]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm-project/llvm/lib/Transforms/Scalar/LICM.cpp
MFV: r366539
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm-project / llvm / lib / Transforms / Scalar / LICM.cpp
1 //===-- LICM.cpp - Loop Invariant Code Motion Pass ------------------------===//
2 //
3 // Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
4 // See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
5 // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
6 //
7 //===----------------------------------------------------------------------===//
8 //
9 // This pass performs loop invariant code motion, attempting to remove as much
10 // code from the body of a loop as possible.  It does this by either hoisting
11 // code into the preheader block, or by sinking code to the exit blocks if it is
12 // safe.  This pass also promotes must-aliased memory locations in the loop to
13 // live in registers, thus hoisting and sinking "invariant" loads and stores.
14 //
15 // This pass uses alias analysis for two purposes:
16 //
17 //  1. Moving loop invariant loads and calls out of loops.  If we can determine
18 //     that a load or call inside of a loop never aliases anything stored to,
19 //     we can hoist it or sink it like any other instruction.
20 //  2. Scalar Promotion of Memory - If there is a store instruction inside of
21 //     the loop, we try to move the store to happen AFTER the loop instead of
22 //     inside of the loop.  This can only happen if a few conditions are true:
23 //       A. The pointer stored through is loop invariant
24 //       B. There are no stores or loads in the loop which _may_ alias the
25 //          pointer.  There are no calls in the loop which mod/ref the pointer.
26 //     If these conditions are true, we can promote the loads and stores in the
27 //     loop of the pointer to use a temporary alloca'd variable.  We then use
28 //     the SSAUpdater to construct the appropriate SSA form for the value.
29 //
30 //===----------------------------------------------------------------------===//
31
32 #include "llvm/Transforms/Scalar/LICM.h"
33 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
34 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
35 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
36 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
37 #include "llvm/Analysis/BasicAliasAnalysis.h"
38 #include "llvm/Analysis/CaptureTracking.h"
39 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
40 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
41 #include "llvm/Analysis/GuardUtils.h"
42 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
43 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
44 #include "llvm/Analysis/LoopIterator.h"
45 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
46 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
47 #include "llvm/Analysis/MemorySSA.h"
48 #include "llvm/Analysis/MemorySSAUpdater.h"
49 #include "llvm/Analysis/MustExecute.h"
50 #include "llvm/Analysis/OptimizationRemarkEmitter.h"
51 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
52 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionAliasAnalysis.h"
53 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
54 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
55 #include "llvm/IR/CFG.h"
56 #include "llvm/IR/Constants.h"
57 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
58 #include "llvm/IR/DebugInfoMetadata.h"
59 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
60 #include "llvm/IR/Dominators.h"
61 #include "llvm/IR/Instructions.h"
62 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
63 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
64 #include "llvm/IR/Metadata.h"
65 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
66 #include "llvm/IR/PredIteratorCache.h"
67 #include "llvm/InitializePasses.h"
68 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
69 #include "llvm/Support/Debug.h"
70 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
71 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
72 #include "llvm/Transforms/Scalar/LoopPassManager.h"
73 #include "llvm/Transforms/Utils/AssumeBundleBuilder.h"
74 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
75 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
76 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopUtils.h"
77 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
78 #include <algorithm>
79 #include <utility>
80 using namespace llvm;
81
82 #define DEBUG_TYPE "licm"
83
84 STATISTIC(NumCreatedBlocks, "Number of blocks created");
85 STATISTIC(NumClonedBranches, "Number of branches cloned");
86 STATISTIC(NumSunk, "Number of instructions sunk out of loop");
87 STATISTIC(NumHoisted, "Number of instructions hoisted out of loop");
88 STATISTIC(NumMovedLoads, "Number of load insts hoisted or sunk");
89 STATISTIC(NumMovedCalls, "Number of call insts hoisted or sunk");
90 STATISTIC(NumPromoted, "Number of memory locations promoted to registers");
91
92 /// Memory promotion is enabled by default.
93 static cl::opt<bool>
94     DisablePromotion("disable-licm-promotion", cl::Hidden, cl::init(false),
95                      cl::desc("Disable memory promotion in LICM pass"));
96
97 static cl::opt<bool> ControlFlowHoisting(
98     "licm-control-flow-hoisting", cl::Hidden, cl::init(false),
99     cl::desc("Enable control flow (and PHI) hoisting in LICM"));
100
101 static cl::opt<uint32_t> MaxNumUsesTraversed(
102     "licm-max-num-uses-traversed", cl::Hidden, cl::init(8),
103     cl::desc("Max num uses visited for identifying load "
104              "invariance in loop using invariant start (default = 8)"));
105
106 // Default value of zero implies we use the regular alias set tracker mechanism
107 // instead of the cross product using AA to identify aliasing of the memory
108 // location we are interested in.
109 static cl::opt<int>
110 LICMN2Theshold("licm-n2-threshold", cl::Hidden, cl::init(0),
111                cl::desc("How many instruction to cross product using AA"));
112
113 // Experimental option to allow imprecision in LICM in pathological cases, in
114 // exchange for faster compile. This is to be removed if MemorySSA starts to
115 // address the same issue. This flag applies only when LICM uses MemorySSA
116 // instead on AliasSetTracker. LICM calls MemorySSAWalker's
117 // getClobberingMemoryAccess, up to the value of the Cap, getting perfect
118 // accuracy. Afterwards, LICM will call into MemorySSA's getDefiningAccess,
119 // which may not be precise, since optimizeUses is capped. The result is
120 // correct, but we may not get as "far up" as possible to get which access is
121 // clobbering the one queried.
122 cl::opt<unsigned> llvm::SetLicmMssaOptCap(
123     "licm-mssa-optimization-cap", cl::init(100), cl::Hidden,
124     cl::desc("Enable imprecision in LICM in pathological cases, in exchange "
125              "for faster compile. Caps the MemorySSA clobbering calls."));
126
127 // Experimentally, memory promotion carries less importance than sinking and
128 // hoisting. Limit when we do promotion when using MemorySSA, in order to save
129 // compile time.
130 cl::opt<unsigned> llvm::SetLicmMssaNoAccForPromotionCap(
131     "licm-mssa-max-acc-promotion", cl::init(250), cl::Hidden,
132     cl::desc("[LICM & MemorySSA] When MSSA in LICM is disabled, this has no "
133              "effect. When MSSA in LICM is enabled, then this is the maximum "
134              "number of accesses allowed to be present in a loop in order to "
135              "enable memory promotion."));
136
137 static bool inSubLoop(BasicBlock *BB, Loop *CurLoop, LoopInfo *LI);
138 static bool isNotUsedOrFreeInLoop(const Instruction &I, const Loop *CurLoop,
139                                   const LoopSafetyInfo *SafetyInfo,
140                                   TargetTransformInfo *TTI, bool &FreeInLoop);
141 static void hoist(Instruction &I, const DominatorTree *DT, const Loop *CurLoop,
142                   BasicBlock *Dest, ICFLoopSafetyInfo *SafetyInfo,
143                   MemorySSAUpdater *MSSAU, ScalarEvolution *SE,
144                   OptimizationRemarkEmitter *ORE);
145 static bool sink(Instruction &I, LoopInfo *LI, DominatorTree *DT,
146                  const Loop *CurLoop, ICFLoopSafetyInfo *SafetyInfo,
147                  MemorySSAUpdater *MSSAU, OptimizationRemarkEmitter *ORE);
148 static bool isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &Inst,
149                                            const DominatorTree *DT,
150                                            const Loop *CurLoop,
151                                            const LoopSafetyInfo *SafetyInfo,
152                                            OptimizationRemarkEmitter *ORE,
153                                            const Instruction *CtxI = nullptr);
154 static bool pointerInvalidatedByLoop(MemoryLocation MemLoc,
155                                      AliasSetTracker *CurAST, Loop *CurLoop,
156                                      AAResults *AA);
157 static bool pointerInvalidatedByLoopWithMSSA(MemorySSA *MSSA, MemoryUse *MU,
158                                              Loop *CurLoop,
159                                              SinkAndHoistLICMFlags &Flags);
160 static Instruction *cloneInstructionInExitBlock(
161     Instruction &I, BasicBlock &ExitBlock, PHINode &PN, const LoopInfo *LI,
162     const LoopSafetyInfo *SafetyInfo, MemorySSAUpdater *MSSAU);
163
164 static void eraseInstruction(Instruction &I, ICFLoopSafetyInfo &SafetyInfo,
165                              AliasSetTracker *AST, MemorySSAUpdater *MSSAU);
166
167 static void moveInstructionBefore(Instruction &I, Instruction &Dest,
168                                   ICFLoopSafetyInfo &SafetyInfo,
169                                   MemorySSAUpdater *MSSAU, ScalarEvolution *SE);
170
171 namespace {
172 struct LoopInvariantCodeMotion {
173   bool runOnLoop(Loop *L, AAResults *AA, LoopInfo *LI, DominatorTree *DT,
174                  TargetLibraryInfo *TLI, TargetTransformInfo *TTI,
175                  ScalarEvolution *SE, MemorySSA *MSSA,
176                  OptimizationRemarkEmitter *ORE);
177
178   LoopInvariantCodeMotion(unsigned LicmMssaOptCap,
179                           unsigned LicmMssaNoAccForPromotionCap)
180       : LicmMssaOptCap(LicmMssaOptCap),
181         LicmMssaNoAccForPromotionCap(LicmMssaNoAccForPromotionCap) {}
182
183 private:
184   unsigned LicmMssaOptCap;
185   unsigned LicmMssaNoAccForPromotionCap;
186
187   std::unique_ptr<AliasSetTracker>
188   collectAliasInfoForLoop(Loop *L, LoopInfo *LI, AAResults *AA);
189   std::unique_ptr<AliasSetTracker>
190   collectAliasInfoForLoopWithMSSA(Loop *L, AAResults *AA,
191                                   MemorySSAUpdater *MSSAU);
192 };
193
194 struct LegacyLICMPass : public LoopPass {
195   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
196   LegacyLICMPass(
197       unsigned LicmMssaOptCap = SetLicmMssaOptCap,
198       unsigned LicmMssaNoAccForPromotionCap = SetLicmMssaNoAccForPromotionCap)
199       : LoopPass(ID), LICM(LicmMssaOptCap, LicmMssaNoAccForPromotionCap) {
200     initializeLegacyLICMPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
201   }
202
203   bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) override {
204     if (skipLoop(L))
205       return false;
206
207     auto *SE = getAnalysisIfAvailable<ScalarEvolutionWrapperPass>();
208     MemorySSA *MSSA = EnableMSSALoopDependency
209                           ? (&getAnalysis<MemorySSAWrapperPass>().getMSSA())
210                           : nullptr;
211     // For the old PM, we can't use OptimizationRemarkEmitter as an analysis
212     // pass.  Function analyses need to be preserved across loop transformations
213     // but ORE cannot be preserved (see comment before the pass definition).
214     OptimizationRemarkEmitter ORE(L->getHeader()->getParent());
215     return LICM.runOnLoop(L,
216                           &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults(),
217                           &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo(),
218                           &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree(),
219                           &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI(
220                               *L->getHeader()->getParent()),
221                           &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(
222                               *L->getHeader()->getParent()),
223                           SE ? &SE->getSE() : nullptr, MSSA, &ORE);
224   }
225
226   /// This transformation requires natural loop information & requires that
227   /// loop preheaders be inserted into the CFG...
228   ///
229   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
230     AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
231     AU.addPreserved<LoopInfoWrapperPass>();
232     AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
233     if (EnableMSSALoopDependency) {
234       AU.addRequired<MemorySSAWrapperPass>();
235       AU.addPreserved<MemorySSAWrapperPass>();
236     }
237     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
238     getLoopAnalysisUsage(AU);
239   }
240
241 private:
242   LoopInvariantCodeMotion LICM;
243 };
244 } // namespace
245
246 PreservedAnalyses LICMPass::run(Loop &L, LoopAnalysisManager &AM,
247                                 LoopStandardAnalysisResults &AR, LPMUpdater &) {
248   // For the new PM, we also can't use OptimizationRemarkEmitter as an analysis
249   // pass.  Function analyses need to be preserved across loop transformations
250   // but ORE cannot be preserved (see comment before the pass definition).
251   OptimizationRemarkEmitter ORE(L.getHeader()->getParent());
252
253   LoopInvariantCodeMotion LICM(LicmMssaOptCap, LicmMssaNoAccForPromotionCap);
254   if (!LICM.runOnLoop(&L, &AR.AA, &AR.LI, &AR.DT, &AR.TLI, &AR.TTI, &AR.SE,
255                       AR.MSSA, &ORE))
256     return PreservedAnalyses::all();
257
258   auto PA = getLoopPassPreservedAnalyses();
259
260   PA.preserve<DominatorTreeAnalysis>();
261   PA.preserve<LoopAnalysis>();
262   if (AR.MSSA)
263     PA.preserve<MemorySSAAnalysis>();
264
265   return PA;
266 }
267
268 char LegacyLICMPass::ID = 0;
269 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LegacyLICMPass, "licm", "Loop Invariant Code Motion",
270                       false, false)
271 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopPass)
272 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
273 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
274 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MemorySSAWrapperPass)
275 INITIALIZE_PASS_END(LegacyLICMPass, "licm", "Loop Invariant Code Motion", false,
276                     false)
277
278 Pass *llvm::createLICMPass() { return new LegacyLICMPass(); }
279 Pass *llvm::createLICMPass(unsigned LicmMssaOptCap,
280                            unsigned LicmMssaNoAccForPromotionCap) {
281   return new LegacyLICMPass(LicmMssaOptCap, LicmMssaNoAccForPromotionCap);
282 }
283
284 /// Hoist expressions out of the specified loop. Note, alias info for inner
285 /// loop is not preserved so it is not a good idea to run LICM multiple
286 /// times on one loop.
287 bool LoopInvariantCodeMotion::runOnLoop(
288     Loop *L, AAResults *AA, LoopInfo *LI, DominatorTree *DT,
289     TargetLibraryInfo *TLI, TargetTransformInfo *TTI, ScalarEvolution *SE,
290     MemorySSA *MSSA, OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
291   bool Changed = false;
292
293   assert(L->isLCSSAForm(*DT) && "Loop is not in LCSSA form.");
294
295   // If this loop has metadata indicating that LICM is not to be performed then
296   // just exit.
297   if (hasDisableLICMTransformsHint(L)) {
298     return false;
299   }
300
301   std::unique_ptr<AliasSetTracker> CurAST;
302   std::unique_ptr<MemorySSAUpdater> MSSAU;
303   bool NoOfMemAccTooLarge = false;
304   unsigned LicmMssaOptCounter = 0;
305
306   if (!MSSA) {
307     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LICM: Using Alias Set Tracker.\n");
308     CurAST = collectAliasInfoForLoop(L, LI, AA);
309   } else {
310     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LICM: Using MemorySSA.\n");
311     MSSAU = std::make_unique<MemorySSAUpdater>(MSSA);
312
313     unsigned AccessCapCount = 0;
314     for (auto *BB : L->getBlocks()) {
315       if (auto *Accesses = MSSA->getBlockAccesses(BB)) {
316         for (const auto &MA : *Accesses) {
317           (void)MA;
318           AccessCapCount++;
319           if (AccessCapCount > LicmMssaNoAccForPromotionCap) {
320             NoOfMemAccTooLarge = true;
321             break;
322           }
323         }
324       }
325       if (NoOfMemAccTooLarge)
326         break;
327     }
328   }
329
330   // Get the preheader block to move instructions into...
331   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
332
333   // Compute loop safety information.
334   ICFLoopSafetyInfo SafetyInfo;
335   SafetyInfo.computeLoopSafetyInfo(L);
336
337   // We want to visit all of the instructions in this loop... that are not parts
338   // of our subloops (they have already had their invariants hoisted out of
339   // their loop, into this loop, so there is no need to process the BODIES of
340   // the subloops).
341   //
342   // Traverse the body of the loop in depth first order on the dominator tree so
343   // that we are guaranteed to see definitions before we see uses.  This allows
344   // us to sink instructions in one pass, without iteration.  After sinking
345   // instructions, we perform another pass to hoist them out of the loop.
346   SinkAndHoistLICMFlags Flags = {NoOfMemAccTooLarge, LicmMssaOptCounter,
347                                  LicmMssaOptCap, LicmMssaNoAccForPromotionCap,
348                                  /*IsSink=*/true};
349   if (L->hasDedicatedExits())
350     Changed |= sinkRegion(DT->getNode(L->getHeader()), AA, LI, DT, TLI, TTI, L,
351                           CurAST.get(), MSSAU.get(), &SafetyInfo, Flags, ORE);
352   Flags.IsSink = false;
353   if (Preheader)
354     Changed |=
355         hoistRegion(DT->getNode(L->getHeader()), AA, LI, DT, TLI, L,
356                     CurAST.get(), MSSAU.get(), SE, &SafetyInfo, Flags, ORE);
357
358   // Now that all loop invariants have been removed from the loop, promote any
359   // memory references to scalars that we can.
360   // Don't sink stores from loops without dedicated block exits. Exits
361   // containing indirect branches are not transformed by loop simplify,
362   // make sure we catch that. An additional load may be generated in the
363   // preheader for SSA updater, so also avoid sinking when no preheader
364   // is available.
365   if (!DisablePromotion && Preheader && L->hasDedicatedExits() &&
366       !NoOfMemAccTooLarge) {
367     // Figure out the loop exits and their insertion points
368     SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
369     L->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
370
371     // We can't insert into a catchswitch.
372     bool HasCatchSwitch = llvm::any_of(ExitBlocks, [](BasicBlock *Exit) {
373       return isa<CatchSwitchInst>(Exit->getTerminator());
374     });
375
376     if (!HasCatchSwitch) {
377       SmallVector<Instruction *, 8> InsertPts;
378       SmallVector<MemoryAccess *, 8> MSSAInsertPts;
379       InsertPts.reserve(ExitBlocks.size());
380       if (MSSAU)
381         MSSAInsertPts.reserve(ExitBlocks.size());
382       for (BasicBlock *ExitBlock : ExitBlocks) {
383         InsertPts.push_back(&*ExitBlock->getFirstInsertionPt());
384         if (MSSAU)
385           MSSAInsertPts.push_back(nullptr);
386       }
387
388       PredIteratorCache PIC;
389
390       bool Promoted = false;
391
392       // Build an AST using MSSA.
393       if (!CurAST.get())
394         CurAST = collectAliasInfoForLoopWithMSSA(L, AA, MSSAU.get());
395
396       // Loop over all of the alias sets in the tracker object.
397       for (AliasSet &AS : *CurAST) {
398         // We can promote this alias set if it has a store, if it is a "Must"
399         // alias set, if the pointer is loop invariant, and if we are not
400         // eliminating any volatile loads or stores.
401         if (AS.isForwardingAliasSet() || !AS.isMod() || !AS.isMustAlias() ||
402             !L->isLoopInvariant(AS.begin()->getValue()))
403           continue;
404
405         assert(
406             !AS.empty() &&
407             "Must alias set should have at least one pointer element in it!");
408
409         SmallSetVector<Value *, 8> PointerMustAliases;
410         for (const auto &ASI : AS)
411           PointerMustAliases.insert(ASI.getValue());
412
413         Promoted |= promoteLoopAccessesToScalars(
414             PointerMustAliases, ExitBlocks, InsertPts, MSSAInsertPts, PIC, LI,
415             DT, TLI, L, CurAST.get(), MSSAU.get(), &SafetyInfo, ORE);
416       }
417
418       // Once we have promoted values across the loop body we have to
419       // recursively reform LCSSA as any nested loop may now have values defined
420       // within the loop used in the outer loop.
421       // FIXME: This is really heavy handed. It would be a bit better to use an
422       // SSAUpdater strategy during promotion that was LCSSA aware and reformed
423       // it as it went.
424       if (Promoted)
425         formLCSSARecursively(*L, *DT, LI, SE);
426
427       Changed |= Promoted;
428     }
429   }
430
431   // Check that neither this loop nor its parent have had LCSSA broken. LICM is
432   // specifically moving instructions across the loop boundary and so it is
433   // especially in need of sanity checking here.
434   assert(L->isLCSSAForm(*DT) && "Loop not left in LCSSA form after LICM!");
435   assert((!L->getParentLoop() || L->getParentLoop()->isLCSSAForm(*DT)) &&
436          "Parent loop not left in LCSSA form after LICM!");
437
438   if (MSSAU.get() && VerifyMemorySSA)
439     MSSAU->getMemorySSA()->verifyMemorySSA();
440
441   if (Changed && SE)
442     SE->forgetLoopDispositions(L);
443   return Changed;
444 }
445
446 /// Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks dominated by
447 /// the specified block, and that are in the current loop) in reverse depth
448 /// first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit uses before
449 /// definitions, allowing us to sink a loop body in one pass without iteration.
450 ///
451 bool llvm::sinkRegion(DomTreeNode *N, AAResults *AA, LoopInfo *LI,
452                       DominatorTree *DT, TargetLibraryInfo *TLI,
453                       TargetTransformInfo *TTI, Loop *CurLoop,
454                       AliasSetTracker *CurAST, MemorySSAUpdater *MSSAU,
455                       ICFLoopSafetyInfo *SafetyInfo,
456                       SinkAndHoistLICMFlags &Flags,
457                       OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
458
459   // Verify inputs.
460   assert(N != nullptr && AA != nullptr && LI != nullptr && DT != nullptr &&
461          CurLoop != nullptr && SafetyInfo != nullptr &&
462          "Unexpected input to sinkRegion.");
463   assert(((CurAST != nullptr) ^ (MSSAU != nullptr)) &&
464          "Either AliasSetTracker or MemorySSA should be initialized.");
465
466   // We want to visit children before parents. We will enque all the parents
467   // before their children in the worklist and process the worklist in reverse
468   // order.
469   SmallVector<DomTreeNode *, 16> Worklist = collectChildrenInLoop(N, CurLoop);
470
471   bool Changed = false;
472   for (DomTreeNode *DTN : reverse(Worklist)) {
473     BasicBlock *BB = DTN->getBlock();
474     // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
475     // subloop (which would already have been processed).
476     if (inSubLoop(BB, CurLoop, LI))
477       continue;
478
479     for (BasicBlock::iterator II = BB->end(); II != BB->begin();) {
480       Instruction &I = *--II;
481
482       // If the instruction is dead, we would try to sink it because it isn't
483       // used in the loop, instead, just delete it.
484       if (isInstructionTriviallyDead(&I, TLI)) {
485         LLVM_DEBUG(dbgs() << "LICM deleting dead inst: " << I << '\n');
486         salvageKnowledge(&I);
487         salvageDebugInfo(I);
488         ++II;
489         eraseInstruction(I, *SafetyInfo, CurAST, MSSAU);
490         Changed = true;
491         continue;
492       }
493
494       // Check to see if we can sink this instruction to the exit blocks
495       // of the loop.  We can do this if the all users of the instruction are
496       // outside of the loop.  In this case, it doesn't even matter if the
497       // operands of the instruction are loop invariant.
498       //
499       bool FreeInLoop = false;
500       if (!I.mayHaveSideEffects() &&
501           isNotUsedOrFreeInLoop(I, CurLoop, SafetyInfo, TTI, FreeInLoop) &&
502           canSinkOrHoistInst(I, AA, DT, CurLoop, CurAST, MSSAU, true, &Flags,
503                              ORE)) {
504         if (sink(I, LI, DT, CurLoop, SafetyInfo, MSSAU, ORE)) {
505           if (!FreeInLoop) {
506             ++II;
507             salvageDebugInfo(I);
508             eraseInstruction(I, *SafetyInfo, CurAST, MSSAU);
509           }
510           Changed = true;
511         }
512       }
513     }
514   }
515   if (MSSAU && VerifyMemorySSA)
516     MSSAU->getMemorySSA()->verifyMemorySSA();
517   return Changed;
518 }
519
520 namespace {
521 // This is a helper class for hoistRegion to make it able to hoist control flow
522 // in order to be able to hoist phis. The way this works is that we initially
523 // start hoisting to the loop preheader, and when we see a loop invariant branch
524 // we make note of this. When we then come to hoist an instruction that's
525 // conditional on such a branch we duplicate the branch and the relevant control
526 // flow, then hoist the instruction into the block corresponding to its original
527 // block in the duplicated control flow.
528 class ControlFlowHoister {
529 private:
530   // Information about the loop we are hoisting from
531   LoopInfo *LI;
532   DominatorTree *DT;
533   Loop *CurLoop;
534   MemorySSAUpdater *MSSAU;
535
536   // A map of blocks in the loop to the block their instructions will be hoisted
537   // to.
538   DenseMap<BasicBlock *, BasicBlock *> HoistDestinationMap;
539
540   // The branches that we can hoist, mapped to the block that marks a
541   // convergence point of their control flow.
542   DenseMap<BranchInst *, BasicBlock *> HoistableBranches;
543
544 public:
545   ControlFlowHoister(LoopInfo *LI, DominatorTree *DT, Loop *CurLoop,
546                      MemorySSAUpdater *MSSAU)
547       : LI(LI), DT(DT), CurLoop(CurLoop), MSSAU(MSSAU) {}
548
549   void registerPossiblyHoistableBranch(BranchInst *BI) {
550     // We can only hoist conditional branches with loop invariant operands.
551     if (!ControlFlowHoisting || !BI->isConditional() ||
552         !CurLoop->hasLoopInvariantOperands(BI))
553       return;
554
555     // The branch destinations need to be in the loop, and we don't gain
556     // anything by duplicating conditional branches with duplicate successors,
557     // as it's essentially the same as an unconditional branch.
558     BasicBlock *TrueDest = BI->getSuccessor(0);
559     BasicBlock *FalseDest = BI->getSuccessor(1);
560     if (!CurLoop->contains(TrueDest) || !CurLoop->contains(FalseDest) ||
561         TrueDest == FalseDest)
562       return;
563
564     // We can hoist BI if one branch destination is the successor of the other,
565     // or both have common successor which we check by seeing if the
566     // intersection of their successors is non-empty.
567     // TODO: This could be expanded to allowing branches where both ends
568     // eventually converge to a single block.
569     SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> TrueDestSucc, FalseDestSucc;
570     TrueDestSucc.insert(succ_begin(TrueDest), succ_end(TrueDest));
571     FalseDestSucc.insert(succ_begin(FalseDest), succ_end(FalseDest));
572     BasicBlock *CommonSucc = nullptr;
573     if (TrueDestSucc.count(FalseDest)) {
574       CommonSucc = FalseDest;
575     } else if (FalseDestSucc.count(TrueDest)) {
576       CommonSucc = TrueDest;
577     } else {
578       set_intersect(TrueDestSucc, FalseDestSucc);
579       // If there's one common successor use that.
580       if (TrueDestSucc.size() == 1)
581         CommonSucc = *TrueDestSucc.begin();
582       // If there's more than one pick whichever appears first in the block list
583       // (we can't use the value returned by TrueDestSucc.begin() as it's
584       // unpredicatable which element gets returned).
585       else if (!TrueDestSucc.empty()) {
586         Function *F = TrueDest->getParent();
587         auto IsSucc = [&](BasicBlock &BB) { return TrueDestSucc.count(&BB); };
588         auto It = std::find_if(F->begin(), F->end(), IsSucc);
589         assert(It != F->end() && "Could not find successor in function");
590         CommonSucc = &*It;
591       }
592     }
593     // The common successor has to be dominated by the branch, as otherwise
594     // there will be some other path to the successor that will not be
595     // controlled by this branch so any phi we hoist would be controlled by the
596     // wrong condition. This also takes care of avoiding hoisting of loop back
597     // edges.
598     // TODO: In some cases this could be relaxed if the successor is dominated
599     // by another block that's been hoisted and we can guarantee that the
600     // control flow has been replicated exactly.
601     if (CommonSucc && DT->dominates(BI, CommonSucc))
602       HoistableBranches[BI] = CommonSucc;
603   }
604
605   bool canHoistPHI(PHINode *PN) {
606     // The phi must have loop invariant operands.
607     if (!ControlFlowHoisting || !CurLoop->hasLoopInvariantOperands(PN))
608       return false;
609     // We can hoist phis if the block they are in is the target of hoistable
610     // branches which cover all of the predecessors of the block.
611     SmallPtrSet<BasicBlock *, 8> PredecessorBlocks;
612     BasicBlock *BB = PN->getParent();
613     for (BasicBlock *PredBB : predecessors(BB))
614       PredecessorBlocks.insert(PredBB);
615     // If we have less predecessor blocks than predecessors then the phi will
616     // have more than one incoming value for the same block which we can't
617     // handle.
618     // TODO: This could be handled be erasing some of the duplicate incoming
619     // values.
620     if (PredecessorBlocks.size() != pred_size(BB))
621       return false;
622     for (auto &Pair : HoistableBranches) {
623       if (Pair.second == BB) {
624         // Which blocks are predecessors via this branch depends on if the
625         // branch is triangle-like or diamond-like.
626         if (Pair.first->getSuccessor(0) == BB) {
627           PredecessorBlocks.erase(Pair.first->getParent());
628           PredecessorBlocks.erase(Pair.first->getSuccessor(1));
629         } else if (Pair.first->getSuccessor(1) == BB) {
630           PredecessorBlocks.erase(Pair.first->getParent());
631           PredecessorBlocks.erase(Pair.first->getSuccessor(0));
632         } else {
633           PredecessorBlocks.erase(Pair.first->getSuccessor(0));
634           PredecessorBlocks.erase(Pair.first->getSuccessor(1));
635         }
636       }
637     }
638     // PredecessorBlocks will now be empty if for every predecessor of BB we
639     // found a hoistable branch source.
640     return PredecessorBlocks.empty();
641   }
642
643   BasicBlock *getOrCreateHoistedBlock(BasicBlock *BB) {
644     if (!ControlFlowHoisting)
645       return CurLoop->getLoopPreheader();
646     // If BB has already been hoisted, return that
647     if (HoistDestinationMap.count(BB))
648       return HoistDestinationMap[BB];
649
650     // Check if this block is conditional based on a pending branch
651     auto HasBBAsSuccessor =
652         [&](DenseMap<BranchInst *, BasicBlock *>::value_type &Pair) {
653           return BB != Pair.second && (Pair.first->getSuccessor(0) == BB ||
654                                        Pair.first->getSuccessor(1) == BB);
655         };
656     auto It = std::find_if(HoistableBranches.begin(), HoistableBranches.end(),
657                            HasBBAsSuccessor);
658
659     // If not involved in a pending branch, hoist to preheader
660     BasicBlock *InitialPreheader = CurLoop->getLoopPreheader();
661     if (It == HoistableBranches.end()) {
662       LLVM_DEBUG(dbgs() << "LICM using " << InitialPreheader->getName()
663                         << " as hoist destination for " << BB->getName()
664                         << "\n");
665       HoistDestinationMap[BB] = InitialPreheader;
666       return InitialPreheader;
667     }
668     BranchInst *BI = It->first;
669     assert(std::find_if(++It, HoistableBranches.end(), HasBBAsSuccessor) ==
670                HoistableBranches.end() &&
671            "BB is expected to be the target of at most one branch");
672
673     LLVMContext &C = BB->getContext();
674     BasicBlock *TrueDest = BI->getSuccessor(0);
675     BasicBlock *FalseDest = BI->getSuccessor(1);
676     BasicBlock *CommonSucc = HoistableBranches[BI];
677     BasicBlock *HoistTarget = getOrCreateHoistedBlock(BI->getParent());
678
679     // Create hoisted versions of blocks that currently don't have them
680     auto CreateHoistedBlock = [&](BasicBlock *Orig) {
681       if (HoistDestinationMap.count(Orig))
682         return HoistDestinationMap[Orig];
683       BasicBlock *New =
684           BasicBlock::Create(C, Orig->getName() + ".licm", Orig->getParent());
685       HoistDestinationMap[Orig] = New;
686       DT->addNewBlock(New, HoistTarget);
687       if (CurLoop->getParentLoop())
688         CurLoop->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(New, *LI);
689       ++NumCreatedBlocks;
690       LLVM_DEBUG(dbgs() << "LICM created " << New->getName()
691                         << " as hoist destination for " << Orig->getName()
692                         << "\n");
693       return New;
694     };
695     BasicBlock *HoistTrueDest = CreateHoistedBlock(TrueDest);
696     BasicBlock *HoistFalseDest = CreateHoistedBlock(FalseDest);
697     BasicBlock *HoistCommonSucc = CreateHoistedBlock(CommonSucc);
698
699     // Link up these blocks with branches.
700     if (!HoistCommonSucc->getTerminator()) {
701       // The new common successor we've generated will branch to whatever that
702       // hoist target branched to.
703       BasicBlock *TargetSucc = HoistTarget->getSingleSuccessor();
704       assert(TargetSucc && "Expected hoist target to have a single successor");
705       HoistCommonSucc->moveBefore(TargetSucc);
706       BranchInst::Create(TargetSucc, HoistCommonSucc);
707     }
708     if (!HoistTrueDest->getTerminator()) {
709       HoistTrueDest->moveBefore(HoistCommonSucc);
710       BranchInst::Create(HoistCommonSucc, HoistTrueDest);
711     }
712     if (!HoistFalseDest->getTerminator()) {
713       HoistFalseDest->moveBefore(HoistCommonSucc);
714       BranchInst::Create(HoistCommonSucc, HoistFalseDest);
715     }
716
717     // If BI is being cloned to what was originally the preheader then
718     // HoistCommonSucc will now be the new preheader.
719     if (HoistTarget == InitialPreheader) {
720       // Phis in the loop header now need to use the new preheader.
721       InitialPreheader->replaceSuccessorsPhiUsesWith(HoistCommonSucc);
722       if (MSSAU)
723         MSSAU->wireOldPredecessorsToNewImmediatePredecessor(
724             HoistTarget->getSingleSuccessor(), HoistCommonSucc, {HoistTarget});
725       // The new preheader dominates the loop header.
726       DomTreeNode *PreheaderNode = DT->getNode(HoistCommonSucc);
727       DomTreeNode *HeaderNode = DT->getNode(CurLoop->getHeader());
728       DT->changeImmediateDominator(HeaderNode, PreheaderNode);
729       // The preheader hoist destination is now the new preheader, with the
730       // exception of the hoist destination of this branch.
731       for (auto &Pair : HoistDestinationMap)
732         if (Pair.second == InitialPreheader && Pair.first != BI->getParent())
733           Pair.second = HoistCommonSucc;
734     }
735
736     // Now finally clone BI.
737     ReplaceInstWithInst(
738         HoistTarget->getTerminator(),
739         BranchInst::Create(HoistTrueDest, HoistFalseDest, BI->getCondition()));
740     ++NumClonedBranches;
741
742     assert(CurLoop->getLoopPreheader() &&
743            "Hoisting blocks should not have destroyed preheader");
744     return HoistDestinationMap[BB];
745   }
746 };
747 } // namespace
748
749 /// Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks dominated by
750 /// the specified block, and that are in the current loop) in depth first
751 /// order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit definitions before
752 /// uses, allowing us to hoist a loop body in one pass without iteration.
753 ///
754 bool llvm::hoistRegion(DomTreeNode *N, AAResults *AA, LoopInfo *LI,
755                        DominatorTree *DT, TargetLibraryInfo *TLI, Loop *CurLoop,
756                        AliasSetTracker *CurAST, MemorySSAUpdater *MSSAU,
757                        ScalarEvolution *SE, ICFLoopSafetyInfo *SafetyInfo,
758                        SinkAndHoistLICMFlags &Flags,
759                        OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
760   // Verify inputs.
761   assert(N != nullptr && AA != nullptr && LI != nullptr && DT != nullptr &&
762          CurLoop != nullptr && SafetyInfo != nullptr &&
763          "Unexpected input to hoistRegion.");
764   assert(((CurAST != nullptr) ^ (MSSAU != nullptr)) &&
765          "Either AliasSetTracker or MemorySSA should be initialized.");
766
767   ControlFlowHoister CFH(LI, DT, CurLoop, MSSAU);
768
769   // Keep track of instructions that have been hoisted, as they may need to be
770   // re-hoisted if they end up not dominating all of their uses.
771   SmallVector<Instruction *, 16> HoistedInstructions;
772
773   // For PHI hoisting to work we need to hoist blocks before their successors.
774   // We can do this by iterating through the blocks in the loop in reverse
775   // post-order.
776   LoopBlocksRPO Worklist(CurLoop);
777   Worklist.perform(LI);
778   bool Changed = false;
779   for (BasicBlock *BB : Worklist) {
780     // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
781     // subloop (which would already have been processed).
782     if (inSubLoop(BB, CurLoop, LI))
783       continue;
784
785     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = BB->end(); II != E;) {
786       Instruction &I = *II++;
787       // Try constant folding this instruction.  If all the operands are
788       // constants, it is technically hoistable, but it would be better to
789       // just fold it.
790       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(
791               &I, I.getModule()->getDataLayout(), TLI)) {
792         LLVM_DEBUG(dbgs() << "LICM folding inst: " << I << "  --> " << *C
793                           << '\n');
794         if (CurAST)
795           CurAST->copyValue(&I, C);
796         // FIXME MSSA: Such replacements may make accesses unoptimized (D51960).
797         I.replaceAllUsesWith(C);
798         if (isInstructionTriviallyDead(&I, TLI))
799           eraseInstruction(I, *SafetyInfo, CurAST, MSSAU);
800         Changed = true;
801         continue;
802       }
803
804       // Try hoisting the instruction out to the preheader.  We can only do
805       // this if all of the operands of the instruction are loop invariant and
806       // if it is safe to hoist the instruction.
807       // TODO: It may be safe to hoist if we are hoisting to a conditional block
808       // and we have accurately duplicated the control flow from the loop header
809       // to that block.
810       if (CurLoop->hasLoopInvariantOperands(&I) &&
811           canSinkOrHoistInst(I, AA, DT, CurLoop, CurAST, MSSAU, true, &Flags,
812                              ORE) &&
813           isSafeToExecuteUnconditionally(
814               I, DT, CurLoop, SafetyInfo, ORE,
815               CurLoop->getLoopPreheader()->getTerminator())) {
816         hoist(I, DT, CurLoop, CFH.getOrCreateHoistedBlock(BB), SafetyInfo,
817               MSSAU, SE, ORE);
818         HoistedInstructions.push_back(&I);
819         Changed = true;
820         continue;
821       }
822
823       // Attempt to remove floating point division out of the loop by
824       // converting it to a reciprocal multiplication.
825       if (I.getOpcode() == Instruction::FDiv && I.hasAllowReciprocal() &&
826           CurLoop->isLoopInvariant(I.getOperand(1))) {
827         auto Divisor = I.getOperand(1);
828         auto One = llvm::ConstantFP::get(Divisor->getType(), 1.0);
829         auto ReciprocalDivisor = BinaryOperator::CreateFDiv(One, Divisor);
830         ReciprocalDivisor->setFastMathFlags(I.getFastMathFlags());
831         SafetyInfo->insertInstructionTo(ReciprocalDivisor, I.getParent());
832         ReciprocalDivisor->insertBefore(&I);
833
834         auto Product =
835             BinaryOperator::CreateFMul(I.getOperand(0), ReciprocalDivisor);
836         Product->setFastMathFlags(I.getFastMathFlags());
837         SafetyInfo->insertInstructionTo(Product, I.getParent());
838         Product->insertAfter(&I);
839         I.replaceAllUsesWith(Product);
840         eraseInstruction(I, *SafetyInfo, CurAST, MSSAU);
841
842         hoist(*ReciprocalDivisor, DT, CurLoop, CFH.getOrCreateHoistedBlock(BB),
843               SafetyInfo, MSSAU, SE, ORE);
844         HoistedInstructions.push_back(ReciprocalDivisor);
845         Changed = true;
846         continue;
847       }
848
849       auto IsInvariantStart = [&](Instruction &I) {
850         using namespace PatternMatch;
851         return I.use_empty() &&
852                match(&I, m_Intrinsic<Intrinsic::invariant_start>());
853       };
854       auto MustExecuteWithoutWritesBefore = [&](Instruction &I) {
855         return SafetyInfo->isGuaranteedToExecute(I, DT, CurLoop) &&
856                SafetyInfo->doesNotWriteMemoryBefore(I, CurLoop);
857       };
858       if ((IsInvariantStart(I) || isGuard(&I)) &&
859           CurLoop->hasLoopInvariantOperands(&I) &&
860           MustExecuteWithoutWritesBefore(I)) {
861         hoist(I, DT, CurLoop, CFH.getOrCreateHoistedBlock(BB), SafetyInfo,
862               MSSAU, SE, ORE);
863         HoistedInstructions.push_back(&I);
864         Changed = true;
865         continue;
866       }
867
868       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
869         if (CFH.canHoistPHI(PN)) {
870           // Redirect incoming blocks first to ensure that we create hoisted
871           // versions of those blocks before we hoist the phi.
872           for (unsigned int i = 0; i < PN->getNumIncomingValues(); ++i)
873             PN->setIncomingBlock(
874                 i, CFH.getOrCreateHoistedBlock(PN->getIncomingBlock(i)));
875           hoist(*PN, DT, CurLoop, CFH.getOrCreateHoistedBlock(BB), SafetyInfo,
876                 MSSAU, SE, ORE);
877           assert(DT->dominates(PN, BB) && "Conditional PHIs not expected");
878           Changed = true;
879           continue;
880         }
881       }
882
883       // Remember possibly hoistable branches so we can actually hoist them
884       // later if needed.
885       if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(&I))
886         CFH.registerPossiblyHoistableBranch(BI);
887     }
888   }
889
890   // If we hoisted instructions to a conditional block they may not dominate
891   // their uses that weren't hoisted (such as phis where some operands are not
892   // loop invariant). If so make them unconditional by moving them to their
893   // immediate dominator. We iterate through the instructions in reverse order
894   // which ensures that when we rehoist an instruction we rehoist its operands,
895   // and also keep track of where in the block we are rehoisting to to make sure
896   // that we rehoist instructions before the instructions that use them.
897   Instruction *HoistPoint = nullptr;
898   if (ControlFlowHoisting) {
899     for (Instruction *I : reverse(HoistedInstructions)) {
900       if (!llvm::all_of(I->uses(),
901                         [&](Use &U) { return DT->dominates(I, U); })) {
902         BasicBlock *Dominator =
903             DT->getNode(I->getParent())->getIDom()->getBlock();
904         if (!HoistPoint || !DT->dominates(HoistPoint->getParent(), Dominator)) {
905           if (HoistPoint)
906             assert(DT->dominates(Dominator, HoistPoint->getParent()) &&
907                    "New hoist point expected to dominate old hoist point");
908           HoistPoint = Dominator->getTerminator();
909         }
910         LLVM_DEBUG(dbgs() << "LICM rehoisting to "
911                           << HoistPoint->getParent()->getName()
912                           << ": " << *I << "\n");
913         moveInstructionBefore(*I, *HoistPoint, *SafetyInfo, MSSAU, SE);
914         HoistPoint = I;
915         Changed = true;
916       }
917     }
918   }
919   if (MSSAU && VerifyMemorySSA)
920     MSSAU->getMemorySSA()->verifyMemorySSA();
921
922     // Now that we've finished hoisting make sure that LI and DT are still
923     // valid.
924 #ifdef EXPENSIVE_CHECKS
925   if (Changed) {
926     assert(DT->verify(DominatorTree::VerificationLevel::Fast) &&
927            "Dominator tree verification failed");
928     LI->verify(*DT);
929   }
930 #endif
931
932   return Changed;
933 }
934
935 // Return true if LI is invariant within scope of the loop. LI is invariant if
936 // CurLoop is dominated by an invariant.start representing the same memory
937 // location and size as the memory location LI loads from, and also the
938 // invariant.start has no uses.
939 static bool isLoadInvariantInLoop(LoadInst *LI, DominatorTree *DT,
940                                   Loop *CurLoop) {
941   Value *Addr = LI->getOperand(0);
942   const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
943   const uint32_t LocSizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(LI->getType());
944
945   // if the type is i8 addrspace(x)*, we know this is the type of
946   // llvm.invariant.start operand
947   auto *PtrInt8Ty = PointerType::get(Type::getInt8Ty(LI->getContext()),
948                                      LI->getPointerAddressSpace());
949   unsigned BitcastsVisited = 0;
950   // Look through bitcasts until we reach the i8* type (this is invariant.start
951   // operand type).
952   while (Addr->getType() != PtrInt8Ty) {
953     auto *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Addr);
954     // Avoid traversing high number of bitcast uses.
955     if (++BitcastsVisited > MaxNumUsesTraversed || !BC)
956       return false;
957     Addr = BC->getOperand(0);
958   }
959
960   unsigned UsesVisited = 0;
961   // Traverse all uses of the load operand value, to see if invariant.start is
962   // one of the uses, and whether it dominates the load instruction.
963   for (auto *U : Addr->users()) {
964     // Avoid traversing for Load operand with high number of users.
965     if (++UsesVisited > MaxNumUsesTraversed)
966       return false;
967     IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U);
968     // If there are escaping uses of invariant.start instruction, the load maybe
969     // non-invariant.
970     if (!II || II->getIntrinsicID() != Intrinsic::invariant_start ||
971         !II->use_empty())
972       continue;
973     unsigned InvariantSizeInBits =
974         cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0))->getSExtValue() * 8;
975     // Confirm the invariant.start location size contains the load operand size
976     // in bits. Also, the invariant.start should dominate the load, and we
977     // should not hoist the load out of a loop that contains this dominating
978     // invariant.start.
979     if (LocSizeInBits <= InvariantSizeInBits &&
980         DT->properlyDominates(II->getParent(), CurLoop->getHeader()))
981       return true;
982   }
983
984   return false;
985 }
986
987 namespace {
988 /// Return true if-and-only-if we know how to (mechanically) both hoist and
989 /// sink a given instruction out of a loop.  Does not address legality
990 /// concerns such as aliasing or speculation safety.
991 bool isHoistableAndSinkableInst(Instruction &I) {
992   // Only these instructions are hoistable/sinkable.
993   return (isa<LoadInst>(I) || isa<StoreInst>(I) || isa<CallInst>(I) ||
994           isa<FenceInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<UnaryOperator>(I) ||
995           isa<BinaryOperator>(I) || isa<SelectInst>(I) ||
996           isa<GetElementPtrInst>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
997           isa<InsertElementInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
998           isa<ShuffleVectorInst>(I) || isa<ExtractValueInst>(I) ||
999           isa<InsertValueInst>(I) || isa<FreezeInst>(I));
1000 }
1001 /// Return true if all of the alias sets within this AST are known not to
1002 /// contain a Mod, or if MSSA knows thare are no MemoryDefs in the loop.
1003 bool isReadOnly(AliasSetTracker *CurAST, const MemorySSAUpdater *MSSAU,
1004                 const Loop *L) {
1005   if (CurAST) {
1006     for (AliasSet &AS : *CurAST) {
1007       if (!AS.isForwardingAliasSet() && AS.isMod()) {
1008         return false;
1009       }
1010     }
1011     return true;
1012   } else { /*MSSAU*/
1013     for (auto *BB : L->getBlocks())
1014       if (MSSAU->getMemorySSA()->getBlockDefs(BB))
1015         return false;
1016     return true;
1017   }
1018 }
1019
1020 /// Return true if I is the only Instruction with a MemoryAccess in L.
1021 bool isOnlyMemoryAccess(const Instruction *I, const Loop *L,
1022                         const MemorySSAUpdater *MSSAU) {
1023   for (auto *BB : L->getBlocks())
1024     if (auto *Accs = MSSAU->getMemorySSA()->getBlockAccesses(BB)) {
1025       int NotAPhi = 0;
1026       for (const auto &Acc : *Accs) {
1027         if (isa<MemoryPhi>(&Acc))
1028           continue;
1029         const auto *MUD = cast<MemoryUseOrDef>(&Acc);
1030         if (MUD->getMemoryInst() != I || NotAPhi++ == 1)
1031           return false;
1032       }
1033     }
1034   return true;
1035 }
1036 }
1037
1038 bool llvm::canSinkOrHoistInst(Instruction &I, AAResults *AA, DominatorTree *DT,
1039                               Loop *CurLoop, AliasSetTracker *CurAST,
1040                               MemorySSAUpdater *MSSAU,
1041                               bool TargetExecutesOncePerLoop,
1042                               SinkAndHoistLICMFlags *Flags,
1043                               OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
1044   // If we don't understand the instruction, bail early.
1045   if (!isHoistableAndSinkableInst(I))
1046     return false;
1047
1048   MemorySSA *MSSA = MSSAU ? MSSAU->getMemorySSA() : nullptr;
1049   if (MSSA)
1050     assert(Flags != nullptr && "Flags cannot be null.");
1051
1052   // Loads have extra constraints we have to verify before we can hoist them.
1053   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I)) {
1054     if (!LI->isUnordered())
1055       return false; // Don't sink/hoist volatile or ordered atomic loads!
1056
1057     // Loads from constant memory are always safe to move, even if they end up
1058     // in the same alias set as something that ends up being modified.
1059     if (AA->pointsToConstantMemory(LI->getOperand(0)))
1060       return true;
1061     if (LI->hasMetadata(LLVMContext::MD_invariant_load))
1062       return true;
1063
1064     if (LI->isAtomic() && !TargetExecutesOncePerLoop)
1065       return false; // Don't risk duplicating unordered loads
1066
1067     // This checks for an invariant.start dominating the load.
1068     if (isLoadInvariantInLoop(LI, DT, CurLoop))
1069       return true;
1070
1071     bool Invalidated;
1072     if (CurAST)
1073       Invalidated = pointerInvalidatedByLoop(MemoryLocation::get(LI), CurAST,
1074                                              CurLoop, AA);
1075     else
1076       Invalidated = pointerInvalidatedByLoopWithMSSA(
1077           MSSA, cast<MemoryUse>(MSSA->getMemoryAccess(LI)), CurLoop, *Flags);
1078     // Check loop-invariant address because this may also be a sinkable load
1079     // whose address is not necessarily loop-invariant.
1080     if (ORE && Invalidated && CurLoop->isLoopInvariant(LI->getPointerOperand()))
1081       ORE->emit([&]() {
1082         return OptimizationRemarkMissed(
1083                    DEBUG_TYPE, "LoadWithLoopInvariantAddressInvalidated", LI)
1084                << "failed to move load with loop-invariant address "
1085                   "because the loop may invalidate its value";
1086       });
1087
1088     return !Invalidated;
1089   } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&I)) {
1090     // Don't sink or hoist dbg info; it's legal, but not useful.
1091     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1092       return false;
1093
1094     // Don't sink calls which can throw.
1095     if (CI->mayThrow())
1096       return false;
1097
1098     using namespace PatternMatch;
1099     if (match(CI, m_Intrinsic<Intrinsic::assume>()))
1100       // Assumes don't actually alias anything or throw
1101       return true;
1102
1103     if (match(CI, m_Intrinsic<Intrinsic::experimental_widenable_condition>()))
1104       // Widenable conditions don't actually alias anything or throw
1105       return true;
1106
1107     // Handle simple cases by querying alias analysis.
1108     FunctionModRefBehavior Behavior = AA->getModRefBehavior(CI);
1109     if (Behavior == FMRB_DoesNotAccessMemory)
1110       return true;
1111     if (AAResults::onlyReadsMemory(Behavior)) {
1112       // A readonly argmemonly function only reads from memory pointed to by
1113       // it's arguments with arbitrary offsets.  If we can prove there are no
1114       // writes to this memory in the loop, we can hoist or sink.
1115       if (AAResults::onlyAccessesArgPointees(Behavior)) {
1116         // TODO: expand to writeable arguments
1117         for (Value *Op : CI->arg_operands())
1118           if (Op->getType()->isPointerTy()) {
1119             bool Invalidated;
1120             if (CurAST)
1121               Invalidated = pointerInvalidatedByLoop(
1122                   MemoryLocation(Op, LocationSize::unknown(), AAMDNodes()),
1123                   CurAST, CurLoop, AA);
1124             else
1125               Invalidated = pointerInvalidatedByLoopWithMSSA(
1126                   MSSA, cast<MemoryUse>(MSSA->getMemoryAccess(CI)), CurLoop,
1127                   *Flags);
1128             if (Invalidated)
1129               return false;
1130           }
1131         return true;
1132       }
1133
1134       // If this call only reads from memory and there are no writes to memory
1135       // in the loop, we can hoist or sink the call as appropriate.
1136       if (isReadOnly(CurAST, MSSAU, CurLoop))
1137         return true;
1138     }
1139
1140     // FIXME: This should use mod/ref information to see if we can hoist or
1141     // sink the call.
1142
1143     return false;
1144   } else if (auto *FI = dyn_cast<FenceInst>(&I)) {
1145     // Fences alias (most) everything to provide ordering.  For the moment,
1146     // just give up if there are any other memory operations in the loop.
1147     if (CurAST) {
1148       auto Begin = CurAST->begin();
1149       assert(Begin != CurAST->end() && "must contain FI");
1150       if (std::next(Begin) != CurAST->end())
1151         // constant memory for instance, TODO: handle better
1152         return false;
1153       auto *UniqueI = Begin->getUniqueInstruction();
1154       if (!UniqueI)
1155         // other memory op, give up
1156         return false;
1157       (void)FI; // suppress unused variable warning
1158       assert(UniqueI == FI && "AS must contain FI");
1159       return true;
1160     } else // MSSAU
1161       return isOnlyMemoryAccess(FI, CurLoop, MSSAU);
1162   } else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I)) {
1163     if (!SI->isUnordered())
1164       return false; // Don't sink/hoist volatile or ordered atomic store!
1165
1166     // We can only hoist a store that we can prove writes a value which is not
1167     // read or overwritten within the loop.  For those cases, we fallback to
1168     // load store promotion instead.  TODO: We can extend this to cases where
1169     // there is exactly one write to the location and that write dominates an
1170     // arbitrary number of reads in the loop.
1171     if (CurAST) {
1172       auto &AS = CurAST->getAliasSetFor(MemoryLocation::get(SI));
1173
1174       if (AS.isRef() || !AS.isMustAlias())
1175         // Quick exit test, handled by the full path below as well.
1176         return false;
1177       auto *UniqueI = AS.getUniqueInstruction();
1178       if (!UniqueI)
1179         // other memory op, give up
1180         return false;
1181       assert(UniqueI == SI && "AS must contain SI");
1182       return true;
1183     } else { // MSSAU
1184       if (isOnlyMemoryAccess(SI, CurLoop, MSSAU))
1185         return true;
1186       // If there are more accesses than the Promotion cap, give up, we're not
1187       // walking a list that long.
1188       if (Flags->NoOfMemAccTooLarge)
1189         return false;
1190       // Check store only if there's still "quota" to check clobber.
1191       if (Flags->LicmMssaOptCounter >= Flags->LicmMssaOptCap)
1192         return false;
1193       // If there are interfering Uses (i.e. their defining access is in the
1194       // loop), or ordered loads (stored as Defs!), don't move this store.
1195       // Could do better here, but this is conservatively correct.
1196       // TODO: Cache set of Uses on the first walk in runOnLoop, update when
1197       // moving accesses. Can also extend to dominating uses.
1198       auto *SIMD = MSSA->getMemoryAccess(SI);
1199       for (auto *BB : CurLoop->getBlocks())
1200         if (auto *Accesses = MSSA->getBlockAccesses(BB)) {
1201           for (const auto &MA : *Accesses)
1202             if (const auto *MU = dyn_cast<MemoryUse>(&MA)) {
1203               auto *MD = MU->getDefiningAccess();
1204               if (!MSSA->isLiveOnEntryDef(MD) &&
1205                   CurLoop->contains(MD->getBlock()))
1206                 return false;
1207               // Disable hoisting past potentially interfering loads. Optimized
1208               // Uses may point to an access outside the loop, as getClobbering
1209               // checks the previous iteration when walking the backedge.
1210               // FIXME: More precise: no Uses that alias SI.
1211               if (!Flags->IsSink && !MSSA->dominates(SIMD, MU))
1212                 return false;
1213             } else if (const auto *MD = dyn_cast<MemoryDef>(&MA)) {
1214               if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(MD->getMemoryInst())) {
1215                 (void)LI; // Silence warning.
1216                 assert(!LI->isUnordered() && "Expected unordered load");
1217                 return false;
1218               }
1219               // Any call, while it may not be clobbering SI, it may be a use.
1220               if (auto *CI = dyn_cast<CallInst>(MD->getMemoryInst())) {
1221                 // Check if the call may read from the memory locattion written
1222                 // to by SI. Check CI's attributes and arguments; the number of
1223                 // such checks performed is limited above by NoOfMemAccTooLarge.
1224                 ModRefInfo MRI = AA->getModRefInfo(CI, MemoryLocation::get(SI));
1225                 if (isModOrRefSet(MRI))
1226                   return false;
1227               }
1228             }
1229         }
1230
1231       auto *Source = MSSA->getSkipSelfWalker()->getClobberingMemoryAccess(SI);
1232       Flags->LicmMssaOptCounter++;
1233       // If there are no clobbering Defs in the loop, store is safe to hoist.
1234       return MSSA->isLiveOnEntryDef(Source) ||
1235              !CurLoop->contains(Source->getBlock());
1236     }
1237   }
1238
1239   assert(!I.mayReadOrWriteMemory() && "unhandled aliasing");
1240
1241   // We've established mechanical ability and aliasing, it's up to the caller
1242   // to check fault safety
1243   return true;
1244 }
1245
1246 /// Returns true if a PHINode is a trivially replaceable with an
1247 /// Instruction.
1248 /// This is true when all incoming values are that instruction.
1249 /// This pattern occurs most often with LCSSA PHI nodes.
1250 ///
1251 static bool isTriviallyReplaceablePHI(const PHINode &PN, const Instruction &I) {
1252   for (const Value *IncValue : PN.incoming_values())
1253     if (IncValue != &I)
1254       return false;
1255
1256   return true;
1257 }
1258
1259 /// Return true if the instruction is free in the loop.
1260 static bool isFreeInLoop(const Instruction &I, const Loop *CurLoop,
1261                          const TargetTransformInfo *TTI) {
1262
1263   if (const GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(&I)) {
1264     if (TTI->getUserCost(GEP, TargetTransformInfo::TCK_SizeAndLatency) !=
1265         TargetTransformInfo::TCC_Free)
1266       return false;
1267     // For a GEP, we cannot simply use getUserCost because currently it
1268     // optimistically assume that a GEP will fold into addressing mode
1269     // regardless of its users.
1270     const BasicBlock *BB = GEP->getParent();
1271     for (const User *U : GEP->users()) {
1272       const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
1273       if (CurLoop->contains(UI) &&
1274           (BB != UI->getParent() ||
1275            (!isa<StoreInst>(UI) && !isa<LoadInst>(UI))))
1276         return false;
1277     }
1278     return true;
1279   } else
1280     return TTI->getUserCost(&I, TargetTransformInfo::TCK_SizeAndLatency) ==
1281            TargetTransformInfo::TCC_Free;
1282 }
1283
1284 /// Return true if the only users of this instruction are outside of
1285 /// the loop. If this is true, we can sink the instruction to the exit
1286 /// blocks of the loop.
1287 ///
1288 /// We also return true if the instruction could be folded away in lowering.
1289 /// (e.g.,  a GEP can be folded into a load as an addressing mode in the loop).
1290 static bool isNotUsedOrFreeInLoop(const Instruction &I, const Loop *CurLoop,
1291                                   const LoopSafetyInfo *SafetyInfo,
1292                                   TargetTransformInfo *TTI, bool &FreeInLoop) {
1293   const auto &BlockColors = SafetyInfo->getBlockColors();
1294   bool IsFree = isFreeInLoop(I, CurLoop, TTI);
1295   for (const User *U : I.users()) {
1296     const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
1297     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UI)) {
1298       const BasicBlock *BB = PN->getParent();
1299       // We cannot sink uses in catchswitches.
1300       if (isa<CatchSwitchInst>(BB->getTerminator()))
1301         return false;
1302
1303       // We need to sink a callsite to a unique funclet.  Avoid sinking if the
1304       // phi use is too muddled.
1305       if (isa<CallInst>(I))
1306         if (!BlockColors.empty() &&
1307             BlockColors.find(const_cast<BasicBlock *>(BB))->second.size() != 1)
1308           return false;
1309     }
1310
1311     if (CurLoop->contains(UI)) {
1312       if (IsFree) {
1313         FreeInLoop = true;
1314         continue;
1315       }
1316       return false;
1317     }
1318   }
1319   return true;
1320 }
1321
1322 static Instruction *cloneInstructionInExitBlock(
1323     Instruction &I, BasicBlock &ExitBlock, PHINode &PN, const LoopInfo *LI,
1324     const LoopSafetyInfo *SafetyInfo, MemorySSAUpdater *MSSAU) {
1325   Instruction *New;
1326   if (auto *CI = dyn_cast<CallInst>(&I)) {
1327     const auto &BlockColors = SafetyInfo->getBlockColors();
1328
1329     // Sinking call-sites need to be handled differently from other
1330     // instructions.  The cloned call-site needs a funclet bundle operand
1331     // appropriate for its location in the CFG.
1332     SmallVector<OperandBundleDef, 1> OpBundles;
1333     for (unsigned BundleIdx = 0, BundleEnd = CI->getNumOperandBundles();
1334          BundleIdx != BundleEnd; ++BundleIdx) {
1335       OperandBundleUse Bundle = CI->getOperandBundleAt(BundleIdx);
1336       if (Bundle.getTagID() == LLVMContext::OB_funclet)
1337         continue;
1338
1339       OpBundles.emplace_back(Bundle);
1340     }
1341
1342     if (!BlockColors.empty()) {
1343       const ColorVector &CV = BlockColors.find(&ExitBlock)->second;
1344       assert(CV.size() == 1 && "non-unique color for exit block!");
1345       BasicBlock *BBColor = CV.front();
1346       Instruction *EHPad = BBColor->getFirstNonPHI();
1347       if (EHPad->isEHPad())
1348         OpBundles.emplace_back("funclet", EHPad);
1349     }
1350
1351     New = CallInst::Create(CI, OpBundles);
1352   } else {
1353     New = I.clone();
1354   }
1355
1356   ExitBlock.getInstList().insert(ExitBlock.getFirstInsertionPt(), New);
1357   if (!I.getName().empty())
1358     New->setName(I.getName() + ".le");
1359
1360   if (MSSAU && MSSAU->getMemorySSA()->getMemoryAccess(&I)) {
1361     // Create a new MemoryAccess and let MemorySSA set its defining access.
1362     MemoryAccess *NewMemAcc = MSSAU->createMemoryAccessInBB(
1363         New, nullptr, New->getParent(), MemorySSA::Beginning);
1364     if (NewMemAcc) {
1365       if (auto *MemDef = dyn_cast<MemoryDef>(NewMemAcc))
1366         MSSAU->insertDef(MemDef, /*RenameUses=*/true);
1367       else {
1368         auto *MemUse = cast<MemoryUse>(NewMemAcc);
1369         MSSAU->insertUse(MemUse, /*RenameUses=*/true);
1370       }
1371     }
1372   }
1373
1374   // Build LCSSA PHI nodes for any in-loop operands. Note that this is
1375   // particularly cheap because we can rip off the PHI node that we're
1376   // replacing for the number and blocks of the predecessors.
1377   // OPT: If this shows up in a profile, we can instead finish sinking all
1378   // invariant instructions, and then walk their operands to re-establish
1379   // LCSSA. That will eliminate creating PHI nodes just to nuke them when
1380   // sinking bottom-up.
1381   for (User::op_iterator OI = New->op_begin(), OE = New->op_end(); OI != OE;
1382        ++OI)
1383     if (Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(*OI))
1384       if (Loop *OLoop = LI->getLoopFor(OInst->getParent()))
1385         if (!OLoop->contains(&PN)) {
1386           PHINode *OpPN =
1387               PHINode::Create(OInst->getType(), PN.getNumIncomingValues(),
1388                               OInst->getName() + ".lcssa", &ExitBlock.front());
1389           for (unsigned i = 0, e = PN.getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1390             OpPN->addIncoming(OInst, PN.getIncomingBlock(i));
1391           *OI = OpPN;
1392         }
1393   return New;
1394 }
1395
1396 static void eraseInstruction(Instruction &I, ICFLoopSafetyInfo &SafetyInfo,
1397                              AliasSetTracker *AST, MemorySSAUpdater *MSSAU) {
1398   if (AST)
1399     AST->deleteValue(&I);
1400   if (MSSAU)
1401     MSSAU->removeMemoryAccess(&I);
1402   SafetyInfo.removeInstruction(&I);
1403   I.eraseFromParent();
1404 }
1405
1406 static void moveInstructionBefore(Instruction &I, Instruction &Dest,
1407                                   ICFLoopSafetyInfo &SafetyInfo,
1408                                   MemorySSAUpdater *MSSAU,
1409                                   ScalarEvolution *SE) {
1410   SafetyInfo.removeInstruction(&I);
1411   SafetyInfo.insertInstructionTo(&I, Dest.getParent());
1412   I.moveBefore(&Dest);
1413   if (MSSAU)
1414     if (MemoryUseOrDef *OldMemAcc = cast_or_null<MemoryUseOrDef>(
1415             MSSAU->getMemorySSA()->getMemoryAccess(&I)))
1416       MSSAU->moveToPlace(OldMemAcc, Dest.getParent(),
1417                          MemorySSA::BeforeTerminator);
1418   if (SE)
1419     SE->forgetValue(&I);
1420 }
1421
1422 static Instruction *sinkThroughTriviallyReplaceablePHI(
1423     PHINode *TPN, Instruction *I, LoopInfo *LI,
1424     SmallDenseMap<BasicBlock *, Instruction *, 32> &SunkCopies,
1425     const LoopSafetyInfo *SafetyInfo, const Loop *CurLoop,
1426     MemorySSAUpdater *MSSAU) {
1427   assert(isTriviallyReplaceablePHI(*TPN, *I) &&
1428          "Expect only trivially replaceable PHI");
1429   BasicBlock *ExitBlock = TPN->getParent();
1430   Instruction *New;
1431   auto It = SunkCopies.find(ExitBlock);
1432   if (It != SunkCopies.end())
1433     New = It->second;
1434   else
1435     New = SunkCopies[ExitBlock] = cloneInstructionInExitBlock(
1436         *I, *ExitBlock, *TPN, LI, SafetyInfo, MSSAU);
1437   return New;
1438 }
1439
1440 static bool canSplitPredecessors(PHINode *PN, LoopSafetyInfo *SafetyInfo) {
1441   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1442   if (!BB->canSplitPredecessors())
1443     return false;
1444   // It's not impossible to split EHPad blocks, but if BlockColors already exist
1445   // it require updating BlockColors for all offspring blocks accordingly. By
1446   // skipping such corner case, we can make updating BlockColors after splitting
1447   // predecessor fairly simple.
1448   if (!SafetyInfo->getBlockColors().empty() && BB->getFirstNonPHI()->isEHPad())
1449     return false;
1450   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
1451     BasicBlock *BBPred = *PI;
1452     if (isa<IndirectBrInst>(BBPred->getTerminator()) ||
1453         isa<CallBrInst>(BBPred->getTerminator()))
1454       return false;
1455   }
1456   return true;
1457 }
1458
1459 static void splitPredecessorsOfLoopExit(PHINode *PN, DominatorTree *DT,
1460                                         LoopInfo *LI, const Loop *CurLoop,
1461                                         LoopSafetyInfo *SafetyInfo,
1462                                         MemorySSAUpdater *MSSAU) {
1463 #ifndef NDEBUG
1464   SmallVector<BasicBlock *, 32> ExitBlocks;
1465   CurLoop->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
1466   SmallPtrSet<BasicBlock *, 32> ExitBlockSet(ExitBlocks.begin(),
1467                                              ExitBlocks.end());
1468 #endif
1469   BasicBlock *ExitBB = PN->getParent();
1470   assert(ExitBlockSet.count(ExitBB) && "Expect the PHI is in an exit block.");
1471
1472   // Split predecessors of the loop exit to make instructions in the loop are
1473   // exposed to exit blocks through trivially replaceable PHIs while keeping the
1474   // loop in the canonical form where each predecessor of each exit block should
1475   // be contained within the loop. For example, this will convert the loop below
1476   // from
1477   //
1478   // LB1:
1479   //   %v1 =
1480   //   br %LE, %LB2
1481   // LB2:
1482   //   %v2 =
1483   //   br %LE, %LB1
1484   // LE:
1485   //   %p = phi [%v1, %LB1], [%v2, %LB2] <-- non-trivially replaceable
1486   //
1487   // to
1488   //
1489   // LB1:
1490   //   %v1 =
1491   //   br %LE.split, %LB2
1492   // LB2:
1493   //   %v2 =
1494   //   br %LE.split2, %LB1
1495   // LE.split:
1496   //   %p1 = phi [%v1, %LB1]  <-- trivially replaceable
1497   //   br %LE
1498   // LE.split2:
1499   //   %p2 = phi [%v2, %LB2]  <-- trivially replaceable
1500   //   br %LE
1501   // LE:
1502   //   %p = phi [%p1, %LE.split], [%p2, %LE.split2]
1503   //
1504   const auto &BlockColors = SafetyInfo->getBlockColors();
1505   SmallSetVector<BasicBlock *, 8> PredBBs(pred_begin(ExitBB), pred_end(ExitBB));
1506   while (!PredBBs.empty()) {
1507     BasicBlock *PredBB = *PredBBs.begin();
1508     assert(CurLoop->contains(PredBB) &&
1509            "Expect all predecessors are in the loop");
1510     if (PN->getBasicBlockIndex(PredBB) >= 0) {
1511       BasicBlock *NewPred = SplitBlockPredecessors(
1512           ExitBB, PredBB, ".split.loop.exit", DT, LI, MSSAU, true);
1513       // Since we do not allow splitting EH-block with BlockColors in
1514       // canSplitPredecessors(), we can simply assign predecessor's color to
1515       // the new block.
1516       if (!BlockColors.empty())
1517         // Grab a reference to the ColorVector to be inserted before getting the
1518         // reference to the vector we are copying because inserting the new
1519         // element in BlockColors might cause the map to be reallocated.
1520         SafetyInfo->copyColors(NewPred, PredBB);
1521     }
1522     PredBBs.remove(PredBB);
1523   }
1524 }
1525
1526 /// When an instruction is found to only be used outside of the loop, this
1527 /// function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as needed.
1528 /// This method is guaranteed to remove the original instruction from its
1529 /// position, and may either delete it or move it to outside of the loop.
1530 ///
1531 static bool sink(Instruction &I, LoopInfo *LI, DominatorTree *DT,
1532                  const Loop *CurLoop, ICFLoopSafetyInfo *SafetyInfo,
1533                  MemorySSAUpdater *MSSAU, OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
1534   LLVM_DEBUG(dbgs() << "LICM sinking instruction: " << I << "\n");
1535   ORE->emit([&]() {
1536     return OptimizationRemark(DEBUG_TYPE, "InstSunk", &I)
1537            << "sinking " << ore::NV("Inst", &I);
1538   });
1539   bool Changed = false;
1540   if (isa<LoadInst>(I))
1541     ++NumMovedLoads;
1542   else if (isa<CallInst>(I))
1543     ++NumMovedCalls;
1544   ++NumSunk;
1545
1546   // Iterate over users to be ready for actual sinking. Replace users via
1547   // unreachable blocks with undef and make all user PHIs trivially replaceable.
1548   SmallPtrSet<Instruction *, 8> VisitedUsers;
1549   for (Value::user_iterator UI = I.user_begin(), UE = I.user_end(); UI != UE;) {
1550     auto *User = cast<Instruction>(*UI);
1551     Use &U = UI.getUse();
1552     ++UI;
1553
1554     if (VisitedUsers.count(User) || CurLoop->contains(User))
1555       continue;
1556
1557     if (!DT->isReachableFromEntry(User->getParent())) {
1558       U = UndefValue::get(I.getType());
1559       Changed = true;
1560       continue;
1561     }
1562
1563     // The user must be a PHI node.
1564     PHINode *PN = cast<PHINode>(User);
1565
1566     // Surprisingly, instructions can be used outside of loops without any
1567     // exits.  This can only happen in PHI nodes if the incoming block is
1568     // unreachable.
1569     BasicBlock *BB = PN->getIncomingBlock(U);
1570     if (!DT->isReachableFromEntry(BB)) {
1571       U = UndefValue::get(I.getType());
1572       Changed = true;
1573       continue;
1574     }
1575
1576     VisitedUsers.insert(PN);
1577     if (isTriviallyReplaceablePHI(*PN, I))
1578       continue;
1579
1580     if (!canSplitPredecessors(PN, SafetyInfo))
1581       return Changed;
1582
1583     // Split predecessors of the PHI so that we can make users trivially
1584     // replaceable.
1585     splitPredecessorsOfLoopExit(PN, DT, LI, CurLoop, SafetyInfo, MSSAU);
1586
1587     // Should rebuild the iterators, as they may be invalidated by
1588     // splitPredecessorsOfLoopExit().
1589     UI = I.user_begin();
1590     UE = I.user_end();
1591   }
1592
1593   if (VisitedUsers.empty())
1594     return Changed;
1595
1596 #ifndef NDEBUG
1597   SmallVector<BasicBlock *, 32> ExitBlocks;
1598   CurLoop->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
1599   SmallPtrSet<BasicBlock *, 32> ExitBlockSet(ExitBlocks.begin(),
1600                                              ExitBlocks.end());
1601 #endif
1602
1603   // Clones of this instruction. Don't create more than one per exit block!
1604   SmallDenseMap<BasicBlock *, Instruction *, 32> SunkCopies;
1605
1606   // If this instruction is only used outside of the loop, then all users are
1607   // PHI nodes in exit blocks due to LCSSA form. Just RAUW them with clones of
1608   // the instruction.
1609   SmallSetVector<User*, 8> Users(I.user_begin(), I.user_end());
1610   for (auto *UI : Users) {
1611     auto *User = cast<Instruction>(UI);
1612
1613     if (CurLoop->contains(User))
1614       continue;
1615
1616     PHINode *PN = cast<PHINode>(User);
1617     assert(ExitBlockSet.count(PN->getParent()) &&
1618            "The LCSSA PHI is not in an exit block!");
1619     // The PHI must be trivially replaceable.
1620     Instruction *New = sinkThroughTriviallyReplaceablePHI(
1621         PN, &I, LI, SunkCopies, SafetyInfo, CurLoop, MSSAU);
1622     PN->replaceAllUsesWith(New);
1623     eraseInstruction(*PN, *SafetyInfo, nullptr, nullptr);
1624     Changed = true;
1625   }
1626   return Changed;
1627 }
1628
1629 /// When an instruction is found to only use loop invariant operands that
1630 /// is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
1631 ///
1632 static void hoist(Instruction &I, const DominatorTree *DT, const Loop *CurLoop,
1633                   BasicBlock *Dest, ICFLoopSafetyInfo *SafetyInfo,
1634                   MemorySSAUpdater *MSSAU, ScalarEvolution *SE,
1635                   OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
1636   LLVM_DEBUG(dbgs() << "LICM hoisting to " << Dest->getName() << ": " << I
1637                     << "\n");
1638   ORE->emit([&]() {
1639     return OptimizationRemark(DEBUG_TYPE, "Hoisted", &I) << "hoisting "
1640                                                          << ore::NV("Inst", &I);
1641   });
1642
1643   // Metadata can be dependent on conditions we are hoisting above.
1644   // Conservatively strip all metadata on the instruction unless we were
1645   // guaranteed to execute I if we entered the loop, in which case the metadata
1646   // is valid in the loop preheader.
1647   if (I.hasMetadataOtherThanDebugLoc() &&
1648       // The check on hasMetadataOtherThanDebugLoc is to prevent us from burning
1649       // time in isGuaranteedToExecute if we don't actually have anything to
1650       // drop.  It is a compile time optimization, not required for correctness.
1651       !SafetyInfo->isGuaranteedToExecute(I, DT, CurLoop))
1652     I.dropUnknownNonDebugMetadata();
1653
1654   if (isa<PHINode>(I))
1655     // Move the new node to the end of the phi list in the destination block.
1656     moveInstructionBefore(I, *Dest->getFirstNonPHI(), *SafetyInfo, MSSAU, SE);
1657   else
1658     // Move the new node to the destination block, before its terminator.
1659     moveInstructionBefore(I, *Dest->getTerminator(), *SafetyInfo, MSSAU, SE);
1660
1661   // Apply line 0 debug locations when we are moving instructions to different
1662   // basic blocks because we want to avoid jumpy line tables.
1663   if (const DebugLoc &DL = I.getDebugLoc())
1664     I.setDebugLoc(DebugLoc::get(0, 0, DL.getScope(), DL.getInlinedAt()));
1665
1666   if (isa<LoadInst>(I))
1667     ++NumMovedLoads;
1668   else if (isa<CallInst>(I))
1669     ++NumMovedCalls;
1670   ++NumHoisted;
1671 }
1672
1673 /// Only sink or hoist an instruction if it is not a trapping instruction,
1674 /// or if the instruction is known not to trap when moved to the preheader.
1675 /// or if it is a trapping instruction and is guaranteed to execute.
1676 static bool isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &Inst,
1677                                            const DominatorTree *DT,
1678                                            const Loop *CurLoop,
1679                                            const LoopSafetyInfo *SafetyInfo,
1680                                            OptimizationRemarkEmitter *ORE,
1681                                            const Instruction *CtxI) {
1682   if (isSafeToSpeculativelyExecute(&Inst, CtxI, DT))
1683     return true;
1684
1685   bool GuaranteedToExecute =
1686       SafetyInfo->isGuaranteedToExecute(Inst, DT, CurLoop);
1687
1688   if (!GuaranteedToExecute) {
1689     auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(&Inst);
1690     if (LI && CurLoop->isLoopInvariant(LI->getPointerOperand()))
1691       ORE->emit([&]() {
1692         return OptimizationRemarkMissed(
1693                    DEBUG_TYPE, "LoadWithLoopInvariantAddressCondExecuted", LI)
1694                << "failed to hoist load with loop-invariant address "
1695                   "because load is conditionally executed";
1696       });
1697   }
1698
1699   return GuaranteedToExecute;
1700 }
1701
1702 namespace {
1703 class LoopPromoter : public LoadAndStorePromoter {
1704   Value *SomePtr; // Designated pointer to store to.
1705   const SmallSetVector<Value *, 8> &PointerMustAliases;
1706   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &LoopExitBlocks;
1707   SmallVectorImpl<Instruction *> &LoopInsertPts;
1708   SmallVectorImpl<MemoryAccess *> &MSSAInsertPts;
1709   PredIteratorCache &PredCache;
1710   AliasSetTracker &AST;
1711   MemorySSAUpdater *MSSAU;
1712   LoopInfo &LI;
1713   DebugLoc DL;
1714   int Alignment;
1715   bool UnorderedAtomic;
1716   AAMDNodes AATags;
1717   ICFLoopSafetyInfo &SafetyInfo;
1718
1719   Value *maybeInsertLCSSAPHI(Value *V, BasicBlock *BB) const {
1720     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1721       if (Loop *L = LI.getLoopFor(I->getParent()))
1722         if (!L->contains(BB)) {
1723           // We need to create an LCSSA PHI node for the incoming value and
1724           // store that.
1725           PHINode *PN = PHINode::Create(I->getType(), PredCache.size(BB),
1726                                         I->getName() + ".lcssa", &BB->front());
1727           for (BasicBlock *Pred : PredCache.get(BB))
1728             PN->addIncoming(I, Pred);
1729           return PN;
1730         }
1731     return V;
1732   }
1733
1734 public:
1735   LoopPromoter(Value *SP, ArrayRef<const Instruction *> Insts, SSAUpdater &S,
1736                const SmallSetVector<Value *, 8> &PMA,
1737                SmallVectorImpl<BasicBlock *> &LEB,
1738                SmallVectorImpl<Instruction *> &LIP,
1739                SmallVectorImpl<MemoryAccess *> &MSSAIP, PredIteratorCache &PIC,
1740                AliasSetTracker &ast, MemorySSAUpdater *MSSAU, LoopInfo &li,
1741                DebugLoc dl, int alignment, bool UnorderedAtomic,
1742                const AAMDNodes &AATags, ICFLoopSafetyInfo &SafetyInfo)
1743       : LoadAndStorePromoter(Insts, S), SomePtr(SP), PointerMustAliases(PMA),
1744         LoopExitBlocks(LEB), LoopInsertPts(LIP), MSSAInsertPts(MSSAIP),
1745         PredCache(PIC), AST(ast), MSSAU(MSSAU), LI(li), DL(std::move(dl)),
1746         Alignment(alignment), UnorderedAtomic(UnorderedAtomic), AATags(AATags),
1747         SafetyInfo(SafetyInfo) {}
1748
1749   bool isInstInList(Instruction *I,
1750                     const SmallVectorImpl<Instruction *> &) const override {
1751     Value *Ptr;
1752     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1753       Ptr = LI->getOperand(0);
1754     else
1755       Ptr = cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
1756     return PointerMustAliases.count(Ptr);
1757   }
1758
1759   void doExtraRewritesBeforeFinalDeletion() override {
1760     // Insert stores after in the loop exit blocks.  Each exit block gets a
1761     // store of the live-out values that feed them.  Since we've already told
1762     // the SSA updater about the defs in the loop and the preheader
1763     // definition, it is all set and we can start using it.
1764     for (unsigned i = 0, e = LoopExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
1765       BasicBlock *ExitBlock = LoopExitBlocks[i];
1766       Value *LiveInValue = SSA.GetValueInMiddleOfBlock(ExitBlock);
1767       LiveInValue = maybeInsertLCSSAPHI(LiveInValue, ExitBlock);
1768       Value *Ptr = maybeInsertLCSSAPHI(SomePtr, ExitBlock);
1769       Instruction *InsertPos = LoopInsertPts[i];
1770       StoreInst *NewSI = new StoreInst(LiveInValue, Ptr, InsertPos);
1771       if (UnorderedAtomic)
1772         NewSI->setOrdering(AtomicOrdering::Unordered);
1773       NewSI->setAlignment(Align(Alignment));
1774       NewSI->setDebugLoc(DL);
1775       if (AATags)
1776         NewSI->setAAMetadata(AATags);
1777
1778       if (MSSAU) {
1779         MemoryAccess *MSSAInsertPoint = MSSAInsertPts[i];
1780         MemoryAccess *NewMemAcc;
1781         if (!MSSAInsertPoint) {
1782           NewMemAcc = MSSAU->createMemoryAccessInBB(
1783               NewSI, nullptr, NewSI->getParent(), MemorySSA::Beginning);
1784         } else {
1785           NewMemAcc =
1786               MSSAU->createMemoryAccessAfter(NewSI, nullptr, MSSAInsertPoint);
1787         }
1788         MSSAInsertPts[i] = NewMemAcc;
1789         MSSAU->insertDef(cast<MemoryDef>(NewMemAcc), true);
1790         // FIXME: true for safety, false may still be correct.
1791       }
1792     }
1793   }
1794
1795   void replaceLoadWithValue(LoadInst *LI, Value *V) const override {
1796     // Update alias analysis.
1797     AST.copyValue(LI, V);
1798   }
1799   void instructionDeleted(Instruction *I) const override {
1800     SafetyInfo.removeInstruction(I);
1801     AST.deleteValue(I);
1802     if (MSSAU)
1803       MSSAU->removeMemoryAccess(I);
1804   }
1805 };
1806
1807
1808 /// Return true iff we can prove that a caller of this function can not inspect
1809 /// the contents of the provided object in a well defined program.
1810 bool isKnownNonEscaping(Value *Object, const TargetLibraryInfo *TLI) {
1811   if (isa<AllocaInst>(Object))
1812     // Since the alloca goes out of scope, we know the caller can't retain a
1813     // reference to it and be well defined.  Thus, we don't need to check for
1814     // capture.
1815     return true;
1816
1817   // For all other objects we need to know that the caller can't possibly
1818   // have gotten a reference to the object.  There are two components of
1819   // that:
1820   //   1) Object can't be escaped by this function.  This is what
1821   //      PointerMayBeCaptured checks.
1822   //   2) Object can't have been captured at definition site.  For this, we
1823   //      need to know the return value is noalias.  At the moment, we use a
1824   //      weaker condition and handle only AllocLikeFunctions (which are
1825   //      known to be noalias).  TODO
1826   return isAllocLikeFn(Object, TLI) &&
1827     !PointerMayBeCaptured(Object, true, true);
1828 }
1829
1830 } // namespace
1831
1832 /// Try to promote memory values to scalars by sinking stores out of the
1833 /// loop and moving loads to before the loop.  We do this by looping over
1834 /// the stores in the loop, looking for stores to Must pointers which are
1835 /// loop invariant.
1836 ///
1837 bool llvm::promoteLoopAccessesToScalars(
1838     const SmallSetVector<Value *, 8> &PointerMustAliases,
1839     SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ExitBlocks,
1840     SmallVectorImpl<Instruction *> &InsertPts,
1841     SmallVectorImpl<MemoryAccess *> &MSSAInsertPts, PredIteratorCache &PIC,
1842     LoopInfo *LI, DominatorTree *DT, const TargetLibraryInfo *TLI,
1843     Loop *CurLoop, AliasSetTracker *CurAST, MemorySSAUpdater *MSSAU,
1844     ICFLoopSafetyInfo *SafetyInfo, OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
1845   // Verify inputs.
1846   assert(LI != nullptr && DT != nullptr && CurLoop != nullptr &&
1847          CurAST != nullptr && SafetyInfo != nullptr &&
1848          "Unexpected Input to promoteLoopAccessesToScalars");
1849
1850   Value *SomePtr = *PointerMustAliases.begin();
1851   BasicBlock *Preheader = CurLoop->getLoopPreheader();
1852
1853   // It is not safe to promote a load/store from the loop if the load/store is
1854   // conditional.  For example, turning:
1855   //
1856   //    for () { if (c) *P += 1; }
1857   //
1858   // into:
1859   //
1860   //    tmp = *P;  for () { if (c) tmp +=1; } *P = tmp;
1861   //
1862   // is not safe, because *P may only be valid to access if 'c' is true.
1863   //
1864   // The safety property divides into two parts:
1865   // p1) The memory may not be dereferenceable on entry to the loop.  In this
1866   //    case, we can't insert the required load in the preheader.
1867   // p2) The memory model does not allow us to insert a store along any dynamic
1868   //    path which did not originally have one.
1869   //
1870   // If at least one store is guaranteed to execute, both properties are
1871   // satisfied, and promotion is legal.
1872   //
1873   // This, however, is not a necessary condition. Even if no store/load is
1874   // guaranteed to execute, we can still establish these properties.
1875   // We can establish (p1) by proving that hoisting the load into the preheader
1876   // is safe (i.e. proving dereferenceability on all paths through the loop). We
1877   // can use any access within the alias set to prove dereferenceability,
1878   // since they're all must alias.
1879   //
1880   // There are two ways establish (p2):
1881   // a) Prove the location is thread-local. In this case the memory model
1882   // requirement does not apply, and stores are safe to insert.
1883   // b) Prove a store dominates every exit block. In this case, if an exit
1884   // blocks is reached, the original dynamic path would have taken us through
1885   // the store, so inserting a store into the exit block is safe. Note that this
1886   // is different from the store being guaranteed to execute. For instance,
1887   // if an exception is thrown on the first iteration of the loop, the original
1888   // store is never executed, but the exit blocks are not executed either.
1889
1890   bool DereferenceableInPH = false;
1891   bool SafeToInsertStore = false;
1892
1893   SmallVector<Instruction *, 64> LoopUses;
1894
1895   // We start with an alignment of one and try to find instructions that allow
1896   // us to prove better alignment.
1897   Align Alignment;
1898   // Keep track of which types of access we see
1899   bool SawUnorderedAtomic = false;
1900   bool SawNotAtomic = false;
1901   AAMDNodes AATags;
1902
1903   const DataLayout &MDL = Preheader->getModule()->getDataLayout();
1904
1905   bool IsKnownThreadLocalObject = false;
1906   if (SafetyInfo->anyBlockMayThrow()) {
1907     // If a loop can throw, we have to insert a store along each unwind edge.
1908     // That said, we can't actually make the unwind edge explicit. Therefore,
1909     // we have to prove that the store is dead along the unwind edge.  We do
1910     // this by proving that the caller can't have a reference to the object
1911     // after return and thus can't possibly load from the object.
1912     Value *Object = GetUnderlyingObject(SomePtr, MDL);
1913     if (!isKnownNonEscaping(Object, TLI))
1914       return false;
1915     // Subtlety: Alloca's aren't visible to callers, but *are* potentially
1916     // visible to other threads if captured and used during their lifetimes.
1917     IsKnownThreadLocalObject = !isa<AllocaInst>(Object);
1918   }
1919
1920   // Check that all of the pointers in the alias set have the same type.  We
1921   // cannot (yet) promote a memory location that is loaded and stored in
1922   // different sizes.  While we are at it, collect alignment and AA info.
1923   for (Value *ASIV : PointerMustAliases) {
1924     // Check that all of the pointers in the alias set have the same type.  We
1925     // cannot (yet) promote a memory location that is loaded and stored in
1926     // different sizes.
1927     if (SomePtr->getType() != ASIV->getType())
1928       return false;
1929
1930     for (User *U : ASIV->users()) {
1931       // Ignore instructions that are outside the loop.
1932       Instruction *UI = dyn_cast<Instruction>(U);
1933       if (!UI || !CurLoop->contains(UI))
1934         continue;
1935
1936       // If there is an non-load/store instruction in the loop, we can't promote
1937       // it.
1938       if (LoadInst *Load = dyn_cast<LoadInst>(UI)) {
1939         if (!Load->isUnordered())
1940           return false;
1941
1942         SawUnorderedAtomic |= Load->isAtomic();
1943         SawNotAtomic |= !Load->isAtomic();
1944
1945         Align InstAlignment = Load->getAlign();
1946
1947         // Note that proving a load safe to speculate requires proving
1948         // sufficient alignment at the target location.  Proving it guaranteed
1949         // to execute does as well.  Thus we can increase our guaranteed
1950         // alignment as well. 
1951         if (!DereferenceableInPH || (InstAlignment > Alignment))
1952           if (isSafeToExecuteUnconditionally(*Load, DT, CurLoop, SafetyInfo,
1953                                              ORE, Preheader->getTerminator())) {
1954             DereferenceableInPH = true;
1955             Alignment = std::max(Alignment, InstAlignment);
1956           }
1957       } else if (const StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(UI)) {
1958         // Stores *of* the pointer are not interesting, only stores *to* the
1959         // pointer.
1960         if (UI->getOperand(1) != ASIV)
1961           continue;
1962         if (!Store->isUnordered())
1963           return false;
1964
1965         SawUnorderedAtomic |= Store->isAtomic();
1966         SawNotAtomic |= !Store->isAtomic();
1967
1968         // If the store is guaranteed to execute, both properties are satisfied.
1969         // We may want to check if a store is guaranteed to execute even if we
1970         // already know that promotion is safe, since it may have higher
1971         // alignment than any other guaranteed stores, in which case we can
1972         // raise the alignment on the promoted store.
1973         Align InstAlignment = Store->getAlign();
1974
1975         if (!DereferenceableInPH || !SafeToInsertStore ||
1976             (InstAlignment > Alignment)) {
1977           if (SafetyInfo->isGuaranteedToExecute(*UI, DT, CurLoop)) {
1978             DereferenceableInPH = true;
1979             SafeToInsertStore = true;
1980             Alignment = std::max(Alignment, InstAlignment);
1981           }
1982         }
1983
1984         // If a store dominates all exit blocks, it is safe to sink.
1985         // As explained above, if an exit block was executed, a dominating
1986         // store must have been executed at least once, so we are not
1987         // introducing stores on paths that did not have them.
1988         // Note that this only looks at explicit exit blocks. If we ever
1989         // start sinking stores into unwind edges (see above), this will break.
1990         if (!SafeToInsertStore)
1991           SafeToInsertStore = llvm::all_of(ExitBlocks, [&](BasicBlock *Exit) {
1992             return DT->dominates(Store->getParent(), Exit);
1993           });
1994
1995         // If the store is not guaranteed to execute, we may still get
1996         // deref info through it.
1997         if (!DereferenceableInPH) {
1998           DereferenceableInPH = isDereferenceableAndAlignedPointer(
1999               Store->getPointerOperand(), Store->getValueOperand()->getType(),
2000               Store->getAlign(), MDL, Preheader->getTerminator(), DT);
2001         }
2002       } else
2003         return false; // Not a load or store.
2004
2005       // Merge the AA tags.
2006       if (LoopUses.empty()) {
2007         // On the first load/store, just take its AA tags.
2008         UI->getAAMetadata(AATags);
2009       } else if (AATags) {
2010         UI->getAAMetadata(AATags, /* Merge = */ true);
2011       }
2012
2013       LoopUses.push_back(UI);
2014     }
2015   }
2016
2017   // If we found both an unordered atomic instruction and a non-atomic memory
2018   // access, bail.  We can't blindly promote non-atomic to atomic since we
2019   // might not be able to lower the result.  We can't downgrade since that
2020   // would violate memory model.  Also, align 0 is an error for atomics.
2021   if (SawUnorderedAtomic && SawNotAtomic)
2022     return false;
2023
2024   // If we're inserting an atomic load in the preheader, we must be able to
2025   // lower it.  We're only guaranteed to be able to lower naturally aligned
2026   // atomics.
2027   auto *SomePtrElemType = SomePtr->getType()->getPointerElementType();
2028   if (SawUnorderedAtomic &&
2029       Alignment < MDL.getTypeStoreSize(SomePtrElemType))
2030     return false;
2031
2032   // If we couldn't prove we can hoist the load, bail.
2033   if (!DereferenceableInPH)
2034     return false;
2035
2036   // We know we can hoist the load, but don't have a guaranteed store.
2037   // Check whether the location is thread-local. If it is, then we can insert
2038   // stores along paths which originally didn't have them without violating the
2039   // memory model.
2040   if (!SafeToInsertStore) {
2041     if (IsKnownThreadLocalObject)
2042       SafeToInsertStore = true;
2043     else {
2044       Value *Object = GetUnderlyingObject(SomePtr, MDL);
2045       SafeToInsertStore =
2046           (isAllocLikeFn(Object, TLI) || isa<AllocaInst>(Object)) &&
2047           !PointerMayBeCaptured(Object, true, true);
2048     }
2049   }
2050
2051   // If we've still failed to prove we can sink the store, give up.
2052   if (!SafeToInsertStore)
2053     return false;
2054
2055   // Otherwise, this is safe to promote, lets do it!
2056   LLVM_DEBUG(dbgs() << "LICM: Promoting value stored to in loop: " << *SomePtr
2057                     << '\n');
2058   ORE->emit([&]() {
2059     return OptimizationRemark(DEBUG_TYPE, "PromoteLoopAccessesToScalar",
2060                               LoopUses[0])
2061            << "Moving accesses to memory location out of the loop";
2062   });
2063   ++NumPromoted;
2064
2065   // Look at all the loop uses, and try to merge their locations.
2066   std::vector<const DILocation *> LoopUsesLocs;
2067   for (auto U : LoopUses)
2068     LoopUsesLocs.push_back(U->getDebugLoc().get());
2069   auto DL = DebugLoc(DILocation::getMergedLocations(LoopUsesLocs));
2070
2071   // We use the SSAUpdater interface to insert phi nodes as required.
2072   SmallVector<PHINode *, 16> NewPHIs;
2073   SSAUpdater SSA(&NewPHIs);
2074   LoopPromoter Promoter(SomePtr, LoopUses, SSA, PointerMustAliases, ExitBlocks,
2075                         InsertPts, MSSAInsertPts, PIC, *CurAST, MSSAU, *LI, DL,
2076                         Alignment.value(), SawUnorderedAtomic, AATags,
2077                         *SafetyInfo);
2078
2079   // Set up the preheader to have a definition of the value.  It is the live-out
2080   // value from the preheader that uses in the loop will use.
2081   LoadInst *PreheaderLoad = new LoadInst(
2082       SomePtr->getType()->getPointerElementType(), SomePtr,
2083       SomePtr->getName() + ".promoted", Preheader->getTerminator());
2084   if (SawUnorderedAtomic)
2085     PreheaderLoad->setOrdering(AtomicOrdering::Unordered);
2086   PreheaderLoad->setAlignment(Alignment);
2087   PreheaderLoad->setDebugLoc(DebugLoc());
2088   if (AATags)
2089     PreheaderLoad->setAAMetadata(AATags);
2090   SSA.AddAvailableValue(Preheader, PreheaderLoad);
2091
2092   if (MSSAU) {
2093     MemoryAccess *PreheaderLoadMemoryAccess = MSSAU->createMemoryAccessInBB(
2094         PreheaderLoad, nullptr, PreheaderLoad->getParent(), MemorySSA::End);
2095     MemoryUse *NewMemUse = cast<MemoryUse>(PreheaderLoadMemoryAccess);
2096     MSSAU->insertUse(NewMemUse, /*RenameUses=*/true);
2097   }
2098
2099   if (MSSAU && VerifyMemorySSA)
2100     MSSAU->getMemorySSA()->verifyMemorySSA();
2101   // Rewrite all the loads in the loop and remember all the definitions from
2102   // stores in the loop.
2103   Promoter.run(LoopUses);
2104
2105   if (MSSAU && VerifyMemorySSA)
2106     MSSAU->getMemorySSA()->verifyMemorySSA();
2107   // If the SSAUpdater didn't use the load in the preheader, just zap it now.
2108   if (PreheaderLoad->use_empty())
2109     eraseInstruction(*PreheaderLoad, *SafetyInfo, CurAST, MSSAU);
2110
2111   return true;
2112 }
2113
2114 /// Returns an owning pointer to an alias set which incorporates aliasing info
2115 /// from L and all subloops of L.
2116 std::unique_ptr<AliasSetTracker>
2117 LoopInvariantCodeMotion::collectAliasInfoForLoop(Loop *L, LoopInfo *LI,
2118                                                  AAResults *AA) {
2119   auto CurAST = std::make_unique<AliasSetTracker>(*AA);
2120
2121   // Add everything from all the sub loops.
2122   for (Loop *InnerL : L->getSubLoops())
2123     for (BasicBlock *BB : InnerL->blocks())
2124       CurAST->add(*BB);
2125
2126   // And merge in this loop (without anything from inner loops).
2127   for (BasicBlock *BB : L->blocks())
2128     if (LI->getLoopFor(BB) == L)
2129       CurAST->add(*BB);
2130
2131   return CurAST;
2132 }
2133
2134 std::unique_ptr<AliasSetTracker>
2135 LoopInvariantCodeMotion::collectAliasInfoForLoopWithMSSA(
2136     Loop *L, AAResults *AA, MemorySSAUpdater *MSSAU) {
2137   auto *MSSA = MSSAU->getMemorySSA();
2138   auto CurAST = std::make_unique<AliasSetTracker>(*AA, MSSA, L);
2139   CurAST->addAllInstructionsInLoopUsingMSSA();
2140   return CurAST;
2141 }
2142
2143 static bool pointerInvalidatedByLoop(MemoryLocation MemLoc,
2144                                      AliasSetTracker *CurAST, Loop *CurLoop,
2145                                      AAResults *AA) {
2146   // First check to see if any of the basic blocks in CurLoop invalidate *V.
2147   bool isInvalidatedAccordingToAST = CurAST->getAliasSetFor(MemLoc).isMod();
2148
2149   if (!isInvalidatedAccordingToAST || !LICMN2Theshold)
2150     return isInvalidatedAccordingToAST;
2151
2152   // Check with a diagnostic analysis if we can refine the information above.
2153   // This is to identify the limitations of using the AST.
2154   // The alias set mechanism used by LICM has a major weakness in that it
2155   // combines all things which may alias into a single set *before* asking
2156   // modref questions. As a result, a single readonly call within a loop will
2157   // collapse all loads and stores into a single alias set and report
2158   // invalidation if the loop contains any store. For example, readonly calls
2159   // with deopt states have this form and create a general alias set with all
2160   // loads and stores.  In order to get any LICM in loops containing possible
2161   // deopt states we need a more precise invalidation of checking the mod ref
2162   // info of each instruction within the loop and LI. This has a complexity of
2163   // O(N^2), so currently, it is used only as a diagnostic tool since the
2164   // default value of LICMN2Threshold is zero.
2165
2166   // Don't look at nested loops.
2167   if (CurLoop->begin() != CurLoop->end())
2168     return true;
2169
2170   int N = 0;
2171   for (BasicBlock *BB : CurLoop->getBlocks())
2172     for (Instruction &I : *BB) {
2173       if (N >= LICMN2Theshold) {
2174         LLVM_DEBUG(dbgs() << "Alasing N2 threshold exhausted for "
2175                           << *(MemLoc.Ptr) << "\n");
2176         return true;
2177       }
2178       N++;
2179       auto Res = AA->getModRefInfo(&I, MemLoc);
2180       if (isModSet(Res)) {
2181         LLVM_DEBUG(dbgs() << "Aliasing failed on " << I << " for "
2182                           << *(MemLoc.Ptr) << "\n");
2183         return true;
2184       }
2185     }
2186   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Aliasing okay for " << *(MemLoc.Ptr) << "\n");
2187   return false;
2188 }
2189
2190 static bool pointerInvalidatedByLoopWithMSSA(MemorySSA *MSSA, MemoryUse *MU,
2191                                              Loop *CurLoop,
2192                                              SinkAndHoistLICMFlags &Flags) {
2193   // For hoisting, use the walker to determine safety
2194   if (!Flags.IsSink) {
2195     MemoryAccess *Source;
2196     // See declaration of SetLicmMssaOptCap for usage details.
2197     if (Flags.LicmMssaOptCounter >= Flags.LicmMssaOptCap)
2198       Source = MU->getDefiningAccess();
2199     else {
2200       Source = MSSA->getSkipSelfWalker()->getClobberingMemoryAccess(MU);
2201       Flags.LicmMssaOptCounter++;
2202     }
2203     return !MSSA->isLiveOnEntryDef(Source) &&
2204            CurLoop->contains(Source->getBlock());
2205   }
2206
2207   // For sinking, we'd need to check all Defs below this use. The getClobbering
2208   // call will look on the backedge of the loop, but will check aliasing with
2209   // the instructions on the previous iteration.
2210   // For example:
2211   // for (i ... )
2212   //   load a[i] ( Use (LoE)
2213   //   store a[i] ( 1 = Def (2), with 2 = Phi for the loop.
2214   //   i++;
2215   // The load sees no clobbering inside the loop, as the backedge alias check
2216   // does phi translation, and will check aliasing against store a[i-1].
2217   // However sinking the load outside the loop, below the store is incorrect.
2218
2219   // For now, only sink if there are no Defs in the loop, and the existing ones
2220   // precede the use and are in the same block.
2221   // FIXME: Increase precision: Safe to sink if Use post dominates the Def;
2222   // needs PostDominatorTreeAnalysis.
2223   // FIXME: More precise: no Defs that alias this Use.
2224   if (Flags.NoOfMemAccTooLarge)
2225     return true;
2226   for (auto *BB : CurLoop->getBlocks())
2227     if (auto *Accesses = MSSA->getBlockDefs(BB))
2228       for (const auto &MA : *Accesses)
2229         if (const auto *MD = dyn_cast<MemoryDef>(&MA))
2230           if (MU->getBlock() != MD->getBlock() ||
2231               !MSSA->locallyDominates(MD, MU))
2232             return true;
2233   return false;
2234 }
2235
2236 /// Little predicate that returns true if the specified basic block is in
2237 /// a subloop of the current one, not the current one itself.
2238 ///
2239 static bool inSubLoop(BasicBlock *BB, Loop *CurLoop, LoopInfo *LI) {
2240   assert(CurLoop->contains(BB) && "Only valid if BB is IN the loop");
2241   return LI->getLoopFor(BB) != CurLoop;
2242 }