In the TD pass, don't iterate over the scalar map to find the globals, iterate over
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / InductionVariable.cpp
index f0b01e845542262e759644ff38ee8bc04a7ac87d..b602529494809f3fb0034203496f7cbdef89df83 100644 (file)
@@ -1,9 +1,16 @@
-//===- llvm/Analysis/InductionVariable.h - Induction variable ----*- C++ -*--=//
+//===- InductionVariable.cpp - Induction variable classification ----------===//
+// 
+//                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
-// This interface is used to identify and classify induction variables that
-// exist in the program.  Induction variables must contain a PHI node that
-// exists in a loop header.  Because of this, they are identified an managed by
-// this PHI node.
+// This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
+// the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
+// 
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//
+// This file implements identification and classification of induction 
+// variables.  Induction variables must contain a PHI node that exists in a 
+// loop header.  Because of this, they are identified an managed by this PHI 
+// node.
 //
 // Induction variables are classified into a type.  Knowing that an induction
 // variable is of a specific type can constrain the values of the start and
 #include "llvm/Analysis/InductionVariable.h"
 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
 #include "llvm/Analysis/Expressions.h"
-#include "llvm/iPHINode.h"
-#include "llvm/InstrTypes.h"
+#include "llvm/BasicBlock.h"
+#include "llvm/Instructions.h"
 #include "llvm/Type.h"
 #include "llvm/Constants.h"
-
-using analysis::ExprType;
-
+#include "llvm/Support/CFG.h"
+#include "llvm/Assembly/Writer.h"
+#include "Support/Debug.h"
+using namespace llvm;
 
 static bool isLoopInvariant(const Value *V, const Loop *L) {
-  if (isa<Constant>(V) || isa<Argument>(V) || isa<GlobalValue>(V))
-    return true;
-  
-  Instruction *I = cast<Instruction>(V);
-  BasicBlock *BB = I->getParent();
-
-  return !L->contains(BB);
+  if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
+    return !L->contains(I->getParent());
+  // non-instructions all dominate instructions/blocks
+  return true;
 }
 
 enum InductionVariable::iType
 InductionVariable::Classify(const Value *Start, const Value *Step,
-                           const Loop *L = 0) {
-  // Check for cannonical and simple linear expressions now...
-  if (ConstantInt *CStart = dyn_cast<ConstantInt>(Start))
-    if (ConstantInt *CStep = dyn_cast<ConstantInt>(Step)) {
-      if (CStart->equalsInt(0) && CStep->equalsInt(1))
-       return Cannonical;
+                            const Loop *L) {
+  // Check for canonical and simple linear expressions now...
+  if (const ConstantInt *CStart = dyn_cast<ConstantInt>(Start))
+    if (const ConstantInt *CStep = dyn_cast<ConstantInt>(Step)) {
+      if (CStart->isNullValue() && CStep->equalsInt(1))
+        return Canonical;
       else
-       return SimpleLinear;
+        return SimpleLinear;
     }
 
   // Without loop information, we cannot do any better, so bail now...
@@ -60,7 +65,7 @@ InductionVariable::Classify(const Value *Start, const Value *Step,
 // Create an induction variable for the specified value.  If it is a PHI, and
 // if it's recognizable, classify it and fill in instance variables.
 //
-InductionVariable::InductionVariable(PHINode *P, LoopInfo *LoopInfo) {
+InductionVariable::InductionVariable(PHINode *P, LoopInfo *LoopInfo): End(0) {
   InductionType = Unknown;     // Assume the worst
   Phi = P;
   
@@ -84,8 +89,8 @@ InductionVariable::InductionVariable(PHINode *P, LoopInfo *LoopInfo) {
   Value *V2 = Phi->getIncomingValue(1);
 
   if (L == 0) {  // No loop information?  Base everything on expression analysis
-    ExprType E1 = analysis::ClassifyExpression(V1);
-    ExprType E2 = analysis::ClassifyExpression(V2);
+    ExprType E1 = ClassifyExpr(V1);
+    ExprType E2 = ClassifyExpr(V2);
 
     if (E1.ExprTy > E2.ExprTy)        // Make E1 be the simpler expression
       std::swap(E1, E2);
@@ -94,12 +99,12 @@ InductionVariable::InductionVariable(PHINode *P, LoopInfo *LoopInfo) {
     // with respect to the PHI node.
     //
     if (E1.ExprTy > ExprType::Constant || E2.ExprTy != ExprType::Linear ||
-       E2.Var != Phi)
+        E2.Var != Phi)
       return;
 
     // Okay, we have found an induction variable. Save the start and step values
     const Type *ETy = Phi->getType();
-    if (ETy->isPointerType()) ETy = Type::ULongTy;
+    if (isa<PointerType>(ETy)) ETy = Type::ULongTy;
 
     Start = (Value*)(E1.Offset ? E1.Offset : ConstantInt::get(ETy, 0));
     Step  = (Value*)(E2.Offset ? E2.Offset : ConstantInt::get(ETy, 0));
@@ -117,25 +122,45 @@ InductionVariable::InductionVariable(PHINode *P, LoopInfo *LoopInfo) {
     if (V2 == Phi) {  // referencing the PHI directly?  Must have zero step
       Step = Constant::getNullValue(Phi->getType());
     } else if (BinaryOperator *I = dyn_cast<BinaryOperator>(V2)) {
-      // TODO: This could be much better...
       if (I->getOpcode() == Instruction::Add) {
-       if (I->getOperand(0) == Phi)
-         Step = I->getOperand(1);
-       else if (I->getOperand(1) == Phi)
-         Step = I->getOperand(0);
+        if (I->getOperand(0) == Phi)
+          Step = I->getOperand(1);
+        else if (I->getOperand(1) == Phi)
+          Step = I->getOperand(0);
+      } else if (I->getOpcode() == Instruction::Sub &&
+                 I->getOperand(0) == Phi) {
+        // If the incoming value is a constant, just form a constant negative
+        // step.  Otherwise, negate the step outside of the loop and use it.
+        Value *V = I->getOperand(1);
+        Constant *Zero = Constant::getNullValue(V->getType());
+        if (Constant *CV = dyn_cast<Constant>(V))
+          Step = ConstantExpr::get(Instruction::Sub, Zero, CV);
+        else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
+          Step = BinaryOperator::create(Instruction::Sub, Zero, V,
+                                        V->getName()+".neg", I->getNext());
+
+        } else {
+          Step = BinaryOperator::create(Instruction::Sub, Zero, V,
+                                        V->getName()+".neg", 
+                              Phi->getParent()->getParent()->begin()->begin());
+        }
       }
+    } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V2)) {
+      if (GEP->getNumOperands() == 2 &&
+          GEP->getOperand(0) == Phi)
+        Step = GEP->getOperand(1);
     }
 
     if (Step == 0) {                  // Unrecognized step value...
-      ExprType StepE = analysis::ClassifyExpression(V2);
+      ExprType StepE = ClassifyExpr(V2);
       if (StepE.ExprTy != ExprType::Linear ||
-         StepE.Var != Phi) return;
+          StepE.Var != Phi) return;
 
       const Type *ETy = Phi->getType();
-      if (ETy->isPointerType()) ETy = Type::ULongTy;
+      if (isa<PointerType>(ETy)) ETy = Type::ULongTy;
       Step  = (Value*)(StepE.Offset ? StepE.Offset : ConstantInt::get(ETy, 0));
     } else {   // We were able to get a step value, simplify with expr analysis
-      ExprType StepE = analysis::ClassifyExpression(Step);
+      ExprType StepE = ClassifyExpr(Step);
       if (StepE.ExprTy == ExprType::Linear && StepE.Offset == 0) {
         // No offset from variable?  Grab the variable
         Step = StepE.Var;
@@ -145,7 +170,7 @@ InductionVariable::InductionVariable(PHINode *P, LoopInfo *LoopInfo) {
         else
           Step = Constant::getNullValue(Step->getType());
         const Type *ETy = Phi->getType();
-        if (ETy->isPointerType()) ETy = Type::ULongTy;
+        if (isa<PointerType>(ETy)) ETy = Type::ULongTy;
         Step  = (Value*)(StepE.Offset ? StepE.Offset : ConstantInt::get(ETy,0));
       }
     }
@@ -154,3 +179,142 @@ InductionVariable::InductionVariable(PHINode *P, LoopInfo *LoopInfo) {
   // Classify the induction variable type now...
   InductionType = InductionVariable::Classify(Start, Step, L);
 }
+
+
+Value *InductionVariable::getExecutionCount(LoopInfo *LoopInfo) {
+  if (InductionType != Canonical) return 0;
+
+  DEBUG(std::cerr << "entering getExecutionCount\n");
+
+  // Don't recompute if already available
+  if (End) {
+    DEBUG(std::cerr << "returning cached End value.\n");
+    return End;
+  }
+
+  const Loop *L = LoopInfo ? LoopInfo->getLoopFor(Phi->getParent()) : 0;
+  if (!L) {
+    DEBUG(std::cerr << "null loop. oops\n");
+    return 0;
+  }
+
+  // >1 backedge => cannot predict number of iterations
+  if (Phi->getNumIncomingValues() != 2) {
+    DEBUG(std::cerr << ">2 incoming values. oops\n");
+    return 0;
+  }
+
+  // Find final node: predecessor of the loop header that's also an exit
+  BasicBlock *terminator = 0;
+  for (pred_iterator PI = pred_begin(L->getHeader()),
+         PE = pred_end(L->getHeader()); PI != PE; ++PI)
+    if (L->isLoopExit(*PI)) {
+      terminator = *PI;
+      break;
+    }
+
+  // Break in the loop => cannot predict number of iterations
+  // break: any block which is an exit node whose successor is not in loop,
+  // and this block is not marked as the terminator
+  //
+  const std::vector<BasicBlock*> &blocks = L->getBlocks();
+  for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator I = blocks.begin(),
+         e = blocks.end(); I != e; ++I)
+    if (L->isLoopExit(*I) && *I != terminator)
+      for (succ_iterator SI = succ_begin(*I), SE = succ_end(*I); SI != SE; ++SI)
+        if (!L->contains(*SI)) {
+          DEBUG(std::cerr << "break found in loop");
+          return 0;
+        }
+
+  BranchInst *B = dyn_cast<BranchInst>(terminator->getTerminator());
+  if (!B) {
+    DEBUG(std::cerr << "Terminator is not a cond branch!");
+    return 0; 
+  }
+  SetCondInst *SCI = dyn_cast<SetCondInst>(B->getCondition());
+  if (!SCI) {
+    DEBUG(std::cerr << "Not a cond branch on setcc!\n");
+    return 0;
+  }
+
+  DEBUG(std::cerr << "sci:" << *SCI);
+  Value *condVal0 = SCI->getOperand(0);
+  Value *condVal1 = SCI->getOperand(1);
+
+  // The induction variable is the one coming from the backedge
+  Value *indVar = Phi->getIncomingValue(L->contains(Phi->getIncomingBlock(1)));
+
+
+  // Check to see if indVar is one of the parameters in SCI and if the other is
+  // loop-invariant, it is the UB
+  if (indVar == condVal0) {
+    if (isLoopInvariant(condVal1, L))
+      End = condVal1;
+    else {
+      DEBUG(std::cerr << "not loop invariant 1\n");
+      return 0;
+    }
+  } else if (indVar == condVal1) {
+    if (isLoopInvariant(condVal0, L))
+      End = condVal0;
+    else {
+      DEBUG(std::cerr << "not loop invariant 0\n");
+      return 0;
+    }
+  } else {
+    DEBUG(std::cerr << "Loop condition doesn't directly uses indvar\n");
+    return 0;
+  }
+
+  switch (SCI->getOpcode()) {
+  case Instruction::SetLT:
+  case Instruction::SetNE: return End; // already done
+  case Instruction::SetLE:
+    // if compared to a constant int N, then predict N+1 iterations
+    if (ConstantSInt *ubSigned = dyn_cast<ConstantSInt>(End)) {
+      DEBUG(std::cerr << "signed int constant\n");
+      return ConstantSInt::get(ubSigned->getType(), ubSigned->getValue()+1);
+    } else if (ConstantUInt *ubUnsigned = dyn_cast<ConstantUInt>(End)) {
+      DEBUG(std::cerr << "unsigned int constant\n");
+      return ConstantUInt::get(ubUnsigned->getType(),
+                               ubUnsigned->getValue()+1);
+    } else {
+      DEBUG(std::cerr << "symbolic bound\n");
+      // new expression N+1, insert right before the SCI.  FIXME: If End is loop
+      // invariant, then so is this expression.  We should insert it in the loop
+      // preheader if it exists.
+      return BinaryOperator::create(Instruction::Add, End, 
+                                    ConstantInt::get(End->getType(), 1),
+                                    "tripcount", SCI);
+    }
+
+  default:
+    return 0; // cannot predict
+  }
+}
+
+
+void InductionVariable::print(std::ostream &o) const {
+  switch (InductionType) {
+  case InductionVariable::Canonical:    o << "Canonical ";    break;
+  case InductionVariable::SimpleLinear: o << "SimpleLinear "; break;
+  case InductionVariable::Linear:       o << "Linear ";       break;
+  case InductionVariable::Unknown:      o << "Unrecognized "; break;
+  }
+  o << "Induction Variable: ";
+  if (Phi) {
+    WriteAsOperand(o, Phi);
+    o << ":\n" << Phi;
+  } else {
+    o << "\n";
+  }
+  if (InductionType == InductionVariable::Unknown) return;
+
+  o << "  Start = "; WriteAsOperand(o, Start);
+  o << "  Step = " ; WriteAsOperand(o, Step);
+  if (End) { 
+    o << "  End = " ; WriteAsOperand(o, End);
+  }
+  o << "\n";
+}