[RS4GC] Use an value handle to help isolate errors quickly
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / LoopUnroll.cpp
index b96f14b1446468388c9a0108e89c3a8bfa0e695f..2499b88741fe363f57f3b50a57cf3829adb396e3 100644 (file)
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#define DEBUG_TYPE "loop-unroll"
 #include "llvm/Transforms/Utils/UnrollLoop.h"
-#include "llvm/BasicBlock.h"
+#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
 #include "llvm/Analysis/LoopIterator.h"
 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
+#include "llvm/IR/BasicBlock.h"
+#include "llvm/IR/DataLayout.h"
+#include "llvm/IR/DiagnosticInfo.h"
+#include "llvm/IR/Dominators.h"
+#include "llvm/IR/LLVMContext.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/LoopUtils.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/SimplifyIndVar.h"
 using namespace llvm;
 
+#define DEBUG_TYPE "loop-unroll"
+
 // TODO: Should these be here or in LoopUnroll?
 STATISTIC(NumCompletelyUnrolled, "Number of loops completely unrolled");
 STATISTIC(NumUnrolled, "Number of loops unrolled (completely or otherwise)");
@@ -58,18 +66,23 @@ static inline void RemapInstruction(Instruction *I,
 
 /// FoldBlockIntoPredecessor - Folds a basic block into its predecessor if it
 /// only has one predecessor, and that predecessor only has one successor.
-/// The LoopInfo Analysis that is passed will be kept consistent.
-/// Returns the new combined block.
-static BasicBlock *FoldBlockIntoPredecessor(BasicBlock *BB, LoopInfo* LI,
-                                            LPPassManager *LPM) {
+/// The LoopInfo Analysis that is passed will be kept consistent.  If folding is
+/// successful references to the containing loop must be removed from
+/// ScalarEvolution by calling ScalarEvolution::forgetLoop because SE may have
+/// references to the eliminated BB.  The argument ForgottenLoops contains a set
+/// of loops that have already been forgotten to prevent redundant, expensive
+/// calls to ScalarEvolution::forgetLoop.  Returns the new combined block.
+static BasicBlock *
+FoldBlockIntoPredecessor(BasicBlock *BB, LoopInfo* LI, ScalarEvolution *SE,
+                         SmallPtrSetImpl<Loop *> &ForgottenLoops) {
   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
   // if there are no PHI nodes.
   BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor();
-  if (!OnlyPred) return 0;
+  if (!OnlyPred) return nullptr;
 
   if (OnlyPred->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1)
-    return 0;
+    return nullptr;
 
   DEBUG(dbgs() << "Merging: " << *BB << "into: " << *OnlyPred);
 
@@ -90,22 +103,26 @@ static BasicBlock *FoldBlockIntoPredecessor(BasicBlock *BB, LoopInfo* LI,
   // Move all definitions in the successor to the predecessor...
   OnlyPred->getInstList().splice(OnlyPred->end(), BB->getInstList());
 
-  std::string OldName = BB->getName();
+  // OldName will be valid until erased.
+  StringRef OldName = BB->getName();
 
   // Erase basic block from the function...
 
   // ScalarEvolution holds references to loop exit blocks.
-  if (ScalarEvolution *SE = LPM->getAnalysisIfAvailable<ScalarEvolution>()) {
-    if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
-      SE->forgetLoop(L);
+  if (SE) {
+    if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB)) {
+      if (ForgottenLoops.insert(L).second)
+        SE->forgetLoop(L);
+    }
   }
   LI->removeBlock(BB);
-  BB->eraseFromParent();
 
   // Inherit predecessor's name if it exists...
   if (!OldName.empty() && !OnlyPred->hasName())
     OnlyPred->setName(OldName);
 
+  BB->eraseFromParent();
+
   return OnlyPred;
 }
 
@@ -127,16 +144,22 @@ static BasicBlock *FoldBlockIntoPredecessor(BasicBlock *BB, LoopInfo* LI,
 /// Similarly, TripMultiple divides the number of times that the LatchBlock may
 /// execute without exiting the loop.
 ///
-/// The LoopInfo Analysis that is passed will be kept consistent.
+/// If AllowRuntime is true then UnrollLoop will consider unrolling loops that
+/// have a runtime (i.e. not compile time constant) trip count.  Unrolling these
+/// loops require a unroll "prologue" that runs "RuntimeTripCount % Count"
+/// iterations before branching into the unrolled loop.  UnrollLoop will not
+/// runtime-unroll the loop if computing RuntimeTripCount will be expensive and
+/// AllowExpensiveTripCount is false.
 ///
-/// If a LoopPassManager is passed in, and the loop is fully removed, it will be
-/// removed from the LoopPassManager as well. LPM can also be NULL.
+/// The LoopInfo Analysis that is passed will be kept consistent.
 ///
-/// This utility preserves LoopInfo. If DominatorTree or ScalarEvolution are
-/// available it must also preserve those analyses.
+/// This utility preserves LoopInfo. It will also preserve ScalarEvolution and
+/// DominatorTree if they are non-null.
 bool llvm::UnrollLoop(Loop *L, unsigned Count, unsigned TripCount,
-                      bool AllowRuntime, unsigned TripMultiple,
-                      LoopInfo *LI, LPPassManager *LPM) {
+                      bool AllowRuntime, bool AllowExpensiveTripCount,
+                      unsigned TripMultiple, LoopInfo *LI, ScalarEvolution *SE,
+                      DominatorTree *DT, AssumptionCache *AC,
+                      bool PreserveLCSSA) {
   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
   if (!Preheader) {
     DEBUG(dbgs() << "  Can't unroll; loop preheader-insertion failed.\n");
@@ -149,6 +172,12 @@ bool llvm::UnrollLoop(Loop *L, unsigned Count, unsigned TripCount,
     return false;
   }
 
+  // Loops with indirectbr cannot be cloned.
+  if (!L->isSafeToClone()) {
+    DEBUG(dbgs() << "  Can't unroll; Loop body cannot be cloned.\n");
+    return false;
+  }
+
   BasicBlock *Header = L->getHeader();
   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
 
@@ -176,24 +205,36 @@ bool llvm::UnrollLoop(Loop *L, unsigned Count, unsigned TripCount,
   if (TripCount != 0 && Count > TripCount)
     Count = TripCount;
 
+  // Don't enter the unroll code if there is nothing to do. This way we don't
+  // need to support "partial unrolling by 1".
+  if (TripCount == 0 && Count < 2)
+    return false;
+
   assert(Count > 0);
   assert(TripMultiple > 0);
   assert(TripCount == 0 || TripCount % TripMultiple == 0);
 
   // Are we eliminating the loop control altogether?
   bool CompletelyUnroll = Count == TripCount;
+  SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitBlocks;
+  L->getExitBlocks(ExitBlocks);
+  Loop *ParentL = L->getParentLoop();
+  bool AllExitsAreInsideParentLoop = !ParentL ||
+      std::all_of(ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end(),
+                  [&](BasicBlock *BB) { return ParentL->contains(BB); });
 
   // We assume a run-time trip count if the compiler cannot
   // figure out the loop trip count and the unroll-runtime
   // flag is specified.
   bool RuntimeTripCount = (TripCount == 0 && Count > 0 && AllowRuntime);
 
-  if (RuntimeTripCount && !UnrollRuntimeLoopProlog(L, Count, LI, LPM))
+  if (RuntimeTripCount &&
+      !UnrollRuntimeLoopProlog(L, Count, AllowExpensiveTripCount, LI, SE, DT,
+                               PreserveLCSSA))
     return false;
 
   // Notify ScalarEvolution that the loop will be substantially changed,
   // if not outright eliminated.
-  ScalarEvolution *SE = LPM->getAnalysisIfAvailable<ScalarEvolution>();
   if (SE)
     SE->forgetLoop(L);
 
@@ -208,24 +249,39 @@ bool llvm::UnrollLoop(Loop *L, unsigned Count, unsigned TripCount,
       (unsigned)GreatestCommonDivisor64(Count, TripMultiple);
   }
 
+  // Report the unrolling decision.
+  DebugLoc LoopLoc = L->getStartLoc();
+  Function *F = Header->getParent();
+  LLVMContext &Ctx = F->getContext();
+
   if (CompletelyUnroll) {
     DEBUG(dbgs() << "COMPLETELY UNROLLING loop %" << Header->getName()
           << " with trip count " << TripCount << "!\n");
+    emitOptimizationRemark(Ctx, DEBUG_TYPE, *F, LoopLoc,
+                           Twine("completely unrolled loop with ") +
+                               Twine(TripCount) + " iterations");
   } else {
+    auto EmitDiag = [&](const Twine &T) {
+      emitOptimizationRemark(Ctx, DEBUG_TYPE, *F, LoopLoc,
+                             "unrolled loop by a factor of " + Twine(Count) +
+                                 T);
+    };
+
     DEBUG(dbgs() << "UNROLLING loop %" << Header->getName()
           << " by " << Count);
     if (TripMultiple == 0 || BreakoutTrip != TripMultiple) {
       DEBUG(dbgs() << " with a breakout at trip " << BreakoutTrip);
+      EmitDiag(" with a breakout at trip " + Twine(BreakoutTrip));
     } else if (TripMultiple != 1) {
       DEBUG(dbgs() << " with " << TripMultiple << " trips per branch");
+      EmitDiag(" with " + Twine(TripMultiple) + " trips per branch");
     } else if (RuntimeTripCount) {
       DEBUG(dbgs() << " with run-time trip count");
+      EmitDiag(" with run-time trip count");
     }
     DEBUG(dbgs() << "!\n");
   }
 
-  std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks = L->getBlocks();
-
   bool ContinueOnTrue = L->contains(BI->getSuccessor(0));
   BasicBlock *LoopExit = BI->getSuccessor(ContinueOnTrue);
 
@@ -254,15 +310,45 @@ bool llvm::UnrollLoop(Loop *L, unsigned Count, unsigned TripCount,
 
   for (unsigned It = 1; It != Count; ++It) {
     std::vector<BasicBlock*> NewBlocks;
+    SmallDenseMap<const Loop *, Loop *, 4> NewLoops;
+    NewLoops[L] = L;
 
     for (LoopBlocksDFS::RPOIterator BB = BlockBegin; BB != BlockEnd; ++BB) {
       ValueToValueMapTy VMap;
       BasicBlock *New = CloneBasicBlock(*BB, VMap, "." + Twine(It));
       Header->getParent()->getBasicBlockList().push_back(New);
 
-      // Loop over all of the PHI nodes in the block, changing them to use the
-      // incoming values from the previous block.
+      // Tell LI about New.
+      if (*BB == Header) {
+        assert(LI->getLoopFor(*BB) == L && "Header should not be in a sub-loop");
+        L->addBasicBlockToLoop(New, *LI);
+      } else {
+        // Figure out which loop New is in.
+        const Loop *OldLoop = LI->getLoopFor(*BB);
+        assert(OldLoop && "Should (at least) be in the loop being unrolled!");
+
+        Loop *&NewLoop = NewLoops[OldLoop];
+        if (!NewLoop) {
+          // Found a new sub-loop.
+          assert(*BB == OldLoop->getHeader() &&
+                 "Header should be first in RPO");
+
+          Loop *NewLoopParent = NewLoops.lookup(OldLoop->getParentLoop());
+          assert(NewLoopParent &&
+                 "Expected parent loop before sub-loop in RPO");
+          NewLoop = new Loop;
+          NewLoopParent->addChildLoop(NewLoop);
+
+          // Forget the old loop, since its inputs may have changed.
+          if (SE)
+            SE->forgetLoop(OldLoop);
+        }
+        NewLoop->addBasicBlockToLoop(New, *LI);
+      }
+
       if (*BB == Header)
+        // Loop over all of the PHI nodes in the block, changing them to use
+        // the incoming values from the previous block.
         for (unsigned i = 0, e = OrigPHINode.size(); i != e; ++i) {
           PHINode *NewPHI = cast<PHINode>(VMap[OrigPHINode[i]]);
           Value *InVal = NewPHI->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
@@ -279,8 +365,6 @@ bool llvm::UnrollLoop(Loop *L, unsigned Count, unsigned TripCount,
            VI != VE; ++VI)
         LastValueMap[VI->first] = VI->second;
 
-      L->addBasicBlockToLoop(New, LI->getBase());
-
       // Add phi entries for newly created values to all exit blocks.
       for (succ_iterator SI = succ_begin(*BB), SE = succ_end(*BB);
            SI != SE; ++SI) {
@@ -309,7 +393,7 @@ bool llvm::UnrollLoop(Loop *L, unsigned Count, unsigned TripCount,
     for (unsigned i = 0; i < NewBlocks.size(); ++i)
       for (BasicBlock::iterator I = NewBlocks[i]->begin(),
            E = NewBlocks[i]->end(); I != E; ++I)
-        ::RemapInstruction(I, LastValueMap);
+        ::RemapInstruction(&*I, LastValueMap);
   }
 
   // Loop over the PHI nodes in the original block, setting incoming values.
@@ -349,8 +433,9 @@ bool llvm::UnrollLoop(Loop *L, unsigned Count, unsigned TripCount,
 
     // For a complete unroll, make the last iteration end with a branch
     // to the exit block.
-    if (CompletelyUnroll && j == 0) {
-      Dest = LoopExit;
+    if (CompletelyUnroll) {
+      if (j == 0)
+        Dest = LoopExit;
       NeedConditional = false;
     }
 
@@ -385,45 +470,52 @@ bool llvm::UnrollLoop(Loop *L, unsigned Count, unsigned TripCount,
   }
 
   // Merge adjacent basic blocks, if possible.
+  SmallPtrSet<Loop *, 4> ForgottenLoops;
   for (unsigned i = 0, e = Latches.size(); i != e; ++i) {
     BranchInst *Term = cast<BranchInst>(Latches[i]->getTerminator());
     if (Term->isUnconditional()) {
       BasicBlock *Dest = Term->getSuccessor(0);
-      if (BasicBlock *Fold = FoldBlockIntoPredecessor(Dest, LI, LPM))
+      if (BasicBlock *Fold = FoldBlockIntoPredecessor(Dest, LI, SE,
+                                                      ForgottenLoops))
         std::replace(Latches.begin(), Latches.end(), Dest, Fold);
     }
   }
 
+  // FIXME: We could register any cloned assumptions instead of clearing the
+  // whole function's cache.
+  AC->clear();
+
   // FIXME: Reconstruct dom info, because it is not preserved properly.
   // Incrementally updating domtree after loop unrolling would be easy.
-  if (DominatorTree *DT = LPM->getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>())
-    DT->runOnFunction(*L->getHeader()->getParent());
+  if (DT)
+    DT->recalculate(*L->getHeader()->getParent());
 
   // Simplify any new induction variables in the partially unrolled loop.
   if (SE && !CompletelyUnroll) {
     SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
-    simplifyLoopIVs(L, SE, LPM, DeadInsts);
+    simplifyLoopIVs(L, SE, DT, LI, DeadInsts);
 
     // Aggressively clean up dead instructions that simplifyLoopIVs already
     // identified. Any remaining should be cleaned up below.
     while (!DeadInsts.empty())
       if (Instruction *Inst =
-          dyn_cast_or_null<Instruction>(&*DeadInsts.pop_back_val()))
+              dyn_cast_or_null<Instruction>(&*DeadInsts.pop_back_val()))
         RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Inst);
   }
 
   // At this point, the code is well formed.  We now do a quick sweep over the
   // inserted code, doing constant propagation and dead code elimination as we
   // go.
+  const DataLayout &DL = Header->getModule()->getDataLayout();
   const std::vector<BasicBlock*> &NewLoopBlocks = L->getBlocks();
   for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator BB = NewLoopBlocks.begin(),
        BBE = NewLoopBlocks.end(); BB != BBE; ++BB)
     for (BasicBlock::iterator I = (*BB)->begin(), E = (*BB)->end(); I != E; ) {
-      Instruction *Inst = I++;
+      Instruction *Inst = &*I++;
 
       if (isInstructionTriviallyDead(Inst))
         (*BB)->getInstList().erase(Inst);
-      else if (Value *V = SimplifyInstruction(Inst))
+      else if (Value *V = SimplifyInstruction(Inst, DL))
         if (LI->replacementPreservesLCSSAForm(Inst, V)) {
           Inst->replaceAllUsesWith(V);
           (*BB)->getInstList().erase(Inst);
@@ -432,9 +524,60 @@ bool llvm::UnrollLoop(Loop *L, unsigned Count, unsigned TripCount,
 
   NumCompletelyUnrolled += CompletelyUnroll;
   ++NumUnrolled;
-  // Remove the loop from the LoopPassManager if it's completely removed.
-  if (CompletelyUnroll && LPM != NULL)
-    LPM->deleteLoopFromQueue(L);
+
+  Loop *OuterL = L->getParentLoop();
+  // Update LoopInfo if the loop is completely removed.
+  if (CompletelyUnroll)
+    LI->updateUnloop(L);;
+
+  // If we have a pass and a DominatorTree we should re-simplify impacted loops
+  // to ensure subsequent analyses can rely on this form. We want to simplify
+  // at least one layer outside of the loop that was unrolled so that any
+  // changes to the parent loop exposed by the unrolling are considered.
+  if (DT) {
+    if (!OuterL && !CompletelyUnroll)
+      OuterL = L;
+    if (OuterL) {
+      bool Simplified = simplifyLoop(OuterL, DT, LI, SE, AC, PreserveLCSSA);
+
+      // LCSSA must be performed on the outermost affected loop. The unrolled
+      // loop's last loop latch is guaranteed to be in the outermost loop after
+      // LoopInfo's been updated by updateUnloop.
+      Loop *LatchLoop = LI->getLoopFor(Latches.back());
+      if (!OuterL->contains(LatchLoop))
+        while (OuterL->getParentLoop() != LatchLoop)
+          OuterL = OuterL->getParentLoop();
+
+      if (CompletelyUnroll && (!AllExitsAreInsideParentLoop || Simplified))
+        formLCSSARecursively(*OuterL, *DT, LI, SE);
+      else
+        assert(OuterL->isLCSSAForm(*DT) &&
+               "Loops should be in LCSSA form after loop-unroll.");
+    }
+  }
 
   return true;
 }
+
+/// Given an llvm.loop loop id metadata node, returns the loop hint metadata
+/// node with the given name (for example, "llvm.loop.unroll.count"). If no
+/// such metadata node exists, then nullptr is returned.
+MDNode *llvm::GetUnrollMetadata(MDNode *LoopID, StringRef Name) {
+  // First operand should refer to the loop id itself.
+  assert(LoopID->getNumOperands() > 0 && "requires at least one operand");
+  assert(LoopID->getOperand(0) == LoopID && "invalid loop id");
+
+  for (unsigned i = 1, e = LoopID->getNumOperands(); i < e; ++i) {
+    MDNode *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i));
+    if (!MD)
+      continue;
+
+    MDString *S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
+    if (!S)
+      continue;
+
+    if (Name.equals(S->getString()))
+      return MD;
+  }
+  return nullptr;
+}