]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/9.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Scalar/LICM.cpp
MFC r244628:
[FreeBSD/stable/9.git] / contrib / llvm / 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 #define DEBUG_TYPE "licm"
34 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
35 #include "llvm/Constants.h"
36 #include "llvm/DerivedTypes.h"
37 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
38 #include "llvm/Instructions.h"
39 #include "llvm/LLVMContext.h"
40 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
41 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
42 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
43 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
44 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
45 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
46 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
47 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
48 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
49 #include "llvm/DataLayout.h"
50 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
51 #include "llvm/Support/CFG.h"
52 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
53 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
54 #include "llvm/Support/Debug.h"
55 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
56 #include <algorithm>
57 using namespace llvm;
58
59 STATISTIC(NumSunk      , "Number of instructions sunk out of loop");
60 STATISTIC(NumHoisted   , "Number of instructions hoisted out of loop");
61 STATISTIC(NumMovedLoads, "Number of load insts hoisted or sunk");
62 STATISTIC(NumMovedCalls, "Number of call insts hoisted or sunk");
63 STATISTIC(NumPromoted  , "Number of memory locations promoted to registers");
64
65 static cl::opt<bool>
66 DisablePromotion("disable-licm-promotion", cl::Hidden,
67                  cl::desc("Disable memory promotion in LICM pass"));
68
69 namespace {
70   struct LICM : public LoopPass {
71     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
72     LICM() : LoopPass(ID) {
73       initializeLICMPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
74     }
75
76     virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
77
78     /// This transformation requires natural loop information & requires that
79     /// loop preheaders be inserted into the CFG...
80     ///
81     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
82       AU.setPreservesCFG();
83       AU.addRequired<DominatorTree>();
84       AU.addRequired<LoopInfo>();
85       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
86       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
87       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
88       AU.addPreserved("scalar-evolution");
89       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
90       AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
91     }
92
93     bool doFinalization() {
94       assert(LoopToAliasSetMap.empty() && "Didn't free loop alias sets");
95       return false;
96     }
97
98   private:
99     AliasAnalysis *AA;       // Current AliasAnalysis information
100     LoopInfo      *LI;       // Current LoopInfo
101     DominatorTree *DT;       // Dominator Tree for the current Loop.
102
103     DataLayout *TD;          // DataLayout for constant folding.
104     TargetLibraryInfo *TLI;  // TargetLibraryInfo for constant folding.
105
106     // State that is updated as we process loops.
107     bool Changed;            // Set to true when we change anything.
108     BasicBlock *Preheader;   // The preheader block of the current loop...
109     Loop *CurLoop;           // The current loop we are working on...
110     AliasSetTracker *CurAST; // AliasSet information for the current loop...
111     bool MayThrow;           // The current loop contains an instruction which
112                              // may throw, thus preventing code motion of
113                              // instructions with side effects.
114     DenseMap<Loop*, AliasSetTracker*> LoopToAliasSetMap;
115
116     /// cloneBasicBlockAnalysis - Simple Analysis hook. Clone alias set info.
117     void cloneBasicBlockAnalysis(BasicBlock *From, BasicBlock *To, Loop *L);
118
119     /// deleteAnalysisValue - Simple Analysis hook. Delete value V from alias
120     /// set.
121     void deleteAnalysisValue(Value *V, Loop *L);
122
123     /// SinkRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
124     /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in
125     /// reverse depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to
126     /// visit uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one
127     /// pass without iteration.
128     ///
129     void SinkRegion(DomTreeNode *N);
130
131     /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all
132     /// blocks dominated by the specified block, and that are in the current
133     /// loop) in depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to
134     /// visit definitions before uses, allowing us to hoist a loop body in one
135     /// pass without iteration.
136     ///
137     void HoistRegion(DomTreeNode *N);
138
139     /// inSubLoop - Little predicate that returns true if the specified basic
140     /// block is in a subloop of the current one, not the current one itself.
141     ///
142     bool inSubLoop(BasicBlock *BB) {
143       assert(CurLoop->contains(BB) && "Only valid if BB is IN the loop");
144       return LI->getLoopFor(BB) != CurLoop;
145     }
146
147     /// sink - When an instruction is found to only be used outside of the loop,
148     /// this function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as
149     /// needed.
150     ///
151     void sink(Instruction &I);
152
153     /// hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
154     /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
155     ///
156     void hoist(Instruction &I);
157
158     /// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it
159     /// is not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
160     /// guaranteed to execute.
161     ///
162     bool isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &I);
163
164     /// isGuaranteedToExecute - Check that the instruction is guaranteed to
165     /// execute.
166     ///
167     bool isGuaranteedToExecute(Instruction &I);
168
169     /// pointerInvalidatedByLoop - Return true if the body of this loop may
170     /// store into the memory location pointed to by V.
171     ///
172     bool pointerInvalidatedByLoop(Value *V, uint64_t Size,
173                                   const MDNode *TBAAInfo) {
174       // Check to see if any of the basic blocks in CurLoop invalidate *V.
175       return CurAST->getAliasSetForPointer(V, Size, TBAAInfo).isMod();
176     }
177
178     bool canSinkOrHoistInst(Instruction &I);
179     bool isNotUsedInLoop(Instruction &I);
180
181     void PromoteAliasSet(AliasSet &AS,
182                          SmallVectorImpl<BasicBlock*> &ExitBlocks,
183                          SmallVectorImpl<Instruction*> &InsertPts);
184   };
185 }
186
187 char LICM::ID = 0;
188 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LICM, "licm", "Loop Invariant Code Motion", false, false)
189 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
190 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
191 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
192 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
193 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
194 INITIALIZE_PASS_END(LICM, "licm", "Loop Invariant Code Motion", false, false)
195
196 Pass *llvm::createLICMPass() { return new LICM(); }
197
198 /// Hoist expressions out of the specified loop. Note, alias info for inner
199 /// loop is not preserved so it is not a good idea to run LICM multiple
200 /// times on one loop.
201 ///
202 bool LICM::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
203   Changed = false;
204
205   // Get our Loop and Alias Analysis information...
206   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
207   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
208   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
209
210   TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
211   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
212
213   CurAST = new AliasSetTracker(*AA);
214   // Collect Alias info from subloops.
215   for (Loop::iterator LoopItr = L->begin(), LoopItrE = L->end();
216        LoopItr != LoopItrE; ++LoopItr) {
217     Loop *InnerL = *LoopItr;
218     AliasSetTracker *InnerAST = LoopToAliasSetMap[InnerL];
219     assert(InnerAST && "Where is my AST?");
220
221     // What if InnerLoop was modified by other passes ?
222     CurAST->add(*InnerAST);
223
224     // Once we've incorporated the inner loop's AST into ours, we don't need the
225     // subloop's anymore.
226     delete InnerAST;
227     LoopToAliasSetMap.erase(InnerL);
228   }
229
230   CurLoop = L;
231
232   // Get the preheader block to move instructions into...
233   Preheader = L->getLoopPreheader();
234
235   // Loop over the body of this loop, looking for calls, invokes, and stores.
236   // Because subloops have already been incorporated into AST, we skip blocks in
237   // subloops.
238   //
239   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
240        I != E; ++I) {
241     BasicBlock *BB = *I;
242     if (LI->getLoopFor(BB) == L)        // Ignore blocks in subloops.
243       CurAST->add(*BB);                 // Incorporate the specified basic block
244   }
245
246   MayThrow = false;
247   // TODO: We've already searched for instructions which may throw in subloops.
248   // We may want to reuse this information.
249   for (Loop::block_iterator BB = L->block_begin(), BBE = L->block_end();
250        (BB != BBE) && !MayThrow ; ++BB)
251     for (BasicBlock::iterator I = (*BB)->begin(), E = (*BB)->end();
252          (I != E) && !MayThrow; ++I)
253       MayThrow |= I->mayThrow();
254
255   // We want to visit all of the instructions in this loop... that are not parts
256   // of our subloops (they have already had their invariants hoisted out of
257   // their loop, into this loop, so there is no need to process the BODIES of
258   // the subloops).
259   //
260   // Traverse the body of the loop in depth first order on the dominator tree so
261   // that we are guaranteed to see definitions before we see uses.  This allows
262   // us to sink instructions in one pass, without iteration.  After sinking
263   // instructions, we perform another pass to hoist them out of the loop.
264   //
265   if (L->hasDedicatedExits())
266     SinkRegion(DT->getNode(L->getHeader()));
267   if (Preheader)
268     HoistRegion(DT->getNode(L->getHeader()));
269
270   // Now that all loop invariants have been removed from the loop, promote any
271   // memory references to scalars that we can.
272   if (!DisablePromotion && Preheader && L->hasDedicatedExits()) {
273     SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
274     SmallVector<Instruction *, 8> InsertPts;
275
276     // Loop over all of the alias sets in the tracker object.
277     for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
278          I != E; ++I)
279       PromoteAliasSet(*I, ExitBlocks, InsertPts);
280   }
281
282   // Clear out loops state information for the next iteration
283   CurLoop = 0;
284   Preheader = 0;
285
286   // If this loop is nested inside of another one, save the alias information
287   // for when we process the outer loop.
288   if (L->getParentLoop())
289     LoopToAliasSetMap[L] = CurAST;
290   else
291     delete CurAST;
292   return Changed;
293 }
294
295 /// SinkRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
296 /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in
297 /// reverse depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit
298 /// uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one pass without
299 /// iteration.
300 ///
301 void LICM::SinkRegion(DomTreeNode *N) {
302   assert(N != 0 && "Null dominator tree node?");
303   BasicBlock *BB = N->getBlock();
304
305   // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
306   if (!CurLoop->contains(BB)) return;
307
308   // We are processing blocks in reverse dfo, so process children first.
309   const std::vector<DomTreeNode*> &Children = N->getChildren();
310   for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
311     SinkRegion(Children[i]);
312
313   // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
314   // subloop (which would already have been processed).
315   if (inSubLoop(BB)) return;
316
317   for (BasicBlock::iterator II = BB->end(); II != BB->begin(); ) {
318     Instruction &I = *--II;
319
320     // If the instruction is dead, we would try to sink it because it isn't used
321     // in the loop, instead, just delete it.
322     if (isInstructionTriviallyDead(&I, TLI)) {
323       DEBUG(dbgs() << "LICM deleting dead inst: " << I << '\n');
324       ++II;
325       CurAST->deleteValue(&I);
326       I.eraseFromParent();
327       Changed = true;
328       continue;
329     }
330
331     // Check to see if we can sink this instruction to the exit blocks
332     // of the loop.  We can do this if the all users of the instruction are
333     // outside of the loop.  In this case, it doesn't even matter if the
334     // operands of the instruction are loop invariant.
335     //
336     if (isNotUsedInLoop(I) && canSinkOrHoistInst(I)) {
337       ++II;
338       sink(I);
339     }
340   }
341 }
342
343 /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
344 /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in depth
345 /// first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit definitions
346 /// before uses, allowing us to hoist a loop body in one pass without iteration.
347 ///
348 void LICM::HoistRegion(DomTreeNode *N) {
349   assert(N != 0 && "Null dominator tree node?");
350   BasicBlock *BB = N->getBlock();
351
352   // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
353   if (!CurLoop->contains(BB)) return;
354
355   // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
356   // subloop (which would already have been processed).
357   if (!inSubLoop(BB))
358     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = BB->end(); II != E; ) {
359       Instruction &I = *II++;
360
361       // Try constant folding this instruction.  If all the operands are
362       // constants, it is technically hoistable, but it would be better to just
363       // fold it.
364       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(&I, TD, TLI)) {
365         DEBUG(dbgs() << "LICM folding inst: " << I << "  --> " << *C << '\n');
366         CurAST->copyValue(&I, C);
367         CurAST->deleteValue(&I);
368         I.replaceAllUsesWith(C);
369         I.eraseFromParent();
370         continue;
371       }
372
373       // Try hoisting the instruction out to the preheader.  We can only do this
374       // if all of the operands of the instruction are loop invariant and if it
375       // is safe to hoist the instruction.
376       //
377       if (CurLoop->hasLoopInvariantOperands(&I) && canSinkOrHoistInst(I) &&
378           isSafeToExecuteUnconditionally(I))
379         hoist(I);
380     }
381
382   const std::vector<DomTreeNode*> &Children = N->getChildren();
383   for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
384     HoistRegion(Children[i]);
385 }
386
387 /// canSinkOrHoistInst - Return true if the hoister and sinker can handle this
388 /// instruction.
389 ///
390 bool LICM::canSinkOrHoistInst(Instruction &I) {
391   // Loads have extra constraints we have to verify before we can hoist them.
392   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I)) {
393     if (!LI->isUnordered())
394       return false;        // Don't hoist volatile/atomic loads!
395
396     // Loads from constant memory are always safe to move, even if they end up
397     // in the same alias set as something that ends up being modified.
398     if (AA->pointsToConstantMemory(LI->getOperand(0)))
399       return true;
400     if (LI->getMetadata("invariant.load"))
401       return true;
402
403     // Don't hoist loads which have may-aliased stores in loop.
404     uint64_t Size = 0;
405     if (LI->getType()->isSized())
406       Size = AA->getTypeStoreSize(LI->getType());
407     return !pointerInvalidatedByLoop(LI->getOperand(0), Size,
408                                      LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa));
409   } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&I)) {
410     // Don't sink or hoist dbg info; it's legal, but not useful.
411     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
412       return false;
413
414     // Handle simple cases by querying alias analysis.
415     AliasAnalysis::ModRefBehavior Behavior = AA->getModRefBehavior(CI);
416     if (Behavior == AliasAnalysis::DoesNotAccessMemory)
417       return true;
418     if (AliasAnalysis::onlyReadsMemory(Behavior)) {
419       // If this call only reads from memory and there are no writes to memory
420       // in the loop, we can hoist or sink the call as appropriate.
421       bool FoundMod = false;
422       for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
423            I != E; ++I) {
424         AliasSet &AS = *I;
425         if (!AS.isForwardingAliasSet() && AS.isMod()) {
426           FoundMod = true;
427           break;
428         }
429       }
430       if (!FoundMod) return true;
431     }
432
433     // FIXME: This should use mod/ref information to see if we can hoist or
434     // sink the call.
435
436     return false;
437   }
438
439   // Only these instructions are hoistable/sinkable.
440   bool HoistableKind = (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CastInst>(I) ||
441                             isa<SelectInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) ||
442                             isa<CmpInst>(I)    || isa<InsertElementInst>(I) ||
443                             isa<ExtractElementInst>(I) ||
444                             isa<ShuffleVectorInst>(I));
445   if (!HoistableKind)
446       return false;
447
448   return isSafeToExecuteUnconditionally(I);
449 }
450
451 /// isNotUsedInLoop - Return true if the only users of this instruction are
452 /// outside of the loop.  If this is true, we can sink the instruction to the
453 /// exit blocks of the loop.
454 ///
455 bool LICM::isNotUsedInLoop(Instruction &I) {
456   for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), E = I.use_end(); UI != E; ++UI) {
457     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
458     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
459       // PHI node uses occur in predecessor blocks!
460       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
461         if (PN->getIncomingValue(i) == &I)
462           if (CurLoop->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
463             return false;
464     } else if (CurLoop->contains(User)) {
465       return false;
466     }
467   }
468   return true;
469 }
470
471
472 /// sink - When an instruction is found to only be used outside of the loop,
473 /// this function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as needed.
474 /// This method is guaranteed to remove the original instruction from its
475 /// position, and may either delete it or move it to outside of the loop.
476 ///
477 void LICM::sink(Instruction &I) {
478   DEBUG(dbgs() << "LICM sinking instruction: " << I << "\n");
479
480   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
481   CurLoop->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
482
483   if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
484   else if (isa<CallInst>(I)) ++NumMovedCalls;
485   ++NumSunk;
486   Changed = true;
487
488   // The case where there is only a single exit node of this loop is common
489   // enough that we handle it as a special (more efficient) case.  It is more
490   // efficient to handle because there are no PHI nodes that need to be placed.
491   if (ExitBlocks.size() == 1) {
492     if (!DT->dominates(I.getParent(), ExitBlocks[0])) {
493       // Instruction is not used, just delete it.
494       CurAST->deleteValue(&I);
495       // If I has users in unreachable blocks, eliminate.
496       // If I is not void type then replaceAllUsesWith undef.
497       // This allows ValueHandlers and custom metadata to adjust itself.
498       if (!I.use_empty())
499         I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
500       I.eraseFromParent();
501     } else {
502       // Move the instruction to the start of the exit block, after any PHI
503       // nodes in it.
504       I.moveBefore(ExitBlocks[0]->getFirstInsertionPt());
505
506       // This instruction is no longer in the AST for the current loop, because
507       // we just sunk it out of the loop.  If we just sunk it into an outer
508       // loop, we will rediscover the operation when we process it.
509       CurAST->deleteValue(&I);
510     }
511     return;
512   }
513
514   if (ExitBlocks.empty()) {
515     // The instruction is actually dead if there ARE NO exit blocks.
516     CurAST->deleteValue(&I);
517     // If I has users in unreachable blocks, eliminate.
518     // If I is not void type then replaceAllUsesWith undef.
519     // This allows ValueHandlers and custom metadata to adjust itself.
520     if (!I.use_empty())
521       I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
522     I.eraseFromParent();
523     return;
524   }
525
526   // Otherwise, if we have multiple exits, use the SSAUpdater to do all of the
527   // hard work of inserting PHI nodes as necessary.
528   SmallVector<PHINode*, 8> NewPHIs;
529   SSAUpdater SSA(&NewPHIs);
530
531   if (!I.use_empty())
532     SSA.Initialize(I.getType(), I.getName());
533
534   // Insert a copy of the instruction in each exit block of the loop that is
535   // dominated by the instruction.  Each exit block is known to only be in the
536   // ExitBlocks list once.
537   BasicBlock *InstOrigBB = I.getParent();
538   unsigned NumInserted = 0;
539
540   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
541     BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[i];
542
543     if (!DT->dominates(InstOrigBB, ExitBlock))
544       continue;
545
546     // Insert the code after the last PHI node.
547     BasicBlock::iterator InsertPt = ExitBlock->getFirstInsertionPt();
548
549     // If this is the first exit block processed, just move the original
550     // instruction, otherwise clone the original instruction and insert
551     // the copy.
552     Instruction *New;
553     if (NumInserted++ == 0) {
554       I.moveBefore(InsertPt);
555       New = &I;
556     } else {
557       New = I.clone();
558       if (!I.getName().empty())
559         New->setName(I.getName()+".le");
560       ExitBlock->getInstList().insert(InsertPt, New);
561     }
562
563     // Now that we have inserted the instruction, inform SSAUpdater.
564     if (!I.use_empty())
565       SSA.AddAvailableValue(ExitBlock, New);
566   }
567
568   // If the instruction doesn't dominate any exit blocks, it must be dead.
569   if (NumInserted == 0) {
570     CurAST->deleteValue(&I);
571     if (!I.use_empty())
572       I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
573     I.eraseFromParent();
574     return;
575   }
576
577   // Next, rewrite uses of the instruction, inserting PHI nodes as needed.
578   for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE; ) {
579     // Grab the use before incrementing the iterator.
580     Use &U = UI.getUse();
581     // Increment the iterator before removing the use from the list.
582     ++UI;
583     SSA.RewriteUseAfterInsertions(U);
584   }
585
586   // Update CurAST for NewPHIs if I had pointer type.
587   if (I.getType()->isPointerTy())
588     for (unsigned i = 0, e = NewPHIs.size(); i != e; ++i)
589       CurAST->copyValue(&I, NewPHIs[i]);
590
591   // Finally, remove the instruction from CurAST.  It is no longer in the loop.
592   CurAST->deleteValue(&I);
593 }
594
595 /// hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
596 /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
597 ///
598 void LICM::hoist(Instruction &I) {
599   DEBUG(dbgs() << "LICM hoisting to " << Preheader->getName() << ": "
600         << I << "\n");
601
602   // Move the new node to the Preheader, before its terminator.
603   I.moveBefore(Preheader->getTerminator());
604
605   if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
606   else if (isa<CallInst>(I)) ++NumMovedCalls;
607   ++NumHoisted;
608   Changed = true;
609 }
610
611 /// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it is
612 /// not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
613 /// guaranteed to execute.
614 ///
615 bool LICM::isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &Inst) {
616   // If it is not a trapping instruction, it is always safe to hoist.
617   if (isSafeToSpeculativelyExecute(&Inst))
618     return true;
619
620   return isGuaranteedToExecute(Inst);
621 }
622
623 bool LICM::isGuaranteedToExecute(Instruction &Inst) {
624
625   // Somewhere in this loop there is an instruction which may throw and make us
626   // exit the loop.
627   if (MayThrow)
628     return false;
629
630   // Otherwise we have to check to make sure that the instruction dominates all
631   // of the exit blocks.  If it doesn't, then there is a path out of the loop
632   // which does not execute this instruction, so we can't hoist it.
633
634   // If the instruction is in the header block for the loop (which is very
635   // common), it is always guaranteed to dominate the exit blocks.  Since this
636   // is a common case, and can save some work, check it now.
637   if (Inst.getParent() == CurLoop->getHeader())
638     return true;
639
640   // Get the exit blocks for the current loop.
641   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
642   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
643
644   // Verify that the block dominates each of the exit blocks of the loop.
645   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
646     if (!DT->dominates(Inst.getParent(), ExitBlocks[i]))
647       return false;
648
649   // As a degenerate case, if the loop is statically infinite then we haven't
650   // proven anything since there are no exit blocks.
651   if (ExitBlocks.empty())
652     return false;
653
654   return true;
655 }
656
657 namespace {
658   class LoopPromoter : public LoadAndStorePromoter {
659     Value *SomePtr;  // Designated pointer to store to.
660     SmallPtrSet<Value*, 4> &PointerMustAliases;
661     SmallVectorImpl<BasicBlock*> &LoopExitBlocks;
662     SmallVectorImpl<Instruction*> &LoopInsertPts;
663     AliasSetTracker &AST;
664     DebugLoc DL;
665     int Alignment;
666   public:
667     LoopPromoter(Value *SP,
668                  const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
669                  SmallPtrSet<Value*, 4> &PMA,
670                  SmallVectorImpl<BasicBlock*> &LEB,
671                  SmallVectorImpl<Instruction*> &LIP,
672                  AliasSetTracker &ast, DebugLoc dl, int alignment)
673       : LoadAndStorePromoter(Insts, S), SomePtr(SP),
674         PointerMustAliases(PMA), LoopExitBlocks(LEB), LoopInsertPts(LIP),
675         AST(ast), DL(dl), Alignment(alignment) {}
676
677     virtual bool isInstInList(Instruction *I,
678                               const SmallVectorImpl<Instruction*> &) const {
679       Value *Ptr;
680       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
681         Ptr = LI->getOperand(0);
682       else
683         Ptr = cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
684       return PointerMustAliases.count(Ptr);
685     }
686
687     virtual void doExtraRewritesBeforeFinalDeletion() const {
688       // Insert stores after in the loop exit blocks.  Each exit block gets a
689       // store of the live-out values that feed them.  Since we've already told
690       // the SSA updater about the defs in the loop and the preheader
691       // definition, it is all set and we can start using it.
692       for (unsigned i = 0, e = LoopExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
693         BasicBlock *ExitBlock = LoopExitBlocks[i];
694         Value *LiveInValue = SSA.GetValueInMiddleOfBlock(ExitBlock);
695         Instruction *InsertPos = LoopInsertPts[i];
696         StoreInst *NewSI = new StoreInst(LiveInValue, SomePtr, InsertPos);
697         NewSI->setAlignment(Alignment);
698         NewSI->setDebugLoc(DL);
699       }
700     }
701
702     virtual void replaceLoadWithValue(LoadInst *LI, Value *V) const {
703       // Update alias analysis.
704       AST.copyValue(LI, V);
705     }
706     virtual void instructionDeleted(Instruction *I) const {
707       AST.deleteValue(I);
708     }
709   };
710 } // end anon namespace
711
712 /// PromoteAliasSet - Try to promote memory values to scalars by sinking
713 /// stores out of the loop and moving loads to before the loop.  We do this by
714 /// looping over the stores in the loop, looking for stores to Must pointers
715 /// which are loop invariant.
716 ///
717 void LICM::PromoteAliasSet(AliasSet &AS,
718                            SmallVectorImpl<BasicBlock*> &ExitBlocks,
719                            SmallVectorImpl<Instruction*> &InsertPts) {
720   // We can promote this alias set if it has a store, if it is a "Must" alias
721   // set, if the pointer is loop invariant, and if we are not eliminating any
722   // volatile loads or stores.
723   if (AS.isForwardingAliasSet() || !AS.isMod() || !AS.isMustAlias() ||
724       AS.isVolatile() || !CurLoop->isLoopInvariant(AS.begin()->getValue()))
725     return;
726
727   assert(!AS.empty() &&
728          "Must alias set should have at least one pointer element in it!");
729   Value *SomePtr = AS.begin()->getValue();
730
731   // It isn't safe to promote a load/store from the loop if the load/store is
732   // conditional.  For example, turning:
733   //
734   //    for () { if (c) *P += 1; }
735   //
736   // into:
737   //
738   //    tmp = *P;  for () { if (c) tmp +=1; } *P = tmp;
739   //
740   // is not safe, because *P may only be valid to access if 'c' is true.
741   //
742   // It is safe to promote P if all uses are direct load/stores and if at
743   // least one is guaranteed to be executed.
744   bool GuaranteedToExecute = false;
745
746   SmallVector<Instruction*, 64> LoopUses;
747   SmallPtrSet<Value*, 4> PointerMustAliases;
748
749   // We start with an alignment of one and try to find instructions that allow
750   // us to prove better alignment.
751   unsigned Alignment = 1;
752
753   // Check that all of the pointers in the alias set have the same type.  We
754   // cannot (yet) promote a memory location that is loaded and stored in
755   // different sizes.
756   for (AliasSet::iterator ASI = AS.begin(), E = AS.end(); ASI != E; ++ASI) {
757     Value *ASIV = ASI->getValue();
758     PointerMustAliases.insert(ASIV);
759
760     // Check that all of the pointers in the alias set have the same type.  We
761     // cannot (yet) promote a memory location that is loaded and stored in
762     // different sizes.
763     if (SomePtr->getType() != ASIV->getType())
764       return;
765
766     for (Value::use_iterator UI = ASIV->use_begin(), UE = ASIV->use_end();
767          UI != UE; ++UI) {
768       // Ignore instructions that are outside the loop.
769       Instruction *Use = dyn_cast<Instruction>(*UI);
770       if (!Use || !CurLoop->contains(Use))
771         continue;
772
773       // If there is an non-load/store instruction in the loop, we can't promote
774       // it.
775       if (LoadInst *load = dyn_cast<LoadInst>(Use)) {
776         assert(!load->isVolatile() && "AST broken");
777         if (!load->isSimple())
778           return;
779       } else if (StoreInst *store = dyn_cast<StoreInst>(Use)) {
780         // Stores *of* the pointer are not interesting, only stores *to* the
781         // pointer.
782         if (Use->getOperand(1) != ASIV)
783           continue;
784         assert(!store->isVolatile() && "AST broken");
785         if (!store->isSimple())
786           return;
787
788         // Note that we only check GuaranteedToExecute inside the store case
789         // so that we do not introduce stores where they did not exist before
790         // (which would break the LLVM concurrency model).
791
792         // If the alignment of this instruction allows us to specify a more
793         // restrictive (and performant) alignment and if we are sure this
794         // instruction will be executed, update the alignment.
795         // Larger is better, with the exception of 0 being the best alignment.
796         unsigned InstAlignment = store->getAlignment();
797         if ((InstAlignment > Alignment || InstAlignment == 0)
798             && (Alignment != 0))
799           if (isGuaranteedToExecute(*Use)) {
800             GuaranteedToExecute = true;
801             Alignment = InstAlignment;
802           }
803
804         if (!GuaranteedToExecute)
805           GuaranteedToExecute = isGuaranteedToExecute(*Use);
806
807       } else
808         return; // Not a load or store.
809
810       LoopUses.push_back(Use);
811     }
812   }
813
814   // If there isn't a guaranteed-to-execute instruction, we can't promote.
815   if (!GuaranteedToExecute)
816     return;
817
818   // Otherwise, this is safe to promote, lets do it!
819   DEBUG(dbgs() << "LICM: Promoting value stored to in loop: " <<*SomePtr<<'\n');
820   Changed = true;
821   ++NumPromoted;
822
823   // Grab a debug location for the inserted loads/stores; given that the
824   // inserted loads/stores have little relation to the original loads/stores,
825   // this code just arbitrarily picks a location from one, since any debug
826   // location is better than none.
827   DebugLoc DL = LoopUses[0]->getDebugLoc();
828
829   // Figure out the loop exits and their insertion points, if this is the
830   // first promotion.
831   if (ExitBlocks.empty()) {
832     CurLoop->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
833     InsertPts.resize(ExitBlocks.size());
834     for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
835       InsertPts[i] = ExitBlocks[i]->getFirstInsertionPt();
836   }
837
838   // We use the SSAUpdater interface to insert phi nodes as required.
839   SmallVector<PHINode*, 16> NewPHIs;
840   SSAUpdater SSA(&NewPHIs);
841   LoopPromoter Promoter(SomePtr, LoopUses, SSA, PointerMustAliases, ExitBlocks,
842                         InsertPts, *CurAST, DL, Alignment);
843
844   // Set up the preheader to have a definition of the value.  It is the live-out
845   // value from the preheader that uses in the loop will use.
846   LoadInst *PreheaderLoad =
847     new LoadInst(SomePtr, SomePtr->getName()+".promoted",
848                  Preheader->getTerminator());
849   PreheaderLoad->setAlignment(Alignment);
850   PreheaderLoad->setDebugLoc(DL);
851   SSA.AddAvailableValue(Preheader, PreheaderLoad);
852
853   // Rewrite all the loads in the loop and remember all the definitions from
854   // stores in the loop.
855   Promoter.run(LoopUses);
856
857   // If the SSAUpdater didn't use the load in the preheader, just zap it now.
858   if (PreheaderLoad->use_empty())
859     PreheaderLoad->eraseFromParent();
860 }
861
862
863 /// cloneBasicBlockAnalysis - Simple Analysis hook. Clone alias set info.
864 void LICM::cloneBasicBlockAnalysis(BasicBlock *From, BasicBlock *To, Loop *L) {
865   AliasSetTracker *AST = LoopToAliasSetMap.lookup(L);
866   if (!AST)
867     return;
868
869   AST->copyValue(From, To);
870 }
871
872 /// deleteAnalysisValue - Simple Analysis hook. Delete value V from alias
873 /// set.
874 void LICM::deleteAnalysisValue(Value *V, Loop *L) {
875   AliasSetTracker *AST = LoopToAliasSetMap.lookup(L);
876   if (!AST)
877     return;
878
879   AST->deleteValue(V);
880 }