Fixed/added namespace ending comments using clang-tidy. NFC
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / LCSSA.cpp
index 43c9678cd0b538695b2e146dbc8b6bd70edc1734..fcc79864219e084e2262637fe9b1d7087763bd8b 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 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
-#include "llvm/Constants.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/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"
 using namespace llvm;
 
-namespace {
-  static Statistic<> NumLCSSA("lcssa",
-                              "Number of live out of a loop variables");
-  
-  struct LCSSA : public FunctionPass {
-    // Cached analysis information for the current function.
-    LoopInfo *LI;
-    DominatorTree *DT;
-    std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks;
-    
-    virtual bool runOnFunction(Function &F);
-    bool visitSubloop(Loop* L);
-    void ProcessInstruction(Instruction* Instr,
-                            const std::vector<BasicBlock*>& exitBlocks);
-    
-    /// 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>();
-    }
-  private:
-    SetVector<Instruction*> getLoopValuesUsedOutsideLoop(Loop *L);
+#define DEBUG_TYPE "lcssa"
 
-    PHINode *GetValueForBlock(DominatorTree::Node *BB, Instruction *OrigInst,
-                              std::map<DominatorTree::Node*, PHINode*> &Phis);
+STATISTIC(NumLCSSA, "Number of live out of a loop variables");
 
-    /// 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);
-    }
-  };
-  
-  RegisterOpt<LCSSA> X("lcssa", "Loop-Closed SSA Form Pass");
+/// 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;
 }
 
-FunctionPass *llvm::createLCSSAPass() { return new LCSSA(); }
-const PassInfo *llvm::LCSSAID = X.getPassInfo();
+/// 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::runOnFunction(Function &F) {
-  bool changed = false;
-  
-  LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
-  DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
-    
-  for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
-    changed |= visitSubloop(*I);
-      
-  return changed;
-}
+  BasicBlock *InstBB = Inst.getParent();
+
+  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);
 
-/// 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);
-  
-  // If no values are affected, we can save a lot of work, since we know that
-  // nothing will be changed.
-  if (AffectedValues.empty())
+    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;
-  
-  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
-  
-  for (SetVector<Instruction*>::iterator I = AffectedValues.begin(),
-       E = AffectedValues.end(); I != E; ++I)
-    ProcessInstruction(*I, exitBlocks);
-  
-  assert(L->isLCSSAForm());
-  
-  return true;
-}
 
-/// 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
 
-  // Keep track of the blocks that have the value available already.
-  std::map<DominatorTree::Node*, PHINode*> Phis;
+  // 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();
 
-  DominatorTree::Node *InstrNode = DT->getNode(Instr->getParent());
+  DomTreeNode *DomNode = DT.getNode(DomBB);
 
-  // Insert the LCSSA phi's into the exit blocks (dominated by the value), and
-  // add them to the Phi's map.
-  for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator BBI = exitBlocks.begin(),
-      BBE = exitBlocks.end(); BBI != BBE; ++BBI) {
-    BasicBlock *BB = *BBI;
-    DominatorTree::Node *ExitBBNode = DT->getNode(BB);
-    PHINode *&Phi = Phis[ExitBBNode];
-    if (!Phi && InstrNode->dominates(ExitBBNode)) {
-      Phi = new PHINode(Instr->getType(), Instr->getName()+".lcssa",
-                        BB->begin());
-      Phi->reserveOperandSpace(std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB)));
-
-      // Add inputs from inside the loop for this PHI.
-      for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
-        Phi->addIncoming(Instr, *PI);
-      
-      // Remember that this phi makes the value alive in this block.
-      Phis[ExitBBNode] = Phi;
+  SmallVector<PHINode *, 16> AddedPHIs;
+  SmallVector<PHINode *, 8> PostProcessPHIs;
+
+  SSAUpdater SSAUpdate;
+  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) {
+    BasicBlock *ExitBB = *BBI;
+    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(), PredCache.size(ExitBB),
+                                  Inst.getName() + ".lcssa", ExitBB->begin());
+
+    // Add inputs from inside the loop for this PHI.
+    for (BasicBlock *Pred : PredCache.get(ExitBB)) {
+      PN->addIncoming(&Inst, Pred);
+
+      // 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(Pred))
+        UsesToRewrite.push_back(
+            &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);
   }
-  
-  
-  // Record all uses of Instr outside the loop.  We need to rewrite these.  The
-  // LCSSA phis won't be included because they use the value in the loop.
-  for (Value::use_iterator UI = Instr->use_begin(), E = Instr->use_end();
-       UI != E;) {
-    BasicBlock *UserBB = cast<Instruction>(*UI)->getParent();
-    if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(*UI)) {
-      unsigned OperandNo = UI.getOperandNo();
-      UserBB = P->getIncomingBlock(OperandNo/2);
-    }
-    
-    // If the user is in the loop, don't rewrite it!
-    if (inLoop(UserBB)) {
-      ++UI;
+
+  // 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, patch up uses of the value with the appropriate LCSSA Phi,
-    // inserting PHI nodes into join points where needed.
-    Value *Val = GetValueForBlock(DT->getNode(UserBB), Instr, Phis);
-    
-    // Preincrement the iterator to avoid invalidating it when we change the
-    // value.
-    Use &U = UI.getUse();
-    ++UI;
-    U.set(Val);
+
+    // 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;
 }
 
-/// 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;
-        }
-      }
+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);
+    }
   }
-  return AffectedValues;
+
+  // 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;
 }
 
-/// GetValueForBlock - Get the value to use within the specified basic block.
-/// available values are in Phis.
-PHINode *LCSSA::GetValueForBlock(DominatorTree::Node *BB, Instruction *OrigInst,
-                               std::map<DominatorTree::Node*, PHINode*> &Phis) {
-  // If we have already computed this value, return the previously computed val.
-  PHINode *&V = Phis[BB];
-  if (V) return V;
-
-  DominatorTree::Node *IDom = BB->getIDom();
-
-  // Otherwise, there are two cases: we either have to insert a PHI node or we
-  // don't.  We need to insert a PHI node if this block is not dominated by one
-  // of the exit nodes from the loop (the loop could have multiple exits, and
-  // though the value defined *inside* the loop dominated all its uses, each
-  // exit by itself may not dominate all the uses).
-  //
-  // The simplest way to check for this condition is by checking to see if the
-  // idom is in the loop.  If so, we *know* that none of the exit blocks
-  // dominate this block.  Note that we *know* that the block defining the
-  // original instruction is in the idom chain, because if it weren't, then the
-  // original value didn't dominate this use.
-  if (!inLoop(IDom->getBlock())) {
-    // Idom is not in the loop, we must still be "below" the exit block and must
-    // be fully dominated by the value live in the idom.
-    return V = GetValueForBlock(IDom, OrigInst, Phis);
+/// 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<LoopInfoWrapperPass>();
+    AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
+    AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
+    AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
   }
-  
-  BasicBlock *BBN = BB->getBlock();
-  
-  // Otherwise, the idom is the loop, so we need to insert a PHI node.  Do so
-  // now, then get values to fill in the incoming values for the PHI.
-  V = new PHINode(OrigInst->getType(), OrigInst->getName()+".lcssa",
-                  BBN->begin());
-  V->reserveOperandSpace(std::distance(pred_begin(BBN), pred_end(BBN)));
-
-  // Fill in the incoming values for the block.
-  for (pred_iterator PI = pred_begin(BBN), E = pred_end(BBN); PI != E; ++PI)
-    V->addIncoming(GetValueForBlock(DT->getNode(*PI), OrigInst, Phis), *PI);
-  return V;
+};
+} // namespace
+
+char LCSSA::ID = 0;
+INITIALIZE_PASS_BEGIN(LCSSA, "lcssa", "Loop-Closed SSA Form Pass", false, false)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
+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<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
+  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;
 }