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[oota-llvm.git] / include / llvm / Transforms / Utils / LoopUtils.h
index 6ce2aace99a5413a80b8af8725384a1f4cd1c02b..6005a200172c61a5f7d03d96d994ae5ea1905a53 100644 (file)
@@ -43,12 +43,37 @@ struct LICMSafetyInfo {
   {}
 };
 
-/// This POD struct holds information about a potential reduction operation.
-class ReductionInstDesc {
+/// The RecurrenceDescriptor is used to identify recurrences variables in a
+/// loop. Reduction is a special case of recurrence that has uses of the
+/// recurrence variable outside the loop. The method isReductionPHI identifies
+/// reductions that are basic recurrences.
+///
+/// Basic recurrences are defined as the summation, product, OR, AND, XOR, min,
+/// or max of a set of terms. For example: for(i=0; i<n; i++) { total +=
+/// array[i]; } is a summation of array elements. Basic recurrences are a
+/// special case of chains of recurrences (CR). See ScalarEvolution for CR
+/// references.
+
+/// This struct holds information about recurrence variables.
+class RecurrenceDescriptor {
 
 public:
-  // This enum represents the kind of minmax reduction.
-  enum MinMaxReductionKind {
+  /// This enum represents the kinds of recurrences that we support.
+  enum RecurrenceKind {
+    RK_NoRecurrence,  ///< Not a recurrence.
+    RK_IntegerAdd,    ///< Sum of integers.
+    RK_IntegerMult,   ///< Product of integers.
+    RK_IntegerOr,     ///< Bitwise or logical OR of numbers.
+    RK_IntegerAnd,    ///< Bitwise or logical AND of numbers.
+    RK_IntegerXor,    ///< Bitwise or logical XOR of numbers.
+    RK_IntegerMinMax, ///< Min/max implemented in terms of select(cmp()).
+    RK_FloatAdd,      ///< Sum of floats.
+    RK_FloatMult,     ///< Product of floats.
+    RK_FloatMinMax    ///< Min/max implemented in terms of select(cmp()).
+  };
+
+  // This enum represents the kind of minmax recurrence.
+  enum MinMaxRecurrenceKind {
     MRK_Invalid,
     MRK_UIntMin,
     MRK_UIntMax,
@@ -57,64 +82,63 @@ public:
     MRK_FloatMin,
     MRK_FloatMax
   };
-  ReductionInstDesc(bool IsRedux, Instruction *I)
-      : IsReduction(IsRedux), PatternLastInst(I), MinMaxKind(MRK_Invalid) {}
 
-  ReductionInstDesc(Instruction *I, MinMaxReductionKind K)
-      : IsReduction(true), PatternLastInst(I), MinMaxKind(K) {}
+  RecurrenceDescriptor()
+      : StartValue(nullptr), LoopExitInstr(nullptr), Kind(RK_NoRecurrence),
+        MinMaxKind(MRK_Invalid), UnsafeAlgebraInst(nullptr),
+        RecurrenceType(nullptr), IsSigned(false) {}
+
+  RecurrenceDescriptor(Value *Start, Instruction *Exit, RecurrenceKind K,
+                       MinMaxRecurrenceKind MK, Instruction *UAI, Type *RT,
+                       bool Signed, SmallPtrSetImpl<Instruction *> &CI)
+      : StartValue(Start), LoopExitInstr(Exit), Kind(K), MinMaxKind(MK),
+        UnsafeAlgebraInst(UAI), RecurrenceType(RT), IsSigned(Signed) {
+    CastInsts.insert(CI.begin(), CI.end());
+  }
 
-  bool isReduction() { return IsReduction; }
+  /// This POD struct holds information about a potential recurrence operation.
+  class InstDesc {
 
-  MinMaxReductionKind getMinMaxKind() { return MinMaxKind; }
-  Instruction *getPatternInst() { return PatternLastInst; }
+  public:
+    InstDesc(bool IsRecur, Instruction *I, Instruction *UAI = nullptr)
+        : IsRecurrence(IsRecur), PatternLastInst(I), MinMaxKind(MRK_Invalid),
+          UnsafeAlgebraInst(UAI) {}
 
-private:
-  // Is this instruction a reduction candidate.
-  bool IsReduction;
-  // The last instruction in a min/max pattern (select of the select(icmp())
-  // pattern), or the current reduction instruction otherwise.
-  Instruction *PatternLastInst;
-  // If this is a min/max pattern the comparison predicate.
-  MinMaxReductionKind MinMaxKind;
-};
+    InstDesc(Instruction *I, MinMaxRecurrenceKind K, Instruction *UAI = nullptr)
+        : IsRecurrence(true), PatternLastInst(I), MinMaxKind(K),
+          UnsafeAlgebraInst(UAI) {}
 
-/// This struct holds information about reduction variables.
-class ReductionDescriptor {
+    bool isRecurrence() { return IsRecurrence; }
 
-public:
-  /// This enum represents the kinds of reductions that we support.
-  enum ReductionKind {
-    RK_NoReduction,   ///< Not a reduction.
-    RK_IntegerAdd,    ///< Sum of integers.
-    RK_IntegerMult,   ///< Product of integers.
-    RK_IntegerOr,     ///< Bitwise or logical OR of numbers.
-    RK_IntegerAnd,    ///< Bitwise or logical AND of numbers.
-    RK_IntegerXor,    ///< Bitwise or logical XOR of numbers.
-    RK_IntegerMinMax, ///< Min/max implemented in terms of select(cmp()).
-    RK_FloatAdd,      ///< Sum of floats.
-    RK_FloatMult,     ///< Product of floats.
-    RK_FloatMinMax    ///< Min/max implemented in terms of select(cmp()).
-  };
+    bool hasUnsafeAlgebra() { return UnsafeAlgebraInst != nullptr; }
 
-  ReductionDescriptor()
-      : StartValue(nullptr), LoopExitInstr(nullptr), Kind(RK_NoReduction),
-        MinMaxKind(ReductionInstDesc::MRK_Invalid) {}
+    Instruction *getUnsafeAlgebraInst() { return UnsafeAlgebraInst; }
 
-  ReductionDescriptor(Value *Start, Instruction *Exit, ReductionKind K,
-                      ReductionInstDesc::MinMaxReductionKind MK)
-      : StartValue(Start), LoopExitInstr(Exit), Kind(K), MinMaxKind(MK) {}
+    MinMaxRecurrenceKind getMinMaxKind() { return MinMaxKind; }
 
-  /// Returns a struct describing if the instruction 'I' can be a reduction
-  /// variable of type 'Kind'. If the reduction is a min/max pattern of
+    Instruction *getPatternInst() { return PatternLastInst; }
+
+  private:
+    // Is this instruction a recurrence candidate.
+    bool IsRecurrence;
+    // The last instruction in a min/max pattern (select of the select(icmp())
+    // pattern), or the current recurrence instruction otherwise.
+    Instruction *PatternLastInst;
+    // If this is a min/max pattern the comparison predicate.
+    MinMaxRecurrenceKind MinMaxKind;
+    // Recurrence has unsafe algebra.
+    Instruction *UnsafeAlgebraInst;
+  };
+
+  /// Returns a struct describing if the instruction 'I' can be a recurrence
+  /// variable of type 'Kind'. If the recurrence is a min/max pattern of
   /// select(icmp()) this function advances the instruction pointer 'I' from the
   /// compare instruction to the select instruction and stores this pointer in
   /// 'PatternLastInst' member of the returned struct.
-  static ReductionInstDesc isReductionInstr(Instruction *I, ReductionKind Kind,
-                                            ReductionInstDesc &Prev,
-                                            bool HasFunNoNaNAttr);
+  static InstDesc isRecurrenceInstr(Instruction *I, RecurrenceKind Kind,
+                                    InstDesc &Prev, bool HasFunNoNaNAttr);
 
-  /// Returns true if instuction I has multiple uses in Insts
+  /// Returns true if instruction I has multiple uses in Insts
   static bool hasMultipleUsesOf(Instruction *I,
                                 SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Insts);
 
@@ -124,51 +148,149 @@ public:
   /// Returns a struct describing if the instruction if the instruction is a
   /// Select(ICmp(X, Y), X, Y) instruction pattern corresponding to a min(X, Y)
   /// or max(X, Y).
-  static ReductionInstDesc isMinMaxSelectCmpPattern(Instruction *I,
-                                                    ReductionInstDesc &Prev);
+  static InstDesc isMinMaxSelectCmpPattern(Instruction *I, InstDesc &Prev);
 
-  /// Returns identity corresponding to the ReductionKind.
-  static Constant *getReductionIdentity(ReductionKind K, Type *Tp);
+  /// Returns identity corresponding to the RecurrenceKind.
+  static Constant *getRecurrenceIdentity(RecurrenceKind K, Type *Tp);
 
-  /// Returns the opcode of binary operation corresponding to the ReductionKind.
-  static unsigned getReductionBinOp(ReductionKind Kind);
+  /// Returns the opcode of binary operation corresponding to the
+  /// RecurrenceKind.
+  static unsigned getRecurrenceBinOp(RecurrenceKind Kind);
 
-  /// Returns a Min/Max operation corresponding to MinMaxReductionKind.
-  static Value *createMinMaxOp(IRBuilder<> &Builder,
-                               ReductionInstDesc::MinMaxReductionKind RK,
+  /// Returns a Min/Max operation corresponding to MinMaxRecurrenceKind.
+  static Value *createMinMaxOp(IRBuilder<> &Builder, MinMaxRecurrenceKind RK,
                                Value *Left, Value *Right);
 
   /// Returns true if Phi is a reduction of type Kind and adds it to the
-  /// ReductionDescriptor.
-  static bool AddReductionVar(PHINode *Phi, ReductionKind Kind, Loop *TheLoop,
+  /// RecurrenceDescriptor.
+  static bool AddReductionVar(PHINode *Phi, RecurrenceKind Kind, Loop *TheLoop,
                               bool HasFunNoNaNAttr,
-                              ReductionDescriptor &RedDes);
+                              RecurrenceDescriptor &RedDes);
 
-  /// Returns true if Phi is a reduction in TheLoop. The ReductionDescriptor is
+  /// Returns true if Phi is a reduction in TheLoop. The RecurrenceDescriptor is
   /// returned in RedDes.
   static bool isReductionPHI(PHINode *Phi, Loop *TheLoop,
-                             ReductionDescriptor &RedDes);
+                             RecurrenceDescriptor &RedDes);
 
-  ReductionKind getReductionKind() { return Kind; }
+  RecurrenceKind getRecurrenceKind() { return Kind; }
 
-  ReductionInstDesc::MinMaxReductionKind getMinMaxReductionKind() {
-    return MinMaxKind;
-  }
+  MinMaxRecurrenceKind getMinMaxRecurrenceKind() { return MinMaxKind; }
 
-  TrackingVH<Value> getReductionStartValue() { return StartValue; }
+  TrackingVH<Value> getRecurrenceStartValue() { return StartValue; }
 
   Instruction *getLoopExitInstr() { return LoopExitInstr; }
 
+  /// Returns true if the recurrence has unsafe algebra which requires a relaxed
+  /// floating-point model.
+  bool hasUnsafeAlgebra() { return UnsafeAlgebraInst != nullptr; }
+
+  /// Returns first unsafe algebra instruction in the PHI node's use-chain.
+  Instruction *getUnsafeAlgebraInst() { return UnsafeAlgebraInst; }
+
+  /// Returns true if the recurrence kind is an integer kind.
+  static bool isIntegerRecurrenceKind(RecurrenceKind Kind);
+
+  /// Returns true if the recurrence kind is a floating point kind.
+  static bool isFloatingPointRecurrenceKind(RecurrenceKind Kind);
+
+  /// Returns true if the recurrence kind is an arithmetic kind.
+  static bool isArithmeticRecurrenceKind(RecurrenceKind Kind);
+
+  /// Determines if Phi may have been type-promoted. If Phi has a single user
+  /// that ANDs the Phi with a type mask, return the user. RT is updated to
+  /// account for the narrower bit width represented by the mask, and the AND
+  /// instruction is added to CI.
+  static Instruction *lookThroughAnd(PHINode *Phi, Type *&RT,
+                                     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Visited,
+                                     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &CI);
+
+  /// Returns true if all the source operands of a recurrence are either
+  /// SExtInsts or ZExtInsts. This function is intended to be used with
+  /// lookThroughAnd to determine if the recurrence has been type-promoted. The
+  /// source operands are added to CI, and IsSigned is updated to indicate if
+  /// all source operands are SExtInsts.
+  static bool getSourceExtensionKind(Instruction *Start, Instruction *Exit,
+                                     Type *RT, bool &IsSigned,
+                                     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Visited,
+                                     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &CI);
+
+  /// Returns the type of the recurrence. This type can be narrower than the
+  /// actual type of the Phi if the recurrence has been type-promoted.
+  Type *getRecurrenceType() { return RecurrenceType; }
+
+  /// Returns a reference to the instructions used for type-promoting the
+  /// recurrence.
+  SmallPtrSet<Instruction *, 8> &getCastInsts() { return CastInsts; }
+
+  /// Returns true if all source operands of the recurrence are SExtInsts.
+  bool isSigned() { return IsSigned; }
+
 private:
-  // The starting value of the reduction.
+  // The starting value of the recurrence.
   // It does not have to be zero!
   TrackingVH<Value> StartValue;
   // The instruction who's value is used outside the loop.
   Instruction *LoopExitInstr;
-  // The kind of the reduction.
-  ReductionKind Kind;
-  // If this a min/max reduction the kind of reduction.
-  ReductionInstDesc::MinMaxReductionKind MinMaxKind;
+  // The kind of the recurrence.
+  RecurrenceKind Kind;
+  // If this a min/max recurrence the kind of recurrence.
+  MinMaxRecurrenceKind MinMaxKind;
+  // First occurance of unasfe algebra in the PHI's use-chain.
+  Instruction *UnsafeAlgebraInst;
+  // The type of the recurrence.
+  Type *RecurrenceType;
+  // True if all source operands of the recurrence are SExtInsts.
+  bool IsSigned;
+  // Instructions used for type-promoting the recurrence.
+  SmallPtrSet<Instruction *, 8> CastInsts;
+};
+
+/// A struct for saving information about induction variables.
+class InductionDescriptor {
+public:
+  /// This enum represents the kinds of inductions that we support.
+  enum InductionKind {
+    IK_NoInduction,  ///< Not an induction variable.
+    IK_IntInduction, ///< Integer induction variable. Step = C.
+    IK_PtrInduction  ///< Pointer induction var. Step = C / sizeof(elem).
+  };
+
+private:
+  /// Private constructor - use \c isInductionPHI.
+  InductionDescriptor(Value *Start, InductionKind K, ConstantInt *Step);
+public:
+  /// Default constructor - creates an invalid induction.
+  InductionDescriptor()
+    : StartValue(nullptr), IK(IK_NoInduction), StepValue(nullptr) {}
+
+  /// Get the consecutive direction. Returns:
+  ///   0 - unknown or non-consecutive.
+  ///   1 - consecutive and increasing.
+  ///  -1 - consecutive and decreasing.
+  int getConsecutiveDirection() const;
+
+  /// Compute the transformed value of Index at offset StartValue using step
+  /// StepValue.
+  /// For integer induction, returns StartValue + Index * StepValue.
+  /// For pointer induction, returns StartValue[Index * StepValue].
+  /// FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw
+  /// flags, which can be found from the original scalar operations.
+  Value *transform(IRBuilder<> &B, Value *Index) const;
+
+  Value *getStartValue() const { return StartValue; }
+  InductionKind getKind() const { return IK; }
+  ConstantInt *getStepValue() const { return StepValue; }
+
+  static bool isInductionPHI(PHINode *Phi, ScalarEvolution *SE,
+                             InductionDescriptor &D);
+  
+private:
+  /// Start value.
+  TrackingVH<Value> StartValue;
+  /// Induction kind.
+  InductionKind IK;
+  /// Step value.
+  ConstantInt *StepValue;
 };
 
 BasicBlock *InsertPreheaderForLoop(Loop *L, Pass *P);
@@ -180,8 +302,7 @@ BasicBlock *InsertPreheaderForLoop(Loop *L, Pass *P);
 /// will optionally update \c AliasAnalysis and \c ScalarEvolution analyses if
 /// passed into it.
 bool simplifyLoop(Loop *L, DominatorTree *DT, LoopInfo *LI, Pass *PP,
-                  AliasAnalysis *AA = nullptr, ScalarEvolution *SE = nullptr,
-                  AssumptionCache *AC = nullptr);
+                  ScalarEvolution *SE = nullptr, AssumptionCache *AC = nullptr);
 
 /// \brief Put loop into LCSSA form.
 ///
@@ -226,13 +347,13 @@ bool sinkRegion(DomTreeNode *, AliasAnalysis *, LoopInfo *, DominatorTree *,
 /// first order w.r.t the DominatorTree.  This allows us to visit definitions
 /// before uses, allowing us to hoist a loop body in one pass without iteration.
 /// Takes DomTreeNode, AliasAnalysis, LoopInfo, DominatorTree, DataLayout,
-/// TargetLibraryInfo, Loop, AliasSet information for all instructions of the 
+/// TargetLibraryInfo, Loop, AliasSet information for all instructions of the
 /// loop and loop safety information as arguments. It returns changed status.
 bool hoistRegion(DomTreeNode *, AliasAnalysis *, LoopInfo *, DominatorTree *,
                  TargetLibraryInfo *, Loop *, AliasSetTracker *,
                  LICMSafetyInfo *);
 
-/// \brief Try to promote memory values to scalars by sinking stores out of 
+/// \brief Try to promote memory values to scalars by sinking stores out of
 /// the loop and moving loads to before the loop.  We do this by looping over
 /// the stores in the loop, looking for stores to Must pointers which are 
 /// loop invariant. It takes AliasSet, Loop exit blocks vector, loop exit blocks
@@ -246,15 +367,13 @@ bool promoteLoopAccessesToScalars(AliasSet &, SmallVectorImpl<BasicBlock*> &,
                                   LICMSafetyInfo *);
 
 /// \brief Computes safety information for a loop
-/// checks loop body & header for the possiblity of may throw
+/// checks loop body & header for the possibility of may throw
 /// exception, it takes LICMSafetyInfo and loop as argument.
 /// Updates safety information in LICMSafetyInfo argument.
 void computeLICMSafetyInfo(LICMSafetyInfo *, Loop *);
 
-/// \brief Checks if the given PHINode in a loop header is an induction
-/// variable. Returns true if this is an induction PHI along with the step
-/// value.
-bool isInductionPHI(PHINode *, ScalarEvolution *, ConstantInt *&);
+/// \brief Returns the instructions that use values defined in the loop.
+SmallVector<Instruction *, 8> findDefsUsedOutsideOfLoop(Loop *L);
 }
 
 #endif