lib/Analysis/LoopInfo.cpp

   1 //===- LoopInfo.cpp - Natural Loop Calculator -------------------------------=//
   2 //
   3 // This file defines the LoopInfo class that is used to identify natural loops
   4 // and determine the loop depth of various nodes of the CFG.  Note that the
   5 // loops identified may actually be several natural loops that share the same
   6 // header node... not just a single natural loop.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9
  10 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
  11 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
  12 #include "llvm/Support/CFG.h"
  13 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
  14 #include "Support/DepthFirstIterator.h"
  15 #include <algorithm>
  16
  17 static RegisterAnalysis<LoopInfo>
  18 X("loops", "Natural Loop Construction", true);
  19
  20 //===----------------------------------------------------------------------===//
  21 // Loop implementation
  22 //
  23 bool Loop::contains(const BasicBlock *BB) const {
  24   return find(Blocks.begin(), Blocks.end(), BB) != Blocks.end();
  25 }
  26
  27 bool Loop::isLoopExit(const BasicBlock *BB) const {
  28   for (BasicBlock::succ_const_iterator SI = succ_begin(BB), SE = succ_end(BB);
  29        SI != SE; ++SI) {
  30     if (! contains(*SI))
  31       return true;
  32   }
  33   return false;
  34 }
  35
  36 unsigned Loop::getNumBackEdges() const {
  37   unsigned numBackEdges = 0;
  38   BasicBlock *header = Blocks.front();
  39
  40   for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator I = Blocks.begin(),
  41          E = Blocks.end(); I != E; ++I) {
  42     for (BasicBlock::succ_iterator SI = succ_begin(*I), SE = succ_end(*I);
  43          SI != SE; ++SI)
  44       if (header == *SI)
  45         ++numBackEdges;
  46   }
  47   return numBackEdges;
  48 }
  49
  50 void Loop::print(std::ostream &OS) const {
  51   OS << std::string(getLoopDepth()*2, ' ') << "Loop Containing: ";
  52
  53   for (unsigned i = 0; i < getBlocks().size(); ++i) {
  54     if (i) OS << ",";
  55     WriteAsOperand(OS, (const Value*)getBlocks()[i]);
  56   }
  57   OS << "\n";
  58
  59   for (unsigned i = 0, e = getSubLoops().size(); i != e; ++i)
  60     getSubLoops()[i]->print(OS);
  61 }
  62
  63
  64 //===----------------------------------------------------------------------===//
  65 // LoopInfo implementation
  66 //
  67 void LoopInfo::stub() {}
  68
  69 bool LoopInfo::runOnFunction(Function &) {
  70   releaseMemory();
  71   Calculate(getAnalysis<DominatorSet>());    // Update
  72   return false;
  73 }
  74
  75 void LoopInfo::releaseMemory() {
  76   for (std::vector<Loop*>::iterator I = TopLevelLoops.begin(),
  77          E = TopLevelLoops.end(); I != E; ++I)
  78     delete *I;   // Delete all of the loops...
  79
  80   BBMap.clear();                             // Reset internal state of analysis
  81   TopLevelLoops.clear();
  82 }
  83
  84
  85 void LoopInfo::Calculate(const DominatorSet &DS) {
  86   BasicBlock *RootNode = DS.getRoot();
  87
  88   for (df_iterator<BasicBlock*> NI = df_begin(RootNode),
  89          NE = df_end(RootNode); NI != NE; ++NI)
  90     if (Loop *L = ConsiderForLoop(*NI, DS))
  91       TopLevelLoops.push_back(L);
  92
  93   for (unsigned i = 0; i < TopLevelLoops.size(); ++i)
  94     TopLevelLoops[i]->setLoopDepth(1);
  95 }
  96
  97 void LoopInfo::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  98   AU.setPreservesAll();
  99   AU.addRequired<DominatorSet>();
 100 }
 101
 102 void LoopInfo::print(std::ostream &OS) const {
 103   for (unsigned i = 0; i < TopLevelLoops.size(); ++i)
 104     TopLevelLoops[i]->print(OS);
 105 #if 0
 106   for (std::map<BasicBlock*, Loop*>::const_iterator I = BBMap.begin(),
 107          E = BBMap.end(); I != E; ++I)
 108     OS << "BB '" << I->first->getName() << "' level = "
 109        << I->second->LoopDepth << "\n";
 110 #endif
 111 }
 112
 113 Loop *LoopInfo::ConsiderForLoop(BasicBlock *BB, const DominatorSet &DS) {
 114   if (BBMap.find(BB) != BBMap.end()) return 0;   // Haven't processed this node?
 115
 116   std::vector<BasicBlock *> TodoStack;
 117
 118   // Scan the predecessors of BB, checking to see if BB dominates any of
 119   // them.
 120   for (pred_iterator I = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); I != E; ++I)
 121     if (DS.dominates(BB, *I))   // If BB dominates it's predecessor...
 122       TodoStack.push_back(*I);
 123
 124   if (TodoStack.empty()) return 0;  // Doesn't dominate any predecessors...
 125
 126   // Create a new loop to represent this basic block...
 127   Loop *L = new Loop(BB);
 128   BBMap[BB] = L;
 129
 130   while (!TodoStack.empty()) {  // Process all the nodes in the loop
 131     BasicBlock *X = TodoStack.back();
 132     TodoStack.pop_back();
 133
 134     if (!L->contains(X)) {                  // As of yet unprocessed??
 135       L->Blocks.push_back(X);
 136
 137       // Add all of the predecessors of X to the end of the work stack...
 138       TodoStack.insert(TodoStack.end(), pred_begin(X), pred_end(X));
 139     }
 140   }
 141
 142   // If there are any loops nested within this loop, create them now!
 143   for (std::vector<BasicBlock*>::iterator I = L->Blocks.begin(),
 144          E = L->Blocks.end(); I != E; ++I)
 145     if (Loop *NewLoop = ConsiderForLoop(*I, DS)) {
 146       L->SubLoops.push_back(NewLoop);
 147       NewLoop->ParentLoop = L;
 148     }
 149
 150
 151   // Add the basic blocks that comprise this loop to the BBMap so that this
 152   // loop can be found for them.
 153   //
 154   for (std::vector<BasicBlock*>::iterator I = L->Blocks.begin(),
 155          E = L->Blocks.end(); I != E; ++I) {
 156     std::map<BasicBlock*, Loop*>::iterator BBMI = BBMap.lower_bound(*I);
 157     if (BBMI == BBMap.end() || BBMI->first != *I)  // Not in map yet...
 158       BBMap.insert(BBMI, std::make_pair(*I, L));   // Must be at this level
 159   }
 160
 161   return L;
 162 }
 163
 164 /// getLoopPreheader - If there is a preheader for this loop, return it.  A
 165 /// loop has a preheader if there is only one edge to the header of the loop
 166 /// from outside of the loop.  If this is the case, the block branching to the
 167 /// header of the loop is the preheader node.  The "preheaders" pass can be
 168 /// "Required" to ensure that there is always a preheader node for every loop.
 169 ///
 170 /// This method returns null if there is no preheader for the loop (either
 171 /// because the loop is dead or because multiple blocks branch to the header
 172 /// node of this loop).
 173 ///
 174 BasicBlock *Loop::getLoopPreheader() const {
 175   // Keep track of nodes outside the loop branching to the header...
 176   BasicBlock *Out = 0;
 177
 178   // Loop over the predecessors of the header node...
 179   BasicBlock *Header = getHeader();
 180   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), PE = pred_end(Header);
 181        PI != PE; ++PI)
 182     if (!contains(*PI)) {     // If the block is not in the loop...
 183       if (Out && Out != *PI)
 184         return 0;             // Multiple predecessors outside the loop
 185       Out = *PI;
 186     }
 187
 188   // If there is exactly one preheader, return it.  If there was zero, then Out
 189   // is still null.
 190   return Out;
 191 }
 192
 193 /// addBasicBlockToLoop - This function is used by other analyses to update loop
 194 /// information.  NewBB is set to be a new member of the current loop.  Because
 195 /// of this, it is added as a member of all parent loops, and is added to the
 196 /// specified LoopInfo object as being in the current basic block.  It is not
 197 /// valid to replace the loop header with this method.
 198 ///
 199 void Loop::addBasicBlockToLoop(BasicBlock *NewBB, LoopInfo &LI) {
 200   assert(LI[getHeader()] == this && "Incorrect LI specified for this loop!");
 201   assert(NewBB && "Cannot add a null basic block to the loop!");
 202   assert(LI[NewBB] == 0 && "BasicBlock already in the loop!");
 203
 204   // Add the loop mapping to the LoopInfo object...
 205   LI.BBMap[NewBB] = this;
 206
 207   // Add the basic block to this loop and all parent loops...
 208   Loop *L = this;
 209   while (L) {
 210     L->Blocks.push_back(NewBB);
 211     L = L->getParentLoop();
 212   }
 213 }