : LoopPass(ID) {
+      initializeLCSSAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+    }
+
+    // Cached analysis information for the current function.
+    DominatorTree *DT;
+    LoopInfo *LI;
+    ScalarEvolution *SE;
+    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.addRequiredID(LoopSimplifyID);
-      AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
-      AU.addRequired<LoopInfo>();
+
       AU.addRequired<DominatorTree>();
-      AU.addRequired<DominanceFrontier>();
+      AU.addRequired<LoopInfo>();
+      AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
+      AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
     }
   private:
-    SetVector<Instruction*> getLoopValuesUsedOutsideLoop(Loop *L);
-    Instruction *getValueDominatingBlock(BasicBlock *BB,
-                                 std::map<BasicBlock*, Instruction*>& PotDoms) {
-      return getValueDominatingDTNode(DT->getNode(BB), PotDoms);
-    }
-    Instruction *getValueDominatingDTNode(DominatorTree::Node *Node,
-                                  std::map<BasicBlock*, Instruction*>& PotDoms);
-                                      
-    /// inLoop - returns true if the given block is within the current loop
-    const bool inLoop(BasicBlock* B) {
-      return std::binary_search(LoopBlocks.begin(), LoopBlocks.end(), B);
+    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!");
     }
   };
+}
   
-  RegisterOpt<LCSSA> X("lcssa", "Loop-Closed SSA Form Pass");
+char LCSSA::ID = 0;
+INITIALIZE_PASS_BEGIN(LCSSA, "lcssa", "Loop-Closed SSA Form Pass", false, false)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
+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;
+
+
+/// 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);
+  for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
+    if (DT->dominates(DomNode, DT->getNode(ExitBlocks[i])))
+      return true;
+
+  return false;
 }
 
-FunctionPass *llvm::createLCSSAPass() { return new LCSSA(); }
-const PassInfo *llvm::LCSSAID = X.getPassInfo();
 
 /// runOnFunction - Process all loops in the function, inner-most out.
-bool LCSSA::runOnFunction(Function &F) {
-  bool changed = false;
+bool LCSSA::runOnLoop(Loop *TheLoop, LPPassManager &LPM) {
+  L = TheLoop;
   
-  LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
-  DF = &getAnalysis<DominanceFrontier>();
   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
-    
-  for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I) {
-    changed |= visitSubloop(*I);
-  }
-      
-  return changed;
-}
+  LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
+  SE = getAnalysisIfAvailable<ScalarEvolution>();
 
-/// visitSubloop - Recursively process all subloops, and then process the given
-/// loop if it has live-out values.
-bool LCSSA::visitSubloop(Loop* L) {
-  for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
-    visitSubloop(*I);
-    
-  // Speed up queries by creating a sorted list of blocks
-  LoopBlocks.clear();
-  LoopBlocks.insert(LoopBlocks.end(), L->block_begin(), L->block_end());
-  std::sort(LoopBlocks.begin(), LoopBlocks.end());
-  
-  SetVector<Instruction*> AffectedValues = getLoopValuesUsedOutsideLoop(L);
+  // Get the set of exiting blocks.
+  SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
+  L->getExitBlocks(ExitBlocks);
   
-  // If no values are affected, we can save a lot of work, since we know that
-  // nothing will be changed.
-  if (AffectedValues.empty())
+  if (ExitBlocks.empty())
     return false;
   
-  std::vector<BasicBlock*> exitBlocks;
-  L->getExitBlocks(exitBlocks);
-  
-  
-  // Iterate over all affected values for this loop and insert Phi nodes
-  // for them in the appropriate exit blocks
+  // 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 (SetVector<Instruction*>::iterator I = AffectedValues.begin(),
-       E = AffectedValues.end(); I != E; ++I) {
-    processInstruction(*I, exitBlocks);
+  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);
+    }
   }
+
+  // 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 && MadeChange)
+    SE->forgetLoop(L);
   
-  assert(L->isLCSSAForm());
-  
-  return true;
+  assert(L->isLCSSAForm(*DT));
+  PredCache.clear();
+
+  return MadeChange;
 }
 
-/// processInstruction - Given a live-out instruction, insert LCSSA Phi nodes,
-/// eliminate all out-of-loop uses.
-void LCSSA::processInstruction(Instruction* Instr,
-                               const std::vector<BasicBlock*>& exitBlocks)
-{
-  ++NumLCSSA; // We are applying the transformation
-  
-  std::map<BasicBlock*, Instruction*> Phis;
-  
-  // Add the base instruction to the Phis list.  This makes tracking down
-  // the dominating values easier when we're filling in Phi nodes.  This will
-  // be removed later, before we perform use replacement.
-  Phis[Instr->getParent()] = Instr;
+/// 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;
+}
+
+/// 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;
   
-  // Phi nodes that need to be IDF-processed
-  std::vector<PHINode*> workList;
+  BasicBlock *InstBB = Inst->getParent();
   
-  for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator BBI = exitBlocks.begin(),
-      BBE = exitBlocks.end(); BBI != BBE; ++BBI) {
-    Instruction*& phi = Phis[*BBI];
-    if (phi == 0 &&
-        DT->getNode(Instr->getParent())->dominates(DT->getNode(*BBI))) {
-      phi = new PHINode(Instr->getType(), Instr->getName()+".lcssa",
-                                 (*BBI)->begin());
-      workList.push_back(cast<PHINode>(phi));
-    }
+  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 && !L->contains(UserBB))
+      UsesToRewrite.push_back(&UI.getUse());
   }
+
+  // If there are no uses outside the loop, exit with no change.
+  if (UsesToRewrite.empty()) return false;
   
-  // Phi nodes that need to have their incoming values filled.
-  std::vector<PHINode*> needIncomingValues;
+  ++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
+  // 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))
+    DomBB = Inv->getNormalDest();
+
+  DomTreeNode *DomNode = DT->getNode(DomBB);
+
+  SmallVector<PHINode*, 16> AddedPHIs;
+
+  SSAUpdater SSAUpdate;
+  SSAUpdate.Initialize(Inst->getType(), Inst->getName());
   
-  // Calculate the IDF of these LCSSA Phi nodes, inserting new Phi's where
-  // necessary.  Keep track of these new Phi's in the "Phis" map.
-  while (!workList.empty()) {
-    PHINode *CurPHI = workList.back();
-    workList.pop_back();
+  // 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) {
+    BasicBlock *ExitBB = *BBI;
+    if (!DT->dominates(DomNode, DT->getNode(ExitBB))) continue;
     
-    // Even though we've removed this Phi from the work list, we still need
-    // to fill in its incoming values.
-    needIncomingValues.push_back(CurPHI);
+    // If we already inserted something for this BB, don't reprocess it.
+    if (SSAUpdate.HasValueForBlock(ExitBB)) continue;
     
-    // Get the current Phi's DF, and insert Phi nodes.  Add these new
-    // nodes to our worklist.
-    DominanceFrontier::const_iterator it = DF->find(CurPHI->getParent());
-    if (it != DF->end()) {
-      const DominanceFrontier::DomSetType &S = it->second;
-      for (DominanceFrontier::DomSetType::const_iterator P = S.begin(),
-           PE = S.end(); P != PE; ++P) {
-        if (DT->getNode(Instr->getParent())->dominates(DT->getNode(*P))) {
-          Instruction *&Phi = Phis[*P];
-          if (Phi == 0) {
-            // Still doesn't have operands...
-            Phi = new PHINode(Instr->getType(), Instr->getName()+".lcssa",
-                              (*P)->begin());
-          
-            workList.push_back(cast<PHINode>(Phi));
-          }
-        }
-      }
-    }
-  }
-  
-  // Fill in all Phis we've inserted that need their incoming values filled in.
-  for (std::vector<PHINode*>::iterator IVI = needIncomingValues.begin(),
-       IVE = needIncomingValues.end(); IVI != IVE; ++IVI) {
-    for (pred_iterator PI = pred_begin((*IVI)->getParent()),
-         E = pred_end((*IVI)->getParent()); PI != E; ++PI)
-      (*IVI)->addIncoming(getValueDominatingBlock(*PI, Phis),
-                          *PI);
-  }
-  
-  // Find all uses of the affected value, and replace them with the
-  // appropriate Phi.
-  std::vector<Instruction*> Uses;
-  for (Instruction::use_iterator UI = Instr->use_begin(), UE = Instr->use_end();
-       UI != UE; ++UI) {
-    Instruction* use = cast<Instruction>(*UI);
-    BasicBlock* UserBB = use->getParent();
-    if (PHINode* p = dyn_cast<PHINode>(use)) {
-      unsigned OperandNo = UI.getOperandNo();
-      UserBB = p->getIncomingBlock(OperandNo/2);
+    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);
+
+      // 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 (!L->contains(*PI))
+        UsesToRewrite.push_back(
+          &PN->getOperandUse(
+            PN->getOperandNumForIncomingValue(PN->getNumIncomingValues()-1)));
     }
+
+    AddedPHIs.push_back(PN);
     
-    // Don't need to update uses within the loop body.
-    if (!inLoop(use->getParent()))
-      Uses.push_back(use);
+    // Remember that this phi makes the value alive in this block.
+    SSAUpdate.AddAvailableValue(ExitBB, PN);
   }
-  
-  for (std::vector<Instruction*>::iterator II = Uses.begin(), IE = Uses.end();
-       II != IE; ++II) {
-    if (PHINode* phi = dyn_cast<PHINode>(*II)) {
-      for (unsigned int i = 0; i < phi->getNumIncomingValues(); ++i) {
-        if (phi->getIncomingValue(i) == Instr) {
-          Instruction* dominator = 
-                        getValueDominatingBlock(phi->getIncomingBlock(i), Phis);
-          phi->setIncomingValue(i, dominator);
-        }
-      }
-    } else {
-      Value *NewVal = getValueDominatingBlock((*II)->getParent(), Phis);
-      (*II)->replaceUsesOfWith(Instr, NewVal);
+
+  // 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) {
+    // If this use is in an exit block, rewrite to use the newly inserted PHI.
+    // This is required for correctness because SSAUpdate doesn't handle uses in
+    // the same block.  It assumes the PHI we inserted is at the end of the
+    // block.
+    Instruction *User = cast<Instruction>(UsesToRewrite[i]->getUser());
+    BasicBlock *UserBB = User->getParent();
+    if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User))
+      UserBB = PN->getIncomingBlock(*UsesToRewrite[i]);
+
+    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]);
   }
-}
 
-/// getLoopValuesUsedOutsideLoop - Return any values defined in the loop that
-/// are used by instructions outside of it.
-SetVector<Instruction*> LCSSA::getLoopValuesUsedOutsideLoop(Loop *L) {
-  
-  // FIXME: For large loops, we may be able to avoid a lot of 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.
-  
-  SetVector<Instruction*> AffectedValues;  
-  for (Loop::block_iterator BB = L->block_begin(), E = L->block_end();
-       BB != E; ++BB) {
-    for (BasicBlock::iterator I = (*BB)->begin(), E = (*BB)->end(); I != E; ++I)
-      for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
-           ++UI) {
-        BasicBlock *UserBB = cast<Instruction>(*UI)->getParent();
-        if (PHINode* p = dyn_cast<PHINode>(*UI)) {
-          unsigned OperandNo = UI.getOperandNo();
-          UserBB = p->getIncomingBlock(OperandNo/2);
-        }
-        
-        if (!inLoop(UserBB)) {
-          AffectedValues.insert(I);
-          break;
-        }
-      }
+  // 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 AffectedValues;
-}
-
-/// getValueDominatingBlock - Return the value within the potential dominators
-/// map that dominates the given block.
-Instruction *LCSSA::getValueDominatingDTNode(DominatorTree::Node *Node,
-                              std::map<BasicBlock*, Instruction*>& PotDoms) {
-  assert(Node != 0 && "Didn't find dom value?");
-  Instruction *&CacheSlot = PotDoms[Node->getBlock()];
-  if (CacheSlot) return CacheSlot;
   
-  // Otherwise, return the value of the idom and remember this for next time.
-  return CacheSlot = getValueDominatingDTNode(Node->getIDom(), PotDoms);
+  return true;
 }
+