Remove another leak. Due to some reason AliasSetTracker didn't had any dtor...
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LICM.cpp
1 //===-- LICM.cpp - Loop Invariant Code Motion Pass ------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source 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 mem2reg functionality to construct the appropriate SSA form for the
30 //     variable.
31 //
32 //===----------------------------------------------------------------------===//
33
34 #define DEBUG_TYPE "licm"
35 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
36 #include "llvm/Constants.h"
37 #include "llvm/DerivedTypes.h"
38 #include "llvm/Instructions.h"
39 #include "llvm/Target/TargetData.h"
40 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
41 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
42 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
43 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
44 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
45 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
46 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
47 #include "llvm/Support/CFG.h"
48 #include "llvm/Support/Compiler.h"
49 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
50 #include "llvm/Support/Debug.h"
51 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
52 #include <algorithm>
53 using namespace llvm;
54
55 STATISTIC(NumSunk      , "Number of instructions sunk out of loop");
56 STATISTIC(NumHoisted   , "Number of instructions hoisted out of loop");
57 STATISTIC(NumMovedLoads, "Number of load insts hoisted or sunk");
58 STATISTIC(NumMovedCalls, "Number of call insts hoisted or sunk");
59 STATISTIC(NumPromoted  , "Number of memory locations promoted to registers");
60
61 namespace {
62   cl::opt<bool>
63   DisablePromotion("disable-licm-promotion", cl::Hidden,
64                    cl::desc("Disable memory promotion in LICM pass"));
65
66   struct VISIBILITY_HIDDEN LICM : public LoopPass {
67     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
68     LICM() : LoopPass((intptr_t)&ID) {}
69
70     virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
71
72     /// This transformation requires natural loop information & requires that
73     /// loop preheaders be inserted into the CFG...
74     ///
75     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
76       AU.setPreservesCFG();
77       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
78       AU.addRequired<LoopInfo>();
79       AU.addRequired<DominatorTree>();
80       AU.addRequired<DominanceFrontier>();  // For scalar promotion (mem2reg)
81       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
82       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
83       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
84     }
85
86     bool doFinalization() {
87       // Free the values stored in the map
88       for (std::map<Loop *, AliasSetTracker *>::iterator
89              I = LoopToAliasMap.begin(), E = LoopToAliasMap.end(); I != E; ++I)
90         delete I->second;
91
92       LoopToAliasMap.clear();
93       return false;
94     }
95
96   private:
97     // Various analyses that we use...
98     AliasAnalysis *AA;       // Current AliasAnalysis information
99     LoopInfo      *LI;       // Current LoopInfo
100     DominatorTree *DT;       // Dominator Tree for the current Loop...
101     DominanceFrontier *DF;   // Current Dominance Frontier
102
103     // State that is updated as we process loops
104     bool Changed;            // Set to true when we change anything.
105     BasicBlock *Preheader;   // The preheader block of the current loop...
106     Loop *CurLoop;           // The current loop we are working on...
107     AliasSetTracker *CurAST; // AliasSet information for the current loop...
108     std::map<Loop *, AliasSetTracker *> LoopToAliasMap;
109
110     /// cloneBasicBlockAnalysis - Simple Analysis hook. Clone alias set info.
111     void cloneBasicBlockAnalysis(BasicBlock *From, BasicBlock *To, Loop *L);
112
113     /// deleteAnalysisValue - Simple Analysis hook. Delete value V from alias
114     /// set.
115     void deleteAnalysisValue(Value *V, Loop *L);
116
117     /// SinkRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
118     /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in
119     /// reverse depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to
120     /// visit uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one
121     /// pass without iteration.
122     ///
123     void SinkRegion(DomTreeNode *N);
124
125     /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all
126     /// blocks dominated by the specified block, and that are in the current
127     /// loop) in depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to
128     /// visit definitions before uses, allowing us to hoist a loop body in one
129     /// pass without iteration.
130     ///
131     void HoistRegion(DomTreeNode *N);
132
133     /// inSubLoop - Little predicate that returns true if the specified basic
134     /// block is in a subloop of the current one, not the current one itself.
135     ///
136     bool inSubLoop(BasicBlock *BB) {
137       assert(CurLoop->contains(BB) && "Only valid if BB is IN the loop");
138       for (Loop::iterator I = CurLoop->begin(), E = CurLoop->end(); I != E; ++I)
139         if ((*I)->contains(BB))
140           return true;  // A subloop actually contains this block!
141       return false;
142     }
143
144     /// isExitBlockDominatedByBlockInLoop - This method checks to see if the
145     /// specified exit block of the loop is dominated by the specified block
146     /// that is in the body of the loop.  We use these constraints to
147     /// dramatically limit the amount of the dominator tree that needs to be
148     /// searched.
149     bool isExitBlockDominatedByBlockInLoop(BasicBlock *ExitBlock,
150                                            BasicBlock *BlockInLoop) const {
151       // If the block in the loop is the loop header, it must be dominated!
152       BasicBlock *LoopHeader = CurLoop->getHeader();
153       if (BlockInLoop == LoopHeader)
154         return true;
155
156       DomTreeNode *BlockInLoopNode = DT->getNode(BlockInLoop);
157       DomTreeNode *IDom            = DT->getNode(ExitBlock);
158
159       // Because the exit block is not in the loop, we know we have to get _at
160       // least_ its immediate dominator.
161       do {
162         // Get next Immediate Dominator.
163         IDom = IDom->getIDom();
164
165         // If we have got to the header of the loop, then the instructions block
166         // did not dominate the exit node, so we can't hoist it.
167         if (IDom->getBlock() == LoopHeader)
168           return false;
169
170       } while (IDom != BlockInLoopNode);
171
172       return true;
173     }
174
175     /// sink - When an instruction is found to only be used outside of the loop,
176     /// this function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as
177     /// needed.
178     ///
179     void sink(Instruction &I);
180
181     /// hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
182     /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
183     ///
184     void hoist(Instruction &I);
185
186     /// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it
187     /// is not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
188     /// guaranteed to execute.
189     ///
190     bool isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &I);
191
192     /// pointerInvalidatedByLoop - Return true if the body of this loop may
193     /// store into the memory location pointed to by V.
194     ///
195     bool pointerInvalidatedByLoop(Value *V, unsigned Size) {
196       // Check to see if any of the basic blocks in CurLoop invalidate *V.
197       return CurAST->getAliasSetForPointer(V, Size).isMod();
198     }
199
200     bool canSinkOrHoistInst(Instruction &I);
201     bool isLoopInvariantInst(Instruction &I);
202     bool isNotUsedInLoop(Instruction &I);
203
204     /// PromoteValuesInLoop - Look at the stores in the loop and promote as many
205     /// to scalars as we can.
206     ///
207     void PromoteValuesInLoop();
208
209     /// FindPromotableValuesInLoop - Check the current loop for stores to
210     /// definite pointers, which are not loaded and stored through may aliases.
211     /// If these are found, create an alloca for the value, add it to the
212     /// PromotedValues list, and keep track of the mapping from value to
213     /// alloca...
214     ///
215     void FindPromotableValuesInLoop(
216                    std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > &PromotedValues,
217                                     std::map<Value*, AllocaInst*> &Val2AlMap);
218   };
219
220   char LICM::ID = 0;
221   RegisterPass<LICM> X("licm", "Loop Invariant Code Motion");
222 }
223
224 LoopPass *llvm::createLICMPass() { return new LICM(); }
225
226 /// Hoist expressions out of the specified loop. Note, alias info for inner
227 /// loop is not preserved so it is not a good idea to run LICM multiple 
228 /// times on one loop.
229 ///
230 bool LICM::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
231   Changed = false;
232
233   // Get our Loop and Alias Analysis information...
234   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
235   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
236   DF = &getAnalysis<DominanceFrontier>();
237   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
238
239   CurAST = new AliasSetTracker(*AA);
240   // Collect Alias info from subloops
241   for (Loop::iterator LoopItr = L->begin(), LoopItrE = L->end();
242        LoopItr != LoopItrE; ++LoopItr) {
243     Loop *InnerL = *LoopItr;
244     AliasSetTracker *InnerAST = LoopToAliasMap[InnerL];
245     assert (InnerAST && "Where is my AST?");
246
247     // What if InnerLoop was modified by other passes ?
248     CurAST->add(*InnerAST);
249   }
250   
251   CurLoop = L;
252
253   // Get the preheader block to move instructions into...
254   Preheader = L->getLoopPreheader();
255   assert(Preheader&&"Preheader insertion pass guarantees we have a preheader!");
256
257   // Loop over the body of this loop, looking for calls, invokes, and stores.
258   // Because subloops have already been incorporated into AST, we skip blocks in
259   // subloops.
260   //
261   for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator I = L->getBlocks().begin(),
262          E = L->getBlocks().end(); I != E; ++I)
263     if (LI->getLoopFor(*I) == L)        // Ignore blocks in subloops...
264       CurAST->add(**I);                 // Incorporate the specified basic block
265
266   // We want to visit all of the instructions in this loop... that are not parts
267   // of our subloops (they have already had their invariants hoisted out of
268   // their loop, into this loop, so there is no need to process the BODIES of
269   // the subloops).
270   //
271   // Traverse the body of the loop in depth first order on the dominator tree so
272   // that we are guaranteed to see definitions before we see uses.  This allows
273   // us to sink instructions in one pass, without iteration.  After sinking
274   // instructions, we perform another pass to hoist them out of the loop.
275   //
276   SinkRegion(DT->getNode(L->getHeader()));
277   HoistRegion(DT->getNode(L->getHeader()));
278
279   // Now that all loop invariants have been removed from the loop, promote any
280   // memory references to scalars that we can...
281   if (!DisablePromotion)
282     PromoteValuesInLoop();
283
284   // Clear out loops state information for the next iteration
285   CurLoop = 0;
286   Preheader = 0;
287
288   LoopToAliasMap[L] = CurAST;
289   return Changed;
290 }
291
292 /// SinkRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
293 /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in
294 /// reverse depth first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit
295 /// uses before definitions, allowing us to sink a loop body in one pass without
296 /// iteration.
297 ///
298 void LICM::SinkRegion(DomTreeNode *N) {
299   assert(N != 0 && "Null dominator tree node?");
300   BasicBlock *BB = N->getBlock();
301
302   // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
303   if (!CurLoop->contains(BB)) return;
304
305   // We are processing blocks in reverse dfo, so process children first...
306   const std::vector<DomTreeNode*> &Children = N->getChildren();
307   for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
308     SinkRegion(Children[i]);
309
310   // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
311   // subloop (which would already have been processed).
312   if (inSubLoop(BB)) return;
313
314   for (BasicBlock::iterator II = BB->end(); II != BB->begin(); ) {
315     Instruction &I = *--II;
316
317     // Check to see if we can sink this instruction to the exit blocks
318     // of the loop.  We can do this if the all users of the instruction are
319     // outside of the loop.  In this case, it doesn't even matter if the
320     // operands of the instruction are loop invariant.
321     //
322     if (isNotUsedInLoop(I) && canSinkOrHoistInst(I)) {
323       ++II;
324       sink(I);
325     }
326   }
327 }
328
329
330 /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
331 /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in depth
332 /// first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit definitions
333 /// before uses, allowing us to hoist a loop body in one pass without iteration.
334 ///
335 void LICM::HoistRegion(DomTreeNode *N) {
336   assert(N != 0 && "Null dominator tree node?");
337   BasicBlock *BB = N->getBlock();
338
339   // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
340   if (!CurLoop->contains(BB)) return;
341
342   // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
343   // subloop (which would already have been processed).
344   if (!inSubLoop(BB))
345     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = BB->end(); II != E; ) {
346       Instruction &I = *II++;
347
348       // Try hoisting the instruction out to the preheader.  We can only do this
349       // if all of the operands of the instruction are loop invariant and if it
350       // is safe to hoist the instruction.
351       //
352       if (isLoopInvariantInst(I) && canSinkOrHoistInst(I) &&
353           isSafeToExecuteUnconditionally(I))
354         hoist(I);
355       }
356
357   const std::vector<DomTreeNode*> &Children = N->getChildren();
358   for (unsigned i = 0, e = Children.size(); i != e; ++i)
359     HoistRegion(Children[i]);
360 }
361
362 /// canSinkOrHoistInst - Return true if the hoister and sinker can handle this
363 /// instruction.
364 ///
365 bool LICM::canSinkOrHoistInst(Instruction &I) {
366   // Loads have extra constraints we have to verify before we can hoist them.
367   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I)) {
368     if (LI->isVolatile())
369       return false;        // Don't hoist volatile loads!
370
371     // Don't hoist loads which have may-aliased stores in loop.
372     unsigned Size = 0;
373     if (LI->getType()->isSized())
374       Size = AA->getTargetData().getTypeStoreSize(LI->getType());
375     return !pointerInvalidatedByLoop(LI->getOperand(0), Size);
376   } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&I)) {
377     // Handle obvious cases efficiently.
378     if (Function *Callee = CI->getCalledFunction()) {
379       AliasAnalysis::ModRefBehavior Behavior =AA->getModRefBehavior(Callee, CI);
380       if (Behavior == AliasAnalysis::DoesNotAccessMemory)
381         return true;
382       else if (Behavior == AliasAnalysis::OnlyReadsMemory) {
383         // If this call only reads from memory and there are no writes to memory
384         // in the loop, we can hoist or sink the call as appropriate.
385         bool FoundMod = false;
386         for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
387              I != E; ++I) {
388           AliasSet &AS = *I;
389           if (!AS.isForwardingAliasSet() && AS.isMod()) {
390             FoundMod = true;
391             break;
392           }
393         }
394         if (!FoundMod) return true;
395       }
396     }
397
398     // FIXME: This should use mod/ref information to see if we can hoist or sink
399     // the call.
400
401     return false;
402   }
403
404   // Otherwise these instructions are hoistable/sinkable
405   return isa<BinaryOperator>(I) || isa<CastInst>(I) ||
406          isa<SelectInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
407          isa<InsertElementInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
408          isa<ShuffleVectorInst>(I);
409 }
410
411 /// isNotUsedInLoop - Return true if the only users of this instruction are
412 /// outside of the loop.  If this is true, we can sink the instruction to the
413 /// exit blocks of the loop.
414 ///
415 bool LICM::isNotUsedInLoop(Instruction &I) {
416   for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), E = I.use_end(); UI != E; ++UI) {
417     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
418     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
419       // PHI node uses occur in predecessor blocks!
420       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
421         if (PN->getIncomingValue(i) == &I)
422           if (CurLoop->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
423             return false;
424     } else if (CurLoop->contains(User->getParent())) {
425       return false;
426     }
427   }
428   return true;
429 }
430
431
432 /// isLoopInvariantInst - Return true if all operands of this instruction are
433 /// loop invariant.  We also filter out non-hoistable instructions here just for
434 /// efficiency.
435 ///
436 bool LICM::isLoopInvariantInst(Instruction &I) {
437   // The instruction is loop invariant if all of its operands are loop-invariant
438   for (unsigned i = 0, e = I.getNumOperands(); i != e; ++i)
439     if (!CurLoop->isLoopInvariant(I.getOperand(i)))
440       return false;
441
442   // If we got this far, the instruction is loop invariant!
443   return true;
444 }
445
446 /// sink - When an instruction is found to only be used outside of the loop,
447 /// this function moves it to the exit blocks and patches up SSA form as needed.
448 /// This method is guaranteed to remove the original instruction from its
449 /// position, and may either delete it or move it to outside of the loop.
450 ///
451 void LICM::sink(Instruction &I) {
452   DOUT << "LICM sinking instruction: " << I;
453
454   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
455   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
456
457   if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
458   else if (isa<CallInst>(I)) ++NumMovedCalls;
459   ++NumSunk;
460   Changed = true;
461
462   // The case where there is only a single exit node of this loop is common
463   // enough that we handle it as a special (more efficient) case.  It is more
464   // efficient to handle because there are no PHI nodes that need to be placed.
465   if (ExitBlocks.size() == 1) {
466     if (!isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlocks[0], I.getParent())) {
467       // Instruction is not used, just delete it.
468       CurAST->deleteValue(&I);
469       if (!I.use_empty())  // If I has users in unreachable blocks, eliminate.
470         I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
471       I.eraseFromParent();
472     } else {
473       // Move the instruction to the start of the exit block, after any PHI
474       // nodes in it.
475       I.removeFromParent();
476
477       BasicBlock::iterator InsertPt = ExitBlocks[0]->begin();
478       while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
479       ExitBlocks[0]->getInstList().insert(InsertPt, &I);
480     }
481   } else if (ExitBlocks.size() == 0) {
482     // The instruction is actually dead if there ARE NO exit blocks.
483     CurAST->deleteValue(&I);
484     if (!I.use_empty())  // If I has users in unreachable blocks, eliminate.
485       I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
486     I.eraseFromParent();
487   } else {
488     // Otherwise, if we have multiple exits, use the PromoteMem2Reg function to
489     // do all of the hard work of inserting PHI nodes as necessary.  We convert
490     // the value into a stack object to get it to do this.
491
492     // Firstly, we create a stack object to hold the value...
493     AllocaInst *AI = 0;
494
495     if (I.getType() != Type::VoidTy) {
496       AI = new AllocaInst(I.getType(), 0, I.getName(),
497                           I.getParent()->getParent()->getEntryBlock().begin());
498       CurAST->add(AI);
499     }
500
501     // Secondly, insert load instructions for each use of the instruction
502     // outside of the loop.
503     while (!I.use_empty()) {
504       Instruction *U = cast<Instruction>(I.use_back());
505
506       // If the user is a PHI Node, we actually have to insert load instructions
507       // in all predecessor blocks, not in the PHI block itself!
508       if (PHINode *UPN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
509         // Only insert into each predecessor once, so that we don't have
510         // different incoming values from the same block!
511         std::map<BasicBlock*, Value*> InsertedBlocks;
512         for (unsigned i = 0, e = UPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
513           if (UPN->getIncomingValue(i) == &I) {
514             BasicBlock *Pred = UPN->getIncomingBlock(i);
515             Value *&PredVal = InsertedBlocks[Pred];
516             if (!PredVal) {
517               // Insert a new load instruction right before the terminator in
518               // the predecessor block.
519               PredVal = new LoadInst(AI, "", Pred->getTerminator());
520               CurAST->add(cast<LoadInst>(PredVal));
521             }
522
523             UPN->setIncomingValue(i, PredVal);
524           }
525
526       } else {
527         LoadInst *L = new LoadInst(AI, "", U);
528         U->replaceUsesOfWith(&I, L);
529         CurAST->add(L);
530       }
531     }
532
533     // Thirdly, insert a copy of the instruction in each exit block of the loop
534     // that is dominated by the instruction, storing the result into the memory
535     // location.  Be careful not to insert the instruction into any particular
536     // basic block more than once.
537     std::set<BasicBlock*> InsertedBlocks;
538     BasicBlock *InstOrigBB = I.getParent();
539
540     for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
541       BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[i];
542
543       if (isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlock, InstOrigBB)) {
544         // If we haven't already processed this exit block, do so now.
545         if (InsertedBlocks.insert(ExitBlock).second) {
546           // Insert the code after the last PHI node...
547           BasicBlock::iterator InsertPt = ExitBlock->begin();
548           while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
549
550           // If this is the first exit block processed, just move the original
551           // instruction, otherwise clone the original instruction and insert
552           // the copy.
553           Instruction *New;
554           if (InsertedBlocks.size() == 1) {
555             I.removeFromParent();
556             ExitBlock->getInstList().insert(InsertPt, &I);
557             New = &I;
558           } else {
559             New = I.clone();
560             CurAST->copyValue(&I, New);
561             if (!I.getName().empty())
562               New->setName(I.getName()+".le");
563             ExitBlock->getInstList().insert(InsertPt, New);
564           }
565
566           // Now that we have inserted the instruction, store it into the alloca
567           if (AI) new StoreInst(New, AI, InsertPt);
568         }
569       }
570     }
571
572     // If the instruction doesn't dominate any exit blocks, it must be dead.
573     if (InsertedBlocks.empty()) {
574       CurAST->deleteValue(&I);
575       I.eraseFromParent();
576     }
577
578     // Finally, promote the fine value to SSA form.
579     if (AI) {
580       std::vector<AllocaInst*> Allocas;
581       Allocas.push_back(AI);
582       PromoteMemToReg(Allocas, *DT, *DF, CurAST);
583     }
584   }
585 }
586
587 /// hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
588 /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
589 ///
590 void LICM::hoist(Instruction &I) {
591   DOUT << "LICM hoisting to " << Preheader->getName() << ": " << I;
592
593   // Remove the instruction from its current basic block... but don't delete the
594   // instruction.
595   I.removeFromParent();
596
597   // Insert the new node in Preheader, before the terminator.
598   Preheader->getInstList().insert(Preheader->getTerminator(), &I);
599
600   if (isa<LoadInst>(I)) ++NumMovedLoads;
601   else if (isa<CallInst>(I)) ++NumMovedCalls;
602   ++NumHoisted;
603   Changed = true;
604 }
605
606 /// isSafeToExecuteUnconditionally - Only sink or hoist an instruction if it is
607 /// not a trapping instruction or if it is a trapping instruction and is
608 /// guaranteed to execute.
609 ///
610 bool LICM::isSafeToExecuteUnconditionally(Instruction &Inst) {
611   // If it is not a trapping instruction, it is always safe to hoist.
612   if (!Inst.isTrapping()) return true;
613
614   // Otherwise we have to check to make sure that the instruction dominates all
615   // of the exit blocks.  If it doesn't, then there is a path out of the loop
616   // which does not execute this instruction, so we can't hoist it.
617
618   // If the instruction is in the header block for the loop (which is very
619   // common), it is always guaranteed to dominate the exit blocks.  Since this
620   // is a common case, and can save some work, check it now.
621   if (Inst.getParent() == CurLoop->getHeader())
622     return true;
623
624   // It's always safe to load from a global or alloca.
625   if (isa<LoadInst>(Inst))
626     if (isa<AllocationInst>(Inst.getOperand(0)) ||
627         isa<GlobalVariable>(Inst.getOperand(0)))
628       return true;
629
630   // Get the exit blocks for the current loop.
631   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
632   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
633
634   // For each exit block, get the DT node and walk up the DT until the
635   // instruction's basic block is found or we exit the loop.
636   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
637     if (!isExitBlockDominatedByBlockInLoop(ExitBlocks[i], Inst.getParent()))
638       return false;
639
640   return true;
641 }
642
643
644 /// PromoteValuesInLoop - Try to promote memory values to scalars by sinking
645 /// stores out of the loop and moving loads to before the loop.  We do this by
646 /// looping over the stores in the loop, looking for stores to Must pointers
647 /// which are loop invariant.  We promote these memory locations to use allocas
648 /// instead.  These allocas can easily be raised to register values by the
649 /// PromoteMem2Reg functionality.
650 ///
651 void LICM::PromoteValuesInLoop() {
652   // PromotedValues - List of values that are promoted out of the loop.  Each
653   // value has an alloca instruction for it, and a canonical version of the
654   // pointer.
655   std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > PromotedValues;
656   std::map<Value*, AllocaInst*> ValueToAllocaMap; // Map of ptr to alloca
657
658   FindPromotableValuesInLoop(PromotedValues, ValueToAllocaMap);
659   if (ValueToAllocaMap.empty()) return;   // If there are values to promote.
660
661   Changed = true;
662   NumPromoted += PromotedValues.size();
663
664   std::vector<Value*> PointerValueNumbers;
665
666   // Emit a copy from the value into the alloca'd value in the loop preheader
667   TerminatorInst *LoopPredInst = Preheader->getTerminator();
668   for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i) {
669     Value *Ptr = PromotedValues[i].second;
670
671     // If we are promoting a pointer value, update alias information for the
672     // inserted load.
673     Value *LoadValue = 0;
674     if (isa<PointerType>(cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType())) {
675       // Locate a load or store through the pointer, and assign the same value
676       // to LI as we are loading or storing.  Since we know that the value is
677       // stored in this loop, this will always succeed.
678       for (Value::use_iterator UI = Ptr->use_begin(), E = Ptr->use_end();
679            UI != E; ++UI)
680         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
681           LoadValue = LI;
682           break;
683         } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(*UI)) {
684           if (SI->getOperand(1) == Ptr) {
685             LoadValue = SI->getOperand(0);
686             break;
687           }
688         }
689       assert(LoadValue && "No store through the pointer found!");
690       PointerValueNumbers.push_back(LoadValue);  // Remember this for later.
691     }
692
693     // Load from the memory we are promoting.
694     LoadInst *LI = new LoadInst(Ptr, Ptr->getName()+".promoted", LoopPredInst);
695
696     if (LoadValue) CurAST->copyValue(LoadValue, LI);
697
698     // Store into the temporary alloca.
699     new StoreInst(LI, PromotedValues[i].first, LoopPredInst);
700   }
701
702   // Scan the basic blocks in the loop, replacing uses of our pointers with
703   // uses of the allocas in question.
704   //
705   const std::vector<BasicBlock*> &LoopBBs = CurLoop->getBlocks();
706   for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator I = LoopBBs.begin(),
707          E = LoopBBs.end(); I != E; ++I) {
708     // Rewrite all loads and stores in the block of the pointer...
709     for (BasicBlock::iterator II = (*I)->begin(), E = (*I)->end();
710          II != E; ++II) {
711       if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(II)) {
712         std::map<Value*, AllocaInst*>::iterator
713           I = ValueToAllocaMap.find(L->getOperand(0));
714         if (I != ValueToAllocaMap.end())
715           L->setOperand(0, I->second);    // Rewrite load instruction...
716       } else if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(II)) {
717         std::map<Value*, AllocaInst*>::iterator
718           I = ValueToAllocaMap.find(S->getOperand(1));
719         if (I != ValueToAllocaMap.end())
720           S->setOperand(1, I->second);    // Rewrite store instruction...
721       }
722     }
723   }
724
725   // Now that the body of the loop uses the allocas instead of the original
726   // memory locations, insert code to copy the alloca value back into the
727   // original memory location on all exits from the loop.  Note that we only
728   // want to insert one copy of the code in each exit block, though the loop may
729   // exit to the same block more than once.
730   //
731   std::set<BasicBlock*> ProcessedBlocks;
732
733   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
734   CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
735   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
736     if (ProcessedBlocks.insert(ExitBlocks[i]).second) {
737       // Copy all of the allocas into their memory locations.
738       BasicBlock::iterator BI = ExitBlocks[i]->begin();
739       while (isa<PHINode>(*BI))
740         ++BI;             // Skip over all of the phi nodes in the block.
741       Instruction *InsertPos = BI;
742       unsigned PVN = 0;
743       for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i) {
744         // Load from the alloca.
745         LoadInst *LI = new LoadInst(PromotedValues[i].first, "", InsertPos);
746
747         // If this is a pointer type, update alias info appropriately.
748         if (isa<PointerType>(LI->getType()))
749           CurAST->copyValue(PointerValueNumbers[PVN++], LI);
750
751         // Store into the memory we promoted.
752         new StoreInst(LI, PromotedValues[i].second, InsertPos);
753       }
754     }
755
756   // Now that we have done the deed, use the mem2reg functionality to promote
757   // all of the new allocas we just created into real SSA registers.
758   //
759   std::vector<AllocaInst*> PromotedAllocas;
760   PromotedAllocas.reserve(PromotedValues.size());
761   for (unsigned i = 0, e = PromotedValues.size(); i != e; ++i)
762     PromotedAllocas.push_back(PromotedValues[i].first);
763   PromoteMemToReg(PromotedAllocas, *DT, *DF, CurAST);
764 }
765
766 /// FindPromotableValuesInLoop - Check the current loop for stores to definite
767 /// pointers, which are not loaded and stored through may aliases and are safe
768 /// for promotion.  If these are found, create an alloca for the value, add it 
769 /// to the PromotedValues list, and keep track of the mapping from value to 
770 /// alloca. 
771 void LICM::FindPromotableValuesInLoop(
772                    std::vector<std::pair<AllocaInst*, Value*> > &PromotedValues,
773                              std::map<Value*, AllocaInst*> &ValueToAllocaMap) {
774   Instruction *FnStart = CurLoop->getHeader()->getParent()->begin()->begin();
775
776   SmallVector<Instruction *, 4> LoopExits;
777   SmallVector<BasicBlock *, 4> Blocks;
778   CurLoop->getExitingBlocks(Blocks);
779   for (SmallVector<BasicBlock *, 4>::iterator BI = Blocks.begin(),
780          BE = Blocks.end(); BI != BE; ++BI) {
781     BasicBlock *BB = *BI;
782     LoopExits.push_back(BB->getTerminator());
783   }
784
785   // Loop over all of the alias sets in the tracker object.
786   for (AliasSetTracker::iterator I = CurAST->begin(), E = CurAST->end();
787        I != E; ++I) {
788     AliasSet &AS = *I;
789     // We can promote this alias set if it has a store, if it is a "Must" alias
790     // set, if the pointer is loop invariant, and if we are not eliminating any
791     // volatile loads or stores.
792     if (!AS.isForwardingAliasSet() && AS.isMod() && AS.isMustAlias() &&
793         !AS.isVolatile() && CurLoop->isLoopInvariant(AS.begin()->first)) {
794       assert(!AS.empty() &&
795              "Must alias set should have at least one pointer element in it!");
796       Value *V = AS.begin()->first;
797
798       // Check that all of the pointers in the alias set have the same type.  We
799       // cannot (yet) promote a memory location that is loaded and stored in
800       // different sizes.
801       bool PointerOk = true;
802       for (AliasSet::iterator I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
803         if (V->getType() != I->first->getType()) {
804           PointerOk = false;
805           break;
806         }
807
808       // If one use of value V inside the loop is safe then it is OK to promote 
809       // this value. On the otherside if there is not any unsafe use inside the
810       // loop then also it is OK to promote this value. Otherwise it is
811       // unsafe to promote this value.
812       if (PointerOk) {
813         bool oneSafeUse = false;
814         bool oneUnsafeUse = false;
815         for(Value::use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
816             UI != UE; ++UI) {
817           Instruction *Use = dyn_cast<Instruction>(*UI);
818           if (!Use || !CurLoop->contains(Use->getParent()))
819             continue;
820           for (SmallVector<Instruction *, 4>::iterator 
821                  ExitI = LoopExits.begin(), ExitE = LoopExits.end();
822                ExitI != ExitE; ++ExitI) {
823             Instruction *Ex = *ExitI;
824             if (!isa<PHINode>(Use) && DT->dominates(Use, Ex)) {
825               oneSafeUse = true;
826               break;
827             }
828             else 
829               oneUnsafeUse = true;
830           }
831
832           if (oneSafeUse)
833             break;
834         }
835
836         if (oneSafeUse)
837           PointerOk = true;
838         else if (!oneUnsafeUse)
839           PointerOk = true;
840         else
841           PointerOk = false;
842       }
843       
844       if (PointerOk) {
845         const Type *Ty = cast<PointerType>(V->getType())->getElementType();
846         AllocaInst *AI = new AllocaInst(Ty, 0, V->getName()+".tmp", FnStart);
847         PromotedValues.push_back(std::make_pair(AI, V));
848
849         // Update the AST and alias analysis.
850         CurAST->copyValue(V, AI);
851
852         for (AliasSet::iterator I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
853           ValueToAllocaMap.insert(std::make_pair(I->first, AI));
854
855         DOUT << "LICM: Promoting value: " << *V << "\n";
856       }
857     }
858   }
859 }
860
861 /// cloneBasicBlockAnalysis - Simple Analysis hook. Clone alias set info.
862 void LICM::cloneBasicBlockAnalysis(BasicBlock *From, BasicBlock *To, Loop *L) {
863   AliasSetTracker *AST = LoopToAliasMap[L];
864   if (!AST)
865     return;
866
867   AST->copyValue(From, To);
868 }
869
870 /// deleteAnalysisValue - Simple Analysis hook. Delete value V from alias
871 /// set.
872 void LICM::deleteAnalysisValue(Value *V, Loop *L) {
873   AliasSetTracker *AST = LoopToAliasMap[L];
874   if (!AST)
875     return;
876
877   AST->deleteValue(V);
878 }