]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/include/llvm/Analysis/RegionInfo.h
Merge clang 7.0.1 and several follow-up changes
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / include / llvm / Analysis / RegionInfo.h
1 //===- RegionInfo.h - SESE region analysis ----------------------*- 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 // Calculate a program structure tree built out of single entry single exit
11 // regions.
12 // The basic ideas are taken from "The Program Structure Tree - Richard Johnson,
13 // David Pearson, Keshav Pingali - 1994", however enriched with ideas from "The
14 // Refined Process Structure Tree - Jussi Vanhatalo, Hagen Voelyer, Jana
15 // Koehler - 2009".
16 // The algorithm to calculate these data structures however is completely
17 // different, as it takes advantage of existing information already available
18 // in (Post)dominace tree and dominance frontier passes. This leads to a simpler
19 // and in practice hopefully better performing algorithm. The runtime of the
20 // algorithms described in the papers above are both linear in graph size,
21 // O(V+E), whereas this algorithm is not, as the dominance frontier information
22 // itself is not, but in practice runtime seems to be in the order of magnitude
23 // of dominance tree calculation.
24 //
25 // WARNING: LLVM is generally very concerned about compile time such that
26 //          the use of additional analysis passes in the default
27 //          optimization sequence is avoided as much as possible.
28 //          Specifically, if you do not need the RegionInfo, but dominance
29 //          information could be sufficient please base your work only on
30 //          the dominator tree. Most passes maintain it, such that using
31 //          it has often near zero cost. In contrast RegionInfo is by
32 //          default not available, is not maintained by existing
33 //          transformations and there is no intention to do so.
34 //
35 //===----------------------------------------------------------------------===//
36
37 #ifndef LLVM_ANALYSIS_REGIONINFO_H
38 #define LLVM_ANALYSIS_REGIONINFO_H
39
40 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
41 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
42 #include "llvm/ADT/GraphTraits.h"
43 #include "llvm/ADT/PointerIntPair.h"
44 #include "llvm/ADT/iterator_range.h"
45 #include "llvm/Config/llvm-config.h"
46 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
47 #include "llvm/IR/Dominators.h"
48 #include "llvm/IR/PassManager.h"
49 #include "llvm/Pass.h"
50 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
51 #include <algorithm>
52 #include <cassert>
53 #include <map>
54 #include <memory>
55 #include <set>
56 #include <string>
57 #include <type_traits>
58 #include <vector>
59
60 namespace llvm {
61
62 class DominanceFrontier;
63 class DominatorTree;
64 class Loop;
65 class LoopInfo;
66 class PostDominatorTree;
67 class Region;
68 template <class RegionTr> class RegionBase;
69 class RegionInfo;
70 template <class RegionTr> class RegionInfoBase;
71 class RegionNode;
72
73 // Class to be specialized for different users of RegionInfo
74 // (i.e. BasicBlocks or MachineBasicBlocks). This is only to avoid needing to
75 // pass around an unreasonable number of template parameters.
76 template <class FuncT_>
77 struct RegionTraits {
78   // FuncT
79   // BlockT
80   // RegionT
81   // RegionNodeT
82   // RegionInfoT
83   using BrokenT = typename FuncT_::UnknownRegionTypeError;
84 };
85
86 template <>
87 struct RegionTraits<Function> {
88   using FuncT = Function;
89   using BlockT = BasicBlock;
90   using RegionT = Region;
91   using RegionNodeT = RegionNode;
92   using RegionInfoT = RegionInfo;
93   using DomTreeT = DominatorTree;
94   using DomTreeNodeT = DomTreeNode;
95   using DomFrontierT = DominanceFrontier;
96   using PostDomTreeT = PostDominatorTree;
97   using InstT = Instruction;
98   using LoopT = Loop;
99   using LoopInfoT = LoopInfo;
100
101   static unsigned getNumSuccessors(BasicBlock *BB) {
102     return BB->getTerminator()->getNumSuccessors();
103   }
104 };
105
106 /// Marker class to iterate over the elements of a Region in flat mode.
107 ///
108 /// The class is used to either iterate in Flat mode or by not using it to not
109 /// iterate in Flat mode.  During a Flat mode iteration all Regions are entered
110 /// and the iteration returns every BasicBlock.  If the Flat mode is not
111 /// selected for SubRegions just one RegionNode containing the subregion is
112 /// returned.
113 template <class GraphType>
114 class FlatIt {};
115
116 /// A RegionNode represents a subregion or a BasicBlock that is part of a
117 /// Region.
118 template <class Tr>
119 class RegionNodeBase {
120   friend class RegionBase<Tr>;
121
122 public:
123   using BlockT = typename Tr::BlockT;
124   using RegionT = typename Tr::RegionT;
125
126 private:
127   /// This is the entry basic block that starts this region node.  If this is a
128   /// BasicBlock RegionNode, then entry is just the basic block, that this
129   /// RegionNode represents.  Otherwise it is the entry of this (Sub)RegionNode.
130   ///
131   /// In the BBtoRegionNode map of the parent of this node, BB will always map
132   /// to this node no matter which kind of node this one is.
133   ///
134   /// The node can hold either a Region or a BasicBlock.
135   /// Use one bit to save, if this RegionNode is a subregion or BasicBlock
136   /// RegionNode.
137   PointerIntPair<BlockT *, 1, bool> entry;
138
139   /// The parent Region of this RegionNode.
140   /// @see getParent()
141   RegionT *parent;
142
143 protected:
144   /// Create a RegionNode.
145   ///
146   /// @param Parent      The parent of this RegionNode.
147   /// @param Entry       The entry BasicBlock of the RegionNode.  If this
148   ///                    RegionNode represents a BasicBlock, this is the
149   ///                    BasicBlock itself.  If it represents a subregion, this
150   ///                    is the entry BasicBlock of the subregion.
151   /// @param isSubRegion If this RegionNode represents a SubRegion.
152   inline RegionNodeBase(RegionT *Parent, BlockT *Entry,
153                         bool isSubRegion = false)
154       : entry(Entry, isSubRegion), parent(Parent) {}
155
156 public:
157   RegionNodeBase(const RegionNodeBase &) = delete;
158   RegionNodeBase &operator=(const RegionNodeBase &) = delete;
159
160   /// Get the parent Region of this RegionNode.
161   ///
162   /// The parent Region is the Region this RegionNode belongs to. If for
163   /// example a BasicBlock is element of two Regions, there exist two
164   /// RegionNodes for this BasicBlock. Each with the getParent() function
165   /// pointing to the Region this RegionNode belongs to.
166   ///
167   /// @return Get the parent Region of this RegionNode.
168   inline RegionT *getParent() const { return parent; }
169
170   /// Get the entry BasicBlock of this RegionNode.
171   ///
172   /// If this RegionNode represents a BasicBlock this is just the BasicBlock
173   /// itself, otherwise we return the entry BasicBlock of the Subregion
174   ///
175   /// @return The entry BasicBlock of this RegionNode.
176   inline BlockT *getEntry() const { return entry.getPointer(); }
177
178   /// Get the content of this RegionNode.
179   ///
180   /// This can be either a BasicBlock or a subregion. Before calling getNodeAs()
181   /// check the type of the content with the isSubRegion() function call.
182   ///
183   /// @return The content of this RegionNode.
184   template <class T> inline T *getNodeAs() const;
185
186   /// Is this RegionNode a subregion?
187   ///
188   /// @return True if it contains a subregion. False if it contains a
189   ///         BasicBlock.
190   inline bool isSubRegion() const { return entry.getInt(); }
191 };
192
193 //===----------------------------------------------------------------------===//
194 /// A single entry single exit Region.
195 ///
196 /// A Region is a connected subgraph of a control flow graph that has exactly
197 /// two connections to the remaining graph. It can be used to analyze or
198 /// optimize parts of the control flow graph.
199 ///
200 /// A <em> simple Region </em> is connected to the remaining graph by just two
201 /// edges. One edge entering the Region and another one leaving the Region.
202 ///
203 /// An <em> extended Region </em> (or just Region) is a subgraph that can be
204 /// transform into a simple Region. The transformation is done by adding
205 /// BasicBlocks that merge several entry or exit edges so that after the merge
206 /// just one entry and one exit edge exists.
207 ///
208 /// The \e Entry of a Region is the first BasicBlock that is passed after
209 /// entering the Region. It is an element of the Region. The entry BasicBlock
210 /// dominates all BasicBlocks in the Region.
211 ///
212 /// The \e Exit of a Region is the first BasicBlock that is passed after
213 /// leaving the Region. It is not an element of the Region. The exit BasicBlock,
214 /// postdominates all BasicBlocks in the Region.
215 ///
216 /// A <em> canonical Region </em> cannot be constructed by combining smaller
217 /// Regions.
218 ///
219 /// Region A is the \e parent of Region B, if B is completely contained in A.
220 ///
221 /// Two canonical Regions either do not intersect at all or one is
222 /// the parent of the other.
223 ///
224 /// The <em> Program Structure Tree</em> is a graph (V, E) where V is the set of
225 /// Regions in the control flow graph and E is the \e parent relation of these
226 /// Regions.
227 ///
228 /// Example:
229 ///
230 /// \verbatim
231 /// A simple control flow graph, that contains two regions.
232 ///
233 ///        1
234 ///       / |
235 ///      2   |
236 ///     / \   3
237 ///    4   5  |
238 ///    |   |  |
239 ///    6   7  8
240 ///     \  | /
241 ///      \ |/       Region A: 1 -> 9 {1,2,3,4,5,6,7,8}
242 ///        9        Region B: 2 -> 9 {2,4,5,6,7}
243 /// \endverbatim
244 ///
245 /// You can obtain more examples by either calling
246 ///
247 /// <tt> "opt -regions -analyze anyprogram.ll" </tt>
248 /// or
249 /// <tt> "opt -view-regions-only anyprogram.ll" </tt>
250 ///
251 /// on any LLVM file you are interested in.
252 ///
253 /// The first call returns a textual representation of the program structure
254 /// tree, the second one creates a graphical representation using graphviz.
255 template <class Tr>
256 class RegionBase : public RegionNodeBase<Tr> {
257   friend class RegionInfoBase<Tr>;
258
259   using FuncT = typename Tr::FuncT;
260   using BlockT = typename Tr::BlockT;
261   using RegionInfoT = typename Tr::RegionInfoT;
262   using RegionT = typename Tr::RegionT;
263   using RegionNodeT = typename Tr::RegionNodeT;
264   using DomTreeT = typename Tr::DomTreeT;
265   using LoopT = typename Tr::LoopT;
266   using LoopInfoT = typename Tr::LoopInfoT;
267   using InstT = typename Tr::InstT;
268
269   using BlockTraits = GraphTraits<BlockT *>;
270   using InvBlockTraits = GraphTraits<Inverse<BlockT *>>;
271   using SuccIterTy = typename BlockTraits::ChildIteratorType;
272   using PredIterTy = typename InvBlockTraits::ChildIteratorType;
273
274   // Information necessary to manage this Region.
275   RegionInfoT *RI;
276   DomTreeT *DT;
277
278   // The exit BasicBlock of this region.
279   // (The entry BasicBlock is part of RegionNode)
280   BlockT *exit;
281
282   using RegionSet = std::vector<std::unique_ptr<RegionT>>;
283
284   // The subregions of this region.
285   RegionSet children;
286
287   using BBNodeMapT = std::map<BlockT *, std::unique_ptr<RegionNodeT>>;
288
289   // Save the BasicBlock RegionNodes that are element of this Region.
290   mutable BBNodeMapT BBNodeMap;
291
292   /// Check if a BB is in this Region. This check also works
293   /// if the region is incorrectly built. (EXPENSIVE!)
294   void verifyBBInRegion(BlockT *BB) const;
295
296   /// Walk over all the BBs of the region starting from BB and
297   /// verify that all reachable basic blocks are elements of the region.
298   /// (EXPENSIVE!)
299   void verifyWalk(BlockT *BB, std::set<BlockT *> *visitedBB) const;
300
301   /// Verify if the region and its children are valid regions (EXPENSIVE!)
302   void verifyRegionNest() const;
303
304 public:
305   /// Create a new region.
306   ///
307   /// @param Entry  The entry basic block of the region.
308   /// @param Exit   The exit basic block of the region.
309   /// @param RI     The region info object that is managing this region.
310   /// @param DT     The dominator tree of the current function.
311   /// @param Parent The surrounding region or NULL if this is a top level
312   ///               region.
313   RegionBase(BlockT *Entry, BlockT *Exit, RegionInfoT *RI, DomTreeT *DT,
314              RegionT *Parent = nullptr);
315
316   RegionBase(const RegionBase &) = delete;
317   RegionBase &operator=(const RegionBase &) = delete;
318
319   /// Delete the Region and all its subregions.
320   ~RegionBase();
321
322   /// Get the entry BasicBlock of the Region.
323   /// @return The entry BasicBlock of the region.
324   BlockT *getEntry() const {
325     return RegionNodeBase<Tr>::getEntry();
326   }
327
328   /// Replace the entry basic block of the region with the new basic
329   ///        block.
330   ///
331   /// @param BB  The new entry basic block of the region.
332   void replaceEntry(BlockT *BB);
333
334   /// Replace the exit basic block of the region with the new basic
335   ///        block.
336   ///
337   /// @param BB  The new exit basic block of the region.
338   void replaceExit(BlockT *BB);
339
340   /// Recursively replace the entry basic block of the region.
341   ///
342   /// This function replaces the entry basic block with a new basic block. It
343   /// also updates all child regions that have the same entry basic block as
344   /// this region.
345   ///
346   /// @param NewEntry The new entry basic block.
347   void replaceEntryRecursive(BlockT *NewEntry);
348
349   /// Recursively replace the exit basic block of the region.
350   ///
351   /// This function replaces the exit basic block with a new basic block. It
352   /// also updates all child regions that have the same exit basic block as
353   /// this region.
354   ///
355   /// @param NewExit The new exit basic block.
356   void replaceExitRecursive(BlockT *NewExit);
357
358   /// Get the exit BasicBlock of the Region.
359   /// @return The exit BasicBlock of the Region, NULL if this is the TopLevel
360   ///         Region.
361   BlockT *getExit() const { return exit; }
362
363   /// Get the parent of the Region.
364   /// @return The parent of the Region or NULL if this is a top level
365   ///         Region.
366   RegionT *getParent() const {
367     return RegionNodeBase<Tr>::getParent();
368   }
369
370   /// Get the RegionNode representing the current Region.
371   /// @return The RegionNode representing the current Region.
372   RegionNodeT *getNode() const {
373     return const_cast<RegionNodeT *>(
374         reinterpret_cast<const RegionNodeT *>(this));
375   }
376
377   /// Get the nesting level of this Region.
378   ///
379   /// An toplevel Region has depth 0.
380   ///
381   /// @return The depth of the region.
382   unsigned getDepth() const;
383
384   /// Check if a Region is the TopLevel region.
385   ///
386   /// The toplevel region represents the whole function.
387   bool isTopLevelRegion() const { return exit == nullptr; }
388
389   /// Return a new (non-canonical) region, that is obtained by joining
390   ///        this region with its predecessors.
391   ///
392   /// @return A region also starting at getEntry(), but reaching to the next
393   ///         basic block that forms with getEntry() a (non-canonical) region.
394   ///         NULL if such a basic block does not exist.
395   RegionT *getExpandedRegion() const;
396
397   /// Return the first block of this region's single entry edge,
398   ///        if existing.
399   ///
400   /// @return The BasicBlock starting this region's single entry edge,
401   ///         else NULL.
402   BlockT *getEnteringBlock() const;
403
404   /// Return the first block of this region's single exit edge,
405   ///        if existing.
406   ///
407   /// @return The BasicBlock starting this region's single exit edge,
408   ///         else NULL.
409   BlockT *getExitingBlock() const;
410
411   /// Collect all blocks of this region's single exit edge, if existing.
412   ///
413   /// @return True if this region contains all the predecessors of the exit.
414   bool getExitingBlocks(SmallVectorImpl<BlockT *> &Exitings) const;
415
416   /// Is this a simple region?
417   ///
418   /// A region is simple if it has exactly one exit and one entry edge.
419   ///
420   /// @return True if the Region is simple.
421   bool isSimple() const;
422
423   /// Returns the name of the Region.
424   /// @return The Name of the Region.
425   std::string getNameStr() const;
426
427   /// Return the RegionInfo object, that belongs to this Region.
428   RegionInfoT *getRegionInfo() const { return RI; }
429
430   /// PrintStyle - Print region in difference ways.
431   enum PrintStyle { PrintNone, PrintBB, PrintRN };
432
433   /// Print the region.
434   ///
435   /// @param OS The output stream the Region is printed to.
436   /// @param printTree Print also the tree of subregions.
437   /// @param level The indentation level used for printing.
438   void print(raw_ostream &OS, bool printTree = true, unsigned level = 0,
439              PrintStyle Style = PrintNone) const;
440
441 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
442   /// Print the region to stderr.
443   void dump() const;
444 #endif
445
446   /// Check if the region contains a BasicBlock.
447   ///
448   /// @param BB The BasicBlock that might be contained in this Region.
449   /// @return True if the block is contained in the region otherwise false.
450   bool contains(const BlockT *BB) const;
451
452   /// Check if the region contains another region.
453   ///
454   /// @param SubRegion The region that might be contained in this Region.
455   /// @return True if SubRegion is contained in the region otherwise false.
456   bool contains(const RegionT *SubRegion) const {
457     // Toplevel Region.
458     if (!getExit())
459       return true;
460
461     return contains(SubRegion->getEntry()) &&
462            (contains(SubRegion->getExit()) ||
463             SubRegion->getExit() == getExit());
464   }
465
466   /// Check if the region contains an Instruction.
467   ///
468   /// @param Inst The Instruction that might be contained in this region.
469   /// @return True if the Instruction is contained in the region otherwise
470   /// false.
471   bool contains(const InstT *Inst) const { return contains(Inst->getParent()); }
472
473   /// Check if the region contains a loop.
474   ///
475   /// @param L The loop that might be contained in this region.
476   /// @return True if the loop is contained in the region otherwise false.
477   ///         In case a NULL pointer is passed to this function the result
478   ///         is false, except for the region that describes the whole function.
479   ///         In that case true is returned.
480   bool contains(const LoopT *L) const;
481
482   /// Get the outermost loop in the region that contains a loop.
483   ///
484   /// Find for a Loop L the outermost loop OuterL that is a parent loop of L
485   /// and is itself contained in the region.
486   ///
487   /// @param L The loop the lookup is started.
488   /// @return The outermost loop in the region, NULL if such a loop does not
489   ///         exist or if the region describes the whole function.
490   LoopT *outermostLoopInRegion(LoopT *L) const;
491
492   /// Get the outermost loop in the region that contains a basic block.
493   ///
494   /// Find for a basic block BB the outermost loop L that contains BB and is
495   /// itself contained in the region.
496   ///
497   /// @param LI A pointer to a LoopInfo analysis.
498   /// @param BB The basic block surrounded by the loop.
499   /// @return The outermost loop in the region, NULL if such a loop does not
500   ///         exist or if the region describes the whole function.
501   LoopT *outermostLoopInRegion(LoopInfoT *LI, BlockT *BB) const;
502
503   /// Get the subregion that starts at a BasicBlock
504   ///
505   /// @param BB The BasicBlock the subregion should start.
506   /// @return The Subregion if available, otherwise NULL.
507   RegionT *getSubRegionNode(BlockT *BB) const;
508
509   /// Get the RegionNode for a BasicBlock
510   ///
511   /// @param BB The BasicBlock at which the RegionNode should start.
512   /// @return If available, the RegionNode that represents the subregion
513   ///         starting at BB. If no subregion starts at BB, the RegionNode
514   ///         representing BB.
515   RegionNodeT *getNode(BlockT *BB) const;
516
517   /// Get the BasicBlock RegionNode for a BasicBlock
518   ///
519   /// @param BB The BasicBlock for which the RegionNode is requested.
520   /// @return The RegionNode representing the BB.
521   RegionNodeT *getBBNode(BlockT *BB) const;
522
523   /// Add a new subregion to this Region.
524   ///
525   /// @param SubRegion The new subregion that will be added.
526   /// @param moveChildren Move the children of this region, that are also
527   ///                     contained in SubRegion into SubRegion.
528   void addSubRegion(RegionT *SubRegion, bool moveChildren = false);
529
530   /// Remove a subregion from this Region.
531   ///
532   /// The subregion is not deleted, as it will probably be inserted into another
533   /// region.
534   /// @param SubRegion The SubRegion that will be removed.
535   RegionT *removeSubRegion(RegionT *SubRegion);
536
537   /// Move all direct child nodes of this Region to another Region.
538   ///
539   /// @param To The Region the child nodes will be transferred to.
540   void transferChildrenTo(RegionT *To);
541
542   /// Verify if the region is a correct region.
543   ///
544   /// Check if this is a correctly build Region. This is an expensive check, as
545   /// the complete CFG of the Region will be walked.
546   void verifyRegion() const;
547
548   /// Clear the cache for BB RegionNodes.
549   ///
550   /// After calling this function the BasicBlock RegionNodes will be stored at
551   /// different memory locations. RegionNodes obtained before this function is
552   /// called are therefore not comparable to RegionNodes abtained afterwords.
553   void clearNodeCache();
554
555   /// @name Subregion Iterators
556   ///
557   /// These iterators iterator over all subregions of this Region.
558   //@{
559   using iterator = typename RegionSet::iterator;
560   using const_iterator = typename RegionSet::const_iterator;
561
562   iterator begin() { return children.begin(); }
563   iterator end() { return children.end(); }
564
565   const_iterator begin() const { return children.begin(); }
566   const_iterator end() const { return children.end(); }
567   //@}
568
569   /// @name BasicBlock Iterators
570   ///
571   /// These iterators iterate over all BasicBlocks that are contained in this
572   /// Region. The iterator also iterates over BasicBlocks that are elements of
573   /// a subregion of this Region. It is therefore called a flat iterator.
574   //@{
575   template <bool IsConst>
576   class block_iterator_wrapper
577       : public df_iterator<
578             typename std::conditional<IsConst, const BlockT, BlockT>::type *> {
579     using super =
580         df_iterator<
581             typename std::conditional<IsConst, const BlockT, BlockT>::type *>;
582
583   public:
584     using Self = block_iterator_wrapper<IsConst>;
585     using value_type = typename super::value_type;
586
587     // Construct the begin iterator.
588     block_iterator_wrapper(value_type Entry, value_type Exit)
589         : super(df_begin(Entry)) {
590       // Mark the exit of the region as visited, so that the children of the
591       // exit and the exit itself, i.e. the block outside the region will never
592       // be visited.
593       super::Visited.insert(Exit);
594     }
595
596     // Construct the end iterator.
597     block_iterator_wrapper() : super(df_end<value_type>((BlockT *)nullptr)) {}
598
599     /*implicit*/ block_iterator_wrapper(super I) : super(I) {}
600
601     // FIXME: Even a const_iterator returns a non-const BasicBlock pointer.
602     //        This was introduced for backwards compatibility, but should
603     //        be removed as soon as all users are fixed.
604     BlockT *operator*() const {
605       return const_cast<BlockT *>(super::operator*());
606     }
607   };
608
609   using block_iterator = block_iterator_wrapper<false>;
610   using const_block_iterator = block_iterator_wrapper<true>;
611
612   block_iterator block_begin() { return block_iterator(getEntry(), getExit()); }
613
614   block_iterator block_end() { return block_iterator(); }
615
616   const_block_iterator block_begin() const {
617     return const_block_iterator(getEntry(), getExit());
618   }
619   const_block_iterator block_end() const { return const_block_iterator(); }
620
621   using block_range = iterator_range<block_iterator>;
622   using const_block_range = iterator_range<const_block_iterator>;
623
624   /// Returns a range view of the basic blocks in the region.
625   inline block_range blocks() {
626     return block_range(block_begin(), block_end());
627   }
628
629   /// Returns a range view of the basic blocks in the region.
630   ///
631   /// This is the 'const' version of the range view.
632   inline const_block_range blocks() const {
633     return const_block_range(block_begin(), block_end());
634   }
635   //@}
636
637   /// @name Element Iterators
638   ///
639   /// These iterators iterate over all BasicBlock and subregion RegionNodes that
640   /// are direct children of this Region. It does not iterate over any
641   /// RegionNodes that are also element of a subregion of this Region.
642   //@{
643   using element_iterator =
644       df_iterator<RegionNodeT *, df_iterator_default_set<RegionNodeT *>, false,
645                   GraphTraits<RegionNodeT *>>;
646
647   using const_element_iterator =
648       df_iterator<const RegionNodeT *,
649                   df_iterator_default_set<const RegionNodeT *>, false,
650                   GraphTraits<const RegionNodeT *>>;
651
652   element_iterator element_begin();
653   element_iterator element_end();
654   iterator_range<element_iterator> elements() {
655     return make_range(element_begin(), element_end());
656   }
657
658   const_element_iterator element_begin() const;
659   const_element_iterator element_end() const;
660   iterator_range<const_element_iterator> elements() const {
661     return make_range(element_begin(), element_end());
662   }
663   //@}
664 };
665
666 /// Print a RegionNode.
667 template <class Tr>
668 inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const RegionNodeBase<Tr> &Node);
669
670 //===----------------------------------------------------------------------===//
671 /// Analysis that detects all canonical Regions.
672 ///
673 /// The RegionInfo pass detects all canonical regions in a function. The Regions
674 /// are connected using the parent relation. This builds a Program Structure
675 /// Tree.
676 template <class Tr>
677 class RegionInfoBase {
678   friend class RegionInfo;
679   friend class MachineRegionInfo;
680
681   using BlockT = typename Tr::BlockT;
682   using FuncT = typename Tr::FuncT;
683   using RegionT = typename Tr::RegionT;
684   using RegionInfoT = typename Tr::RegionInfoT;
685   using DomTreeT = typename Tr::DomTreeT;
686   using DomTreeNodeT = typename Tr::DomTreeNodeT;
687   using PostDomTreeT = typename Tr::PostDomTreeT;
688   using DomFrontierT = typename Tr::DomFrontierT;
689   using BlockTraits = GraphTraits<BlockT *>;
690   using InvBlockTraits = GraphTraits<Inverse<BlockT *>>;
691   using SuccIterTy = typename BlockTraits::ChildIteratorType;
692   using PredIterTy = typename InvBlockTraits::ChildIteratorType;
693
694   using BBtoBBMap = DenseMap<BlockT *, BlockT *>;
695   using BBtoRegionMap = DenseMap<BlockT *, RegionT *>;
696
697   RegionInfoBase();
698
699   RegionInfoBase(RegionInfoBase &&Arg)
700     : DT(std::move(Arg.DT)), PDT(std::move(Arg.PDT)), DF(std::move(Arg.DF)),
701       TopLevelRegion(std::move(Arg.TopLevelRegion)),
702       BBtoRegion(std::move(Arg.BBtoRegion)) {
703     Arg.wipe();
704   }
705
706   RegionInfoBase &operator=(RegionInfoBase &&RHS) {
707     DT = std::move(RHS.DT);
708     PDT = std::move(RHS.PDT);
709     DF = std::move(RHS.DF);
710     TopLevelRegion = std::move(RHS.TopLevelRegion);
711     BBtoRegion = std::move(RHS.BBtoRegion);
712     RHS.wipe();
713     return *this;
714   }
715
716   virtual ~RegionInfoBase();
717
718   DomTreeT *DT;
719   PostDomTreeT *PDT;
720   DomFrontierT *DF;
721
722   /// The top level region.
723   RegionT *TopLevelRegion = nullptr;
724
725   /// Map every BB to the smallest region, that contains BB.
726   BBtoRegionMap BBtoRegion;
727
728 protected:
729   /// Update refences to a RegionInfoT held by the RegionT managed here
730   ///
731   /// This is a post-move helper. Regions hold references to the owning
732   /// RegionInfo object. After a move these need to be fixed.
733   template<typename TheRegionT>
734   void updateRegionTree(RegionInfoT &RI, TheRegionT *R) {
735     if (!R)
736       return;
737     R->RI = &RI;
738     for (auto &SubR : *R)
739       updateRegionTree(RI, SubR.get());
740   }
741
742 private:
743   /// Wipe this region tree's state without releasing any resources.
744   ///
745   /// This is essentially a post-move helper only. It leaves the object in an
746   /// assignable and destroyable state, but otherwise invalid.
747   void wipe() {
748     DT = nullptr;
749     PDT = nullptr;
750     DF = nullptr;
751     TopLevelRegion = nullptr;
752     BBtoRegion.clear();
753   }
754
755   // Check whether the entries of BBtoRegion for the BBs of region
756   // SR are correct. Triggers an assertion if not. Calls itself recursively for
757   // subregions.
758   void verifyBBMap(const RegionT *SR) const;
759
760   // Returns true if BB is in the dominance frontier of
761   // entry, because it was inherited from exit. In the other case there is an
762   // edge going from entry to BB without passing exit.
763   bool isCommonDomFrontier(BlockT *BB, BlockT *entry, BlockT *exit) const;
764
765   // Check if entry and exit surround a valid region, based on
766   // dominance tree and dominance frontier.
767   bool isRegion(BlockT *entry, BlockT *exit) const;
768
769   // Saves a shortcut pointing from entry to exit.
770   // This function may extend this shortcut if possible.
771   void insertShortCut(BlockT *entry, BlockT *exit, BBtoBBMap *ShortCut) const;
772
773   // Returns the next BB that postdominates N, while skipping
774   // all post dominators that cannot finish a canonical region.
775   DomTreeNodeT *getNextPostDom(DomTreeNodeT *N, BBtoBBMap *ShortCut) const;
776
777   // A region is trivial, if it contains only one BB.
778   bool isTrivialRegion(BlockT *entry, BlockT *exit) const;
779
780   // Creates a single entry single exit region.
781   RegionT *createRegion(BlockT *entry, BlockT *exit);
782
783   // Detect all regions starting with bb 'entry'.
784   void findRegionsWithEntry(BlockT *entry, BBtoBBMap *ShortCut);
785
786   // Detects regions in F.
787   void scanForRegions(FuncT &F, BBtoBBMap *ShortCut);
788
789   // Get the top most parent with the same entry block.
790   RegionT *getTopMostParent(RegionT *region);
791
792   // Build the region hierarchy after all region detected.
793   void buildRegionsTree(DomTreeNodeT *N, RegionT *region);
794
795   // Update statistic about created regions.
796   virtual void updateStatistics(RegionT *R) = 0;
797
798   // Detect all regions in function and build the region tree.
799   void calculate(FuncT &F);
800
801 public:
802   RegionInfoBase(const RegionInfoBase &) = delete;
803   RegionInfoBase &operator=(const RegionInfoBase &) = delete;
804
805   static bool VerifyRegionInfo;
806   static typename RegionT::PrintStyle printStyle;
807
808   void print(raw_ostream &OS) const;
809 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
810   void dump() const;
811 #endif
812
813   void releaseMemory();
814
815   /// Get the smallest region that contains a BasicBlock.
816   ///
817   /// @param BB The basic block.
818   /// @return The smallest region, that contains BB or NULL, if there is no
819   /// region containing BB.
820   RegionT *getRegionFor(BlockT *BB) const;
821
822   ///  Set the smallest region that surrounds a basic block.
823   ///
824   /// @param BB The basic block surrounded by a region.
825   /// @param R The smallest region that surrounds BB.
826   void setRegionFor(BlockT *BB, RegionT *R);
827
828   /// A shortcut for getRegionFor().
829   ///
830   /// @param BB The basic block.
831   /// @return The smallest region, that contains BB or NULL, if there is no
832   /// region containing BB.
833   RegionT *operator[](BlockT *BB) const;
834
835   /// Return the exit of the maximal refined region, that starts at a
836   /// BasicBlock.
837   ///
838   /// @param BB The BasicBlock the refined region starts.
839   BlockT *getMaxRegionExit(BlockT *BB) const;
840
841   /// Find the smallest region that contains two regions.
842   ///
843   /// @param A The first region.
844   /// @param B The second region.
845   /// @return The smallest region containing A and B.
846   RegionT *getCommonRegion(RegionT *A, RegionT *B) const;
847
848   /// Find the smallest region that contains two basic blocks.
849   ///
850   /// @param A The first basic block.
851   /// @param B The second basic block.
852   /// @return The smallest region that contains A and B.
853   RegionT *getCommonRegion(BlockT *A, BlockT *B) const {
854     return getCommonRegion(getRegionFor(A), getRegionFor(B));
855   }
856
857   /// Find the smallest region that contains a set of regions.
858   ///
859   /// @param Regions A vector of regions.
860   /// @return The smallest region that contains all regions in Regions.
861   RegionT *getCommonRegion(SmallVectorImpl<RegionT *> &Regions) const;
862
863   /// Find the smallest region that contains a set of basic blocks.
864   ///
865   /// @param BBs A vector of basic blocks.
866   /// @return The smallest region that contains all basic blocks in BBS.
867   RegionT *getCommonRegion(SmallVectorImpl<BlockT *> &BBs) const;
868
869   RegionT *getTopLevelRegion() const { return TopLevelRegion; }
870
871   /// Clear the Node Cache for all Regions.
872   ///
873   /// @see Region::clearNodeCache()
874   void clearNodeCache() {
875     if (TopLevelRegion)
876       TopLevelRegion->clearNodeCache();
877   }
878
879   void verifyAnalysis() const;
880 };
881
882 class Region;
883
884 class RegionNode : public RegionNodeBase<RegionTraits<Function>> {
885 public:
886   inline RegionNode(Region *Parent, BasicBlock *Entry, bool isSubRegion = false)
887       : RegionNodeBase<RegionTraits<Function>>(Parent, Entry, isSubRegion) {}
888
889   bool operator==(const Region &RN) const {
890     return this == reinterpret_cast<const RegionNode *>(&RN);
891   }
892 };
893
894 class Region : public RegionBase<RegionTraits<Function>> {
895 public:
896   Region(BasicBlock *Entry, BasicBlock *Exit, RegionInfo *RI, DominatorTree *DT,
897          Region *Parent = nullptr);
898   ~Region();
899
900   bool operator==(const RegionNode &RN) const {
901     return &RN == reinterpret_cast<const RegionNode *>(this);
902   }
903 };
904
905 class RegionInfo : public RegionInfoBase<RegionTraits<Function>> {
906 public:
907   using Base = RegionInfoBase<RegionTraits<Function>>;
908
909   explicit RegionInfo();
910
911   RegionInfo(RegionInfo &&Arg) : Base(std::move(static_cast<Base &>(Arg))) {
912     updateRegionTree(*this, TopLevelRegion);
913   }
914
915   RegionInfo &operator=(RegionInfo &&RHS) {
916     Base::operator=(std::move(static_cast<Base &>(RHS)));
917     updateRegionTree(*this, TopLevelRegion);
918     return *this;
919   }
920
921   ~RegionInfo() override;
922
923   /// Handle invalidation explicitly.
924   bool invalidate(Function &F, const PreservedAnalyses &PA,
925                   FunctionAnalysisManager::Invalidator &);
926
927   // updateStatistics - Update statistic about created regions.
928   void updateStatistics(Region *R) final;
929
930   void recalculate(Function &F, DominatorTree *DT, PostDominatorTree *PDT,
931                    DominanceFrontier *DF);
932
933 #ifndef NDEBUG
934   /// Opens a viewer to show the GraphViz visualization of the regions.
935   ///
936   /// Useful during debugging as an alternative to dump().
937   void view();
938
939   /// Opens a viewer to show the GraphViz visualization of this region
940   /// without instructions in the BasicBlocks.
941   ///
942   /// Useful during debugging as an alternative to dump().
943   void viewOnly();
944 #endif
945 };
946
947 class RegionInfoPass : public FunctionPass {
948   RegionInfo RI;
949
950 public:
951   static char ID;
952
953   explicit RegionInfoPass();
954   ~RegionInfoPass() override;
955
956   RegionInfo &getRegionInfo() { return RI; }
957
958   const RegionInfo &getRegionInfo() const { return RI; }
959
960   /// @name FunctionPass interface
961   //@{
962   bool runOnFunction(Function &F) override;
963   void releaseMemory() override;
964   void verifyAnalysis() const override;
965   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
966   void print(raw_ostream &OS, const Module *) const override;
967   void dump() const;
968   //@}
969 };
970
971 /// Analysis pass that exposes the \c RegionInfo for a function.
972 class RegionInfoAnalysis : public AnalysisInfoMixin<RegionInfoAnalysis> {
973   friend AnalysisInfoMixin<RegionInfoAnalysis>;
974
975   static AnalysisKey Key;
976
977 public:
978   using Result = RegionInfo;
979
980   RegionInfo run(Function &F, FunctionAnalysisManager &AM);
981 };
982
983 /// Printer pass for the \c RegionInfo.
984 class RegionInfoPrinterPass : public PassInfoMixin<RegionInfoPrinterPass> {
985   raw_ostream &OS;
986
987 public:
988   explicit RegionInfoPrinterPass(raw_ostream &OS);
989
990   PreservedAnalyses run(Function &F, FunctionAnalysisManager &AM);
991 };
992
993 /// Verifier pass for the \c RegionInfo.
994 struct RegionInfoVerifierPass : PassInfoMixin<RegionInfoVerifierPass> {
995   PreservedAnalyses run(Function &F, FunctionAnalysisManager &AM);
996 };
997
998 template <>
999 template <>
1000 inline BasicBlock *
1001 RegionNodeBase<RegionTraits<Function>>::getNodeAs<BasicBlock>() const {
1002   assert(!isSubRegion() && "This is not a BasicBlock RegionNode!");
1003   return getEntry();
1004 }
1005
1006 template <>
1007 template <>
1008 inline Region *
1009 RegionNodeBase<RegionTraits<Function>>::getNodeAs<Region>() const {
1010   assert(isSubRegion() && "This is not a subregion RegionNode!");
1011   auto Unconst = const_cast<RegionNodeBase<RegionTraits<Function>> *>(this);
1012   return reinterpret_cast<Region *>(Unconst);
1013 }
1014
1015 template <class Tr>
1016 inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS,
1017                                const RegionNodeBase<Tr> &Node) {
1018   using BlockT = typename Tr::BlockT;
1019   using RegionT = typename Tr::RegionT;
1020
1021   if (Node.isSubRegion())
1022     return OS << Node.template getNodeAs<RegionT>()->getNameStr();
1023   else
1024     return OS << Node.template getNodeAs<BlockT>()->getName();
1025 }
1026
1027 extern template class RegionBase<RegionTraits<Function>>;
1028 extern template class RegionNodeBase<RegionTraits<Function>>;
1029 extern template class RegionInfoBase<RegionTraits<Function>>;
1030
1031 } // end namespace llvm
1032
1033 #endif // LLVM_ANALYSIS_REGIONINFO_H