]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/include/llvm/Transforms/Vectorize/LoopVectorizationLegality.h
Merge clang 7.0.1 and several follow-up changes
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / include / llvm / Transforms / Vectorize / LoopVectorizationLegality.h
1 //===- llvm/Transforms/Vectorize/LoopVectorizationLegality.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 /// \file
11 /// This file defines the LoopVectorizationLegality class. Original code
12 /// in Loop Vectorizer has been moved out to its own file for modularity
13 /// and reusability.
14 ///
15 /// Currently, it works for innermost loop vectorization. Extending this to
16 /// outer loop vectorization is a TODO item.
17 ///
18 /// Also provides:
19 /// 1) LoopVectorizeHints class which keeps a number of loop annotations
20 /// locally for easy look up. It has the ability to write them back as
21 /// loop metadata, upon request.
22 /// 2) LoopVectorizationRequirements class for lazy bail out for the purpose
23 /// of reporting useful failure to vectorize message.
24 //
25 //===----------------------------------------------------------------------===//
26
27 #ifndef LLVM_TRANSFORMS_VECTORIZE_LOOPVECTORIZATIONLEGALITY_H
28 #define LLVM_TRANSFORMS_VECTORIZE_LOOPVECTORIZATIONLEGALITY_H
29
30 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
31 #include "llvm/Analysis/LoopAccessAnalysis.h"
32 #include "llvm/Analysis/OptimizationRemarkEmitter.h"
33 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopUtils.h"
34
35 namespace llvm {
36
37 /// Create an analysis remark that explains why vectorization failed
38 ///
39 /// \p PassName is the name of the pass (e.g. can be AlwaysPrint).  \p
40 /// RemarkName is the identifier for the remark.  If \p I is passed it is an
41 /// instruction that prevents vectorization.  Otherwise \p TheLoop is used for
42 /// the location of the remark.  \return the remark object that can be
43 /// streamed to.
44 OptimizationRemarkAnalysis createLVMissedAnalysis(const char *PassName,
45                                                   StringRef RemarkName,
46                                                   Loop *TheLoop,
47                                                   Instruction *I = nullptr);
48
49 /// Utility class for getting and setting loop vectorizer hints in the form
50 /// of loop metadata.
51 /// This class keeps a number of loop annotations locally (as member variables)
52 /// and can, upon request, write them back as metadata on the loop. It will
53 /// initially scan the loop for existing metadata, and will update the local
54 /// values based on information in the loop.
55 /// We cannot write all values to metadata, as the mere presence of some info,
56 /// for example 'force', means a decision has been made. So, we need to be
57 /// careful NOT to add them if the user hasn't specifically asked so.
58 class LoopVectorizeHints {
59   enum HintKind { HK_WIDTH, HK_UNROLL, HK_FORCE, HK_ISVECTORIZED };
60
61   /// Hint - associates name and validation with the hint value.
62   struct Hint {
63     const char *Name;
64     unsigned Value; // This may have to change for non-numeric values.
65     HintKind Kind;
66
67     Hint(const char *Name, unsigned Value, HintKind Kind)
68         : Name(Name), Value(Value), Kind(Kind) {}
69
70     bool validate(unsigned Val);
71   };
72
73   /// Vectorization width.
74   Hint Width;
75
76   /// Vectorization interleave factor.
77   Hint Interleave;
78
79   /// Vectorization forced
80   Hint Force;
81
82   /// Already Vectorized
83   Hint IsVectorized;
84
85   /// Return the loop metadata prefix.
86   static StringRef Prefix() { return "llvm.loop."; }
87
88   /// True if there is any unsafe math in the loop.
89   bool PotentiallyUnsafe = false;
90
91 public:
92   enum ForceKind {
93     FK_Undefined = -1, ///< Not selected.
94     FK_Disabled = 0,   ///< Forcing disabled.
95     FK_Enabled = 1,    ///< Forcing enabled.
96   };
97
98   LoopVectorizeHints(const Loop *L, bool DisableInterleaving,
99                      OptimizationRemarkEmitter &ORE);
100
101   /// Mark the loop L as already vectorized by setting the width to 1.
102   void setAlreadyVectorized() {
103     IsVectorized.Value = 1;
104     Hint Hints[] = {IsVectorized};
105     writeHintsToMetadata(Hints);
106   }
107
108   bool allowVectorization(Function *F, Loop *L, bool AlwaysVectorize) const;
109
110   /// Dumps all the hint information.
111   void emitRemarkWithHints() const;
112
113   unsigned getWidth() const { return Width.Value; }
114   unsigned getInterleave() const { return Interleave.Value; }
115   unsigned getIsVectorized() const { return IsVectorized.Value; }
116   enum ForceKind getForce() const { return (ForceKind)Force.Value; }
117
118   /// If hints are provided that force vectorization, use the AlwaysPrint
119   /// pass name to force the frontend to print the diagnostic.
120   const char *vectorizeAnalysisPassName() const;
121
122   bool allowReordering() const {
123     // When enabling loop hints are provided we allow the vectorizer to change
124     // the order of operations that is given by the scalar loop. This is not
125     // enabled by default because can be unsafe or inefficient. For example,
126     // reordering floating-point operations will change the way round-off
127     // error accumulates in the loop.
128     return getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled || getWidth() > 1;
129   }
130
131   bool isPotentiallyUnsafe() const {
132     // Avoid FP vectorization if the target is unsure about proper support.
133     // This may be related to the SIMD unit in the target not handling
134     // IEEE 754 FP ops properly, or bad single-to-double promotions.
135     // Otherwise, a sequence of vectorized loops, even without reduction,
136     // could lead to different end results on the destination vectors.
137     return getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled && PotentiallyUnsafe;
138   }
139
140   void setPotentiallyUnsafe() { PotentiallyUnsafe = true; }
141
142 private:
143   /// Find hints specified in the loop metadata and update local values.
144   void getHintsFromMetadata();
145
146   /// Checks string hint with one operand and set value if valid.
147   void setHint(StringRef Name, Metadata *Arg);
148
149   /// Create a new hint from name / value pair.
150   MDNode *createHintMetadata(StringRef Name, unsigned V) const;
151
152   /// Matches metadata with hint name.
153   bool matchesHintMetadataName(MDNode *Node, ArrayRef<Hint> HintTypes);
154
155   /// Sets current hints into loop metadata, keeping other values intact.
156   void writeHintsToMetadata(ArrayRef<Hint> HintTypes);
157
158   /// The loop these hints belong to.
159   const Loop *TheLoop;
160
161   /// Interface to emit optimization remarks.
162   OptimizationRemarkEmitter &ORE;
163 };
164
165 /// This holds vectorization requirements that must be verified late in
166 /// the process. The requirements are set by legalize and costmodel. Once
167 /// vectorization has been determined to be possible and profitable the
168 /// requirements can be verified by looking for metadata or compiler options.
169 /// For example, some loops require FP commutativity which is only allowed if
170 /// vectorization is explicitly specified or if the fast-math compiler option
171 /// has been provided.
172 /// Late evaluation of these requirements allows helpful diagnostics to be
173 /// composed that tells the user what need to be done to vectorize the loop. For
174 /// example, by specifying #pragma clang loop vectorize or -ffast-math. Late
175 /// evaluation should be used only when diagnostics can generated that can be
176 /// followed by a non-expert user.
177 class LoopVectorizationRequirements {
178 public:
179   LoopVectorizationRequirements(OptimizationRemarkEmitter &ORE) : ORE(ORE) {}
180
181   void addUnsafeAlgebraInst(Instruction *I) {
182     // First unsafe algebra instruction.
183     if (!UnsafeAlgebraInst)
184       UnsafeAlgebraInst = I;
185   }
186
187   void addRuntimePointerChecks(unsigned Num) { NumRuntimePointerChecks = Num; }
188
189   bool doesNotMeet(Function *F, Loop *L, const LoopVectorizeHints &Hints);
190
191 private:
192   unsigned NumRuntimePointerChecks = 0;
193   Instruction *UnsafeAlgebraInst = nullptr;
194
195   /// Interface to emit optimization remarks.
196   OptimizationRemarkEmitter &ORE;
197 };
198
199 /// LoopVectorizationLegality checks if it is legal to vectorize a loop, and
200 /// to what vectorization factor.
201 /// This class does not look at the profitability of vectorization, only the
202 /// legality. This class has two main kinds of checks:
203 /// * Memory checks - The code in canVectorizeMemory checks if vectorization
204 ///   will change the order of memory accesses in a way that will change the
205 ///   correctness of the program.
206 /// * Scalars checks - The code in canVectorizeInstrs and canVectorizeMemory
207 /// checks for a number of different conditions, such as the availability of a
208 /// single induction variable, that all types are supported and vectorize-able,
209 /// etc. This code reflects the capabilities of InnerLoopVectorizer.
210 /// This class is also used by InnerLoopVectorizer for identifying
211 /// induction variable and the different reduction variables.
212 class LoopVectorizationLegality {
213 public:
214   LoopVectorizationLegality(
215       Loop *L, PredicatedScalarEvolution &PSE, DominatorTree *DT,
216       TargetLibraryInfo *TLI, AliasAnalysis *AA, Function *F,
217       std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> *GetLAA, LoopInfo *LI,
218       OptimizationRemarkEmitter *ORE, LoopVectorizationRequirements *R,
219       LoopVectorizeHints *H, DemandedBits *DB, AssumptionCache *AC)
220       : TheLoop(L), LI(LI), PSE(PSE), TLI(TLI), DT(DT), GetLAA(GetLAA),
221         ORE(ORE), Requirements(R), Hints(H), DB(DB), AC(AC) {}
222
223   /// ReductionList contains the reduction descriptors for all
224   /// of the reductions that were found in the loop.
225   using ReductionList = DenseMap<PHINode *, RecurrenceDescriptor>;
226
227   /// InductionList saves induction variables and maps them to the
228   /// induction descriptor.
229   using InductionList = MapVector<PHINode *, InductionDescriptor>;
230
231   /// RecurrenceSet contains the phi nodes that are recurrences other than
232   /// inductions and reductions.
233   using RecurrenceSet = SmallPtrSet<const PHINode *, 8>;
234
235   /// Returns true if it is legal to vectorize this loop.
236   /// This does not mean that it is profitable to vectorize this
237   /// loop, only that it is legal to do so.
238   /// Temporarily taking UseVPlanNativePath parameter. If true, take
239   /// the new code path being implemented for outer loop vectorization
240   /// (should be functional for inner loop vectorization) based on VPlan.
241   /// If false, good old LV code.
242   bool canVectorize(bool UseVPlanNativePath);
243
244   /// Returns the primary induction variable.
245   PHINode *getPrimaryInduction() { return PrimaryInduction; }
246
247   /// Returns the reduction variables found in the loop.
248   ReductionList *getReductionVars() { return &Reductions; }
249
250   /// Returns the induction variables found in the loop.
251   InductionList *getInductionVars() { return &Inductions; }
252
253   /// Return the first-order recurrences found in the loop.
254   RecurrenceSet *getFirstOrderRecurrences() { return &FirstOrderRecurrences; }
255
256   /// Return the set of instructions to sink to handle first-order recurrences.
257   DenseMap<Instruction *, Instruction *> &getSinkAfter() { return SinkAfter; }
258
259   /// Returns the widest induction type.
260   Type *getWidestInductionType() { return WidestIndTy; }
261
262   /// Returns True if V is a Phi node of an induction variable in this loop.
263   bool isInductionPhi(const Value *V);
264
265   /// Returns True if V is a cast that is part of an induction def-use chain,
266   /// and had been proven to be redundant under a runtime guard (in other
267   /// words, the cast has the same SCEV expression as the induction phi).
268   bool isCastedInductionVariable(const Value *V);
269
270   /// Returns True if V can be considered as an induction variable in this
271   /// loop. V can be the induction phi, or some redundant cast in the def-use
272   /// chain of the inducion phi.
273   bool isInductionVariable(const Value *V);
274
275   /// Returns True if PN is a reduction variable in this loop.
276   bool isReductionVariable(PHINode *PN) { return Reductions.count(PN); }
277
278   /// Returns True if Phi is a first-order recurrence in this loop.
279   bool isFirstOrderRecurrence(const PHINode *Phi);
280
281   /// Return true if the block BB needs to be predicated in order for the loop
282   /// to be vectorized.
283   bool blockNeedsPredication(BasicBlock *BB);
284
285   /// Check if this pointer is consecutive when vectorizing. This happens
286   /// when the last index of the GEP is the induction variable, or that the
287   /// pointer itself is an induction variable.
288   /// This check allows us to vectorize A[idx] into a wide load/store.
289   /// Returns:
290   /// 0 - Stride is unknown or non-consecutive.
291   /// 1 - Address is consecutive.
292   /// -1 - Address is consecutive, and decreasing.
293   /// NOTE: This method must only be used before modifying the original scalar
294   /// loop. Do not use after invoking 'createVectorizedLoopSkeleton' (PR34965).
295   int isConsecutivePtr(Value *Ptr);
296
297   /// Returns true if the value V is uniform within the loop.
298   bool isUniform(Value *V);
299
300   /// Returns the information that we collected about runtime memory check.
301   const RuntimePointerChecking *getRuntimePointerChecking() const {
302     return LAI->getRuntimePointerChecking();
303   }
304
305   const LoopAccessInfo *getLAI() const { return LAI; }
306
307   unsigned getMaxSafeDepDistBytes() { return LAI->getMaxSafeDepDistBytes(); }
308
309   uint64_t getMaxSafeRegisterWidth() const {
310     return LAI->getDepChecker().getMaxSafeRegisterWidth();
311   }
312
313   bool hasStride(Value *V) { return LAI->hasStride(V); }
314
315   /// Returns true if vector representation of the instruction \p I
316   /// requires mask.
317   bool isMaskRequired(const Instruction *I) { return (MaskedOp.count(I) != 0); }
318
319   unsigned getNumStores() const { return LAI->getNumStores(); }
320   unsigned getNumLoads() const { return LAI->getNumLoads(); }
321
322   // Returns true if the NoNaN attribute is set on the function.
323   bool hasFunNoNaNAttr() const { return HasFunNoNaNAttr; }
324
325 private:
326   /// Return true if the pre-header, exiting and latch blocks of \p Lp and all
327   /// its nested loops are considered legal for vectorization. These legal
328   /// checks are common for inner and outer loop vectorization.
329   /// Temporarily taking UseVPlanNativePath parameter. If true, take
330   /// the new code path being implemented for outer loop vectorization
331   /// (should be functional for inner loop vectorization) based on VPlan.
332   /// If false, good old LV code.
333   bool canVectorizeLoopNestCFG(Loop *Lp, bool UseVPlanNativePath);
334
335   /// Return true if the pre-header, exiting and latch blocks of \p Lp
336   /// (non-recursive) are considered legal for vectorization.
337   /// Temporarily taking UseVPlanNativePath parameter. If true, take
338   /// the new code path being implemented for outer loop vectorization
339   /// (should be functional for inner loop vectorization) based on VPlan.
340   /// If false, good old LV code.
341   bool canVectorizeLoopCFG(Loop *Lp, bool UseVPlanNativePath);
342
343   /// Check if a single basic block loop is vectorizable.
344   /// At this point we know that this is a loop with a constant trip count
345   /// and we only need to check individual instructions.
346   bool canVectorizeInstrs();
347
348   /// When we vectorize loops we may change the order in which
349   /// we read and write from memory. This method checks if it is
350   /// legal to vectorize the code, considering only memory constrains.
351   /// Returns true if the loop is vectorizable
352   bool canVectorizeMemory();
353
354   /// Return true if we can vectorize this loop using the IF-conversion
355   /// transformation.
356   bool canVectorizeWithIfConvert();
357
358   /// Return true if we can vectorize this outer loop. The method performs
359   /// specific checks for outer loop vectorization.
360   bool canVectorizeOuterLoop();
361
362   /// Return true if all of the instructions in the block can be speculatively
363   /// executed. \p SafePtrs is a list of addresses that are known to be legal
364   /// and we know that we can read from them without segfault.
365   bool blockCanBePredicated(BasicBlock *BB, SmallPtrSetImpl<Value *> &SafePtrs);
366
367   /// Updates the vectorization state by adding \p Phi to the inductions list.
368   /// This can set \p Phi as the main induction of the loop if \p Phi is a
369   /// better choice for the main induction than the existing one.
370   void addInductionPhi(PHINode *Phi, const InductionDescriptor &ID,
371                        SmallPtrSetImpl<Value *> &AllowedExit);
372
373   /// Create an analysis remark that explains why vectorization failed
374   ///
375   /// \p RemarkName is the identifier for the remark.  If \p I is passed it is
376   /// an instruction that prevents vectorization.  Otherwise the loop is used
377   /// for the location of the remark.  \return the remark object that can be
378   /// streamed to.
379   OptimizationRemarkAnalysis
380   createMissedAnalysis(StringRef RemarkName, Instruction *I = nullptr) const {
381     return createLVMissedAnalysis(Hints->vectorizeAnalysisPassName(),
382                                   RemarkName, TheLoop, I);
383   }
384
385   /// If an access has a symbolic strides, this maps the pointer value to
386   /// the stride symbol.
387   const ValueToValueMap *getSymbolicStrides() {
388     // FIXME: Currently, the set of symbolic strides is sometimes queried before
389     // it's collected.  This happens from canVectorizeWithIfConvert, when the
390     // pointer is checked to reference consecutive elements suitable for a
391     // masked access.
392     return LAI ? &LAI->getSymbolicStrides() : nullptr;
393   }
394
395   /// The loop that we evaluate.
396   Loop *TheLoop;
397
398   /// Loop Info analysis.
399   LoopInfo *LI;
400
401   /// A wrapper around ScalarEvolution used to add runtime SCEV checks.
402   /// Applies dynamic knowledge to simplify SCEV expressions in the context
403   /// of existing SCEV assumptions. The analysis will also add a minimal set
404   /// of new predicates if this is required to enable vectorization and
405   /// unrolling.
406   PredicatedScalarEvolution &PSE;
407
408   /// Target Library Info.
409   TargetLibraryInfo *TLI;
410
411   /// Dominator Tree.
412   DominatorTree *DT;
413
414   // LoopAccess analysis.
415   std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> *GetLAA;
416
417   // And the loop-accesses info corresponding to this loop.  This pointer is
418   // null until canVectorizeMemory sets it up.
419   const LoopAccessInfo *LAI = nullptr;
420
421   /// Interface to emit optimization remarks.
422   OptimizationRemarkEmitter *ORE;
423
424   //  ---  vectorization state --- //
425
426   /// Holds the primary induction variable. This is the counter of the
427   /// loop.
428   PHINode *PrimaryInduction = nullptr;
429
430   /// Holds the reduction variables.
431   ReductionList Reductions;
432
433   /// Holds all of the induction variables that we found in the loop.
434   /// Notice that inductions don't need to start at zero and that induction
435   /// variables can be pointers.
436   InductionList Inductions;
437
438   /// Holds all the casts that participate in the update chain of the induction
439   /// variables, and that have been proven to be redundant (possibly under a
440   /// runtime guard). These casts can be ignored when creating the vectorized
441   /// loop body.
442   SmallPtrSet<Instruction *, 4> InductionCastsToIgnore;
443
444   /// Holds the phi nodes that are first-order recurrences.
445   RecurrenceSet FirstOrderRecurrences;
446
447   /// Holds instructions that need to sink past other instructions to handle
448   /// first-order recurrences.
449   DenseMap<Instruction *, Instruction *> SinkAfter;
450
451   /// Holds the widest induction type encountered.
452   Type *WidestIndTy = nullptr;
453
454   /// Allowed outside users. This holds the induction and reduction
455   /// vars which can be accessed from outside the loop.
456   SmallPtrSet<Value *, 4> AllowedExit;
457
458   /// Can we assume the absence of NaNs.
459   bool HasFunNoNaNAttr = false;
460
461   /// Vectorization requirements that will go through late-evaluation.
462   LoopVectorizationRequirements *Requirements;
463
464   /// Used to emit an analysis of any legality issues.
465   LoopVectorizeHints *Hints;
466
467   /// The demanded bits analsyis is used to compute the minimum type size in
468   /// which a reduction can be computed.
469   DemandedBits *DB;
470
471   /// The assumption cache analysis is used to compute the minimum type size in
472   /// which a reduction can be computed.
473   AssumptionCache *AC;
474
475   /// While vectorizing these instructions we have to generate a
476   /// call to the appropriate masked intrinsic
477   SmallPtrSet<const Instruction *, 8> MaskedOp;
478 };
479
480 } // namespace llvm
481
482 #endif // LLVM_TRANSFORMS_VECTORIZE_LOOPVECTORIZATIONLEGALITY_H