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[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / include / llvm / Analysis / ScalarEvolutionExpander.h
1 //===---- llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h - SCEV Exprs --*- 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 classes used to generate code from scalar expressions.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #ifndef LLVM_ANALYSIS_SCALAREVOLUTIONEXPANDER_H
15 #define LLVM_ANALYSIS_SCALAREVOLUTIONEXPANDER_H
16
17 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
18 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
19 #include "llvm/ADT/Optional.h"
20 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
21 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionNormalization.h"
22 #include "llvm/Analysis/TargetFolder.h"
23 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
24 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
25
26 namespace llvm {
27   class TargetTransformInfo;
28
29   /// Return true if the given expression is safe to expand in the sense that
30   /// all materialized values are safe to speculate.
31   bool isSafeToExpand(const SCEV *S, ScalarEvolution &SE);
32
33   /// This class uses information about analyze scalars to rewrite expressions
34   /// in canonical form.
35   ///
36   /// Clients should create an instance of this class when rewriting is needed,
37   /// and destroy it when finished to allow the release of the associated
38   /// memory.
39   class SCEVExpander : public SCEVVisitor<SCEVExpander, Value*> {
40     ScalarEvolution &SE;
41     const DataLayout &DL;
42
43     // New instructions receive a name to identifies them with the current pass.
44     const char* IVName;
45
46     // InsertedExpressions caches Values for reuse, so must track RAUW.
47     DenseMap<std::pair<const SCEV *, Instruction *>, TrackingVH<Value>>
48         InsertedExpressions;
49
50     // InsertedValues only flags inserted instructions so needs no RAUW.
51     DenseSet<AssertingVH<Value>> InsertedValues;
52     DenseSet<AssertingVH<Value>> InsertedPostIncValues;
53
54     /// A memoization of the "relevant" loop for a given SCEV.
55     DenseMap<const SCEV *, const Loop *> RelevantLoops;
56
57     /// Addrecs referring to any of the given loops are expanded in post-inc
58     /// mode. For example, expanding {1,+,1}<L> in post-inc mode returns the add
59     /// instruction that adds one to the phi for {0,+,1}<L>, as opposed to a new
60     /// phi starting at 1. This is only supported in non-canonical mode.
61     PostIncLoopSet PostIncLoops;
62
63     /// When this is non-null, addrecs expanded in the loop it indicates should
64     /// be inserted with increments at IVIncInsertPos.
65     const Loop *IVIncInsertLoop;
66
67     /// When expanding addrecs in the IVIncInsertLoop loop, insert the IV
68     /// increment at this position.
69     Instruction *IVIncInsertPos;
70
71     /// Phis that complete an IV chain. Reuse
72     DenseSet<AssertingVH<PHINode>> ChainedPhis;
73
74     /// When true, expressions are expanded in "canonical" form. In particular,
75     /// addrecs are expanded as arithmetic based on a canonical induction
76     /// variable. When false, expression are expanded in a more literal form.
77     bool CanonicalMode;
78
79     /// When invoked from LSR, the expander is in "strength reduction" mode. The
80     /// only difference is that phi's are only reused if they are already in
81     /// "expanded" form.
82     bool LSRMode;
83
84     typedef IRBuilder<TargetFolder> BuilderType;
85     BuilderType Builder;
86
87     // RAII object that stores the current insertion point and restores it when
88     // the object is destroyed. This includes the debug location.  Duplicated
89     // from InsertPointGuard to add SetInsertPoint() which is used to updated
90     // InsertPointGuards stack when insert points are moved during SCEV
91     // expansion.
92     class SCEVInsertPointGuard {
93       IRBuilderBase &Builder;
94       AssertingVH<BasicBlock> Block;
95       BasicBlock::iterator Point;
96       DebugLoc DbgLoc;
97       SCEVExpander *SE;
98
99       SCEVInsertPointGuard(const SCEVInsertPointGuard &) = delete;
100       SCEVInsertPointGuard &operator=(const SCEVInsertPointGuard &) = delete;
101
102     public:
103       SCEVInsertPointGuard(IRBuilderBase &B, SCEVExpander *SE)
104           : Builder(B), Block(B.GetInsertBlock()), Point(B.GetInsertPoint()),
105             DbgLoc(B.getCurrentDebugLocation()), SE(SE) {
106         SE->InsertPointGuards.push_back(this);
107       }
108
109       ~SCEVInsertPointGuard() {
110         // These guards should always created/destroyed in FIFO order since they
111         // are used to guard lexically scoped blocks of code in
112         // ScalarEvolutionExpander.
113         assert(SE->InsertPointGuards.back() == this);
114         SE->InsertPointGuards.pop_back();
115         Builder.restoreIP(IRBuilderBase::InsertPoint(Block, Point));
116         Builder.SetCurrentDebugLocation(DbgLoc);
117       }
118
119       BasicBlock::iterator GetInsertPoint() const { return Point; }
120       void SetInsertPoint(BasicBlock::iterator I) { Point = I; }
121     };
122
123     /// Stack of pointers to saved insert points, used to keep insert points
124     /// consistent when instructions are moved.
125     SmallVector<SCEVInsertPointGuard *, 8> InsertPointGuards;
126
127 #ifndef NDEBUG
128     const char *DebugType;
129 #endif
130
131     friend struct SCEVVisitor<SCEVExpander, Value*>;
132
133   public:
134     /// Construct a SCEVExpander in "canonical" mode.
135     explicit SCEVExpander(ScalarEvolution &se, const DataLayout &DL,
136                           const char *name)
137         : SE(se), DL(DL), IVName(name), IVIncInsertLoop(nullptr),
138           IVIncInsertPos(nullptr), CanonicalMode(true), LSRMode(false),
139           Builder(se.getContext(), TargetFolder(DL)) {
140 #ifndef NDEBUG
141       DebugType = "";
142 #endif
143     }
144
145     ~SCEVExpander() {
146       // Make sure the insert point guard stack is consistent.
147       assert(InsertPointGuards.empty());
148     }
149
150 #ifndef NDEBUG
151     void setDebugType(const char* s) { DebugType = s; }
152 #endif
153
154     /// Erase the contents of the InsertedExpressions map so that users trying
155     /// to expand the same expression into multiple BasicBlocks or different
156     /// places within the same BasicBlock can do so.
157     void clear() {
158       InsertedExpressions.clear();
159       InsertedValues.clear();
160       InsertedPostIncValues.clear();
161       ChainedPhis.clear();
162     }
163
164     /// Return true for expressions that may incur non-trivial cost to evaluate
165     /// at runtime.
166     ///
167     /// At is an optional parameter which specifies point in code where user is
168     /// going to expand this expression. Sometimes this knowledge can lead to a
169     /// more accurate cost estimation.
170     bool isHighCostExpansion(const SCEV *Expr, Loop *L,
171                              const Instruction *At = nullptr) {
172       SmallPtrSet<const SCEV *, 8> Processed;
173       return isHighCostExpansionHelper(Expr, L, At, Processed);
174     }
175
176     /// This method returns the canonical induction variable of the specified
177     /// type for the specified loop (inserting one if there is none).  A
178     /// canonical induction variable starts at zero and steps by one on each
179     /// iteration.
180     PHINode *getOrInsertCanonicalInductionVariable(const Loop *L, Type *Ty);
181
182     /// Return the induction variable increment's IV operand.
183     Instruction *getIVIncOperand(Instruction *IncV, Instruction *InsertPos,
184                                  bool allowScale);
185
186     /// Utility for hoisting an IV increment.
187     bool hoistIVInc(Instruction *IncV, Instruction *InsertPos);
188
189     /// replace congruent phis with their most canonical representative. Return
190     /// the number of phis eliminated.
191     unsigned replaceCongruentIVs(Loop *L, const DominatorTree *DT,
192                                  SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
193                                  const TargetTransformInfo *TTI = nullptr);
194
195     /// Insert code to directly compute the specified SCEV expression into the
196     /// program.  The inserted code is inserted into the specified block.
197     Value *expandCodeFor(const SCEV *SH, Type *Ty, Instruction *I);
198
199     /// Insert code to directly compute the specified SCEV expression into the
200     /// program.  The inserted code is inserted into the SCEVExpander's current
201     /// insertion point. If a type is specified, the result will be expanded to
202     /// have that type, with a cast if necessary.
203     Value *expandCodeFor(const SCEV *SH, Type *Ty = nullptr);
204
205
206     /// Generates a code sequence that evaluates this predicate.  The inserted
207     /// instructions will be at position \p Loc.  The result will be of type i1
208     /// and will have a value of 0 when the predicate is false and 1 otherwise.
209     Value *expandCodeForPredicate(const SCEVPredicate *Pred, Instruction *Loc);
210
211     /// A specialized variant of expandCodeForPredicate, handling the case when
212     /// we are expanding code for a SCEVEqualPredicate.
213     Value *expandEqualPredicate(const SCEVEqualPredicate *Pred,
214                                 Instruction *Loc);
215
216     /// Generates code that evaluates if the \p AR expression will overflow.
217     Value *generateOverflowCheck(const SCEVAddRecExpr *AR, Instruction *Loc,
218                                  bool Signed);
219
220     /// A specialized variant of expandCodeForPredicate, handling the case when
221     /// we are expanding code for a SCEVWrapPredicate.
222     Value *expandWrapPredicate(const SCEVWrapPredicate *P, Instruction *Loc);
223
224     /// A specialized variant of expandCodeForPredicate, handling the case when
225     /// we are expanding code for a SCEVUnionPredicate.
226     Value *expandUnionPredicate(const SCEVUnionPredicate *Pred,
227                                 Instruction *Loc);
228
229     /// Set the current IV increment loop and position.
230     void setIVIncInsertPos(const Loop *L, Instruction *Pos) {
231       assert(!CanonicalMode &&
232              "IV increment positions are not supported in CanonicalMode");
233       IVIncInsertLoop = L;
234       IVIncInsertPos = Pos;
235     }
236
237     /// Enable post-inc expansion for addrecs referring to the given
238     /// loops. Post-inc expansion is only supported in non-canonical mode.
239     void setPostInc(const PostIncLoopSet &L) {
240       assert(!CanonicalMode &&
241              "Post-inc expansion is not supported in CanonicalMode");
242       PostIncLoops = L;
243     }
244
245     /// Disable all post-inc expansion.
246     void clearPostInc() {
247       PostIncLoops.clear();
248
249       // When we change the post-inc loop set, cached expansions may no
250       // longer be valid.
251       InsertedPostIncValues.clear();
252     }
253
254     /// Disable the behavior of expanding expressions in canonical form rather
255     /// than in a more literal form. Non-canonical mode is useful for late
256     /// optimization passes.
257     void disableCanonicalMode() { CanonicalMode = false; }
258
259     void enableLSRMode() { LSRMode = true; }
260
261     /// Set the current insertion point. This is useful if multiple calls to
262     /// expandCodeFor() are going to be made with the same insert point and the
263     /// insert point may be moved during one of the expansions (e.g. if the
264     /// insert point is not a block terminator).
265     void setInsertPoint(Instruction *IP) {
266       assert(IP);
267       Builder.SetInsertPoint(IP);
268     }
269
270     /// Clear the current insertion point. This is useful if the instruction
271     /// that had been serving as the insertion point may have been deleted.
272     void clearInsertPoint() {
273       Builder.ClearInsertionPoint();
274     }
275
276     /// Return true if the specified instruction was inserted by the code
277     /// rewriter.  If so, the client should not modify the instruction.
278     bool isInsertedInstruction(Instruction *I) const {
279       return InsertedValues.count(I) || InsertedPostIncValues.count(I);
280     }
281
282     void setChainedPhi(PHINode *PN) { ChainedPhis.insert(PN); }
283
284     /// Try to find existing LLVM IR value for S available at the point At.
285     Value *getExactExistingExpansion(const SCEV *S, const Instruction *At,
286                                      Loop *L);
287
288     /// Try to find the ValueOffsetPair for S. The function is mainly used to
289     /// check whether S can be expanded cheaply.  If this returns a non-None
290     /// value, we know we can codegen the `ValueOffsetPair` into a suitable
291     /// expansion identical with S so that S can be expanded cheaply.
292     ///
293     /// L is a hint which tells in which loop to look for the suitable value.
294     /// On success return value which is equivalent to the expanded S at point
295     /// At. Return nullptr if value was not found.
296     ///
297     /// Note that this function does not perform an exhaustive search. I.e if it
298     /// didn't find any value it does not mean that there is no such value.
299     ///
300     Optional<ScalarEvolution::ValueOffsetPair>
301     getRelatedExistingExpansion(const SCEV *S, const Instruction *At, Loop *L);
302
303   private:
304     LLVMContext &getContext() const { return SE.getContext(); }
305
306     /// Recursive helper function for isHighCostExpansion.
307     bool isHighCostExpansionHelper(const SCEV *S, Loop *L,
308                                    const Instruction *At,
309                                    SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Processed);
310
311     /// Insert the specified binary operator, doing a small amount of work to
312     /// avoid inserting an obviously redundant operation.
313     Value *InsertBinop(Instruction::BinaryOps Opcode, Value *LHS, Value *RHS);
314
315     /// Arrange for there to be a cast of V to Ty at IP, reusing an existing
316     /// cast if a suitable one exists, moving an existing cast if a suitable one
317     /// exists but isn't in the right place, or or creating a new one.
318     Value *ReuseOrCreateCast(Value *V, Type *Ty,
319                              Instruction::CastOps Op,
320                              BasicBlock::iterator IP);
321
322     /// Insert a cast of V to the specified type, which must be possible with a
323     /// noop cast, doing what we can to share the casts.
324     Value *InsertNoopCastOfTo(Value *V, Type *Ty);
325
326     /// Expand a SCEVAddExpr with a pointer type into a GEP instead of using
327     /// ptrtoint+arithmetic+inttoptr.
328     Value *expandAddToGEP(const SCEV *const *op_begin,
329                           const SCEV *const *op_end,
330                           PointerType *PTy, Type *Ty, Value *V);
331
332     /// Find a previous Value in ExprValueMap for expand.
333     ScalarEvolution::ValueOffsetPair
334     FindValueInExprValueMap(const SCEV *S, const Instruction *InsertPt);
335
336     Value *expand(const SCEV *S);
337
338     /// Determine the most "relevant" loop for the given SCEV.
339     const Loop *getRelevantLoop(const SCEV *);
340
341     Value *visitConstant(const SCEVConstant *S) {
342       return S->getValue();
343     }
344
345     Value *visitTruncateExpr(const SCEVTruncateExpr *S);
346
347     Value *visitZeroExtendExpr(const SCEVZeroExtendExpr *S);
348
349     Value *visitSignExtendExpr(const SCEVSignExtendExpr *S);
350
351     Value *visitAddExpr(const SCEVAddExpr *S);
352
353     Value *visitMulExpr(const SCEVMulExpr *S);
354
355     Value *visitUDivExpr(const SCEVUDivExpr *S);
356
357     Value *visitAddRecExpr(const SCEVAddRecExpr *S);
358
359     Value *visitSMaxExpr(const SCEVSMaxExpr *S);
360
361     Value *visitUMaxExpr(const SCEVUMaxExpr *S);
362
363     Value *visitUnknown(const SCEVUnknown *S) {
364       return S->getValue();
365     }
366
367     void rememberInstruction(Value *I);
368
369     bool isNormalAddRecExprPHI(PHINode *PN, Instruction *IncV, const Loop *L);
370
371     bool isExpandedAddRecExprPHI(PHINode *PN, Instruction *IncV, const Loop *L);
372
373     Value *expandAddRecExprLiterally(const SCEVAddRecExpr *);
374     PHINode *getAddRecExprPHILiterally(const SCEVAddRecExpr *Normalized,
375                                        const Loop *L,
376                                        Type *ExpandTy,
377                                        Type *IntTy,
378                                        Type *&TruncTy,
379                                        bool &InvertStep);
380     Value *expandIVInc(PHINode *PN, Value *StepV, const Loop *L,
381                        Type *ExpandTy, Type *IntTy, bool useSubtract);
382
383     void hoistBeforePos(DominatorTree *DT, Instruction *InstToHoist,
384                         Instruction *Pos, PHINode *LoopPhi);
385
386     void fixupInsertPoints(Instruction *I);
387   };
388 }
389
390 #endif