]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - lib/Transforms/Scalar/LICM.cpp
Vendor import of llvm trunk r351319 (just before the release_80 branch
[FreeBSD/FreeBSD.git] / lib / Transforms / Scalar / LICM.cpp
1 //===-- LICM.cpp - Loop Invariant Code Motion Pass ------------------------===//
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 pass performs loop invariant code motion, attempting to remove as much
11 // code from the body of a loop as possible.  It does this by either hoisting
12 // code into the preheader block, or by sinking code to the exit blocks if it is
13 // safe.  This pass also promotes must-aliased memory locations in the loop to
14 // live in registers, thus hoisting and sinking "invariant" loads and stores.
15 //
16 // This pass uses alias analysis for two purposes:
17 //
18 //  1. Moving loop invariant loads and calls out of loops.  If we can determine
19 //     that a load or call inside of a loop never aliases anything stored to,
20 //     we can hoist it or sink it like any other instruction.
21 //  2. Scalar Promotion of Memory - If there is a store instruction inside of
22 //     the loop, we try to move the store to happen AFTER the loop instead of
23 //     inside of the loop.  This can only happen if a few conditions are true:
24 //       A. The pointer stored through is loop invariant
25 //       B. There are no stores or loads in the loop which _may_ alias the
26 //          pointer.  There are no calls in the loop which mod/ref the pointer.
27 //     If these conditions are true, we can promote the loads and stores in the
28 //     loop of the pointer to use a temporary alloca'd variable.  We then use
29 //     the SSAUpdater to construct the appropriate SSA form for the value.
30 //
31 //===----------------------------------------------------------------------===//
32
33 #include "llvm/Transforms/Scalar/LICM.h"
34 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
35 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
36 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
37 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
38 #include "llvm/Analysis/BasicAliasAnalysis.h"
39 #include "llvm/Analysis/CaptureTracking.h"
40 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
41 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
42 #include "llvm/Analysis/GuardUtils.h"
43 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
44 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
45 #include "llvm/Analysis/LoopIterator.h"
46 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
47 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
48 #include "llvm/Analysis/MemorySSA.h"
49 #include "llvm/Analysis/MemorySSAUpdater.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/DerivedTypes.h"
59 #include "llvm/IR/Dominators.h"
60 #include "llvm/IR/Instructions.h"
61 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
62 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
63 #include "llvm/IR/Metadata.h"
64 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
65 #include "llvm/IR/PredIteratorCache.h"
66 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
67 #include "llvm/Support/Debug.h"
68 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
69 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
70 #include "llvm/Transforms/Scalar/LoopPassManager.h"
71 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
72 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
73 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopUtils.h"
74 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
75 #include <algorithm>
76 #include <utility>
77 using namespace llvm;
78
79 #define DEBUG_TYPE "licm"
80
81 STATISTIC(NumCreatedBlocks, "Number of blocks created");
82 STATISTIC(NumClonedBranches, "Number of branches cloned");
83 STATISTIC(NumSunk, "Number of instructions sunk out of loop");
84 STATISTIC(NumHoisted, "Number of instructions hoisted out of loop");
85 STATISTIC(NumMovedLoads, "Number of load insts hoisted or sunk");
86 STATISTIC(NumMovedCalls, "Number of call insts hoisted or sunk");
87 STATISTIC(NumPromoted, "Number of memory locations promoted to registers");
88
89 /// Memory promotion is enabled by default.
90 static cl::opt<bool>
91     DisablePromotion("disable-licm-promotion", cl::Hidden, cl::init(false),
92                      cl::desc("Disable memory promotion in LICM pass"));
93
94 static cl::opt<bool> ControlFlowHoisting(
95     "licm-control-flow-hoisting", cl::Hidden, cl::init(false),
96     cl::desc("Enable control flow (and PHI) hoisting in LICM"));
97
98 static cl::opt<uint32_t> MaxNumUsesTraversed(
99     "licm-max-num-uses-traversed", cl::Hidden, cl::init(8),
100     cl::desc("Max num uses visited for identifying load "
101              "invariance in loop using invariant start (default = 8)"));
102
103 // Default value of zero implies we use the regular alias set tracker mechanism
104 // instead of the cross product using AA to identify aliasing of the memory
105 // location we are interested in.
106 static cl::opt<int>
107 LICMN2Theshold("licm-n2-threshold", cl::Hidden, cl::init(0),
108                cl::desc("How many instruction to cross product using AA"));
109
110 // Experimental option to allow imprecision in LICM (use MemorySSA cap) in
111 // pathological cases, in exchange for faster compile. This is to be removed
112 // if MemorySSA starts to address the same issue. This flag applies only when
113 // LICM uses MemorySSA instead on AliasSetTracker. When the flag is disabled
114 // (default), LICM calls MemorySSAWalker's getClobberingMemoryAccess, which
115 // gets perfect accuracy. When flag is enabled, LICM will call into MemorySSA's
116 // getDefiningAccess, which may not be precise, since optimizeUses is capped.
117 static cl::opt<bool> EnableLicmCap(
118     "enable-licm-cap", cl::init(false), cl::Hidden,
119     cl::desc("Enable imprecision in LICM (uses MemorySSA cap) in "
120              "pathological cases, in exchange for faster compile"));
121
122 static bool inSubLoop(BasicBlock *BB, Loop *CurLoop, LoopInfo *LI);
123 static bool isNotUsedOrFreeInLoop(const Instruction &I, const Loop *CurLoop,
124                                   const LoopSafetyInfo *SafetyInfo,
125                                   TargetTransformInfo *TTI, bool &FreeInLoop);
126 static void hoist(Instruction &I, const DominatorTree *DT, const Loop *CurLoop,
127                   BasicBlock *Dest, ICFLoopSafetyInfo *SafetyInfo,
128                   MemorySSAUpdater *MSSAU, OptimizationRemarkEmitter *ORE);
129 static bool sink(Instruction &I, LoopInfo *LI, DominatorTree *DT,
130                  const Loop *CurLoop, ICFLoopSafetyInfo *SafetyInfo,
131                  MemorySSAUpdater *MSSAU, OptimizationRemarkEmitter *ORE,
132                  bool FreeInLoop);
133 static bool isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &Inst,
134                                            const DominatorTree *DT,
135                                            const Loop *CurLoop,
136                                            const LoopSafetyInfo *SafetyInfo,
137                                            OptimizationRemarkEmitter *ORE,
138                                            const Instruction *CtxI = nullptr);
139 static bool pointerInvalidatedByLoop(MemoryLocation MemLoc,
140                                      AliasSetTracker *CurAST, Loop *CurLoop,
141                                      AliasAnalysis *AA);
142 static bool pointerInvalidatedByLoopWithMSSA(MemorySSA *MSSA, MemoryUse *MU,
143                                              Loop *CurLoop);
144 static Instruction *CloneInstructionInExitBlock(
145     Instruction &I, BasicBlock &ExitBlock, PHINode &PN, const LoopInfo *LI,
146     const LoopSafetyInfo *SafetyInfo, MemorySSAUpdater *MSSAU);
147
148 static void eraseInstruction(Instruction &I, ICFLoopSafetyInfo &SafetyInfo,
149                              AliasSetTracker *AST, MemorySSAUpdater *MSSAU);
150
151 static void moveInstructionBefore(Instruction &I, Instruction &Dest,
152                                   ICFLoopSafetyInfo &SafetyInfo);
153
154 namespace {
155 struct LoopInvariantCodeMotion {
156   using ASTrackerMapTy = DenseMap<Loop *, std::unique_ptr<AliasSetTracker>>;
157   bool runOnLoop(Loop *L, AliasAnalysis *AA, LoopInfo *LI, DominatorTree *DT,
158                  TargetLibraryInfo *TLI, TargetTransformInfo *TTI,
159                  ScalarEvolution *SE, MemorySSA *MSSA,
160                  OptimizationRemarkEmitter *ORE, bool DeleteAST);
161
162   ASTrackerMapTy &getLoopToAliasSetMap() { return LoopToAliasSetMap; }
163
164 private:
165   ASTrackerMapTy LoopToAliasSetMap;
166
167   std::unique_ptr<AliasSetTracker>
168   collectAliasInfoForLoop(Loop *L, LoopInfo *LI, AliasAnalysis *AA);
169 };
170
171 struct LegacyLICMPass : public LoopPass {
172   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
173   LegacyLICMPass() : LoopPass(ID) {
174     initializeLegacyLICMPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
175   }
176
177   bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) override {
178     if (skipLoop(L)) {
179       // If we have run LICM on a previous loop but now we are skipping
180       // (because we've hit the opt-bisect limit), we need to clear the
181       // loop alias information.
182       LICM.getLoopToAliasSetMap().clear();
183       return false;
184     }
185
186     auto *SE = getAnalysisIfAvailable<ScalarEvolutionWrapperPass>();
187     MemorySSA *MSSA = EnableMSSALoopDependency
188                           ? (&getAnalysis<MemorySSAWrapperPass>().getMSSA())
189                           : nullptr;
190     // For the old PM, we can't use OptimizationRemarkEmitter as an analysis
191     // pass.  Function analyses need to be preserved across loop transformations
192     // but ORE cannot be preserved (see comment before the pass definition).
193     OptimizationRemarkEmitter ORE(L->getHeader()->getParent());
194     return LICM.runOnLoop(L,
195                           &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults(),
196                           &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo(),
197                           &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree(),
198                           &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI(),
199                           &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(
200                               *L->getHeader()->getParent()),
201                           SE ? &SE->getSE() : nullptr, MSSA, &ORE, false);
202   }
203
204   /// This transformation requires natural loop information & requires that
205   /// loop preheaders be inserted into the CFG...
206   ///
207   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
208     AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
209     AU.addPreserved<LoopInfoWrapperPass>();
210     AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
211     if (EnableMSSALoopDependency) {
212       AU.addRequired<MemorySSAWrapperPass>();
213       AU.addPreserved<MemorySSAWrapperPass>();
214     }
215     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
216     getLoopAnalysisUsage(AU);
217   }
218
219   using llvm::Pass::doFinalization;
220
221   bool doFinalization() override {
222     assert(LICM.getLoopToAliasSetMap().empty() &&
223            "Didn't free loop alias sets");
224     return false;
225   }
226
227 private:
228   LoopInvariantCodeMotion LICM;
229
230   /// cloneBasicBlockAnalysis - Simple Analysis hook. Clone alias set info.
231   void cloneBasicBlockAnalysis(BasicBlock *From, BasicBlock *To,
232                                Loop *L) override;
233
234   /// deleteAnalysisValue - Simple Analysis hook. Delete value V from alias
235   /// set.
236   void deleteAnalysisValue(Value *V, Loop *L) override;
237
238   /// Simple Analysis hook. Delete loop L from alias set map.
239   void deleteAnalysisLoop(Loop *L) override;
240 };
241 } // namespace
242
243 PreservedAnalyses LICMPass::run(Loop &L, LoopAnalysisManager &AM,
244                                 LoopStandardAnalysisResults &AR, LPMUpdater &) {
245   const auto &FAM =
246       AM.getResult<FunctionAnalysisManagerLoopProxy>(L, AR).getManager();
247   Function *F = L.getHeader()->getParent();
248
249   auto *ORE = FAM.getCachedResult<OptimizationRemarkEmitterAnalysis>(*F);
250   // FIXME: This should probably be optional rather than required.
251   if (!ORE)
252     report_fatal_error("LICM: OptimizationRemarkEmitterAnalysis not "
253                        "cached at a higher level");
254
255   LoopInvariantCodeMotion LICM;
256   if (!LICM.runOnLoop(&L, &AR.AA, &AR.LI, &AR.DT, &AR.TLI, &AR.TTI, &AR.SE,
257                       AR.MSSA, ORE, true))
258     return PreservedAnalyses::all();
259
260   auto PA = getLoopPassPreservedAnalyses();
261
262   PA.preserve<DominatorTreeAnalysis>();
263   PA.preserve<LoopAnalysis>();
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
280 /// Hoist expressions out of the specified loop. Note, alias info for inner
281 /// loop is not preserved so it is not a good idea to run LICM multiple
282 /// times on one loop.
283 /// We should delete AST for inner loops in the new pass manager to avoid
284 /// memory leak.
285 ///
286 bool LoopInvariantCodeMotion::runOnLoop(
287     Loop *L, AliasAnalysis *AA, LoopInfo *LI, DominatorTree *DT,
288     TargetLibraryInfo *TLI, TargetTransformInfo *TTI, ScalarEvolution *SE,
289     MemorySSA *MSSA, OptimizationRemarkEmitter *ORE, bool DeleteAST) {
290   bool Changed = false;
291
292   assert(L->isLCSSAForm(*DT) && "Loop is not in LCSSA form.");
293
294   std::unique_ptr<AliasSetTracker> CurAST;
295   std::unique_ptr<MemorySSAUpdater> MSSAU;
296   if (!MSSA) {
297     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LICM: Using Alias Set Tracker.\n");
298     CurAST = collectAliasInfoForLoop(L, LI, AA);
299   } else {
300     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LICM: Using MemorySSA. Promotion disabled.\n");
301     MSSAU = make_unique<MemorySSAUpdater>(MSSA);
302   }
303
304   // Get the preheader block to move instructions into...
305   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
306
307   // Compute loop safety information.
308   ICFLoopSafetyInfo SafetyInfo(DT);
309   SafetyInfo.computeLoopSafetyInfo(L);
310
311   // We want to visit all of the instructions in this loop... that are not parts
312   // of our subloops (they have already had their invariants hoisted out of
313   // their loop, into this loop, so there is no need to process the BODIES of
314   // the subloops).
315   //
316   // Traverse the body of the loop in depth first order on the dominator tree so
317   // that we are guaranteed to see definitions before we see uses.  This allows
318   // us to sink instructions in one pass, without iteration.  After sinking
319   // instructions, we perform another pass to hoist them out of the loop.
320   //
321   if (L->hasDedicatedExits())
322     Changed |= sinkRegion(DT->getNode(L->getHeader()), AA, LI, DT, TLI, TTI, L,
323                           CurAST.get(), MSSAU.get(), &SafetyInfo, ORE);
324   if (Preheader)
325     Changed |= hoistRegion(DT->getNode(L->getHeader()), AA, LI, DT, TLI, L,
326                            CurAST.get(), MSSAU.get(), &SafetyInfo, ORE);
327
328   // Now that all loop invariants have been removed from the loop, promote any
329   // memory references to scalars that we can.
330   // Don't sink stores from loops without dedicated block exits. Exits
331   // containing indirect branches are not transformed by loop simplify,
332   // make sure we catch that. An additional load may be generated in the
333   // preheader for SSA updater, so also avoid sinking when no preheader
334   // is available.
335   if (!DisablePromotion && Preheader && L->hasDedicatedExits()) {
336     // Figure out the loop exits and their insertion points
337     SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
338     L->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
339
340     // We can't insert into a catchswitch.
341     bool HasCatchSwitch = llvm::any_of(ExitBlocks, [](BasicBlock *Exit) {
342       return isa<CatchSwitchInst>(Exit->getTerminator());
343     });
344
345     if (!HasCatchSwitch) {
346       SmallVector<Instruction *, 8> InsertPts;
347       InsertPts.reserve(ExitBlocks.size());
348       for (BasicBlock *ExitBlock : ExitBlocks)
349         InsertPts.push_back(&*ExitBlock->getFirstInsertionPt());
350
351       PredIteratorCache PIC;
352
353       bool Promoted = false;
354
355       if (CurAST.get()) {
356         // Loop over all of the alias sets in the tracker object.
357         for (AliasSet &AS : *CurAST) {
358           // We can promote this alias set if it has a store, if it is a "Must"
359           // alias set, if the pointer is loop invariant, and if we are not
360           // eliminating any volatile loads or stores.
361           if (AS.isForwardingAliasSet() || !AS.isMod() || !AS.isMustAlias() ||
362               !L->isLoopInvariant(AS.begin()->getValue()))
363             continue;
364
365           assert(
366               !AS.empty() &&
367               "Must alias set should have at least one pointer element in it!");
368
369           SmallSetVector<Value *, 8> PointerMustAliases;
370           for (const auto &ASI : AS)
371             PointerMustAliases.insert(ASI.getValue());
372
373           Promoted |= promoteLoopAccessesToScalars(
374               PointerMustAliases, ExitBlocks, InsertPts, PIC, LI, DT, TLI, L,
375               CurAST.get(), &SafetyInfo, ORE);
376         }
377       }
378       // FIXME: Promotion initially disabled when using MemorySSA.
379
380       // Once we have promoted values across the loop body we have to
381       // recursively reform LCSSA as any nested loop may now have values defined
382       // within the loop used in the outer loop.
383       // FIXME: This is really heavy handed. It would be a bit better to use an
384       // SSAUpdater strategy during promotion that was LCSSA aware and reformed
385       // it as it went.
386       if (Promoted)
387         formLCSSARecursively(*L, *DT, LI, SE);
388
389       Changed |= Promoted;
390     }
391   }
392
393   // Check that neither this loop nor its parent have had LCSSA broken. LICM is
394   // specifically moving instructions across the loop boundary and so it is
395   // especially in need of sanity checking here.
396   assert(L->isLCSSAForm(*DT) && "Loop not left in LCSSA form after LICM!");
397   assert((!L->getParentLoop() || L->getParentLoop()->isLCSSAForm(*DT)) &&
398          "Parent loop not left in LCSSA form after LICM!");
399
400   // If this loop is nested inside of another one, save the alias information
401   // for when we process the outer loop.
402   if (CurAST.get() && L->getParentLoop() && !DeleteAST)
403     LoopToAliasSetMap[L] = std::move(CurAST);
404
405   if (MSSAU.get() && VerifyMemorySSA)
406     MSSAU->getMemorySSA()->verifyMemorySSA();
407
408   if (Changed && SE)
409     SE->forgetLoopDispositions(L);
410   return Changed;
411 }
412
413 /// Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks dominated by
414 /// the specified block, and that are in the current loop) in reverse depth
415 /// first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit uses before
416 /// definitions, allowing us to sink a loop body in one pass without iteration.
417 ///
418 bool llvm::sinkRegion(DomTreeNode *N, AliasAnalysis *AA, LoopInfo *LI,
419                       DominatorTree *DT, TargetLibraryInfo *TLI,
420                       TargetTransformInfo *TTI, Loop *CurLoop,
421                       AliasSetTracker *CurAST, MemorySSAUpdater *MSSAU,
422                       ICFLoopSafetyInfo *SafetyInfo,
423                       OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
424
425   // Verify inputs.
426   assert(N != nullptr && AA != nullptr && LI != nullptr && DT != nullptr &&
427          CurLoop != nullptr && SafetyInfo != nullptr &&
428          "Unexpected input to sinkRegion.");
429   assert(((CurAST != nullptr) ^ (MSSAU != nullptr)) &&
430          "Either AliasSetTracker or MemorySSA should be initialized.");
431
432   // We want to visit children before parents. We will enque all the parents
433   // before their children in the worklist and process the worklist in reverse
434   // order.
435   SmallVector<DomTreeNode *, 16> Worklist = collectChildrenInLoop(N, CurLoop);
436
437   bool Changed = false;
438   for (DomTreeNode *DTN : reverse(Worklist)) {
439     BasicBlock *BB = DTN->getBlock();
440     // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
441     // subloop (which would already have been processed).
442     if (inSubLoop(BB, CurLoop, LI))
443       continue;
444
445     for (BasicBlock::iterator II = BB->end(); II != BB->begin();) {
446       Instruction &I = *--II;
447
448       // If the instruction is dead, we would try to sink it because it isn't
449       // used in the loop, instead, just delete it.
450       if (isInstructionTriviallyDead(&I, TLI)) {
451         LLVM_DEBUG(dbgs() << "LICM deleting dead inst: " << I << '\n');
452         salvageDebugInfo(I);
453         ++II;
454         eraseInstruction(I, *SafetyInfo, CurAST, MSSAU);
455         Changed = true;
456         continue;
457       }
458
459       // Check to see if we can sink this instruction to the exit blocks
460       // of the loop.  We can do this if the all users of the instruction are
461       // outside of the loop.  In this case, it doesn't even matter if the
462       // operands of the instruction are loop invariant.
463       //
464       bool FreeInLoop = false;
465       if (isNotUsedOrFreeInLoop(I, CurLoop, SafetyInfo, TTI, FreeInLoop) &&
466           canSinkOrHoistInst(I, AA, DT, CurLoop, CurAST, MSSAU, true, ORE) &&
467           !I.mayHaveSideEffects()) {
468         if (sink(I, LI, DT, CurLoop, SafetyInfo, MSSAU, ORE, FreeInLoop)) {
469           if (!FreeInLoop) {
470             ++II;
471             eraseInstruction(I, *SafetyInfo, CurAST, MSSAU);
472           }
473           Changed = true;
474         }
475       }
476     }
477   }
478   if (MSSAU && VerifyMemorySSA)
479     MSSAU->getMemorySSA()->verifyMemorySSA();
480   return Changed;
481 }
482
483 namespace {
484 // This is a helper class for hoistRegion to make it able to hoist control flow
485 // in order to be able to hoist phis. The way this works is that we initially
486 // start hoisting to the loop preheader, and when we see a loop invariant branch
487 // we make note of this. When we then come to hoist an instruction that's
488 // conditional on such a branch we duplicate the branch and the relevant control
489 // flow, then hoist the instruction into the block corresponding to its original
490 // block in the duplicated control flow.
491 class ControlFlowHoister {
492 private:
493   // Information about the loop we are hoisting from
494   LoopInfo *LI;
495   DominatorTree *DT;
496   Loop *CurLoop;
497   MemorySSAUpdater *MSSAU;
498
499   // A map of blocks in the loop to the block their instructions will be hoisted
500   // to.
501   DenseMap<BasicBlock *, BasicBlock *> HoistDestinationMap;
502
503   // The branches that we can hoist, mapped to the block that marks a
504   // convergence point of their control flow.
505   DenseMap<BranchInst *, BasicBlock *> HoistableBranches;
506
507 public:
508   ControlFlowHoister(LoopInfo *LI, DominatorTree *DT, Loop *CurLoop,
509                      MemorySSAUpdater *MSSAU)
510       : LI(LI), DT(DT), CurLoop(CurLoop), MSSAU(MSSAU) {}
511
512   void registerPossiblyHoistableBranch(BranchInst *BI) {
513     // We can only hoist conditional branches with loop invariant operands.
514     if (!ControlFlowHoisting || !BI->isConditional() ||
515         !CurLoop->hasLoopInvariantOperands(BI))
516       return;
517
518     // The branch destinations need to be in the loop, and we don't gain
519     // anything by duplicating conditional branches with duplicate successors,
520     // as it's essentially the same as an unconditional branch.
521     BasicBlock *TrueDest = BI->getSuccessor(0);
522     BasicBlock *FalseDest = BI->getSuccessor(1);
523     if (!CurLoop->contains(TrueDest) || !CurLoop->contains(FalseDest) ||
524         TrueDest == FalseDest)
525       return;
526
527     // We can hoist BI if one branch destination is the successor of the other,
528     // or both have common successor which we check by seeing if the
529     // intersection of their successors is non-empty.
530     // TODO: This could be expanded to allowing branches where both ends
531     // eventually converge to a single block.
532     SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> TrueDestSucc, FalseDestSucc;
533     TrueDestSucc.insert(succ_begin(TrueDest), succ_end(TrueDest));
534     FalseDestSucc.insert(succ_begin(FalseDest), succ_end(FalseDest));
535     BasicBlock *CommonSucc = nullptr;
536     if (TrueDestSucc.count(FalseDest)) {
537       CommonSucc = FalseDest;
538     } else if (FalseDestSucc.count(TrueDest)) {
539       CommonSucc = TrueDest;
540     } else {
541       set_intersect(TrueDestSucc, FalseDestSucc);
542       // If there's one common successor use that.
543       if (TrueDestSucc.size() == 1)
544         CommonSucc = *TrueDestSucc.begin();
545       // If there's more than one pick whichever appears first in the block list
546       // (we can't use the value returned by TrueDestSucc.begin() as it's
547       // unpredicatable which element gets returned).
548       else if (!TrueDestSucc.empty()) {
549         Function *F = TrueDest->getParent();
550         auto IsSucc = [&](BasicBlock &BB) { return TrueDestSucc.count(&BB); };
551         auto It = std::find_if(F->begin(), F->end(), IsSucc);
552         assert(It != F->end() && "Could not find successor in function");
553         CommonSucc = &*It;
554       }
555     }
556     // The common successor has to be dominated by the branch, as otherwise
557     // there will be some other path to the successor that will not be
558     // controlled by this branch so any phi we hoist would be controlled by the
559     // wrong condition. This also takes care of avoiding hoisting of loop back
560     // edges.
561     // TODO: In some cases this could be relaxed if the successor is dominated
562     // by another block that's been hoisted and we can guarantee that the
563     // control flow has been replicated exactly.
564     if (CommonSucc && DT->dominates(BI, CommonSucc))
565       HoistableBranches[BI] = CommonSucc;
566   }
567
568   bool canHoistPHI(PHINode *PN) {
569     // The phi must have loop invariant operands.
570     if (!ControlFlowHoisting || !CurLoop->hasLoopInvariantOperands(PN))
571       return false;
572     // We can hoist phis if the block they are in is the target of hoistable
573     // branches which cover all of the predecessors of the block.
574     SmallPtrSet<BasicBlock *, 8> PredecessorBlocks;
575     BasicBlock *BB = PN->getParent();
576     for (BasicBlock *PredBB : predecessors(BB))
577       PredecessorBlocks.insert(PredBB);
578     // If we have less predecessor blocks than predecessors then the phi will
579     // have more than one incoming value for the same block which we can't
580     // handle.
581     // TODO: This could be handled be erasing some of the duplicate incoming
582     // values.
583     if (PredecessorBlocks.size() != pred_size(BB))
584       return false;
585     for (auto &Pair : HoistableBranches) {
586       if (Pair.second == BB) {
587         // Which blocks are predecessors via this branch depends on if the
588         // branch is triangle-like or diamond-like.
589         if (Pair.first->getSuccessor(0) == BB) {
590           PredecessorBlocks.erase(Pair.first->getParent());
591           PredecessorBlocks.erase(Pair.first->getSuccessor(1));
592         } else if (Pair.first->getSuccessor(1) == BB) {
593           PredecessorBlocks.erase(Pair.first->getParent());
594           PredecessorBlocks.erase(Pair.first->getSuccessor(0));
595         } else {
596           PredecessorBlocks.erase(Pair.first->getSuccessor(0));
597           PredecessorBlocks.erase(Pair.first->getSuccessor(1));
598         }
599       }
600     }
601     // PredecessorBlocks will now be empty if for every predecessor of BB we
602     // found a hoistable branch source.
603     return PredecessorBlocks.empty();
604   }
605
606   BasicBlock *getOrCreateHoistedBlock(BasicBlock *BB) {
607     if (!ControlFlowHoisting)
608       return CurLoop->getLoopPreheader();
609     // If BB has already been hoisted, return that
610     if (HoistDestinationMap.count(BB))
611       return HoistDestinationMap[BB];
612
613     // Check if this block is conditional based on a pending branch
614     auto HasBBAsSuccessor =
615         [&](DenseMap<BranchInst *, BasicBlock *>::value_type &Pair) {
616           return BB != Pair.second && (Pair.first->getSuccessor(0) == BB ||
617                                        Pair.first->getSuccessor(1) == BB);
618         };
619     auto It = std::find_if(HoistableBranches.begin(), HoistableBranches.end(),
620                            HasBBAsSuccessor);
621
622     // If not involved in a pending branch, hoist to preheader
623     BasicBlock *InitialPreheader = CurLoop->getLoopPreheader();
624     if (It == HoistableBranches.end()) {
625       LLVM_DEBUG(dbgs() << "LICM using " << InitialPreheader->getName()
626                         << " as hoist destination for " << BB->getName()
627                         << "\n");
628       HoistDestinationMap[BB] = InitialPreheader;
629       return InitialPreheader;
630     }
631     BranchInst *BI = It->first;
632     assert(std::find_if(++It, HoistableBranches.end(), HasBBAsSuccessor) ==
633                HoistableBranches.end() &&
634            "BB is expected to be the target of at most one branch");
635
636     LLVMContext &C = BB->getContext();
637     BasicBlock *TrueDest = BI->getSuccessor(0);
638     BasicBlock *FalseDest = BI->getSuccessor(1);
639     BasicBlock *CommonSucc = HoistableBranches[BI];
640     BasicBlock *HoistTarget = getOrCreateHoistedBlock(BI->getParent());
641
642     // Create hoisted versions of blocks that currently don't have them
643     auto CreateHoistedBlock = [&](BasicBlock *Orig) {
644       if (HoistDestinationMap.count(Orig))
645         return HoistDestinationMap[Orig];
646       BasicBlock *New =
647           BasicBlock::Create(C, Orig->getName() + ".licm", Orig->getParent());
648       HoistDestinationMap[Orig] = New;
649       DT->addNewBlock(New, HoistTarget);
650       if (CurLoop->getParentLoop())
651         CurLoop->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(New, *LI);
652       ++NumCreatedBlocks;
653       LLVM_DEBUG(dbgs() << "LICM created " << New->getName()
654                         << " as hoist destination for " << Orig->getName()
655                         << "\n");
656       return New;
657     };
658     BasicBlock *HoistTrueDest = CreateHoistedBlock(TrueDest);
659     BasicBlock *HoistFalseDest = CreateHoistedBlock(FalseDest);
660     BasicBlock *HoistCommonSucc = CreateHoistedBlock(CommonSucc);
661
662     // Link up these blocks with branches.
663     if (!HoistCommonSucc->getTerminator()) {
664       // The new common successor we've generated will branch to whatever that
665       // hoist target branched to.
666       BasicBlock *TargetSucc = HoistTarget->getSingleSuccessor();
667       assert(TargetSucc && "Expected hoist target to have a single successor");
668       HoistCommonSucc->moveBefore(TargetSucc);
669       BranchInst::Create(TargetSucc, HoistCommonSucc);
670     }
671     if (!HoistTrueDest->getTerminator()) {
672       HoistTrueDest->moveBefore(HoistCommonSucc);
673       BranchInst::Create(HoistCommonSucc, HoistTrueDest);
674     }
675     if (!HoistFalseDest->getTerminator()) {
676       HoistFalseDest->moveBefore(HoistCommonSucc);
677       BranchInst::Create(HoistCommonSucc, HoistFalseDest);
678     }
679
680     // If BI is being cloned to what was originally the preheader then
681     // HoistCommonSucc will now be the new preheader.
682     if (HoistTarget == InitialPreheader) {
683       // Phis in the loop header now need to use the new preheader.
684       InitialPreheader->replaceSuccessorsPhiUsesWith(HoistCommonSucc);
685       if (MSSAU)
686         MSSAU->wireOldPredecessorsToNewImmediatePredecessor(
687             HoistTarget->getSingleSuccessor(), HoistCommonSucc, {HoistTarget});
688       // The new preheader dominates the loop header.
689       DomTreeNode *PreheaderNode = DT->getNode(HoistCommonSucc);
690       DomTreeNode *HeaderNode = DT->getNode(CurLoop->getHeader());
691       DT->changeImmediateDominator(HeaderNode, PreheaderNode);
692       // The preheader hoist destination is now the new preheader, with the
693       // exception of the hoist destination of this branch.
694       for (auto &Pair : HoistDestinationMap)
695         if (Pair.second == InitialPreheader && Pair.first != BI->getParent())
696           Pair.second = HoistCommonSucc;
697     }
698
699     // Now finally clone BI.
700     ReplaceInstWithInst(
701         HoistTarget->getTerminator(),
702         BranchInst::Create(HoistTrueDest, HoistFalseDest, BI->getCondition()));
703     ++NumClonedBranches;
704
705     assert(CurLoop->getLoopPreheader() &&
706            "Hoisting blocks should not have destroyed preheader");
707     return HoistDestinationMap[BB];
708   }
709 };
710 } // namespace
711
712 /// Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks dominated by
713 /// the specified block, and that are in the current loop) in depth first
714 /// order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit definitions before
715 /// uses, allowing us to hoist a loop body in one pass without iteration.
716 ///
717 bool llvm::hoistRegion(DomTreeNode *N, AliasAnalysis *AA, LoopInfo *LI,
718                        DominatorTree *DT, TargetLibraryInfo *TLI, Loop *CurLoop,
719                        AliasSetTracker *CurAST, MemorySSAUpdater *MSSAU,
720                        ICFLoopSafetyInfo *SafetyInfo,
721                        OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
722   // Verify inputs.
723   assert(N != nullptr && AA != nullptr && LI != nullptr && DT != nullptr &&
724          CurLoop != nullptr && SafetyInfo != nullptr &&
725          "Unexpected input to hoistRegion.");
726   assert(((CurAST != nullptr) ^ (MSSAU != nullptr)) &&
727          "Either AliasSetTracker or MemorySSA should be initialized.");
728
729   ControlFlowHoister CFH(LI, DT, CurLoop, MSSAU);
730
731   // Keep track of instructions that have been hoisted, as they may need to be
732   // re-hoisted if they end up not dominating all of their uses.
733   SmallVector<Instruction *, 16> HoistedInstructions;
734
735   // For PHI hoisting to work we need to hoist blocks before their successors.
736   // We can do this by iterating through the blocks in the loop in reverse
737   // post-order.
738   LoopBlocksRPO Worklist(CurLoop);
739   Worklist.perform(LI);
740   bool Changed = false;
741   for (BasicBlock *BB : Worklist) {
742     // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
743     // subloop (which would already have been processed).
744     if (inSubLoop(BB, CurLoop, LI))
745       continue;
746
747     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = BB->end(); II != E;) {
748       Instruction &I = *II++;
749       // Try constant folding this instruction.  If all the operands are
750       // constants, it is technically hoistable, but it would be better to
751       // just fold it.
752       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(
753               &I, I.getModule()->getDataLayout(), TLI)) {
754         LLVM_DEBUG(dbgs() << "LICM folding inst: " << I << "  --> " << *C
755                           << '\n');
756         if (CurAST)
757           CurAST->copyValue(&I, C);
758         // FIXME MSSA: Such replacements may make accesses unoptimized (D51960).
759         I.replaceAllUsesWith(C);
760         if (isInstructionTriviallyDead(&I, TLI))
761           eraseInstruction(I, *SafetyInfo, CurAST, MSSAU);
762         Changed = true;
763         continue;
764       }
765
766       // Try hoisting the instruction out to the preheader.  We can only do
767       // this if all of the operands of the instruction are loop invariant and
768       // if it is safe to hoist the instruction.
769       // TODO: It may be safe to hoist if we are hoisting to a conditional block
770       // and we have accurately duplicated the control flow from the loop header
771       // to that block.
772       if (CurLoop->hasLoopInvariantOperands(&I) &&
773           canSinkOrHoistInst(I, AA, DT, CurLoop, CurAST, MSSAU, true, ORE) &&
774           isSafeToExecuteUnconditionally(
775               I, DT, CurLoop, SafetyInfo, ORE,
776               CurLoop->getLoopPreheader()->getTerminator())) {
777         hoist(I, DT, CurLoop, CFH.getOrCreateHoistedBlock(BB), SafetyInfo,
778               MSSAU, ORE);
779         HoistedInstructions.push_back(&I);
780         Changed = true;
781         continue;
782       }
783
784       // Attempt to remove floating point division out of the loop by
785       // converting it to a reciprocal multiplication.
786       if (I.getOpcode() == Instruction::FDiv &&
787           CurLoop->isLoopInvariant(I.getOperand(1)) &&
788           I.hasAllowReciprocal()) {
789         auto Divisor = I.getOperand(1);
790         auto One = llvm::ConstantFP::get(Divisor->getType(), 1.0);
791         auto ReciprocalDivisor = BinaryOperator::CreateFDiv(One, Divisor);
792         ReciprocalDivisor->setFastMathFlags(I.getFastMathFlags());
793         SafetyInfo->insertInstructionTo(ReciprocalDivisor, I.getParent());
794         ReciprocalDivisor->insertBefore(&I);
795
796         auto Product =
797             BinaryOperator::CreateFMul(I.getOperand(0), ReciprocalDivisor);
798         Product->setFastMathFlags(I.getFastMathFlags());
799         SafetyInfo->insertInstructionTo(Product, I.getParent());
800         Product->insertAfter(&I);
801         I.replaceAllUsesWith(Product);
802         eraseInstruction(I, *SafetyInfo, CurAST, MSSAU);
803
804         hoist(*ReciprocalDivisor, DT, CurLoop, CFH.getOrCreateHoistedBlock(BB),
805               SafetyInfo, MSSAU, ORE);
806         HoistedInstructions.push_back(ReciprocalDivisor);
807         Changed = true;
808         continue;
809       }
810
811       using namespace PatternMatch;
812       if (((I.use_empty() &&
813             match(&I, m_Intrinsic<Intrinsic::invariant_start>())) ||
814            isGuard(&I)) &&
815           CurLoop->hasLoopInvariantOperands(&I) &&
816           SafetyInfo->isGuaranteedToExecute(I, DT, CurLoop) &&
817           SafetyInfo->doesNotWriteMemoryBefore(I, CurLoop)) {
818         hoist(I, DT, CurLoop, CFH.getOrCreateHoistedBlock(BB), SafetyInfo,
819               MSSAU, ORE);
820         HoistedInstructions.push_back(&I);
821         Changed = true;
822         continue;
823       }
824
825       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
826         if (CFH.canHoistPHI(PN)) {
827           // Redirect incoming blocks first to ensure that we create hoisted
828           // versions of those blocks before we hoist the phi.
829           for (unsigned int i = 0; i < PN->getNumIncomingValues(); ++i)
830             PN->setIncomingBlock(
831                 i, CFH.getOrCreateHoistedBlock(PN->getIncomingBlock(i)));
832           hoist(*PN, DT, CurLoop, CFH.getOrCreateHoistedBlock(BB), SafetyInfo,
833                 MSSAU, ORE);
834           assert(DT->dominates(PN, BB) && "Conditional PHIs not expected");
835           Changed = true;
836           continue;
837         }
838       }
839
840       // Remember possibly hoistable branches so we can actually hoist them
841       // later if needed.
842       if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(&I))
843         CFH.registerPossiblyHoistableBranch(BI);
844     }
845   }
846
847   // If we hoisted instructions to a conditional block they may not dominate
848   // their uses that weren't hoisted (such as phis where some operands are not
849   // loop invariant). If so make them unconditional by moving them to their
850   // immediate dominator. We iterate through the instructions in reverse order
851   // which ensures that when we rehoist an instruction we rehoist its operands,
852   // and also keep track of where in the block we are rehoisting to to make sure
853   // that we rehoist instructions before the instructions that use them.
854   Instruction *HoistPoint = nullptr;
855   if (ControlFlowHoisting) {
856     for (Instruction *I : reverse(HoistedInstructions)) {
857       if (!llvm::all_of(I->uses(),
858                         [&](Use &U) { return DT->dominates(I, U); })) {
859         BasicBlock *Dominator =
860             DT->getNode(I->getParent())->getIDom()->getBlock();
861         if (!HoistPoint || !DT->dominates(HoistPoint->getParent(), Dominator)) {
862           if (HoistPoint)
863             assert(DT->dominates(Dominator, HoistPoint->getParent()) &&
864                    "New hoist point expected to dominate old hoist point");
865           HoistPoint = Dominator->getTerminator();
866         }
867         LLVM_DEBUG(dbgs() << "LICM rehoisting to "
868                           << HoistPoint->getParent()->getName()
869                           << ": " << *I << "\n");
870         moveInstructionBefore(*I, *HoistPoint, *SafetyInfo);
871         HoistPoint = I;
872         Changed = true;
873       }
874     }
875   }
876   if (MSSAU && VerifyMemorySSA)
877     MSSAU->getMemorySSA()->verifyMemorySSA();
878
879     // Now that we've finished hoisting make sure that LI and DT are still
880     // valid.
881 #ifndef NDEBUG
882   if (Changed) {
883     assert(DT->verify(DominatorTree::VerificationLevel::Fast) &&
884            "Dominator tree verification failed");
885     LI->verify(*DT);
886   }
887 #endif
888
889   return Changed;
890 }
891
892 // Return true if LI is invariant within scope of the loop. LI is invariant if
893 // CurLoop is dominated by an invariant.start representing the same memory
894 // location and size as the memory location LI loads from, and also the
895 // invariant.start has no uses.
896 static bool isLoadInvariantInLoop(LoadInst *LI, DominatorTree *DT,
897                                   Loop *CurLoop) {
898   Value *Addr = LI->getOperand(0);
899   const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
900   const uint32_t LocSizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(
901       cast<PointerType>(Addr->getType())->getElementType());
902
903   // if the type is i8 addrspace(x)*, we know this is the type of
904   // llvm.invariant.start operand
905   auto *PtrInt8Ty = PointerType::get(Type::getInt8Ty(LI->getContext()),
906                                      LI->getPointerAddressSpace());
907   unsigned BitcastsVisited = 0;
908   // Look through bitcasts until we reach the i8* type (this is invariant.start
909   // operand type).
910   while (Addr->getType() != PtrInt8Ty) {
911     auto *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Addr);
912     // Avoid traversing high number of bitcast uses.
913     if (++BitcastsVisited > MaxNumUsesTraversed || !BC)
914       return false;
915     Addr = BC->getOperand(0);
916   }
917
918   unsigned UsesVisited = 0;
919   // Traverse all uses of the load operand value, to see if invariant.start is
920   // one of the uses, and whether it dominates the load instruction.
921   for (auto *U : Addr->users()) {
922     // Avoid traversing for Load operand with high number of users.
923     if (++UsesVisited > MaxNumUsesTraversed)
924       return false;
925     IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U);
926     // If there are escaping uses of invariant.start instruction, the load maybe
927     // non-invariant.
928     if (!II || II->getIntrinsicID() != Intrinsic::invariant_start ||
929         !II->use_empty())
930       continue;
931     unsigned InvariantSizeInBits =
932         cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0))->getSExtValue() * 8;
933     // Confirm the invariant.start location size contains the load operand size
934     // in bits. Also, the invariant.start should dominate the load, and we
935     // should not hoist the load out of a loop that contains this dominating
936     // invariant.start.
937     if (LocSizeInBits <= InvariantSizeInBits &&
938         DT->properlyDominates(II->getParent(), CurLoop->getHeader()))
939       return true;
940   }
941
942   return false;
943 }
944
945 namespace {
946 /// Return true if-and-only-if we know how to (mechanically) both hoist and
947 /// sink a given instruction out of a loop.  Does not address legality
948 /// concerns such as aliasing or speculation safety.  
949 bool isHoistableAndSinkableInst(Instruction &I) {
950   // Only these instructions are hoistable/sinkable.
951   return (isa<LoadInst>(I) || isa<StoreInst>(I) ||
952           isa<CallInst>(I) || isa<FenceInst>(I) || 
953           isa<BinaryOperator>(I) || isa<CastInst>(I) ||
954           isa<SelectInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) ||
955           isa<CmpInst>(I) || isa<InsertElementInst>(I) ||
956           isa<ExtractElementInst>(I) || isa<ShuffleVectorInst>(I) ||
957           isa<ExtractValueInst>(I) || isa<InsertValueInst>(I));
958 }
959 /// Return true if all of the alias sets within this AST are known not to
960 /// contain a Mod, or if MSSA knows thare are no MemoryDefs in the loop.
961 bool isReadOnly(AliasSetTracker *CurAST, const MemorySSAUpdater *MSSAU,
962                 const Loop *L) {
963   if (CurAST) {
964     for (AliasSet &AS : *CurAST) {
965       if (!AS.isForwardingAliasSet() && AS.isMod()) {
966         return false;
967       }
968     }
969     return true;
970   } else { /*MSSAU*/
971     for (auto *BB : L->getBlocks())
972       if (MSSAU->getMemorySSA()->getBlockDefs(BB))
973         return false;
974     return true;
975   }
976 }
977
978 /// Return true if I is the only Instruction with a MemoryAccess in L.
979 bool isOnlyMemoryAccess(const Instruction *I, const Loop *L,
980                         const MemorySSAUpdater *MSSAU) {
981   for (auto *BB : L->getBlocks())
982     if (auto *Accs = MSSAU->getMemorySSA()->getBlockAccesses(BB)) {
983       int NotAPhi = 0;
984       for (const auto &Acc : *Accs) {
985         if (isa<MemoryPhi>(&Acc))
986           continue;
987         const auto *MUD = cast<MemoryUseOrDef>(&Acc);
988         if (MUD->getMemoryInst() != I || NotAPhi++ == 1)
989           return false;
990       }
991     }
992   return true;
993 }
994 }
995
996 bool llvm::canSinkOrHoistInst(Instruction &I, AAResults *AA, DominatorTree *DT,
997                               Loop *CurLoop, AliasSetTracker *CurAST,
998                               MemorySSAUpdater *MSSAU,
999                               bool TargetExecutesOncePerLoop,
1000                               OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
1001   // If we don't understand the instruction, bail early.
1002   if (!isHoistableAndSinkableInst(I))
1003     return false;
1004
1005   MemorySSA *MSSA = MSSAU ? MSSAU->getMemorySSA() : nullptr;
1006
1007   // Loads have extra constraints we have to verify before we can hoist them.
1008   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I)) {
1009     if (!LI->isUnordered())
1010       return false; // Don't sink/hoist volatile or ordered atomic loads!
1011
1012     // Loads from constant memory are always safe to move, even if they end up
1013     // in the same alias set as something that ends up being modified.
1014     if (AA->pointsToConstantMemory(LI->getOperand(0)))
1015       return true;
1016     if (LI->getMetadata(LLVMContext::MD_invariant_load))
1017       return true;
1018
1019     if (LI->isAtomic() && !TargetExecutesOncePerLoop)
1020       return false; // Don't risk duplicating unordered loads
1021
1022     // This checks for an invariant.start dominating the load.
1023     if (isLoadInvariantInLoop(LI, DT, CurLoop))
1024       return true;
1025
1026     bool Invalidated;
1027     if (CurAST)
1028       Invalidated = pointerInvalidatedByLoop(MemoryLocation::get(LI), CurAST,
1029                                              CurLoop, AA);
1030     else
1031       Invalidated = pointerInvalidatedByLoopWithMSSA(
1032           MSSA, cast<MemoryUse>(MSSA->getMemoryAccess(LI)), CurLoop);
1033     // Check loop-invariant address because this may also be a sinkable load
1034     // whose address is not necessarily loop-invariant.
1035     if (ORE && Invalidated && CurLoop->isLoopInvariant(LI->getPointerOperand()))
1036       ORE->emit([&]() {
1037         return OptimizationRemarkMissed(
1038                    DEBUG_TYPE, "LoadWithLoopInvariantAddressInvalidated", LI)
1039                << "failed to move load with loop-invariant address "
1040                   "because the loop may invalidate its value";
1041       });
1042
1043     return !Invalidated;
1044   } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&I)) {
1045     // Don't sink or hoist dbg info; it's legal, but not useful.
1046     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1047       return false;
1048
1049     // Don't sink calls which can throw.
1050     if (CI->mayThrow())
1051       return false;
1052
1053     using namespace PatternMatch;
1054     if (match(CI, m_Intrinsic<Intrinsic::assume>()))
1055       // Assumes don't actually alias anything or throw
1056       return true;
1057
1058     // Handle simple cases by querying alias analysis.
1059     FunctionModRefBehavior Behavior = AA->getModRefBehavior(CI);
1060     if (Behavior == FMRB_DoesNotAccessMemory)
1061       return true;
1062     if (AliasAnalysis::onlyReadsMemory(Behavior)) {
1063       // A readonly argmemonly function only reads from memory pointed to by
1064       // it's arguments with arbitrary offsets.  If we can prove there are no
1065       // writes to this memory in the loop, we can hoist or sink.
1066       if (AliasAnalysis::onlyAccessesArgPointees(Behavior)) {
1067         // TODO: expand to writeable arguments
1068         for (Value *Op : CI->arg_operands())
1069           if (Op->getType()->isPointerTy()) {
1070             bool Invalidated;
1071             if (CurAST)
1072               Invalidated = pointerInvalidatedByLoop(
1073                   MemoryLocation(Op, LocationSize::unknown(), AAMDNodes()),
1074                   CurAST, CurLoop, AA);
1075             else
1076               Invalidated = pointerInvalidatedByLoopWithMSSA(
1077                   MSSA, cast<MemoryUse>(MSSA->getMemoryAccess(CI)), CurLoop);
1078             if (Invalidated)
1079               return false;
1080           }
1081         return true;
1082       }
1083
1084       // If this call only reads from memory and there are no writes to memory
1085       // in the loop, we can hoist or sink the call as appropriate.
1086       if (isReadOnly(CurAST, MSSAU, CurLoop))
1087         return true;
1088     }
1089
1090     // FIXME: This should use mod/ref information to see if we can hoist or
1091     // sink the call.
1092
1093     return false;
1094   } else if (auto *FI = dyn_cast<FenceInst>(&I)) {
1095     // Fences alias (most) everything to provide ordering.  For the moment,
1096     // just give up if there are any other memory operations in the loop.
1097     if (CurAST) {
1098       auto Begin = CurAST->begin();
1099       assert(Begin != CurAST->end() && "must contain FI");
1100       if (std::next(Begin) != CurAST->end())
1101         // constant memory for instance, TODO: handle better
1102         return false;
1103       auto *UniqueI = Begin->getUniqueInstruction();
1104       if (!UniqueI)
1105         // other memory op, give up
1106         return false;
1107       (void)FI; // suppress unused variable warning
1108       assert(UniqueI == FI && "AS must contain FI");
1109       return true;
1110     } else // MSSAU
1111       return isOnlyMemoryAccess(FI, CurLoop, MSSAU);
1112   } else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I)) {
1113     if (!SI->isUnordered())
1114       return false; // Don't sink/hoist volatile or ordered atomic store!
1115
1116     // We can only hoist a store that we can prove writes a value which is not
1117     // read or overwritten within the loop.  For those cases, we fallback to
1118     // load store promotion instead.  TODO: We can extend this to cases where
1119     // there is exactly one write to the location and that write dominates an
1120     // arbitrary number of reads in the loop.
1121     if (CurAST) {
1122       auto &AS = CurAST->getAliasSetFor(MemoryLocation::get(SI));
1123
1124       if (AS.isRef() || !AS.isMustAlias())
1125         // Quick exit test, handled by the full path below as well.
1126         return false;
1127       auto *UniqueI = AS.getUniqueInstruction();
1128       if (!UniqueI)
1129         // other memory op, give up
1130         return false;
1131       assert(UniqueI == SI && "AS must contain SI");
1132       return true;
1133     } else { // MSSAU
1134       if (isOnlyMemoryAccess(SI, CurLoop, MSSAU))
1135         return true;
1136       if (!EnableLicmCap) {
1137         auto *Source = MSSA->getSkipSelfWalker()->getClobberingMemoryAccess(SI);
1138         if (MSSA->isLiveOnEntryDef(Source) ||
1139             !CurLoop->contains(Source->getBlock()))
1140           return true;
1141       }
1142       return false;
1143     }
1144   }
1145
1146   assert(!I.mayReadOrWriteMemory() && "unhandled aliasing");
1147
1148   // We've established mechanical ability and aliasing, it's up to the caller
1149   // to check fault safety
1150   return true;
1151 }
1152
1153 /// Returns true if a PHINode is a trivially replaceable with an
1154 /// Instruction.
1155 /// This is true when all incoming values are that instruction.
1156 /// This pattern occurs most often with LCSSA PHI nodes.
1157 ///
1158 static bool isTriviallyReplaceablePHI(const PHINode &PN, const Instruction &I) {
1159   for (const Value *IncValue : PN.incoming_values())
1160     if (IncValue != &I)
1161       return false;
1162
1163   return true;
1164 }
1165
1166 /// Return true if the instruction is free in the loop.
1167 static bool isFreeInLoop(const Instruction &I, const Loop *CurLoop,
1168                          const TargetTransformInfo *TTI) {
1169
1170   if (const GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(&I)) {
1171     if (TTI->getUserCost(GEP) != TargetTransformInfo::TCC_Free)
1172       return false;
1173     // For a GEP, we cannot simply use getUserCost because currently it
1174     // optimistically assume that a GEP will fold into addressing mode
1175     // regardless of its users.
1176     const BasicBlock *BB = GEP->getParent();
1177     for (const User *U : GEP->users()) {
1178       const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
1179       if (CurLoop->contains(UI) &&
1180           (BB != UI->getParent() ||
1181            (!isa<StoreInst>(UI) && !isa<LoadInst>(UI))))
1182         return false;
1183     }
1184     return true;
1185   } else
1186     return TTI->getUserCost(&I) == TargetTransformInfo::TCC_Free;
1187 }
1188
1189 /// Return true if the only users of this instruction are outside of
1190 /// the loop. If this is true, we can sink the instruction to the exit
1191 /// blocks of the loop.
1192 ///
1193 /// We also return true if the instruction could be folded away in lowering.
1194 /// (e.g.,  a GEP can be folded into a load as an addressing mode in the loop).
1195 static bool isNotUsedOrFreeInLoop(const Instruction &I, const Loop *CurLoop,
1196                                   const LoopSafetyInfo *SafetyInfo,
1197                                   TargetTransformInfo *TTI, bool &FreeInLoop) {
1198   const auto &BlockColors = SafetyInfo->getBlockColors();
1199   bool IsFree = isFreeInLoop(I, CurLoop, TTI);
1200   for (const User *U : I.users()) {
1201     const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
1202     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UI)) {
1203       const BasicBlock *BB = PN->getParent();
1204       // We cannot sink uses in catchswitches.
1205       if (isa<CatchSwitchInst>(BB->getTerminator()))
1206         return false;
1207
1208       // We need to sink a callsite to a unique funclet.  Avoid sinking if the
1209       // phi use is too muddled.
1210       if (isa<CallInst>(I))
1211         if (!BlockColors.empty() &&
1212             BlockColors.find(const_cast<BasicBlock *>(BB))->second.size() != 1)
1213           return false;
1214     }
1215
1216     if (CurLoop->contains(UI)) {
1217       if (IsFree) {
1218         FreeInLoop = true;
1219         continue;
1220       }
1221       return false;
1222     }
1223   }
1224   return true;
1225 }
1226
1227 static Instruction *CloneInstructionInExitBlock(
1228     Instruction &I, BasicBlock &ExitBlock, PHINode &PN, const LoopInfo *LI,
1229     const LoopSafetyInfo *SafetyInfo, MemorySSAUpdater *MSSAU) {
1230   Instruction *New;
1231   if (auto *CI = dyn_cast<CallInst>(&I)) {
1232     const auto &BlockColors = SafetyInfo->getBlockColors();
1233
1234     // Sinking call-sites need to be handled differently from other
1235     // instructions.  The cloned call-site needs a funclet bundle operand
1236     // appropriate for it's location in the CFG.
1237     SmallVector<OperandBundleDef, 1> OpBundles;
1238     for (unsigned BundleIdx = 0, BundleEnd = CI->getNumOperandBundles();
1239          BundleIdx != BundleEnd; ++BundleIdx) {
1240       OperandBundleUse Bundle = CI->getOperandBundleAt(BundleIdx);
1241       if (Bundle.getTagID() == LLVMContext::OB_funclet)
1242         continue;
1243
1244       OpBundles.emplace_back(Bundle);
1245     }
1246
1247     if (!BlockColors.empty()) {
1248       const ColorVector &CV = BlockColors.find(&ExitBlock)->second;
1249       assert(CV.size() == 1 && "non-unique color for exit block!");
1250       BasicBlock *BBColor = CV.front();
1251       Instruction *EHPad = BBColor->getFirstNonPHI();
1252       if (EHPad->isEHPad())
1253         OpBundles.emplace_back("funclet", EHPad);
1254     }
1255
1256     New = CallInst::Create(CI, OpBundles);
1257   } else {
1258     New = I.clone();
1259   }
1260
1261   ExitBlock.getInstList().insert(ExitBlock.getFirstInsertionPt(), New);
1262   if (!I.getName().empty())
1263     New->setName(I.getName() + ".le");
1264
1265   MemoryAccess *OldMemAcc;
1266   if (MSSAU && (OldMemAcc = MSSAU->getMemorySSA()->getMemoryAccess(&I))) {
1267     // Create a new MemoryAccess and let MemorySSA set its defining access.
1268     MemoryAccess *NewMemAcc = MSSAU->createMemoryAccessInBB(
1269         New, nullptr, New->getParent(), MemorySSA::Beginning);
1270     if (NewMemAcc) {
1271       if (auto *MemDef = dyn_cast<MemoryDef>(NewMemAcc))
1272         MSSAU->insertDef(MemDef, /*RenameUses=*/true);
1273       else {
1274         auto *MemUse = cast<MemoryUse>(NewMemAcc);
1275         MSSAU->insertUse(MemUse);
1276       }
1277     }
1278   }
1279
1280   // Build LCSSA PHI nodes for any in-loop operands. Note that this is
1281   // particularly cheap because we can rip off the PHI node that we're
1282   // replacing for the number and blocks of the predecessors.
1283   // OPT: If this shows up in a profile, we can instead finish sinking all
1284   // invariant instructions, and then walk their operands to re-establish
1285   // LCSSA. That will eliminate creating PHI nodes just to nuke them when
1286   // sinking bottom-up.
1287   for (User::op_iterator OI = New->op_begin(), OE = New->op_end(); OI != OE;
1288        ++OI)
1289     if (Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(*OI))
1290       if (Loop *OLoop = LI->getLoopFor(OInst->getParent()))
1291         if (!OLoop->contains(&PN)) {
1292           PHINode *OpPN =
1293               PHINode::Create(OInst->getType(), PN.getNumIncomingValues(),
1294                               OInst->getName() + ".lcssa", &ExitBlock.front());
1295           for (unsigned i = 0, e = PN.getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1296             OpPN->addIncoming(OInst, PN.getIncomingBlock(i));
1297           *OI = OpPN;
1298         }
1299   return New;
1300 }
1301
1302 static void eraseInstruction(Instruction &I, ICFLoopSafetyInfo &SafetyInfo,
1303                              AliasSetTracker *AST, MemorySSAUpdater *MSSAU) {
1304   if (AST)
1305     AST->deleteValue(&I);
1306   if (MSSAU)
1307     MSSAU->removeMemoryAccess(&I);
1308   SafetyInfo.removeInstruction(&I);
1309   I.eraseFromParent();
1310 }
1311
1312 static void moveInstructionBefore(Instruction &I, Instruction &Dest,
1313                                   ICFLoopSafetyInfo &SafetyInfo) {
1314   SafetyInfo.removeInstruction(&I);
1315   SafetyInfo.insertInstructionTo(&I, Dest.getParent());
1316   I.moveBefore(&Dest);
1317 }
1318
1319 static Instruction *sinkThroughTriviallyReplaceablePHI(
1320     PHINode *TPN, Instruction *I, LoopInfo *LI,
1321     SmallDenseMap<BasicBlock *, Instruction *, 32> &SunkCopies,
1322     const LoopSafetyInfo *SafetyInfo, const Loop *CurLoop,
1323     MemorySSAUpdater *MSSAU) {
1324   assert(isTriviallyReplaceablePHI(*TPN, *I) &&
1325          "Expect only trivially replaceable PHI");
1326   BasicBlock *ExitBlock = TPN->getParent();
1327   Instruction *New;
1328   auto It = SunkCopies.find(ExitBlock);
1329   if (It != SunkCopies.end())
1330     New = It->second;
1331   else
1332     New = SunkCopies[ExitBlock] = CloneInstructionInExitBlock(
1333         *I, *ExitBlock, *TPN, LI, SafetyInfo, MSSAU);
1334   return New;
1335 }
1336
1337 static bool canSplitPredecessors(PHINode *PN, LoopSafetyInfo *SafetyInfo) {
1338   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1339   if (!BB->canSplitPredecessors())
1340     return false;
1341   // It's not impossible to split EHPad blocks, but if BlockColors already exist
1342   // it require updating BlockColors for all offspring blocks accordingly. By
1343   // skipping such corner case, we can make updating BlockColors after splitting
1344   // predecessor fairly simple.
1345   if (!SafetyInfo->getBlockColors().empty() && BB->getFirstNonPHI()->isEHPad())
1346     return false;
1347   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
1348     BasicBlock *BBPred = *PI;
1349     if (isa<IndirectBrInst>(BBPred->getTerminator()))
1350       return false;
1351   }
1352   return true;
1353 }
1354
1355 static void splitPredecessorsOfLoopExit(PHINode *PN, DominatorTree *DT,
1356                                         LoopInfo *LI, const Loop *CurLoop,
1357                                         LoopSafetyInfo *SafetyInfo,
1358                                         MemorySSAUpdater *MSSAU) {
1359 #ifndef NDEBUG
1360   SmallVector<BasicBlock *, 32> ExitBlocks;
1361   CurLoop->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
1362   SmallPtrSet<BasicBlock *, 32> ExitBlockSet(ExitBlocks.begin(),
1363                                              ExitBlocks.end());
1364 #endif
1365   BasicBlock *ExitBB = PN->getParent();
1366   assert(ExitBlockSet.count(ExitBB) && "Expect the PHI is in an exit block.");
1367
1368   // Split predecessors of the loop exit to make instructions in the loop are
1369   // exposed to exit blocks through trivially replaceable PHIs while keeping the
1370   // loop in the canonical form where each predecessor of each exit block should
1371   // be contained within the loop. For example, this will convert the loop below
1372   // from
1373   //
1374   // LB1:
1375   //   %v1 =
1376   //   br %LE, %LB2
1377   // LB2:
1378   //   %v2 =
1379   //   br %LE, %LB1
1380   // LE:
1381   //   %p = phi [%v1, %LB1], [%v2, %LB2] <-- non-trivially replaceable
1382   //
1383   // to
1384   //
1385   // LB1:
1386   //   %v1 =
1387   //   br %LE.split, %LB2
1388   // LB2:
1389   //   %v2 =
1390   //   br %LE.split2, %LB1
1391   // LE.split:
1392   //   %p1 = phi [%v1, %LB1]  <-- trivially replaceable
1393   //   br %LE
1394   // LE.split2:
1395   //   %p2 = phi [%v2, %LB2]  <-- trivially replaceable
1396   //   br %LE
1397   // LE:
1398   //   %p = phi [%p1, %LE.split], [%p2, %LE.split2]
1399   //
1400   const auto &BlockColors = SafetyInfo->getBlockColors();
1401   SmallSetVector<BasicBlock *, 8> PredBBs(pred_begin(ExitBB), pred_end(ExitBB));
1402   while (!PredBBs.empty()) {
1403     BasicBlock *PredBB = *PredBBs.begin();
1404     assert(CurLoop->contains(PredBB) &&
1405            "Expect all predecessors are in the loop");
1406     if (PN->getBasicBlockIndex(PredBB) >= 0) {
1407       BasicBlock *NewPred = SplitBlockPredecessors(
1408           ExitBB, PredBB, ".split.loop.exit", DT, LI, MSSAU, true);
1409       // Since we do not allow splitting EH-block with BlockColors in
1410       // canSplitPredecessors(), we can simply assign predecessor's color to
1411       // the new block.
1412       if (!BlockColors.empty())
1413         // Grab a reference to the ColorVector to be inserted before getting the
1414         // reference to the vector we are copying because inserting the new
1415         // element in BlockColors might cause the map to be reallocated.
1416         SafetyInfo->copyColors(NewPred, PredBB);
1417     }
1418     PredBBs.remove(PredBB);
1419   }
1420 }
1421
1422 /// When an instruction is found to only be used outside of the loop, this
1423 /// function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as needed.
1424 /// This method is guaranteed to remove the original instruction from its
1425 /// position, and may either delete it or move it to outside of the loop.
1426 ///
1427 static bool sink(Instruction &I, LoopInfo *LI, DominatorTree *DT,
1428                  const Loop *CurLoop, ICFLoopSafetyInfo *SafetyInfo,
1429                  MemorySSAUpdater *MSSAU, OptimizationRemarkEmitter *ORE,
1430                  bool FreeInLoop) {
1431   LLVM_DEBUG(dbgs() << "LICM sinking instruction: " << I << "\n");
1432   ORE->emit([&]() {
1433     return OptimizationRemark(DEBUG_TYPE, "InstSunk", &I)
1434            << "sinking " << ore::NV("Inst", &I);
1435   });
1436   bool Changed = false;
1437   if (isa<LoadInst>(I))
1438     ++NumMovedLoads;
1439   else if (isa<CallInst>(I))
1440     ++NumMovedCalls;
1441   ++NumSunk;
1442
1443   // Iterate over users to be ready for actual sinking. Replace users via
1444   // unrechable blocks with undef and make all user PHIs trivially replcable.
1445   SmallPtrSet<Instruction *, 8> VisitedUsers;
1446   for (Value::user_iterator UI = I.user_begin(), UE = I.user_end(); UI != UE;) {
1447     auto *User = cast<Instruction>(*UI);
1448     Use &U = UI.getUse();
1449     ++UI;
1450
1451     if (VisitedUsers.count(User) || CurLoop->contains(User))
1452       continue;
1453
1454     if (!DT->isReachableFromEntry(User->getParent())) {
1455       U = UndefValue::get(I.getType());
1456       Changed = true;
1457       continue;
1458     }
1459
1460     // The user must be a PHI node.
1461     PHINode *PN = cast<PHINode>(User);
1462
1463     // Surprisingly, instructions can be used outside of loops without any
1464     // exits.  This can only happen in PHI nodes if the incoming block is
1465     // unreachable.
1466     BasicBlock *BB = PN->getIncomingBlock(U);
1467     if (!DT->isReachableFromEntry(BB)) {
1468       U = UndefValue::get(I.getType());
1469       Changed = true;
1470       continue;
1471     }
1472
1473     VisitedUsers.insert(PN);
1474     if (isTriviallyReplaceablePHI(*PN, I))
1475       continue;
1476
1477     if (!canSplitPredecessors(PN, SafetyInfo))
1478       return Changed;
1479
1480     // Split predecessors of the PHI so that we can make users trivially
1481     // replaceable.
1482     splitPredecessorsOfLoopExit(PN, DT, LI, CurLoop, SafetyInfo, MSSAU);
1483
1484     // Should rebuild the iterators, as they may be invalidated by
1485     // splitPredecessorsOfLoopExit().
1486     UI = I.user_begin();
1487     UE = I.user_end();
1488   }
1489
1490   if (VisitedUsers.empty())
1491     return Changed;
1492
1493 #ifndef NDEBUG
1494   SmallVector<BasicBlock *, 32> ExitBlocks;
1495   CurLoop->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
1496   SmallPtrSet<BasicBlock *, 32> ExitBlockSet(ExitBlocks.begin(),
1497                                              ExitBlocks.end());
1498 #endif
1499
1500   // Clones of this instruction. Don't create more than one per exit block!
1501   SmallDenseMap<BasicBlock *, Instruction *, 32> SunkCopies;
1502
1503   // If this instruction is only used outside of the loop, then all users are
1504   // PHI nodes in exit blocks due to LCSSA form. Just RAUW them with clones of
1505   // the instruction.
1506   SmallSetVector<User*, 8> Users(I.user_begin(), I.user_end());
1507   for (auto *UI : Users) {
1508     auto *User = cast<Instruction>(UI);
1509
1510     if (CurLoop->contains(User))
1511       continue;
1512
1513     PHINode *PN = cast<PHINode>(User);
1514     assert(ExitBlockSet.count(PN->getParent()) &&
1515            "The LCSSA PHI is not in an exit block!");
1516     // The PHI must be trivially replaceable.
1517     Instruction *New = sinkThroughTriviallyReplaceablePHI(
1518         PN, &I, LI, SunkCopies, SafetyInfo, CurLoop, MSSAU);
1519     PN->replaceAllUsesWith(New);
1520     eraseInstruction(*PN, *SafetyInfo, nullptr, nullptr);
1521     Changed = true;
1522   }
1523   return Changed;
1524 }
1525
1526 /// When an instruction is found to only use loop invariant operands that
1527 /// is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
1528 ///
1529 static void hoist(Instruction &I, const DominatorTree *DT, const Loop *CurLoop,
1530                   BasicBlock *Dest, ICFLoopSafetyInfo *SafetyInfo,
1531                   MemorySSAUpdater *MSSAU, OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
1532   LLVM_DEBUG(dbgs() << "LICM hoisting to " << Dest->getName() << ": " << I
1533                     << "\n");
1534   ORE->emit([&]() {
1535     return OptimizationRemark(DEBUG_TYPE, "Hoisted", &I) << "hoisting "
1536                                                          << ore::NV("Inst", &I);
1537   });
1538
1539   // Metadata can be dependent on conditions we are hoisting above.
1540   // Conservatively strip all metadata on the instruction unless we were
1541   // guaranteed to execute I if we entered the loop, in which case the metadata
1542   // is valid in the loop preheader.
1543   if (I.hasMetadataOtherThanDebugLoc() &&
1544       // The check on hasMetadataOtherThanDebugLoc is to prevent us from burning
1545       // time in isGuaranteedToExecute if we don't actually have anything to
1546       // drop.  It is a compile time optimization, not required for correctness.
1547       !SafetyInfo->isGuaranteedToExecute(I, DT, CurLoop))
1548     I.dropUnknownNonDebugMetadata();
1549
1550   if (isa<PHINode>(I))
1551     // Move the new node to the end of the phi list in the destination block.
1552     moveInstructionBefore(I, *Dest->getFirstNonPHI(), *SafetyInfo);
1553   else
1554     // Move the new node to the destination block, before its terminator.
1555     moveInstructionBefore(I, *Dest->getTerminator(), *SafetyInfo);
1556   if (MSSAU) {
1557     // If moving, I just moved a load or store, so update MemorySSA.
1558     MemoryUseOrDef *OldMemAcc = cast_or_null<MemoryUseOrDef>(
1559         MSSAU->getMemorySSA()->getMemoryAccess(&I));
1560     if (OldMemAcc)
1561       MSSAU->moveToPlace(OldMemAcc, Dest, MemorySSA::End);
1562   }
1563
1564   // Do not retain debug locations when we are moving instructions to different
1565   // basic blocks, because we want to avoid jumpy line tables. Calls, however,
1566   // need to retain their debug locs because they may be inlined.
1567   // FIXME: How do we retain source locations without causing poor debugging
1568   // behavior?
1569   if (!isa<CallInst>(I))
1570     I.setDebugLoc(DebugLoc());
1571
1572   if (isa<LoadInst>(I))
1573     ++NumMovedLoads;
1574   else if (isa<CallInst>(I))
1575     ++NumMovedCalls;
1576   ++NumHoisted;
1577 }
1578
1579 /// Only sink or hoist an instruction if it is not a trapping instruction,
1580 /// or if the instruction is known not to trap when moved to the preheader.
1581 /// or if it is a trapping instruction and is guaranteed to execute.
1582 static bool isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &Inst,
1583                                            const DominatorTree *DT,
1584                                            const Loop *CurLoop,
1585                                            const LoopSafetyInfo *SafetyInfo,
1586                                            OptimizationRemarkEmitter *ORE,
1587                                            const Instruction *CtxI) {
1588   if (isSafeToSpeculativelyExecute(&Inst, CtxI, DT))
1589     return true;
1590
1591   bool GuaranteedToExecute =
1592       SafetyInfo->isGuaranteedToExecute(Inst, DT, CurLoop);
1593
1594   if (!GuaranteedToExecute) {
1595     auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(&Inst);
1596     if (LI && CurLoop->isLoopInvariant(LI->getPointerOperand()))
1597       ORE->emit([&]() {
1598         return OptimizationRemarkMissed(
1599                    DEBUG_TYPE, "LoadWithLoopInvariantAddressCondExecuted", LI)
1600                << "failed to hoist load with loop-invariant address "
1601                   "because load is conditionally executed";
1602       });
1603   }
1604
1605   return GuaranteedToExecute;
1606 }
1607
1608 namespace {
1609 class LoopPromoter : public LoadAndStorePromoter {
1610   Value *SomePtr; // Designated pointer to store to.
1611   const SmallSetVector<Value *, 8> &PointerMustAliases;
1612   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &LoopExitBlocks;
1613   SmallVectorImpl<Instruction *> &LoopInsertPts;
1614   PredIteratorCache &PredCache;
1615   AliasSetTracker &AST;
1616   LoopInfo &LI;
1617   DebugLoc DL;
1618   int Alignment;
1619   bool UnorderedAtomic;
1620   AAMDNodes AATags;
1621   ICFLoopSafetyInfo &SafetyInfo;
1622
1623   Value *maybeInsertLCSSAPHI(Value *V, BasicBlock *BB) const {
1624     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1625       if (Loop *L = LI.getLoopFor(I->getParent()))
1626         if (!L->contains(BB)) {
1627           // We need to create an LCSSA PHI node for the incoming value and
1628           // store that.
1629           PHINode *PN = PHINode::Create(I->getType(), PredCache.size(BB),
1630                                         I->getName() + ".lcssa", &BB->front());
1631           for (BasicBlock *Pred : PredCache.get(BB))
1632             PN->addIncoming(I, Pred);
1633           return PN;
1634         }
1635     return V;
1636   }
1637
1638 public:
1639   LoopPromoter(Value *SP, ArrayRef<const Instruction *> Insts, SSAUpdater &S,
1640                const SmallSetVector<Value *, 8> &PMA,
1641                SmallVectorImpl<BasicBlock *> &LEB,
1642                SmallVectorImpl<Instruction *> &LIP, PredIteratorCache &PIC,
1643                AliasSetTracker &ast, LoopInfo &li, DebugLoc dl, int alignment,
1644                bool UnorderedAtomic, const AAMDNodes &AATags,
1645                ICFLoopSafetyInfo &SafetyInfo)
1646       : LoadAndStorePromoter(Insts, S), SomePtr(SP), PointerMustAliases(PMA),
1647         LoopExitBlocks(LEB), LoopInsertPts(LIP), PredCache(PIC), AST(ast),
1648         LI(li), DL(std::move(dl)), Alignment(alignment),
1649         UnorderedAtomic(UnorderedAtomic), AATags(AATags), SafetyInfo(SafetyInfo)
1650       {}
1651
1652   bool isInstInList(Instruction *I,
1653                     const SmallVectorImpl<Instruction *> &) const override {
1654     Value *Ptr;
1655     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1656       Ptr = LI->getOperand(0);
1657     else
1658       Ptr = cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
1659     return PointerMustAliases.count(Ptr);
1660   }
1661
1662   void doExtraRewritesBeforeFinalDeletion() const override {
1663     // Insert stores after in the loop exit blocks.  Each exit block gets a
1664     // store of the live-out values that feed them.  Since we've already told
1665     // the SSA updater about the defs in the loop and the preheader
1666     // definition, it is all set and we can start using it.
1667     for (unsigned i = 0, e = LoopExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
1668       BasicBlock *ExitBlock = LoopExitBlocks[i];
1669       Value *LiveInValue = SSA.GetValueInMiddleOfBlock(ExitBlock);
1670       LiveInValue = maybeInsertLCSSAPHI(LiveInValue, ExitBlock);
1671       Value *Ptr = maybeInsertLCSSAPHI(SomePtr, ExitBlock);
1672       Instruction *InsertPos = LoopInsertPts[i];
1673       StoreInst *NewSI = new StoreInst(LiveInValue, Ptr, InsertPos);
1674       if (UnorderedAtomic)
1675         NewSI->setOrdering(AtomicOrdering::Unordered);
1676       NewSI->setAlignment(Alignment);
1677       NewSI->setDebugLoc(DL);
1678       if (AATags)
1679         NewSI->setAAMetadata(AATags);
1680     }
1681   }
1682
1683   void replaceLoadWithValue(LoadInst *LI, Value *V) const override {
1684     // Update alias analysis.
1685     AST.copyValue(LI, V);
1686   }
1687   void instructionDeleted(Instruction *I) const override {
1688     SafetyInfo.removeInstruction(I);
1689     AST.deleteValue(I);
1690   }
1691 };
1692
1693
1694 /// Return true iff we can prove that a caller of this function can not inspect
1695 /// the contents of the provided object in a well defined program.
1696 bool isKnownNonEscaping(Value *Object, const TargetLibraryInfo *TLI) {
1697   if (isa<AllocaInst>(Object))
1698     // Since the alloca goes out of scope, we know the caller can't retain a
1699     // reference to it and be well defined.  Thus, we don't need to check for
1700     // capture.
1701     return true;
1702
1703   // For all other objects we need to know that the caller can't possibly
1704   // have gotten a reference to the object.  There are two components of
1705   // that:
1706   //   1) Object can't be escaped by this function.  This is what
1707   //      PointerMayBeCaptured checks.
1708   //   2) Object can't have been captured at definition site.  For this, we
1709   //      need to know the return value is noalias.  At the moment, we use a
1710   //      weaker condition and handle only AllocLikeFunctions (which are
1711   //      known to be noalias).  TODO
1712   return isAllocLikeFn(Object, TLI) &&
1713     !PointerMayBeCaptured(Object, true, true);
1714 }
1715
1716 } // namespace
1717
1718 /// Try to promote memory values to scalars by sinking stores out of the
1719 /// loop and moving loads to before the loop.  We do this by looping over
1720 /// the stores in the loop, looking for stores to Must pointers which are
1721 /// loop invariant.
1722 ///
1723 bool llvm::promoteLoopAccessesToScalars(
1724     const SmallSetVector<Value *, 8> &PointerMustAliases,
1725     SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ExitBlocks,
1726     SmallVectorImpl<Instruction *> &InsertPts, PredIteratorCache &PIC,
1727     LoopInfo *LI, DominatorTree *DT, const TargetLibraryInfo *TLI,
1728     Loop *CurLoop, AliasSetTracker *CurAST, ICFLoopSafetyInfo *SafetyInfo,
1729     OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
1730   // Verify inputs.
1731   assert(LI != nullptr && DT != nullptr && CurLoop != nullptr &&
1732          CurAST != nullptr && SafetyInfo != nullptr &&
1733          "Unexpected Input to promoteLoopAccessesToScalars");
1734
1735   Value *SomePtr = *PointerMustAliases.begin();
1736   BasicBlock *Preheader = CurLoop->getLoopPreheader();
1737
1738   // It is not safe to promote a load/store from the loop if the load/store is
1739   // conditional.  For example, turning:
1740   //
1741   //    for () { if (c) *P += 1; }
1742   //
1743   // into:
1744   //
1745   //    tmp = *P;  for () { if (c) tmp +=1; } *P = tmp;
1746   //
1747   // is not safe, because *P may only be valid to access if 'c' is true.
1748   //
1749   // The safety property divides into two parts:
1750   // p1) The memory may not be dereferenceable on entry to the loop.  In this
1751   //    case, we can't insert the required load in the preheader.
1752   // p2) The memory model does not allow us to insert a store along any dynamic
1753   //    path which did not originally have one.
1754   //
1755   // If at least one store is guaranteed to execute, both properties are
1756   // satisfied, and promotion is legal.
1757   //
1758   // This, however, is not a necessary condition. Even if no store/load is
1759   // guaranteed to execute, we can still establish these properties.
1760   // We can establish (p1) by proving that hoisting the load into the preheader
1761   // is safe (i.e. proving dereferenceability on all paths through the loop). We
1762   // can use any access within the alias set to prove dereferenceability,
1763   // since they're all must alias.
1764   //
1765   // There are two ways establish (p2):
1766   // a) Prove the location is thread-local. In this case the memory model
1767   // requirement does not apply, and stores are safe to insert.
1768   // b) Prove a store dominates every exit block. In this case, if an exit
1769   // blocks is reached, the original dynamic path would have taken us through
1770   // the store, so inserting a store into the exit block is safe. Note that this
1771   // is different from the store being guaranteed to execute. For instance,
1772   // if an exception is thrown on the first iteration of the loop, the original
1773   // store is never executed, but the exit blocks are not executed either.
1774
1775   bool DereferenceableInPH = false;
1776   bool SafeToInsertStore = false;
1777
1778   SmallVector<Instruction *, 64> LoopUses;
1779
1780   // We start with an alignment of one and try to find instructions that allow
1781   // us to prove better alignment.
1782   unsigned Alignment = 1;
1783   // Keep track of which types of access we see
1784   bool SawUnorderedAtomic = false;
1785   bool SawNotAtomic = false;
1786   AAMDNodes AATags;
1787
1788   const DataLayout &MDL = Preheader->getModule()->getDataLayout();
1789
1790   bool IsKnownThreadLocalObject = false;
1791   if (SafetyInfo->anyBlockMayThrow()) {
1792     // If a loop can throw, we have to insert a store along each unwind edge.
1793     // That said, we can't actually make the unwind edge explicit. Therefore,
1794     // we have to prove that the store is dead along the unwind edge.  We do
1795     // this by proving that the caller can't have a reference to the object
1796     // after return and thus can't possibly load from the object.
1797     Value *Object = GetUnderlyingObject(SomePtr, MDL);
1798     if (!isKnownNonEscaping(Object, TLI))
1799       return false;
1800     // Subtlety: Alloca's aren't visible to callers, but *are* potentially
1801     // visible to other threads if captured and used during their lifetimes.
1802     IsKnownThreadLocalObject = !isa<AllocaInst>(Object);
1803   }
1804
1805   // Check that all of the pointers in the alias set have the same type.  We
1806   // cannot (yet) promote a memory location that is loaded and stored in
1807   // different sizes.  While we are at it, collect alignment and AA info.
1808   for (Value *ASIV : PointerMustAliases) {
1809     // Check that all of the pointers in the alias set have the same type.  We
1810     // cannot (yet) promote a memory location that is loaded and stored in
1811     // different sizes.
1812     if (SomePtr->getType() != ASIV->getType())
1813       return false;
1814
1815     for (User *U : ASIV->users()) {
1816       // Ignore instructions that are outside the loop.
1817       Instruction *UI = dyn_cast<Instruction>(U);
1818       if (!UI || !CurLoop->contains(UI))
1819         continue;
1820
1821       // If there is an non-load/store instruction in the loop, we can't promote
1822       // it.
1823       if (LoadInst *Load = dyn_cast<LoadInst>(UI)) {
1824         if (!Load->isUnordered())
1825           return false;
1826
1827         SawUnorderedAtomic |= Load->isAtomic();
1828         SawNotAtomic |= !Load->isAtomic();
1829
1830         if (!DereferenceableInPH)
1831           DereferenceableInPH = isSafeToExecuteUnconditionally(
1832               *Load, DT, CurLoop, SafetyInfo, ORE, Preheader->getTerminator());
1833       } else if (const StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(UI)) {
1834         // Stores *of* the pointer are not interesting, only stores *to* the
1835         // pointer.
1836         if (UI->getOperand(1) != ASIV)
1837           continue;
1838         if (!Store->isUnordered())
1839           return false;
1840
1841         SawUnorderedAtomic |= Store->isAtomic();
1842         SawNotAtomic |= !Store->isAtomic();
1843
1844         // If the store is guaranteed to execute, both properties are satisfied.
1845         // We may want to check if a store is guaranteed to execute even if we
1846         // already know that promotion is safe, since it may have higher
1847         // alignment than any other guaranteed stores, in which case we can
1848         // raise the alignment on the promoted store.
1849         unsigned InstAlignment = Store->getAlignment();
1850         if (!InstAlignment)
1851           InstAlignment =
1852               MDL.getABITypeAlignment(Store->getValueOperand()->getType());
1853
1854         if (!DereferenceableInPH || !SafeToInsertStore ||
1855             (InstAlignment > Alignment)) {
1856           if (SafetyInfo->isGuaranteedToExecute(*UI, DT, CurLoop)) {
1857             DereferenceableInPH = true;
1858             SafeToInsertStore = true;
1859             Alignment = std::max(Alignment, InstAlignment);
1860           }
1861         }
1862
1863         // If a store dominates all exit blocks, it is safe to sink.
1864         // As explained above, if an exit block was executed, a dominating
1865         // store must have been executed at least once, so we are not
1866         // introducing stores on paths that did not have them.
1867         // Note that this only looks at explicit exit blocks. If we ever
1868         // start sinking stores into unwind edges (see above), this will break.
1869         if (!SafeToInsertStore)
1870           SafeToInsertStore = llvm::all_of(ExitBlocks, [&](BasicBlock *Exit) {
1871             return DT->dominates(Store->getParent(), Exit);
1872           });
1873
1874         // If the store is not guaranteed to execute, we may still get
1875         // deref info through it.
1876         if (!DereferenceableInPH) {
1877           DereferenceableInPH = isDereferenceableAndAlignedPointer(
1878               Store->getPointerOperand(), Store->getAlignment(), MDL,
1879               Preheader->getTerminator(), DT);
1880         }
1881       } else
1882         return false; // Not a load or store.
1883
1884       // Merge the AA tags.
1885       if (LoopUses.empty()) {
1886         // On the first load/store, just take its AA tags.
1887         UI->getAAMetadata(AATags);
1888       } else if (AATags) {
1889         UI->getAAMetadata(AATags, /* Merge = */ true);
1890       }
1891
1892       LoopUses.push_back(UI);
1893     }
1894   }
1895
1896   // If we found both an unordered atomic instruction and a non-atomic memory
1897   // access, bail.  We can't blindly promote non-atomic to atomic since we
1898   // might not be able to lower the result.  We can't downgrade since that
1899   // would violate memory model.  Also, align 0 is an error for atomics.
1900   if (SawUnorderedAtomic && SawNotAtomic)
1901     return false;
1902
1903   // If we couldn't prove we can hoist the load, bail.
1904   if (!DereferenceableInPH)
1905     return false;
1906
1907   // We know we can hoist the load, but don't have a guaranteed store.
1908   // Check whether the location is thread-local. If it is, then we can insert
1909   // stores along paths which originally didn't have them without violating the
1910   // memory model.
1911   if (!SafeToInsertStore) {
1912     if (IsKnownThreadLocalObject)
1913       SafeToInsertStore = true;
1914     else {
1915       Value *Object = GetUnderlyingObject(SomePtr, MDL);
1916       SafeToInsertStore =
1917           (isAllocLikeFn(Object, TLI) || isa<AllocaInst>(Object)) &&
1918           !PointerMayBeCaptured(Object, true, true);
1919     }
1920   }
1921
1922   // If we've still failed to prove we can sink the store, give up.
1923   if (!SafeToInsertStore)
1924     return false;
1925
1926   // Otherwise, this is safe to promote, lets do it!
1927   LLVM_DEBUG(dbgs() << "LICM: Promoting value stored to in loop: " << *SomePtr
1928                     << '\n');
1929   ORE->emit([&]() {
1930     return OptimizationRemark(DEBUG_TYPE, "PromoteLoopAccessesToScalar",
1931                               LoopUses[0])
1932            << "Moving accesses to memory location out of the loop";
1933   });
1934   ++NumPromoted;
1935
1936   // Grab a debug location for the inserted loads/stores; given that the
1937   // inserted loads/stores have little relation to the original loads/stores,
1938   // this code just arbitrarily picks a location from one, since any debug
1939   // location is better than none.
1940   DebugLoc DL = LoopUses[0]->getDebugLoc();
1941
1942   // We use the SSAUpdater interface to insert phi nodes as required.
1943   SmallVector<PHINode *, 16> NewPHIs;
1944   SSAUpdater SSA(&NewPHIs);
1945   LoopPromoter Promoter(SomePtr, LoopUses, SSA, PointerMustAliases, ExitBlocks,
1946                         InsertPts, PIC, *CurAST, *LI, DL, Alignment,
1947                         SawUnorderedAtomic, AATags, *SafetyInfo);
1948
1949   // Set up the preheader to have a definition of the value.  It is the live-out
1950   // value from the preheader that uses in the loop will use.
1951   LoadInst *PreheaderLoad = new LoadInst(
1952       SomePtr, SomePtr->getName() + ".promoted", Preheader->getTerminator());
1953   if (SawUnorderedAtomic)
1954     PreheaderLoad->setOrdering(AtomicOrdering::Unordered);
1955   PreheaderLoad->setAlignment(Alignment);
1956   PreheaderLoad->setDebugLoc(DL);
1957   if (AATags)
1958     PreheaderLoad->setAAMetadata(AATags);
1959   SSA.AddAvailableValue(Preheader, PreheaderLoad);
1960
1961   // Rewrite all the loads in the loop and remember all the definitions from
1962   // stores in the loop.
1963   Promoter.run(LoopUses);
1964
1965   // If the SSAUpdater didn't use the load in the preheader, just zap it now.
1966   if (PreheaderLoad->use_empty())
1967     eraseInstruction(*PreheaderLoad, *SafetyInfo, CurAST, nullptr);
1968
1969   return true;
1970 }
1971
1972 /// Returns an owning pointer to an alias set which incorporates aliasing info
1973 /// from L and all subloops of L.
1974 /// FIXME: In new pass manager, there is no helper function to handle loop
1975 /// analysis such as cloneBasicBlockAnalysis, so the AST needs to be recomputed
1976 /// from scratch for every loop. Hook up with the helper functions when
1977 /// available in the new pass manager to avoid redundant computation.
1978 std::unique_ptr<AliasSetTracker>
1979 LoopInvariantCodeMotion::collectAliasInfoForLoop(Loop *L, LoopInfo *LI,
1980                                                  AliasAnalysis *AA) {
1981   std::unique_ptr<AliasSetTracker> CurAST;
1982   SmallVector<Loop *, 4> RecomputeLoops;
1983   for (Loop *InnerL : L->getSubLoops()) {
1984     auto MapI = LoopToAliasSetMap.find(InnerL);
1985     // If the AST for this inner loop is missing it may have been merged into
1986     // some other loop's AST and then that loop unrolled, and so we need to
1987     // recompute it.
1988     if (MapI == LoopToAliasSetMap.end()) {
1989       RecomputeLoops.push_back(InnerL);
1990       continue;
1991     }
1992     std::unique_ptr<AliasSetTracker> InnerAST = std::move(MapI->second);
1993
1994     if (CurAST) {
1995       // What if InnerLoop was modified by other passes ?
1996       // Once we've incorporated the inner loop's AST into ours, we don't need
1997       // the subloop's anymore.
1998       CurAST->add(*InnerAST);
1999     } else {
2000       CurAST = std::move(InnerAST);
2001     }
2002     LoopToAliasSetMap.erase(MapI);
2003   }
2004   if (!CurAST)
2005     CurAST = make_unique<AliasSetTracker>(*AA);
2006
2007   // Add everything from the sub loops that are no longer directly available.
2008   for (Loop *InnerL : RecomputeLoops)
2009     for (BasicBlock *BB : InnerL->blocks())
2010       CurAST->add(*BB);
2011
2012   // And merge in this loop (without anything from inner loops).
2013   for (BasicBlock *BB : L->blocks())
2014     if (LI->getLoopFor(BB) == L)
2015       CurAST->add(*BB);
2016
2017   return CurAST;
2018 }
2019
2020 /// Simple analysis hook. Clone alias set info.
2021 ///
2022 void LegacyLICMPass::cloneBasicBlockAnalysis(BasicBlock *From, BasicBlock *To,
2023                                              Loop *L) {
2024   auto ASTIt = LICM.getLoopToAliasSetMap().find(L);
2025   if (ASTIt == LICM.getLoopToAliasSetMap().end())
2026     return;
2027
2028   ASTIt->second->copyValue(From, To);
2029 }
2030
2031 /// Simple Analysis hook. Delete value V from alias set
2032 ///
2033 void LegacyLICMPass::deleteAnalysisValue(Value *V, Loop *L) {
2034   auto ASTIt = LICM.getLoopToAliasSetMap().find(L);
2035   if (ASTIt == LICM.getLoopToAliasSetMap().end())
2036     return;
2037
2038   ASTIt->second->deleteValue(V);
2039 }
2040
2041 /// Simple Analysis hook. Delete value L from alias set map.
2042 ///
2043 void LegacyLICMPass::deleteAnalysisLoop(Loop *L) {
2044   if (!LICM.getLoopToAliasSetMap().count(L))
2045     return;
2046
2047   LICM.getLoopToAliasSetMap().erase(L);
2048 }
2049
2050 static bool pointerInvalidatedByLoop(MemoryLocation MemLoc,
2051                                      AliasSetTracker *CurAST, Loop *CurLoop,
2052                                      AliasAnalysis *AA) {
2053   // First check to see if any of the basic blocks in CurLoop invalidate *V.
2054   bool isInvalidatedAccordingToAST = CurAST->getAliasSetFor(MemLoc).isMod();
2055
2056   if (!isInvalidatedAccordingToAST || !LICMN2Theshold)
2057     return isInvalidatedAccordingToAST;
2058
2059   // Check with a diagnostic analysis if we can refine the information above.
2060   // This is to identify the limitations of using the AST.
2061   // The alias set mechanism used by LICM has a major weakness in that it
2062   // combines all things which may alias into a single set *before* asking
2063   // modref questions. As a result, a single readonly call within a loop will
2064   // collapse all loads and stores into a single alias set and report
2065   // invalidation if the loop contains any store. For example, readonly calls
2066   // with deopt states have this form and create a general alias set with all
2067   // loads and stores.  In order to get any LICM in loops containing possible
2068   // deopt states we need a more precise invalidation of checking the mod ref
2069   // info of each instruction within the loop and LI. This has a complexity of
2070   // O(N^2), so currently, it is used only as a diagnostic tool since the
2071   // default value of LICMN2Threshold is zero.
2072
2073   // Don't look at nested loops.
2074   if (CurLoop->begin() != CurLoop->end())
2075     return true;
2076
2077   int N = 0;
2078   for (BasicBlock *BB : CurLoop->getBlocks())
2079     for (Instruction &I : *BB) {
2080       if (N >= LICMN2Theshold) {
2081         LLVM_DEBUG(dbgs() << "Alasing N2 threshold exhausted for "
2082                           << *(MemLoc.Ptr) << "\n");
2083         return true;
2084       }
2085       N++;
2086       auto Res = AA->getModRefInfo(&I, MemLoc);
2087       if (isModSet(Res)) {
2088         LLVM_DEBUG(dbgs() << "Aliasing failed on " << I << " for "
2089                           << *(MemLoc.Ptr) << "\n");
2090         return true;
2091       }
2092     }
2093   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Aliasing okay for " << *(MemLoc.Ptr) << "\n");
2094   return false;
2095 }
2096
2097 static bool pointerInvalidatedByLoopWithMSSA(MemorySSA *MSSA, MemoryUse *MU,
2098                                              Loop *CurLoop) {
2099   MemoryAccess *Source;
2100   // See declaration of EnableLicmCap for usage details.
2101   if (EnableLicmCap)
2102     Source = MU->getDefiningAccess();
2103   else
2104     Source = MSSA->getSkipSelfWalker()->getClobberingMemoryAccess(MU);
2105   return !MSSA->isLiveOnEntryDef(Source) &&
2106          CurLoop->contains(Source->getBlock());
2107 }
2108
2109 /// Little predicate that returns true if the specified basic block is in
2110 /// a subloop of the current one, not the current one itself.
2111 ///
2112 static bool inSubLoop(BasicBlock *BB, Loop *CurLoop, LoopInfo *LI) {
2113   assert(CurLoop->contains(BB) && "Only valid if BB is IN the loop");
2114   return LI->getLoopFor(BB) != CurLoop;
2115 }