]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - lib/Transforms/Utils/PromoteMemoryToRegister.cpp
Update LLVM to r108243.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / lib / Transforms / Utils / PromoteMemoryToRegister.cpp
1 //===- PromoteMemoryToRegister.cpp - Convert allocas to registers ---------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file promotes memory references to be register references.  It promotes
11 // alloca instructions which only have loads and stores as uses.  An alloca is
12 // transformed by using dominator frontiers to place PHI nodes, then traversing
13 // the function in depth-first order to rewrite loads and stores as appropriate.
14 // This is just the standard SSA construction algorithm to construct "pruned"
15 // SSA form.
16 //
17 //===----------------------------------------------------------------------===//
18
19 #define DEBUG_TYPE "mem2reg"
20 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
21 #include "llvm/Constants.h"
22 #include "llvm/DerivedTypes.h"
23 #include "llvm/Function.h"
24 #include "llvm/Instructions.h"
25 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
26 #include "llvm/Metadata.h"
27 #include "llvm/Analysis/DebugInfo.h"
28 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
29 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
30 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
31 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
32 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
33 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
34 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
35 #include "llvm/Support/CFG.h"
36 #include <algorithm>
37 using namespace llvm;
38
39 STATISTIC(NumLocalPromoted, "Number of alloca's promoted within one block");
40 STATISTIC(NumSingleStore,   "Number of alloca's promoted with a single store");
41 STATISTIC(NumDeadAlloca,    "Number of dead alloca's removed");
42 STATISTIC(NumPHIInsert,     "Number of PHI nodes inserted");
43
44 namespace llvm {
45 template<>
46 struct DenseMapInfo<std::pair<BasicBlock*, unsigned> > {
47   typedef std::pair<BasicBlock*, unsigned> EltTy;
48   static inline EltTy getEmptyKey() {
49     return EltTy(reinterpret_cast<BasicBlock*>(-1), ~0U);
50   }
51   static inline EltTy getTombstoneKey() {
52     return EltTy(reinterpret_cast<BasicBlock*>(-2), 0U);
53   }
54   static unsigned getHashValue(const std::pair<BasicBlock*, unsigned> &Val) {
55     return DenseMapInfo<void*>::getHashValue(Val.first) + Val.second*2;
56   }
57   static bool isEqual(const EltTy &LHS, const EltTy &RHS) {
58     return LHS == RHS;
59   }
60 };
61 }
62
63 /// isAllocaPromotable - Return true if this alloca is legal for promotion.
64 /// This is true if there are only loads and stores to the alloca.
65 ///
66 bool llvm::isAllocaPromotable(const AllocaInst *AI) {
67   // FIXME: If the memory unit is of pointer or integer type, we can permit
68   // assignments to subsections of the memory unit.
69
70   // Only allow direct and non-volatile loads and stores...
71   for (Value::const_use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
72        UI != UE; ++UI) {   // Loop over all of the uses of the alloca
73     const User *U = *UI;
74     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
75       if (LI->isVolatile())
76         return false;
77     } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
78       if (SI->getOperand(0) == AI)
79         return false;   // Don't allow a store OF the AI, only INTO the AI.
80       if (SI->isVolatile())
81         return false;
82     } else {
83       return false;
84     }
85   }
86
87   return true;
88 }
89
90 /// FindAllocaDbgDeclare - Finds the llvm.dbg.declare intrinsic describing the
91 /// alloca 'V', if any.
92 static DbgDeclareInst *FindAllocaDbgDeclare(Value *V) {
93   if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(V->getContext(), &V, 1))
94     for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
95          E = DebugNode->use_end(); UI != E; ++UI)
96       if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
97         return DDI;
98
99   return 0;
100 }
101
102 namespace {
103   struct AllocaInfo;
104
105   // Data package used by RenamePass()
106   class RenamePassData {
107   public:
108     typedef std::vector<Value *> ValVector;
109     
110     RenamePassData() : BB(NULL), Pred(NULL), Values() {}
111     RenamePassData(BasicBlock *B, BasicBlock *P,
112                    const ValVector &V) : BB(B), Pred(P), Values(V) {}
113     BasicBlock *BB;
114     BasicBlock *Pred;
115     ValVector Values;
116     
117     void swap(RenamePassData &RHS) {
118       std::swap(BB, RHS.BB);
119       std::swap(Pred, RHS.Pred);
120       Values.swap(RHS.Values);
121     }
122   };
123   
124   /// LargeBlockInfo - This assigns and keeps a per-bb relative ordering of
125   /// load/store instructions in the block that directly load or store an alloca.
126   ///
127   /// This functionality is important because it avoids scanning large basic
128   /// blocks multiple times when promoting many allocas in the same block.
129   class LargeBlockInfo {
130     /// InstNumbers - For each instruction that we track, keep the index of the
131     /// instruction.  The index starts out as the number of the instruction from
132     /// the start of the block.
133     DenseMap<const Instruction *, unsigned> InstNumbers;
134   public:
135     
136     /// isInterestingInstruction - This code only looks at accesses to allocas.
137     static bool isInterestingInstruction(const Instruction *I) {
138       return (isa<LoadInst>(I) && isa<AllocaInst>(I->getOperand(0))) ||
139              (isa<StoreInst>(I) && isa<AllocaInst>(I->getOperand(1)));
140     }
141     
142     /// getInstructionIndex - Get or calculate the index of the specified
143     /// instruction.
144     unsigned getInstructionIndex(const Instruction *I) {
145       assert(isInterestingInstruction(I) &&
146              "Not a load/store to/from an alloca?");
147       
148       // If we already have this instruction number, return it.
149       DenseMap<const Instruction *, unsigned>::iterator It = InstNumbers.find(I);
150       if (It != InstNumbers.end()) return It->second;
151       
152       // Scan the whole block to get the instruction.  This accumulates
153       // information for every interesting instruction in the block, in order to
154       // avoid gratuitus rescans.
155       const BasicBlock *BB = I->getParent();
156       unsigned InstNo = 0;
157       for (BasicBlock::const_iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end();
158            BBI != E; ++BBI)
159         if (isInterestingInstruction(BBI))
160           InstNumbers[BBI] = InstNo++;
161       It = InstNumbers.find(I);
162       
163       assert(It != InstNumbers.end() && "Didn't insert instruction?");
164       return It->second;
165     }
166     
167     void deleteValue(const Instruction *I) {
168       InstNumbers.erase(I);
169     }
170     
171     void clear() {
172       InstNumbers.clear();
173     }
174   };
175
176   struct PromoteMem2Reg {
177     /// Allocas - The alloca instructions being promoted.
178     ///
179     std::vector<AllocaInst*> Allocas;
180     DominatorTree &DT;
181     DominanceFrontier &DF;
182     DIFactory *DIF;
183
184     /// AST - An AliasSetTracker object to update.  If null, don't update it.
185     ///
186     AliasSetTracker *AST;
187     
188     /// AllocaLookup - Reverse mapping of Allocas.
189     ///
190     std::map<AllocaInst*, unsigned>  AllocaLookup;
191
192     /// NewPhiNodes - The PhiNodes we're adding.
193     ///
194     DenseMap<std::pair<BasicBlock*, unsigned>, PHINode*> NewPhiNodes;
195     
196     /// PhiToAllocaMap - For each PHI node, keep track of which entry in Allocas
197     /// it corresponds to.
198     DenseMap<PHINode*, unsigned> PhiToAllocaMap;
199     
200     /// PointerAllocaValues - If we are updating an AliasSetTracker, then for
201     /// each alloca that is of pointer type, we keep track of what to copyValue
202     /// to the inserted PHI nodes here.
203     ///
204     std::vector<Value*> PointerAllocaValues;
205
206     /// AllocaDbgDeclares - For each alloca, we keep track of the dbg.declare
207     /// intrinsic that describes it, if any, so that we can convert it to a
208     /// dbg.value intrinsic if the alloca gets promoted.
209     SmallVector<DbgDeclareInst*, 8> AllocaDbgDeclares;
210
211     /// Visited - The set of basic blocks the renamer has already visited.
212     ///
213     SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> Visited;
214
215     /// BBNumbers - Contains a stable numbering of basic blocks to avoid
216     /// non-determinstic behavior.
217     DenseMap<BasicBlock*, unsigned> BBNumbers;
218
219     /// BBNumPreds - Lazily compute the number of predecessors a block has.
220     DenseMap<const BasicBlock*, unsigned> BBNumPreds;
221   public:
222     PromoteMem2Reg(const std::vector<AllocaInst*> &A, DominatorTree &dt,
223                    DominanceFrontier &df, AliasSetTracker *ast)
224       : Allocas(A), DT(dt), DF(df), DIF(0), AST(ast) {}
225     ~PromoteMem2Reg() {
226       delete DIF;
227     }
228
229     void run();
230
231     /// properlyDominates - Return true if I1 properly dominates I2.
232     ///
233     bool properlyDominates(Instruction *I1, Instruction *I2) const {
234       if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(I1))
235         I1 = II->getNormalDest()->begin();
236       return DT.properlyDominates(I1->getParent(), I2->getParent());
237     }
238     
239     /// dominates - Return true if BB1 dominates BB2 using the DominatorTree.
240     ///
241     bool dominates(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2) const {
242       return DT.dominates(BB1, BB2);
243     }
244
245   private:
246     void RemoveFromAllocasList(unsigned &AllocaIdx) {
247       Allocas[AllocaIdx] = Allocas.back();
248       Allocas.pop_back();
249       --AllocaIdx;
250     }
251
252     unsigned getNumPreds(const BasicBlock *BB) {
253       unsigned &NP = BBNumPreds[BB];
254       if (NP == 0)
255         NP = std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB))+1;
256       return NP-1;
257     }
258
259     void DetermineInsertionPoint(AllocaInst *AI, unsigned AllocaNum,
260                                  AllocaInfo &Info);
261     void ComputeLiveInBlocks(AllocaInst *AI, AllocaInfo &Info, 
262                              const SmallPtrSet<BasicBlock*, 32> &DefBlocks,
263                              SmallPtrSet<BasicBlock*, 32> &LiveInBlocks);
264     
265     void RewriteSingleStoreAlloca(AllocaInst *AI, AllocaInfo &Info,
266                                   LargeBlockInfo &LBI);
267     void PromoteSingleBlockAlloca(AllocaInst *AI, AllocaInfo &Info,
268                                   LargeBlockInfo &LBI);
269     void ConvertDebugDeclareToDebugValue(DbgDeclareInst *DDI, StoreInst *SI);
270
271     
272     void RenamePass(BasicBlock *BB, BasicBlock *Pred,
273                     RenamePassData::ValVector &IncVals,
274                     std::vector<RenamePassData> &Worklist);
275     bool QueuePhiNode(BasicBlock *BB, unsigned AllocaIdx, unsigned &Version,
276                       SmallPtrSet<PHINode*, 16> &InsertedPHINodes);
277   };
278   
279   struct AllocaInfo {
280     std::vector<BasicBlock*> DefiningBlocks;
281     std::vector<BasicBlock*> UsingBlocks;
282     
283     StoreInst  *OnlyStore;
284     BasicBlock *OnlyBlock;
285     bool OnlyUsedInOneBlock;
286     
287     Value *AllocaPointerVal;
288     DbgDeclareInst *DbgDeclare;
289     
290     void clear() {
291       DefiningBlocks.clear();
292       UsingBlocks.clear();
293       OnlyStore = 0;
294       OnlyBlock = 0;
295       OnlyUsedInOneBlock = true;
296       AllocaPointerVal = 0;
297       DbgDeclare = 0;
298     }
299     
300     /// AnalyzeAlloca - Scan the uses of the specified alloca, filling in our
301     /// ivars.
302     void AnalyzeAlloca(AllocaInst *AI) {
303       clear();
304
305       // As we scan the uses of the alloca instruction, keep track of stores,
306       // and decide whether all of the loads and stores to the alloca are within
307       // the same basic block.
308       for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), E = AI->use_end();
309            UI != E;)  {
310         Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
311
312         if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
313           // Remember the basic blocks which define new values for the alloca
314           DefiningBlocks.push_back(SI->getParent());
315           AllocaPointerVal = SI->getOperand(0);
316           OnlyStore = SI;
317         } else {
318           LoadInst *LI = cast<LoadInst>(User);
319           // Otherwise it must be a load instruction, keep track of variable
320           // reads.
321           UsingBlocks.push_back(LI->getParent());
322           AllocaPointerVal = LI;
323         }
324         
325         if (OnlyUsedInOneBlock) {
326           if (OnlyBlock == 0)
327             OnlyBlock = User->getParent();
328           else if (OnlyBlock != User->getParent())
329             OnlyUsedInOneBlock = false;
330         }
331       }
332       
333       DbgDeclare = FindAllocaDbgDeclare(AI);
334     }
335   };
336 }  // end of anonymous namespace
337
338
339 void PromoteMem2Reg::run() {
340   Function &F = *DF.getRoot()->getParent();
341
342   if (AST) PointerAllocaValues.resize(Allocas.size());
343   AllocaDbgDeclares.resize(Allocas.size());
344
345   AllocaInfo Info;
346   LargeBlockInfo LBI;
347
348   for (unsigned AllocaNum = 0; AllocaNum != Allocas.size(); ++AllocaNum) {
349     AllocaInst *AI = Allocas[AllocaNum];
350
351     assert(isAllocaPromotable(AI) &&
352            "Cannot promote non-promotable alloca!");
353     assert(AI->getParent()->getParent() == &F &&
354            "All allocas should be in the same function, which is same as DF!");
355
356     if (AI->use_empty()) {
357       // If there are no uses of the alloca, just delete it now.
358       if (AST) AST->deleteValue(AI);
359       AI->eraseFromParent();
360
361       // Remove the alloca from the Allocas list, since it has been processed
362       RemoveFromAllocasList(AllocaNum);
363       ++NumDeadAlloca;
364       continue;
365     }
366     
367     // Calculate the set of read and write-locations for each alloca.  This is
368     // analogous to finding the 'uses' and 'definitions' of each variable.
369     Info.AnalyzeAlloca(AI);
370
371     // If there is only a single store to this value, replace any loads of
372     // it that are directly dominated by the definition with the value stored.
373     if (Info.DefiningBlocks.size() == 1) {
374       RewriteSingleStoreAlloca(AI, Info, LBI);
375
376       // Finally, after the scan, check to see if the store is all that is left.
377       if (Info.UsingBlocks.empty()) {
378         // Record debuginfo for the store and remove the declaration's debuginfo.
379         if (DbgDeclareInst *DDI = Info.DbgDeclare) {
380           ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, Info.OnlyStore);
381           DDI->eraseFromParent();
382         }
383         // Remove the (now dead) store and alloca.
384         Info.OnlyStore->eraseFromParent();
385         LBI.deleteValue(Info.OnlyStore);
386
387         if (AST) AST->deleteValue(AI);
388         AI->eraseFromParent();
389         LBI.deleteValue(AI);
390         
391         // The alloca has been processed, move on.
392         RemoveFromAllocasList(AllocaNum);
393         
394         ++NumSingleStore;
395         continue;
396       }
397     }
398     
399     // If the alloca is only read and written in one basic block, just perform a
400     // linear sweep over the block to eliminate it.
401     if (Info.OnlyUsedInOneBlock) {
402       PromoteSingleBlockAlloca(AI, Info, LBI);
403       
404       // Finally, after the scan, check to see if the stores are all that is
405       // left.
406       if (Info.UsingBlocks.empty()) {
407         
408         // Remove the (now dead) stores and alloca.
409         while (!AI->use_empty()) {
410           StoreInst *SI = cast<StoreInst>(AI->use_back());
411           // Record debuginfo for the store before removing it.
412           if (DbgDeclareInst *DDI = Info.DbgDeclare)
413             ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI);
414           SI->eraseFromParent();
415           LBI.deleteValue(SI);
416         }
417         
418         if (AST) AST->deleteValue(AI);
419         AI->eraseFromParent();
420         LBI.deleteValue(AI);
421         
422         // The alloca has been processed, move on.
423         RemoveFromAllocasList(AllocaNum);
424         
425         // The alloca's debuginfo can be removed as well.
426         if (DbgDeclareInst *DDI = Info.DbgDeclare)
427           DDI->eraseFromParent();
428
429         ++NumLocalPromoted;
430         continue;
431       }
432     }
433     
434     // If we haven't computed a numbering for the BB's in the function, do so
435     // now.
436     if (BBNumbers.empty()) {
437       unsigned ID = 0;
438       for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I)
439         BBNumbers[I] = ID++;
440     }
441
442     // If we have an AST to keep updated, remember some pointer value that is
443     // stored into the alloca.
444     if (AST)
445       PointerAllocaValues[AllocaNum] = Info.AllocaPointerVal;
446       
447     // Remember the dbg.declare intrinsic describing this alloca, if any.
448     if (Info.DbgDeclare) AllocaDbgDeclares[AllocaNum] = Info.DbgDeclare;
449     
450     // Keep the reverse mapping of the 'Allocas' array for the rename pass.
451     AllocaLookup[Allocas[AllocaNum]] = AllocaNum;
452
453     // At this point, we're committed to promoting the alloca using IDF's, and
454     // the standard SSA construction algorithm.  Determine which blocks need PHI
455     // nodes and see if we can optimize out some work by avoiding insertion of
456     // dead phi nodes.
457     DetermineInsertionPoint(AI, AllocaNum, Info);
458   }
459
460   if (Allocas.empty())
461     return; // All of the allocas must have been trivial!
462
463   LBI.clear();
464   
465   
466   // Set the incoming values for the basic block to be null values for all of
467   // the alloca's.  We do this in case there is a load of a value that has not
468   // been stored yet.  In this case, it will get this null value.
469   //
470   RenamePassData::ValVector Values(Allocas.size());
471   for (unsigned i = 0, e = Allocas.size(); i != e; ++i)
472     Values[i] = UndefValue::get(Allocas[i]->getAllocatedType());
473
474   // Walks all basic blocks in the function performing the SSA rename algorithm
475   // and inserting the phi nodes we marked as necessary
476   //
477   std::vector<RenamePassData> RenamePassWorkList;
478   RenamePassWorkList.push_back(RenamePassData(F.begin(), 0, Values));
479   do {
480     RenamePassData RPD;
481     RPD.swap(RenamePassWorkList.back());
482     RenamePassWorkList.pop_back();
483     // RenamePass may add new worklist entries.
484     RenamePass(RPD.BB, RPD.Pred, RPD.Values, RenamePassWorkList);
485   } while (!RenamePassWorkList.empty());
486   
487   // The renamer uses the Visited set to avoid infinite loops.  Clear it now.
488   Visited.clear();
489
490   // Remove the allocas themselves from the function.
491   for (unsigned i = 0, e = Allocas.size(); i != e; ++i) {
492     Instruction *A = Allocas[i];
493
494     // If there are any uses of the alloca instructions left, they must be in
495     // sections of dead code that were not processed on the dominance frontier.
496     // Just delete the users now.
497     //
498     if (!A->use_empty())
499       A->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(A->getType()));
500     if (AST) AST->deleteValue(A);
501     A->eraseFromParent();
502   }
503
504   // Remove alloca's dbg.declare instrinsics from the function.
505   for (unsigned i = 0, e = AllocaDbgDeclares.size(); i != e; ++i)
506     if (DbgDeclareInst *DDI = AllocaDbgDeclares[i])
507       DDI->eraseFromParent();
508
509   // Loop over all of the PHI nodes and see if there are any that we can get
510   // rid of because they merge all of the same incoming values.  This can
511   // happen due to undef values coming into the PHI nodes.  This process is
512   // iterative, because eliminating one PHI node can cause others to be removed.
513   bool EliminatedAPHI = true;
514   while (EliminatedAPHI) {
515     EliminatedAPHI = false;
516     
517     for (DenseMap<std::pair<BasicBlock*, unsigned>, PHINode*>::iterator I =
518            NewPhiNodes.begin(), E = NewPhiNodes.end(); I != E;) {
519       PHINode *PN = I->second;
520       
521       // If this PHI node merges one value and/or undefs, get the value.
522       if (Value *V = PN->hasConstantValue(&DT)) {
523         if (AST && PN->getType()->isPointerTy())
524           AST->deleteValue(PN);
525         PN->replaceAllUsesWith(V);
526         PN->eraseFromParent();
527         NewPhiNodes.erase(I++);
528         EliminatedAPHI = true;
529         continue;
530       }
531       ++I;
532     }
533   }
534   
535   // At this point, the renamer has added entries to PHI nodes for all reachable
536   // code.  Unfortunately, there may be unreachable blocks which the renamer
537   // hasn't traversed.  If this is the case, the PHI nodes may not
538   // have incoming values for all predecessors.  Loop over all PHI nodes we have
539   // created, inserting undef values if they are missing any incoming values.
540   //
541   for (DenseMap<std::pair<BasicBlock*, unsigned>, PHINode*>::iterator I =
542          NewPhiNodes.begin(), E = NewPhiNodes.end(); I != E; ++I) {
543     // We want to do this once per basic block.  As such, only process a block
544     // when we find the PHI that is the first entry in the block.
545     PHINode *SomePHI = I->second;
546     BasicBlock *BB = SomePHI->getParent();
547     if (&BB->front() != SomePHI)
548       continue;
549
550     // Only do work here if there the PHI nodes are missing incoming values.  We
551     // know that all PHI nodes that were inserted in a block will have the same
552     // number of incoming values, so we can just check any of them.
553     if (SomePHI->getNumIncomingValues() == getNumPreds(BB))
554       continue;
555
556     // Get the preds for BB.
557     SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
558     
559     // Ok, now we know that all of the PHI nodes are missing entries for some
560     // basic blocks.  Start by sorting the incoming predecessors for efficient
561     // access.
562     std::sort(Preds.begin(), Preds.end());
563     
564     // Now we loop through all BB's which have entries in SomePHI and remove
565     // them from the Preds list.
566     for (unsigned i = 0, e = SomePHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
567       // Do a log(n) search of the Preds list for the entry we want.
568       SmallVector<BasicBlock*, 16>::iterator EntIt =
569         std::lower_bound(Preds.begin(), Preds.end(),
570                          SomePHI->getIncomingBlock(i));
571       assert(EntIt != Preds.end() && *EntIt == SomePHI->getIncomingBlock(i)&&
572              "PHI node has entry for a block which is not a predecessor!");
573
574       // Remove the entry
575       Preds.erase(EntIt);
576     }
577
578     // At this point, the blocks left in the preds list must have dummy
579     // entries inserted into every PHI nodes for the block.  Update all the phi
580     // nodes in this block that we are inserting (there could be phis before
581     // mem2reg runs).
582     unsigned NumBadPreds = SomePHI->getNumIncomingValues();
583     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
584     while ((SomePHI = dyn_cast<PHINode>(BBI++)) &&
585            SomePHI->getNumIncomingValues() == NumBadPreds) {
586       Value *UndefVal = UndefValue::get(SomePHI->getType());
587       for (unsigned pred = 0, e = Preds.size(); pred != e; ++pred)
588         SomePHI->addIncoming(UndefVal, Preds[pred]);
589     }
590   }
591         
592   NewPhiNodes.clear();
593 }
594
595
596 /// ComputeLiveInBlocks - Determine which blocks the value is live in.  These
597 /// are blocks which lead to uses.  Knowing this allows us to avoid inserting
598 /// PHI nodes into blocks which don't lead to uses (thus, the inserted phi nodes
599 /// would be dead).
600 void PromoteMem2Reg::
601 ComputeLiveInBlocks(AllocaInst *AI, AllocaInfo &Info, 
602                     const SmallPtrSet<BasicBlock*, 32> &DefBlocks,
603                     SmallPtrSet<BasicBlock*, 32> &LiveInBlocks) {
604   
605   // To determine liveness, we must iterate through the predecessors of blocks
606   // where the def is live.  Blocks are added to the worklist if we need to
607   // check their predecessors.  Start with all the using blocks.
608   SmallVector<BasicBlock*, 64> LiveInBlockWorklist(Info.UsingBlocks.begin(),
609                                                    Info.UsingBlocks.end());
610   
611   // If any of the using blocks is also a definition block, check to see if the
612   // definition occurs before or after the use.  If it happens before the use,
613   // the value isn't really live-in.
614   for (unsigned i = 0, e = LiveInBlockWorklist.size(); i != e; ++i) {
615     BasicBlock *BB = LiveInBlockWorklist[i];
616     if (!DefBlocks.count(BB)) continue;
617     
618     // Okay, this is a block that both uses and defines the value.  If the first
619     // reference to the alloca is a def (store), then we know it isn't live-in.
620     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); ; ++I) {
621       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
622         if (SI->getOperand(1) != AI) continue;
623         
624         // We found a store to the alloca before a load.  The alloca is not
625         // actually live-in here.
626         LiveInBlockWorklist[i] = LiveInBlockWorklist.back();
627         LiveInBlockWorklist.pop_back();
628         --i, --e;
629         break;
630       }
631       
632       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
633         if (LI->getOperand(0) != AI) continue;
634         
635         // Okay, we found a load before a store to the alloca.  It is actually
636         // live into this block.
637         break;
638       }
639     }
640   }
641   
642   // Now that we have a set of blocks where the phi is live-in, recursively add
643   // their predecessors until we find the full region the value is live.
644   while (!LiveInBlockWorklist.empty()) {
645     BasicBlock *BB = LiveInBlockWorklist.pop_back_val();
646     
647     // The block really is live in here, insert it into the set.  If already in
648     // the set, then it has already been processed.
649     if (!LiveInBlocks.insert(BB))
650       continue;
651     
652     // Since the value is live into BB, it is either defined in a predecessor or
653     // live into it to.  Add the preds to the worklist unless they are a
654     // defining block.
655     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
656       BasicBlock *P = *PI;
657       
658       // The value is not live into a predecessor if it defines the value.
659       if (DefBlocks.count(P))
660         continue;
661       
662       // Otherwise it is, add to the worklist.
663       LiveInBlockWorklist.push_back(P);
664     }
665   }
666 }
667
668 /// DetermineInsertionPoint - At this point, we're committed to promoting the
669 /// alloca using IDF's, and the standard SSA construction algorithm.  Determine
670 /// which blocks need phi nodes and see if we can optimize out some work by
671 /// avoiding insertion of dead phi nodes.
672 void PromoteMem2Reg::DetermineInsertionPoint(AllocaInst *AI, unsigned AllocaNum,
673                                              AllocaInfo &Info) {
674
675   // Unique the set of defining blocks for efficient lookup.
676   SmallPtrSet<BasicBlock*, 32> DefBlocks;
677   DefBlocks.insert(Info.DefiningBlocks.begin(), Info.DefiningBlocks.end());
678
679   // Determine which blocks the value is live in.  These are blocks which lead
680   // to uses.
681   SmallPtrSet<BasicBlock*, 32> LiveInBlocks;
682   ComputeLiveInBlocks(AI, Info, DefBlocks, LiveInBlocks);
683
684   // Compute the locations where PhiNodes need to be inserted.  Look at the
685   // dominance frontier of EACH basic-block we have a write in.
686   unsigned CurrentVersion = 0;
687   SmallPtrSet<PHINode*, 16> InsertedPHINodes;
688   std::vector<std::pair<unsigned, BasicBlock*> > DFBlocks;
689   while (!Info.DefiningBlocks.empty()) {
690     BasicBlock *BB = Info.DefiningBlocks.back();
691     Info.DefiningBlocks.pop_back();
692     
693     // Look up the DF for this write, add it to defining blocks.
694     DominanceFrontier::const_iterator it = DF.find(BB);
695     if (it == DF.end()) continue;
696     
697     const DominanceFrontier::DomSetType &S = it->second;
698     
699     // In theory we don't need the indirection through the DFBlocks vector.
700     // In practice, the order of calling QueuePhiNode would depend on the
701     // (unspecified) ordering of basic blocks in the dominance frontier,
702     // which would give PHI nodes non-determinstic subscripts.  Fix this by
703     // processing blocks in order of the occurance in the function.
704     for (DominanceFrontier::DomSetType::const_iterator P = S.begin(),
705          PE = S.end(); P != PE; ++P) {
706       // If the frontier block is not in the live-in set for the alloca, don't
707       // bother processing it.
708       if (!LiveInBlocks.count(*P))
709         continue;
710       
711       DFBlocks.push_back(std::make_pair(BBNumbers[*P], *P));
712     }
713     
714     // Sort by which the block ordering in the function.
715     if (DFBlocks.size() > 1)
716       std::sort(DFBlocks.begin(), DFBlocks.end());
717     
718     for (unsigned i = 0, e = DFBlocks.size(); i != e; ++i) {
719       BasicBlock *BB = DFBlocks[i].second;
720       if (QueuePhiNode(BB, AllocaNum, CurrentVersion, InsertedPHINodes))
721         Info.DefiningBlocks.push_back(BB);
722     }
723     DFBlocks.clear();
724   }
725 }
726
727 /// RewriteSingleStoreAlloca - If there is only a single store to this value,
728 /// replace any loads of it that are directly dominated by the definition with
729 /// the value stored.
730 void PromoteMem2Reg::RewriteSingleStoreAlloca(AllocaInst *AI,
731                                               AllocaInfo &Info,
732                                               LargeBlockInfo &LBI) {
733   StoreInst *OnlyStore = Info.OnlyStore;
734   bool StoringGlobalVal = !isa<Instruction>(OnlyStore->getOperand(0));
735   BasicBlock *StoreBB = OnlyStore->getParent();
736   int StoreIndex = -1;
737
738   // Clear out UsingBlocks.  We will reconstruct it here if needed.
739   Info.UsingBlocks.clear();
740   
741   for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), E = AI->use_end(); UI != E; ) {
742     Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*UI++);
743     if (!isa<LoadInst>(UserInst)) {
744       assert(UserInst == OnlyStore && "Should only have load/stores");
745       continue;
746     }
747     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(UserInst);
748     
749     // Okay, if we have a load from the alloca, we want to replace it with the
750     // only value stored to the alloca.  We can do this if the value is
751     // dominated by the store.  If not, we use the rest of the mem2reg machinery
752     // to insert the phi nodes as needed.
753     if (!StoringGlobalVal) {  // Non-instructions are always dominated.
754       if (LI->getParent() == StoreBB) {
755         // If we have a use that is in the same block as the store, compare the
756         // indices of the two instructions to see which one came first.  If the
757         // load came before the store, we can't handle it.
758         if (StoreIndex == -1)
759           StoreIndex = LBI.getInstructionIndex(OnlyStore);
760
761         if (unsigned(StoreIndex) > LBI.getInstructionIndex(LI)) {
762           // Can't handle this load, bail out.
763           Info.UsingBlocks.push_back(StoreBB);
764           continue;
765         }
766         
767       } else if (LI->getParent() != StoreBB &&
768                  !dominates(StoreBB, LI->getParent())) {
769         // If the load and store are in different blocks, use BB dominance to
770         // check their relationships.  If the store doesn't dom the use, bail
771         // out.
772         Info.UsingBlocks.push_back(LI->getParent());
773         continue;
774       }
775     }
776     
777     // Otherwise, we *can* safely rewrite this load.
778     Value *ReplVal = OnlyStore->getOperand(0);
779     // If the replacement value is the load, this must occur in unreachable
780     // code.
781     if (ReplVal == LI)
782       ReplVal = UndefValue::get(LI->getType());
783     LI->replaceAllUsesWith(ReplVal);
784     if (AST && LI->getType()->isPointerTy())
785       AST->deleteValue(LI);
786     LI->eraseFromParent();
787     LBI.deleteValue(LI);
788   }
789 }
790
791 namespace {
792
793 /// StoreIndexSearchPredicate - This is a helper predicate used to search by the
794 /// first element of a pair.
795 struct StoreIndexSearchPredicate {
796   bool operator()(const std::pair<unsigned, StoreInst*> &LHS,
797                   const std::pair<unsigned, StoreInst*> &RHS) {
798     return LHS.first < RHS.first;
799   }
800 };
801
802 }
803
804 /// PromoteSingleBlockAlloca - Many allocas are only used within a single basic
805 /// block.  If this is the case, avoid traversing the CFG and inserting a lot of
806 /// potentially useless PHI nodes by just performing a single linear pass over
807 /// the basic block using the Alloca.
808 ///
809 /// If we cannot promote this alloca (because it is read before it is written),
810 /// return true.  This is necessary in cases where, due to control flow, the
811 /// alloca is potentially undefined on some control flow paths.  e.g. code like
812 /// this is potentially correct:
813 ///
814 ///   for (...) { if (c) { A = undef; undef = B; } }
815 ///
816 /// ... so long as A is not used before undef is set.
817 ///
818 void PromoteMem2Reg::PromoteSingleBlockAlloca(AllocaInst *AI, AllocaInfo &Info,
819                                               LargeBlockInfo &LBI) {
820   // The trickiest case to handle is when we have large blocks. Because of this,
821   // this code is optimized assuming that large blocks happen.  This does not
822   // significantly pessimize the small block case.  This uses LargeBlockInfo to
823   // make it efficient to get the index of various operations in the block.
824   
825   // Clear out UsingBlocks.  We will reconstruct it here if needed.
826   Info.UsingBlocks.clear();
827   
828   // Walk the use-def list of the alloca, getting the locations of all stores.
829   typedef SmallVector<std::pair<unsigned, StoreInst*>, 64> StoresByIndexTy;
830   StoresByIndexTy StoresByIndex;
831   
832   for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), E = AI->use_end();
833        UI != E; ++UI) 
834     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(*UI))
835       StoresByIndex.push_back(std::make_pair(LBI.getInstructionIndex(SI), SI));
836
837   // If there are no stores to the alloca, just replace any loads with undef.
838   if (StoresByIndex.empty()) {
839     for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), E = AI->use_end(); UI != E;) 
840       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI++)) {
841         LI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(LI->getType()));
842         if (AST && LI->getType()->isPointerTy())
843           AST->deleteValue(LI);
844         LBI.deleteValue(LI);
845         LI->eraseFromParent();
846       }
847     return;
848   }
849   
850   // Sort the stores by their index, making it efficient to do a lookup with a
851   // binary search.
852   std::sort(StoresByIndex.begin(), StoresByIndex.end());
853   
854   // Walk all of the loads from this alloca, replacing them with the nearest
855   // store above them, if any.
856   for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), E = AI->use_end(); UI != E;) {
857     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI++);
858     if (!LI) continue;
859     
860     unsigned LoadIdx = LBI.getInstructionIndex(LI);
861     
862     // Find the nearest store that has a lower than this load. 
863     StoresByIndexTy::iterator I = 
864       std::lower_bound(StoresByIndex.begin(), StoresByIndex.end(),
865                        std::pair<unsigned, StoreInst*>(LoadIdx, static_cast<StoreInst*>(0)),
866                        StoreIndexSearchPredicate());
867     
868     // If there is no store before this load, then we can't promote this load.
869     if (I == StoresByIndex.begin()) {
870       // Can't handle this load, bail out.
871       Info.UsingBlocks.push_back(LI->getParent());
872       continue;
873     }
874       
875     // Otherwise, there was a store before this load, the load takes its value.
876     --I;
877     LI->replaceAllUsesWith(I->second->getOperand(0));
878     if (AST && LI->getType()->isPointerTy())
879       AST->deleteValue(LI);
880     LI->eraseFromParent();
881     LBI.deleteValue(LI);
882   }
883 }
884
885 // Inserts a llvm.dbg.value instrinsic before the stores to an alloca'd value
886 // that has an associated llvm.dbg.decl intrinsic.
887 void PromoteMem2Reg::ConvertDebugDeclareToDebugValue(DbgDeclareInst *DDI,
888                                                      StoreInst *SI) {
889   DIVariable DIVar(DDI->getVariable());
890   if (!DIVar.Verify())
891     return;
892
893   if (!DIF)
894     DIF = new DIFactory(*SI->getParent()->getParent()->getParent());
895   Instruction *DbgVal = DIF->InsertDbgValueIntrinsic(SI->getOperand(0), 0,
896                                                      DIVar, SI);
897   
898   // Propagate any debug metadata from the store onto the dbg.value.
899   if (MDNode *SIMD = SI->getMetadata("dbg"))
900     DbgVal->setMetadata("dbg", SIMD);
901   // Otherwise propagate debug metadata from dbg.declare.
902   else if (MDNode *MD = DDI->getMetadata("dbg"))
903       DbgVal->setMetadata("dbg", MD);         
904 }
905
906 // QueuePhiNode - queues a phi-node to be added to a basic-block for a specific
907 // Alloca returns true if there wasn't already a phi-node for that variable
908 //
909 bool PromoteMem2Reg::QueuePhiNode(BasicBlock *BB, unsigned AllocaNo,
910                                   unsigned &Version,
911                                   SmallPtrSet<PHINode*, 16> &InsertedPHINodes) {
912   // Look up the basic-block in question.
913   PHINode *&PN = NewPhiNodes[std::make_pair(BB, AllocaNo)];
914
915   // If the BB already has a phi node added for the i'th alloca then we're done!
916   if (PN) return false;
917
918   // Create a PhiNode using the dereferenced type... and add the phi-node to the
919   // BasicBlock.
920   PN = PHINode::Create(Allocas[AllocaNo]->getAllocatedType(),
921                        Allocas[AllocaNo]->getName() + "." + Twine(Version++), 
922                        BB->begin());
923   ++NumPHIInsert;
924   PhiToAllocaMap[PN] = AllocaNo;
925   PN->reserveOperandSpace(getNumPreds(BB));
926   
927   InsertedPHINodes.insert(PN);
928
929   if (AST && PN->getType()->isPointerTy())
930     AST->copyValue(PointerAllocaValues[AllocaNo], PN);
931
932   return true;
933 }
934
935 // RenamePass - Recursively traverse the CFG of the function, renaming loads and
936 // stores to the allocas which we are promoting.  IncomingVals indicates what
937 // value each Alloca contains on exit from the predecessor block Pred.
938 //
939 void PromoteMem2Reg::RenamePass(BasicBlock *BB, BasicBlock *Pred,
940                                 RenamePassData::ValVector &IncomingVals,
941                                 std::vector<RenamePassData> &Worklist) {
942 NextIteration:
943   // If we are inserting any phi nodes into this BB, they will already be in the
944   // block.
945   if (PHINode *APN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
946     // If we have PHI nodes to update, compute the number of edges from Pred to
947     // BB.
948     if (PhiToAllocaMap.count(APN)) {
949       // We want to be able to distinguish between PHI nodes being inserted by
950       // this invocation of mem2reg from those phi nodes that already existed in
951       // the IR before mem2reg was run.  We determine that APN is being inserted
952       // because it is missing incoming edges.  All other PHI nodes being
953       // inserted by this pass of mem2reg will have the same number of incoming
954       // operands so far.  Remember this count.
955       unsigned NewPHINumOperands = APN->getNumOperands();
956       
957       unsigned NumEdges = 0;
958       for (succ_iterator I = succ_begin(Pred), E = succ_end(Pred); I != E; ++I)
959         if (*I == BB)
960           ++NumEdges;
961       assert(NumEdges && "Must be at least one edge from Pred to BB!");
962       
963       // Add entries for all the phis.
964       BasicBlock::iterator PNI = BB->begin();
965       do {
966         unsigned AllocaNo = PhiToAllocaMap[APN];
967         
968         // Add N incoming values to the PHI node.
969         for (unsigned i = 0; i != NumEdges; ++i)
970           APN->addIncoming(IncomingVals[AllocaNo], Pred);
971         
972         // The currently active variable for this block is now the PHI.
973         IncomingVals[AllocaNo] = APN;
974         
975         // Get the next phi node.
976         ++PNI;
977         APN = dyn_cast<PHINode>(PNI);
978         if (APN == 0) break;
979         
980         // Verify that it is missing entries.  If not, it is not being inserted
981         // by this mem2reg invocation so we want to ignore it.
982       } while (APN->getNumOperands() == NewPHINumOperands);
983     }
984   }
985   
986   // Don't revisit blocks.
987   if (!Visited.insert(BB)) return;
988
989   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); !isa<TerminatorInst>(II); ) {
990     Instruction *I = II++; // get the instruction, increment iterator
991
992     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
993       AllocaInst *Src = dyn_cast<AllocaInst>(LI->getPointerOperand());
994       if (!Src) continue;
995   
996       std::map<AllocaInst*, unsigned>::iterator AI = AllocaLookup.find(Src);
997       if (AI == AllocaLookup.end()) continue;
998
999       Value *V = IncomingVals[AI->second];
1000
1001       // Anything using the load now uses the current value.
1002       LI->replaceAllUsesWith(V);
1003       if (AST && LI->getType()->isPointerTy())
1004         AST->deleteValue(LI);
1005       BB->getInstList().erase(LI);
1006     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
1007       // Delete this instruction and mark the name as the current holder of the
1008       // value
1009       AllocaInst *Dest = dyn_cast<AllocaInst>(SI->getPointerOperand());
1010       if (!Dest) continue;
1011       
1012       std::map<AllocaInst *, unsigned>::iterator ai = AllocaLookup.find(Dest);
1013       if (ai == AllocaLookup.end())
1014         continue;
1015       
1016       // what value were we writing?
1017       IncomingVals[ai->second] = SI->getOperand(0);
1018       // Record debuginfo for the store before removing it.
1019       if (DbgDeclareInst *DDI = AllocaDbgDeclares[ai->second])
1020         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI);
1021       BB->getInstList().erase(SI);
1022     }
1023   }
1024
1025   // 'Recurse' to our successors.
1026   succ_iterator I = succ_begin(BB), E = succ_end(BB);
1027   if (I == E) return;
1028
1029   // Keep track of the successors so we don't visit the same successor twice
1030   SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> VisitedSuccs;
1031
1032   // Handle the first successor without using the worklist.
1033   VisitedSuccs.insert(*I);
1034   Pred = BB;
1035   BB = *I;
1036   ++I;
1037
1038   for (; I != E; ++I)
1039     if (VisitedSuccs.insert(*I))
1040       Worklist.push_back(RenamePassData(*I, Pred, IncomingVals));
1041
1042   goto NextIteration;
1043 }
1044
1045 /// PromoteMemToReg - Promote the specified list of alloca instructions into
1046 /// scalar registers, inserting PHI nodes as appropriate.  This function makes
1047 /// use of DominanceFrontier information.  This function does not modify the CFG
1048 /// of the function at all.  All allocas must be from the same function.
1049 ///
1050 /// If AST is specified, the specified tracker is updated to reflect changes
1051 /// made to the IR.
1052 ///
1053 void llvm::PromoteMemToReg(const std::vector<AllocaInst*> &Allocas,
1054                            DominatorTree &DT, DominanceFrontier &DF,
1055                            AliasSetTracker *AST) {
1056   // If there is nothing to do, bail out...
1057   if (Allocas.empty()) return;
1058
1059   PromoteMem2Reg(Allocas, DT, DF, AST).run();
1060 }