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