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[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / include / llvm / Analysis / LoopAccessAnalysis.h
1 //===- llvm/Analysis/LoopAccessAnalysis.h -----------------------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file defines the interface for the loop memory dependence framework that
11 // was originally developed for the Loop Vectorizer.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #ifndef LLVM_ANALYSIS_LOOPACCESSANALYSIS_H
16 #define LLVM_ANALYSIS_LOOPACCESSANALYSIS_H
17
18 #include "llvm/ADT/EquivalenceClasses.h"
19 #include "llvm/ADT/Optional.h"
20 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
21 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
22 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
23 #include "llvm/Analysis/LoopAnalysisManager.h"
24 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
25 #include "llvm/IR/DiagnosticInfo.h"
26 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
27 #include "llvm/Pass.h"
28 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
29
30 namespace llvm {
31
32 class Value;
33 class DataLayout;
34 class ScalarEvolution;
35 class Loop;
36 class SCEV;
37 class SCEVUnionPredicate;
38 class LoopAccessInfo;
39 class OptimizationRemarkEmitter;
40
41 /// \brief Collection of parameters shared beetween the Loop Vectorizer and the
42 /// Loop Access Analysis.
43 struct VectorizerParams {
44   /// \brief Maximum SIMD width.
45   static const unsigned MaxVectorWidth;
46
47   /// \brief VF as overridden by the user.
48   static unsigned VectorizationFactor;
49   /// \brief Interleave factor as overridden by the user.
50   static unsigned VectorizationInterleave;
51   /// \brief True if force-vector-interleave was specified by the user.
52   static bool isInterleaveForced();
53
54   /// \\brief When performing memory disambiguation checks at runtime do not
55   /// make more than this number of comparisons.
56   static unsigned RuntimeMemoryCheckThreshold;
57 };
58
59 /// \brief Checks memory dependences among accesses to the same underlying
60 /// object to determine whether there vectorization is legal or not (and at
61 /// which vectorization factor).
62 ///
63 /// Note: This class will compute a conservative dependence for access to
64 /// different underlying pointers. Clients, such as the loop vectorizer, will
65 /// sometimes deal these potential dependencies by emitting runtime checks.
66 ///
67 /// We use the ScalarEvolution framework to symbolically evalutate access
68 /// functions pairs. Since we currently don't restructure the loop we can rely
69 /// on the program order of memory accesses to determine their safety.
70 /// At the moment we will only deem accesses as safe for:
71 ///  * A negative constant distance assuming program order.
72 ///
73 ///      Safe: tmp = a[i + 1];     OR     a[i + 1] = x;
74 ///            a[i] = tmp;                y = a[i];
75 ///
76 ///   The latter case is safe because later checks guarantuee that there can't
77 ///   be a cycle through a phi node (that is, we check that "x" and "y" is not
78 ///   the same variable: a header phi can only be an induction or a reduction, a
79 ///   reduction can't have a memory sink, an induction can't have a memory
80 ///   source). This is important and must not be violated (or we have to
81 ///   resort to checking for cycles through memory).
82 ///
83 ///  * A positive constant distance assuming program order that is bigger
84 ///    than the biggest memory access.
85 ///
86 ///     tmp = a[i]        OR              b[i] = x
87 ///     a[i+2] = tmp                      y = b[i+2];
88 ///
89 ///     Safe distance: 2 x sizeof(a[0]), and 2 x sizeof(b[0]), respectively.
90 ///
91 ///  * Zero distances and all accesses have the same size.
92 ///
93 class MemoryDepChecker {
94 public:
95   typedef PointerIntPair<Value *, 1, bool> MemAccessInfo;
96   typedef SmallVector<MemAccessInfo, 8> MemAccessInfoList;
97   /// \brief Set of potential dependent memory accesses.
98   typedef EquivalenceClasses<MemAccessInfo> DepCandidates;
99
100   /// \brief Dependece between memory access instructions.
101   struct Dependence {
102     /// \brief The type of the dependence.
103     enum DepType {
104       // No dependence.
105       NoDep,
106       // We couldn't determine the direction or the distance.
107       Unknown,
108       // Lexically forward.
109       //
110       // FIXME: If we only have loop-independent forward dependences (e.g. a
111       // read and write of A[i]), LAA will locally deem the dependence "safe"
112       // without querying the MemoryDepChecker.  Therefore we can miss
113       // enumerating loop-independent forward dependences in
114       // getDependences.  Note that as soon as there are different
115       // indices used to access the same array, the MemoryDepChecker *is*
116       // queried and the dependence list is complete.
117       Forward,
118       // Forward, but if vectorized, is likely to prevent store-to-load
119       // forwarding.
120       ForwardButPreventsForwarding,
121       // Lexically backward.
122       Backward,
123       // Backward, but the distance allows a vectorization factor of
124       // MaxSafeDepDistBytes.
125       BackwardVectorizable,
126       // Same, but may prevent store-to-load forwarding.
127       BackwardVectorizableButPreventsForwarding
128     };
129
130     /// \brief String version of the types.
131     static const char *DepName[];
132
133     /// \brief Index of the source of the dependence in the InstMap vector.
134     unsigned Source;
135     /// \brief Index of the destination of the dependence in the InstMap vector.
136     unsigned Destination;
137     /// \brief The type of the dependence.
138     DepType Type;
139
140     Dependence(unsigned Source, unsigned Destination, DepType Type)
141         : Source(Source), Destination(Destination), Type(Type) {}
142
143     /// \brief Return the source instruction of the dependence.
144     Instruction *getSource(const LoopAccessInfo &LAI) const;
145     /// \brief Return the destination instruction of the dependence.
146     Instruction *getDestination(const LoopAccessInfo &LAI) const;
147
148     /// \brief Dependence types that don't prevent vectorization.
149     static bool isSafeForVectorization(DepType Type);
150
151     /// \brief Lexically forward dependence.
152     bool isForward() const;
153     /// \brief Lexically backward dependence.
154     bool isBackward() const;
155
156     /// \brief May be a lexically backward dependence type (includes Unknown).
157     bool isPossiblyBackward() const;
158
159     /// \brief Print the dependence.  \p Instr is used to map the instruction
160     /// indices to instructions.
161     void print(raw_ostream &OS, unsigned Depth,
162                const SmallVectorImpl<Instruction *> &Instrs) const;
163   };
164
165   MemoryDepChecker(PredicatedScalarEvolution &PSE, const Loop *L)
166       : PSE(PSE), InnermostLoop(L), AccessIdx(0),
167         ShouldRetryWithRuntimeCheck(false), SafeForVectorization(true),
168         RecordDependences(true) {}
169
170   /// \brief Register the location (instructions are given increasing numbers)
171   /// of a write access.
172   void addAccess(StoreInst *SI) {
173     Value *Ptr = SI->getPointerOperand();
174     Accesses[MemAccessInfo(Ptr, true)].push_back(AccessIdx);
175     InstMap.push_back(SI);
176     ++AccessIdx;
177   }
178
179   /// \brief Register the location (instructions are given increasing numbers)
180   /// of a write access.
181   void addAccess(LoadInst *LI) {
182     Value *Ptr = LI->getPointerOperand();
183     Accesses[MemAccessInfo(Ptr, false)].push_back(AccessIdx);
184     InstMap.push_back(LI);
185     ++AccessIdx;
186   }
187
188   /// \brief Check whether the dependencies between the accesses are safe.
189   ///
190   /// Only checks sets with elements in \p CheckDeps.
191   bool areDepsSafe(DepCandidates &AccessSets, MemAccessInfoList &CheckDeps,
192                    const ValueToValueMap &Strides);
193
194   /// \brief No memory dependence was encountered that would inhibit
195   /// vectorization.
196   bool isSafeForVectorization() const { return SafeForVectorization; }
197
198   /// \brief The maximum number of bytes of a vector register we can vectorize
199   /// the accesses safely with.
200   uint64_t getMaxSafeDepDistBytes() { return MaxSafeDepDistBytes; }
201
202   /// \brief In same cases when the dependency check fails we can still
203   /// vectorize the loop with a dynamic array access check.
204   bool shouldRetryWithRuntimeCheck() { return ShouldRetryWithRuntimeCheck; }
205
206   /// \brief Returns the memory dependences.  If null is returned we exceeded
207   /// the MaxDependences threshold and this information is not
208   /// available.
209   const SmallVectorImpl<Dependence> *getDependences() const {
210     return RecordDependences ? &Dependences : nullptr;
211   }
212
213   void clearDependences() { Dependences.clear(); }
214
215   /// \brief The vector of memory access instructions.  The indices are used as
216   /// instruction identifiers in the Dependence class.
217   const SmallVectorImpl<Instruction *> &getMemoryInstructions() const {
218     return InstMap;
219   }
220
221   /// \brief Generate a mapping between the memory instructions and their
222   /// indices according to program order.
223   DenseMap<Instruction *, unsigned> generateInstructionOrderMap() const {
224     DenseMap<Instruction *, unsigned> OrderMap;
225
226     for (unsigned I = 0; I < InstMap.size(); ++I)
227       OrderMap[InstMap[I]] = I;
228
229     return OrderMap;
230   }
231
232   /// \brief Find the set of instructions that read or write via \p Ptr.
233   SmallVector<Instruction *, 4> getInstructionsForAccess(Value *Ptr,
234                                                          bool isWrite) const;
235
236 private:
237   /// A wrapper around ScalarEvolution, used to add runtime SCEV checks, and
238   /// applies dynamic knowledge to simplify SCEV expressions and convert them
239   /// to a more usable form. We need this in case assumptions about SCEV
240   /// expressions need to be made in order to avoid unknown dependences. For
241   /// example we might assume a unit stride for a pointer in order to prove
242   /// that a memory access is strided and doesn't wrap.
243   PredicatedScalarEvolution &PSE;
244   const Loop *InnermostLoop;
245
246   /// \brief Maps access locations (ptr, read/write) to program order.
247   DenseMap<MemAccessInfo, std::vector<unsigned> > Accesses;
248
249   /// \brief Memory access instructions in program order.
250   SmallVector<Instruction *, 16> InstMap;
251
252   /// \brief The program order index to be used for the next instruction.
253   unsigned AccessIdx;
254
255   // We can access this many bytes in parallel safely.
256   uint64_t MaxSafeDepDistBytes;
257
258   /// \brief If we see a non-constant dependence distance we can still try to
259   /// vectorize this loop with runtime checks.
260   bool ShouldRetryWithRuntimeCheck;
261
262   /// \brief No memory dependence was encountered that would inhibit
263   /// vectorization.
264   bool SafeForVectorization;
265
266   //// \brief True if Dependences reflects the dependences in the
267   //// loop.  If false we exceeded MaxDependences and
268   //// Dependences is invalid.
269   bool RecordDependences;
270
271   /// \brief Memory dependences collected during the analysis.  Only valid if
272   /// RecordDependences is true.
273   SmallVector<Dependence, 8> Dependences;
274
275   /// \brief Check whether there is a plausible dependence between the two
276   /// accesses.
277   ///
278   /// Access \p A must happen before \p B in program order. The two indices
279   /// identify the index into the program order map.
280   ///
281   /// This function checks  whether there is a plausible dependence (or the
282   /// absence of such can't be proved) between the two accesses. If there is a
283   /// plausible dependence but the dependence distance is bigger than one
284   /// element access it records this distance in \p MaxSafeDepDistBytes (if this
285   /// distance is smaller than any other distance encountered so far).
286   /// Otherwise, this function returns true signaling a possible dependence.
287   Dependence::DepType isDependent(const MemAccessInfo &A, unsigned AIdx,
288                                   const MemAccessInfo &B, unsigned BIdx,
289                                   const ValueToValueMap &Strides);
290
291   /// \brief Check whether the data dependence could prevent store-load
292   /// forwarding.
293   ///
294   /// \return false if we shouldn't vectorize at all or avoid larger
295   /// vectorization factors by limiting MaxSafeDepDistBytes.
296   bool couldPreventStoreLoadForward(uint64_t Distance, uint64_t TypeByteSize);
297 };
298
299 /// \brief Holds information about the memory runtime legality checks to verify
300 /// that a group of pointers do not overlap.
301 class RuntimePointerChecking {
302 public:
303   struct PointerInfo {
304     /// Holds the pointer value that we need to check.
305     TrackingVH<Value> PointerValue;
306     /// Holds the smallest byte address accessed by the pointer throughout all
307     /// iterations of the loop.
308     const SCEV *Start;
309     /// Holds the largest byte address accessed by the pointer throughout all
310     /// iterations of the loop, plus 1.
311     const SCEV *End;
312     /// Holds the information if this pointer is used for writing to memory.
313     bool IsWritePtr;
314     /// Holds the id of the set of pointers that could be dependent because of a
315     /// shared underlying object.
316     unsigned DependencySetId;
317     /// Holds the id of the disjoint alias set to which this pointer belongs.
318     unsigned AliasSetId;
319     /// SCEV for the access.
320     const SCEV *Expr;
321
322     PointerInfo(Value *PointerValue, const SCEV *Start, const SCEV *End,
323                 bool IsWritePtr, unsigned DependencySetId, unsigned AliasSetId,
324                 const SCEV *Expr)
325         : PointerValue(PointerValue), Start(Start), End(End),
326           IsWritePtr(IsWritePtr), DependencySetId(DependencySetId),
327           AliasSetId(AliasSetId), Expr(Expr) {}
328   };
329
330   RuntimePointerChecking(ScalarEvolution *SE) : Need(false), SE(SE) {}
331
332   /// Reset the state of the pointer runtime information.
333   void reset() {
334     Need = false;
335     Pointers.clear();
336     Checks.clear();
337   }
338
339   /// Insert a pointer and calculate the start and end SCEVs.
340   /// We need \p PSE in order to compute the SCEV expression of the pointer
341   /// according to the assumptions that we've made during the analysis.
342   /// The method might also version the pointer stride according to \p Strides,
343   /// and add new predicates to \p PSE.
344   void insert(Loop *Lp, Value *Ptr, bool WritePtr, unsigned DepSetId,
345               unsigned ASId, const ValueToValueMap &Strides,
346               PredicatedScalarEvolution &PSE);
347
348   /// \brief No run-time memory checking is necessary.
349   bool empty() const { return Pointers.empty(); }
350
351   /// A grouping of pointers. A single memcheck is required between
352   /// two groups.
353   struct CheckingPtrGroup {
354     /// \brief Create a new pointer checking group containing a single
355     /// pointer, with index \p Index in RtCheck.
356     CheckingPtrGroup(unsigned Index, RuntimePointerChecking &RtCheck)
357         : RtCheck(RtCheck), High(RtCheck.Pointers[Index].End),
358           Low(RtCheck.Pointers[Index].Start) {
359       Members.push_back(Index);
360     }
361
362     /// \brief Tries to add the pointer recorded in RtCheck at index
363     /// \p Index to this pointer checking group. We can only add a pointer
364     /// to a checking group if we will still be able to get
365     /// the upper and lower bounds of the check. Returns true in case
366     /// of success, false otherwise.
367     bool addPointer(unsigned Index);
368
369     /// Constitutes the context of this pointer checking group. For each
370     /// pointer that is a member of this group we will retain the index
371     /// at which it appears in RtCheck.
372     RuntimePointerChecking &RtCheck;
373     /// The SCEV expression which represents the upper bound of all the
374     /// pointers in this group.
375     const SCEV *High;
376     /// The SCEV expression which represents the lower bound of all the
377     /// pointers in this group.
378     const SCEV *Low;
379     /// Indices of all the pointers that constitute this grouping.
380     SmallVector<unsigned, 2> Members;
381   };
382
383   /// \brief A memcheck which made up of a pair of grouped pointers.
384   ///
385   /// These *have* to be const for now, since checks are generated from
386   /// CheckingPtrGroups in LAI::addRuntimeChecks which is a const member
387   /// function.  FIXME: once check-generation is moved inside this class (after
388   /// the PtrPartition hack is removed), we could drop const.
389   typedef std::pair<const CheckingPtrGroup *, const CheckingPtrGroup *>
390       PointerCheck;
391
392   /// \brief Generate the checks and store it.  This also performs the grouping
393   /// of pointers to reduce the number of memchecks necessary.
394   void generateChecks(MemoryDepChecker::DepCandidates &DepCands,
395                       bool UseDependencies);
396
397   /// \brief Returns the checks that generateChecks created.
398   const SmallVector<PointerCheck, 4> &getChecks() const { return Checks; }
399
400   /// \brief Decide if we need to add a check between two groups of pointers,
401   /// according to needsChecking.
402   bool needsChecking(const CheckingPtrGroup &M,
403                      const CheckingPtrGroup &N) const;
404
405   /// \brief Returns the number of run-time checks required according to
406   /// needsChecking.
407   unsigned getNumberOfChecks() const { return Checks.size(); }
408
409   /// \brief Print the list run-time memory checks necessary.
410   void print(raw_ostream &OS, unsigned Depth = 0) const;
411
412   /// Print \p Checks.
413   void printChecks(raw_ostream &OS, const SmallVectorImpl<PointerCheck> &Checks,
414                    unsigned Depth = 0) const;
415
416   /// This flag indicates if we need to add the runtime check.
417   bool Need;
418
419   /// Information about the pointers that may require checking.
420   SmallVector<PointerInfo, 2> Pointers;
421
422   /// Holds a partitioning of pointers into "check groups".
423   SmallVector<CheckingPtrGroup, 2> CheckingGroups;
424
425   /// \brief Check if pointers are in the same partition
426   ///
427   /// \p PtrToPartition contains the partition number for pointers (-1 if the
428   /// pointer belongs to multiple partitions).
429   static bool
430   arePointersInSamePartition(const SmallVectorImpl<int> &PtrToPartition,
431                              unsigned PtrIdx1, unsigned PtrIdx2);
432
433   /// \brief Decide whether we need to issue a run-time check for pointer at
434   /// index \p I and \p J to prove their independence.
435   bool needsChecking(unsigned I, unsigned J) const;
436
437   /// \brief Return PointerInfo for pointer at index \p PtrIdx.
438   const PointerInfo &getPointerInfo(unsigned PtrIdx) const {
439     return Pointers[PtrIdx];
440   }
441
442 private:
443   /// \brief Groups pointers such that a single memcheck is required
444   /// between two different groups. This will clear the CheckingGroups vector
445   /// and re-compute it. We will only group dependecies if \p UseDependencies
446   /// is true, otherwise we will create a separate group for each pointer.
447   void groupChecks(MemoryDepChecker::DepCandidates &DepCands,
448                    bool UseDependencies);
449
450   /// Generate the checks and return them.
451   SmallVector<PointerCheck, 4>
452   generateChecks() const;
453
454   /// Holds a pointer to the ScalarEvolution analysis.
455   ScalarEvolution *SE;
456
457   /// \brief Set of run-time checks required to establish independence of
458   /// otherwise may-aliasing pointers in the loop.
459   SmallVector<PointerCheck, 4> Checks;
460 };
461
462 /// \brief Drive the analysis of memory accesses in the loop
463 ///
464 /// This class is responsible for analyzing the memory accesses of a loop.  It
465 /// collects the accesses and then its main helper the AccessAnalysis class
466 /// finds and categorizes the dependences in buildDependenceSets.
467 ///
468 /// For memory dependences that can be analyzed at compile time, it determines
469 /// whether the dependence is part of cycle inhibiting vectorization.  This work
470 /// is delegated to the MemoryDepChecker class.
471 ///
472 /// For memory dependences that cannot be determined at compile time, it
473 /// generates run-time checks to prove independence.  This is done by
474 /// AccessAnalysis::canCheckPtrAtRT and the checks are maintained by the
475 /// RuntimePointerCheck class.
476 ///
477 /// If pointers can wrap or can't be expressed as affine AddRec expressions by
478 /// ScalarEvolution, we will generate run-time checks by emitting a
479 /// SCEVUnionPredicate.
480 ///
481 /// Checks for both memory dependences and the SCEV predicates contained in the
482 /// PSE must be emitted in order for the results of this analysis to be valid.
483 class LoopAccessInfo {
484 public:
485   LoopAccessInfo(Loop *L, ScalarEvolution *SE, const TargetLibraryInfo *TLI,
486                  AliasAnalysis *AA, DominatorTree *DT, LoopInfo *LI);
487
488   /// Return true we can analyze the memory accesses in the loop and there are
489   /// no memory dependence cycles.
490   bool canVectorizeMemory() const { return CanVecMem; }
491
492   const RuntimePointerChecking *getRuntimePointerChecking() const {
493     return PtrRtChecking.get();
494   }
495
496   /// \brief Number of memchecks required to prove independence of otherwise
497   /// may-alias pointers.
498   unsigned getNumRuntimePointerChecks() const {
499     return PtrRtChecking->getNumberOfChecks();
500   }
501
502   /// Return true if the block BB needs to be predicated in order for the loop
503   /// to be vectorized.
504   static bool blockNeedsPredication(BasicBlock *BB, Loop *TheLoop,
505                                     DominatorTree *DT);
506
507   /// Returns true if the value V is uniform within the loop.
508   bool isUniform(Value *V) const;
509
510   uint64_t getMaxSafeDepDistBytes() const { return MaxSafeDepDistBytes; }
511   unsigned getNumStores() const { return NumStores; }
512   unsigned getNumLoads() const { return NumLoads;}
513
514   /// \brief Add code that checks at runtime if the accessed arrays overlap.
515   ///
516   /// Returns a pair of instructions where the first element is the first
517   /// instruction generated in possibly a sequence of instructions and the
518   /// second value is the final comparator value or NULL if no check is needed.
519   std::pair<Instruction *, Instruction *>
520   addRuntimeChecks(Instruction *Loc) const;
521
522   /// \brief Generete the instructions for the checks in \p PointerChecks.
523   ///
524   /// Returns a pair of instructions where the first element is the first
525   /// instruction generated in possibly a sequence of instructions and the
526   /// second value is the final comparator value or NULL if no check is needed.
527   std::pair<Instruction *, Instruction *>
528   addRuntimeChecks(Instruction *Loc,
529                    const SmallVectorImpl<RuntimePointerChecking::PointerCheck>
530                        &PointerChecks) const;
531
532   /// \brief The diagnostics report generated for the analysis.  E.g. why we
533   /// couldn't analyze the loop.
534   const OptimizationRemarkAnalysis *getReport() const { return Report.get(); }
535
536   /// \brief the Memory Dependence Checker which can determine the
537   /// loop-independent and loop-carried dependences between memory accesses.
538   const MemoryDepChecker &getDepChecker() const { return *DepChecker; }
539
540   /// \brief Return the list of instructions that use \p Ptr to read or write
541   /// memory.
542   SmallVector<Instruction *, 4> getInstructionsForAccess(Value *Ptr,
543                                                          bool isWrite) const {
544     return DepChecker->getInstructionsForAccess(Ptr, isWrite);
545   }
546
547   /// \brief If an access has a symbolic strides, this maps the pointer value to
548   /// the stride symbol.
549   const ValueToValueMap &getSymbolicStrides() const { return SymbolicStrides; }
550
551   /// \brief Pointer has a symbolic stride.
552   bool hasStride(Value *V) const { return StrideSet.count(V); }
553
554   /// \brief Print the information about the memory accesses in the loop.
555   void print(raw_ostream &OS, unsigned Depth = 0) const;
556
557   /// \brief Checks existence of store to invariant address inside loop.
558   /// If the loop has any store to invariant address, then it returns true,
559   /// else returns false.
560   bool hasStoreToLoopInvariantAddress() const {
561     return StoreToLoopInvariantAddress;
562   }
563
564   /// Used to add runtime SCEV checks. Simplifies SCEV expressions and converts
565   /// them to a more usable form.  All SCEV expressions during the analysis
566   /// should be re-written (and therefore simplified) according to PSE.
567   /// A user of LoopAccessAnalysis will need to emit the runtime checks
568   /// associated with this predicate.
569   const PredicatedScalarEvolution &getPSE() const { return *PSE; }
570
571 private:
572   /// \brief Analyze the loop.
573   void analyzeLoop(AliasAnalysis *AA, LoopInfo *LI,
574                    const TargetLibraryInfo *TLI, DominatorTree *DT);
575
576   /// \brief Check if the structure of the loop allows it to be analyzed by this
577   /// pass.
578   bool canAnalyzeLoop();
579
580   /// \brief Save the analysis remark.
581   ///
582   /// LAA does not directly emits the remarks.  Instead it stores it which the
583   /// client can retrieve and presents as its own analysis
584   /// (e.g. -Rpass-analysis=loop-vectorize).
585   OptimizationRemarkAnalysis &recordAnalysis(StringRef RemarkName,
586                                              Instruction *Instr = nullptr);
587
588   /// \brief Collect memory access with loop invariant strides.
589   ///
590   /// Looks for accesses like "a[i * StrideA]" where "StrideA" is loop
591   /// invariant.
592   void collectStridedAccess(Value *LoadOrStoreInst);
593
594   std::unique_ptr<PredicatedScalarEvolution> PSE;
595
596   /// We need to check that all of the pointers in this list are disjoint
597   /// at runtime. Using std::unique_ptr to make using move ctor simpler.
598   std::unique_ptr<RuntimePointerChecking> PtrRtChecking;
599
600   /// \brief the Memory Dependence Checker which can determine the
601   /// loop-independent and loop-carried dependences between memory accesses.
602   std::unique_ptr<MemoryDepChecker> DepChecker;
603
604   Loop *TheLoop;
605
606   unsigned NumLoads;
607   unsigned NumStores;
608
609   uint64_t MaxSafeDepDistBytes;
610
611   /// \brief Cache the result of analyzeLoop.
612   bool CanVecMem;
613
614   /// \brief Indicator for storing to uniform addresses.
615   /// If a loop has write to a loop invariant address then it should be true.
616   bool StoreToLoopInvariantAddress;
617
618   /// \brief The diagnostics report generated for the analysis.  E.g. why we
619   /// couldn't analyze the loop.
620   std::unique_ptr<OptimizationRemarkAnalysis> Report;
621
622   /// \brief If an access has a symbolic strides, this maps the pointer value to
623   /// the stride symbol.
624   ValueToValueMap SymbolicStrides;
625
626   /// \brief Set of symbolic strides values.
627   SmallPtrSet<Value *, 8> StrideSet;
628 };
629
630 Value *stripIntegerCast(Value *V);
631
632 /// \brief Return the SCEV corresponding to a pointer with the symbolic stride
633 /// replaced with constant one, assuming the SCEV predicate associated with
634 /// \p PSE is true.
635 ///
636 /// If necessary this method will version the stride of the pointer according
637 /// to \p PtrToStride and therefore add further predicates to \p PSE.
638 ///
639 /// If \p OrigPtr is not null, use it to look up the stride value instead of \p
640 /// Ptr.  \p PtrToStride provides the mapping between the pointer value and its
641 /// stride as collected by LoopVectorizationLegality::collectStridedAccess.
642 const SCEV *replaceSymbolicStrideSCEV(PredicatedScalarEvolution &PSE,
643                                       const ValueToValueMap &PtrToStride,
644                                       Value *Ptr, Value *OrigPtr = nullptr);
645
646 /// \brief If the pointer has a constant stride return it in units of its
647 /// element size.  Otherwise return zero.
648 ///
649 /// Ensure that it does not wrap in the address space, assuming the predicate
650 /// associated with \p PSE is true.
651 ///
652 /// If necessary this method will version the stride of the pointer according
653 /// to \p PtrToStride and therefore add further predicates to \p PSE.
654 /// The \p Assume parameter indicates if we are allowed to make additional
655 /// run-time assumptions.
656 int64_t getPtrStride(PredicatedScalarEvolution &PSE, Value *Ptr, const Loop *Lp,
657                      const ValueToValueMap &StridesMap = ValueToValueMap(),
658                      bool Assume = false, bool ShouldCheckWrap = true);
659
660 /// \brief Returns true if the memory operations \p A and \p B are consecutive.
661 /// This is a simple API that does not depend on the analysis pass. 
662 bool isConsecutiveAccess(Value *A, Value *B, const DataLayout &DL,
663                          ScalarEvolution &SE, bool CheckType = true);
664
665 /// \brief This analysis provides dependence information for the memory accesses
666 /// of a loop.
667 ///
668 /// It runs the analysis for a loop on demand.  This can be initiated by
669 /// querying the loop access info via LAA::getInfo.  getInfo return a
670 /// LoopAccessInfo object.  See this class for the specifics of what information
671 /// is provided.
672 class LoopAccessLegacyAnalysis : public FunctionPass {
673 public:
674   static char ID;
675
676   LoopAccessLegacyAnalysis() : FunctionPass(ID) {
677     initializeLoopAccessLegacyAnalysisPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
678   }
679
680   bool runOnFunction(Function &F) override;
681
682   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
683
684   /// \brief Query the result of the loop access information for the loop \p L.
685   ///
686   /// If there is no cached result available run the analysis.
687   const LoopAccessInfo &getInfo(Loop *L);
688
689   void releaseMemory() override {
690     // Invalidate the cache when the pass is freed.
691     LoopAccessInfoMap.clear();
692   }
693
694   /// \brief Print the result of the analysis when invoked with -analyze.
695   void print(raw_ostream &OS, const Module *M = nullptr) const override;
696
697 private:
698   /// \brief The cache.
699   DenseMap<Loop *, std::unique_ptr<LoopAccessInfo>> LoopAccessInfoMap;
700
701   // The used analysis passes.
702   ScalarEvolution *SE;
703   const TargetLibraryInfo *TLI;
704   AliasAnalysis *AA;
705   DominatorTree *DT;
706   LoopInfo *LI;
707 };
708
709 /// \brief This analysis provides dependence information for the memory
710 /// accesses of a loop.
711 ///
712 /// It runs the analysis for a loop on demand.  This can be initiated by
713 /// querying the loop access info via AM.getResult<LoopAccessAnalysis>. 
714 /// getResult return a LoopAccessInfo object.  See this class for the
715 /// specifics of what information is provided.
716 class LoopAccessAnalysis
717     : public AnalysisInfoMixin<LoopAccessAnalysis> {
718   friend AnalysisInfoMixin<LoopAccessAnalysis>;
719   static AnalysisKey Key;
720
721 public:
722   typedef LoopAccessInfo Result;
723
724   Result run(Loop &L, LoopAnalysisManager &AM, LoopStandardAnalysisResults &AR);
725 };
726
727 inline Instruction *MemoryDepChecker::Dependence::getSource(
728     const LoopAccessInfo &LAI) const {
729   return LAI.getDepChecker().getMemoryInstructions()[Source];
730 }
731
732 inline Instruction *MemoryDepChecker::Dependence::getDestination(
733     const LoopAccessInfo &LAI) const {
734   return LAI.getDepChecker().getMemoryInstructions()[Destination];
735 }
736
737 } // End llvm namespace
738
739 #endif