When checking whether the special handling for an addrec increment which
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / LazyValueInfo.cpp
index cfedc20448bf883e1aa2a0b8af1dbe1755797149..ff9026bede97e9404f2018fc424bae2d5a6c136e 100644 (file)
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
+#define DEBUG_TYPE "lazy-value-info"
 #include "llvm/Analysis/LazyValueInfo.h"
+#include "llvm/Constants.h"
+#include "llvm/Instructions.h"
+#include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
+#include "llvm/Target/TargetData.h"
+#include "llvm/Support/CFG.h"
+#include "llvm/Support/Debug.h"
+#include "llvm/Support/raw_ostream.h"
+#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
+#include "llvm/ADT/PointerIntPair.h"
+#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
 using namespace llvm;
 
 char LazyValueInfo::ID = 0;
@@ -23,9 +34,549 @@ namespace llvm {
   FunctionPass *createLazyValueInfoPass() { return new LazyValueInfo(); }
 }
 
-LazyValueInfo::LazyValueInfo() : FunctionPass(&ID) {
+
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//                               LVILatticeVal
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+
+/// LVILatticeVal - This is the information tracked by LazyValueInfo for each
+/// value.
+///
+/// FIXME: This is basically just for bringup, this can be made a lot more rich
+/// in the future.
+///
+namespace {
+class LVILatticeVal {
+  enum LatticeValueTy {
+    /// undefined - This LLVM Value has no known value yet.
+    undefined,
+    /// constant - This LLVM Value has a specific constant value.
+    constant,
+    
+    /// notconstant - This LLVM value is known to not have the specified value.
+    notconstant,
+    
+    /// overdefined - This instruction is not known to be constant, and we know
+    /// it has a value.
+    overdefined
+  };
+  
+  /// Val: This stores the current lattice value along with the Constant* for
+  /// the constant if this is a 'constant' or 'notconstant' value.
+  PointerIntPair<Constant *, 2, LatticeValueTy> Val;
+  
+public:
+  LVILatticeVal() : Val(0, undefined) {}
+
+  static LVILatticeVal get(Constant *C) {
+    LVILatticeVal Res;
+    Res.markConstant(C);
+    return Res;
+  }
+  static LVILatticeVal getNot(Constant *C) {
+    LVILatticeVal Res;
+    Res.markNotConstant(C);
+    return Res;
+  }
+  
+  bool isUndefined() const   { return Val.getInt() == undefined; }
+  bool isConstant() const    { return Val.getInt() == constant; }
+  bool isNotConstant() const { return Val.getInt() == notconstant; }
+  bool isOverdefined() const { return Val.getInt() == overdefined; }
+  
+  Constant *getConstant() const {
+    assert(isConstant() && "Cannot get the constant of a non-constant!");
+    return Val.getPointer();
+  }
+  
+  Constant *getNotConstant() const {
+    assert(isNotConstant() && "Cannot get the constant of a non-notconstant!");
+    return Val.getPointer();
+  }
+  
+  /// markOverdefined - Return true if this is a change in status.
+  bool markOverdefined() {
+    if (isOverdefined())
+      return false;
+    Val.setInt(overdefined);
+    return true;
+  }
+
+  /// markConstant - Return true if this is a change in status.
+  bool markConstant(Constant *V) {
+    if (isConstant()) {
+      assert(getConstant() == V && "Marking constant with different value");
+      return false;
+    }
+    
+    assert(isUndefined());
+    Val.setInt(constant);
+    assert(V && "Marking constant with NULL");
+    Val.setPointer(V);
+    return true;
+  }
+  
+  /// markNotConstant - Return true if this is a change in status.
+  bool markNotConstant(Constant *V) {
+    if (isNotConstant()) {
+      assert(getNotConstant() == V && "Marking !constant with different value");
+      return false;
+    }
+    
+    if (isConstant())
+      assert(getConstant() != V && "Marking not constant with different value");
+    else
+      assert(isUndefined());
+
+    Val.setInt(notconstant);
+    assert(V && "Marking constant with NULL");
+    Val.setPointer(V);
+    return true;
+  }
+  
+  /// mergeIn - Merge the specified lattice value into this one, updating this
+  /// one and returning true if anything changed.
+  bool mergeIn(const LVILatticeVal &RHS) {
+    if (RHS.isUndefined() || isOverdefined()) return false;
+    if (RHS.isOverdefined()) return markOverdefined();
+
+    if (RHS.isNotConstant()) {
+      if (isNotConstant()) {
+        if (getNotConstant() != RHS.getNotConstant() ||
+            isa<ConstantExpr>(getNotConstant()) ||
+            isa<ConstantExpr>(RHS.getNotConstant()))
+          return markOverdefined();
+        return false;
+      }
+      if (isConstant()) {
+        if (getConstant() == RHS.getNotConstant() ||
+            isa<ConstantExpr>(RHS.getNotConstant()) ||
+            isa<ConstantExpr>(getConstant()))
+          return markOverdefined();
+        return markNotConstant(RHS.getNotConstant());
+      }
+      
+      assert(isUndefined() && "Unexpected lattice");
+      return markNotConstant(RHS.getNotConstant());
+    }
+    
+    // RHS must be a constant, we must be undef, constant, or notconstant.
+    if (isUndefined())
+      return markConstant(RHS.getConstant());
+    
+    if (isConstant()) {
+      if (getConstant() != RHS.getConstant())
+        return markOverdefined();
+      return false;
+    }
+
+    // If we are known "!=4" and RHS is "==5", stay at "!=4".
+    if (getNotConstant() == RHS.getConstant() ||
+        isa<ConstantExpr>(getNotConstant()) ||
+        isa<ConstantExpr>(RHS.getConstant()))
+      return markOverdefined();
+    return false;
+  }
+  
+};
+  
+} // end anonymous namespace.
+
+namespace llvm {
+raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const LVILatticeVal &Val) {
+  if (Val.isUndefined())
+    return OS << "undefined";
+  if (Val.isOverdefined())
+    return OS << "overdefined";
+
+  if (Val.isNotConstant())
+    return OS << "notconstant<" << *Val.getNotConstant() << '>';
+  return OS << "constant<" << *Val.getConstant() << '>';
+}
+}
+
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//                          LazyValueInfoCache Decl
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+
+namespace {
+  /// LazyValueInfoCache - This is the cache kept by LazyValueInfo which
+  /// maintains information about queries across the clients' queries.
+  class LazyValueInfoCache {
+  public:
+    /// BlockCacheEntryTy - This is a computed lattice value at the end of the
+    /// specified basic block for a Value* that depends on context.
+    typedef std::pair<BasicBlock*, LVILatticeVal> BlockCacheEntryTy;
+    
+    /// ValueCacheEntryTy - This is all of the cached block information for
+    /// exactly one Value*.  The entries are sorted by the BasicBlock* of the
+    /// entries, allowing us to do a lookup with a binary search.
+    typedef std::vector<BlockCacheEntryTy> ValueCacheEntryTy;
+
+  private:
+    /// ValueCache - This is all of the cached information for all values,
+    /// mapped from Value* to key information.
+    DenseMap<Value*, ValueCacheEntryTy> ValueCache;
+  public:
+    
+    /// getValueInBlock - This is the query interface to determine the lattice
+    /// value for the specified Value* at the end of the specified block.
+    LVILatticeVal getValueInBlock(Value *V, BasicBlock *BB);
+
+    /// getValueOnEdge - This is the query interface to determine the lattice
+    /// value for the specified Value* that is true on the specified edge.
+    LVILatticeVal getValueOnEdge(Value *V, BasicBlock *FromBB,BasicBlock *ToBB);
+  };
+} // end anonymous namespace
+
+namespace {
+  struct BlockCacheEntryComparator {
+    static int Compare(const void *LHSv, const void *RHSv) {
+      const LazyValueInfoCache::BlockCacheEntryTy *LHS =
+        static_cast<const LazyValueInfoCache::BlockCacheEntryTy *>(LHSv);
+      const LazyValueInfoCache::BlockCacheEntryTy *RHS =
+        static_cast<const LazyValueInfoCache::BlockCacheEntryTy *>(RHSv);
+      if (LHS->first < RHS->first)
+        return -1;
+      if (LHS->first > RHS->first)
+        return 1;
+      return 0;
+    }
+    
+    bool operator()(const LazyValueInfoCache::BlockCacheEntryTy &LHS,
+                    const LazyValueInfoCache::BlockCacheEntryTy &RHS) const {
+      return LHS.first < RHS.first;
+    }
+  };
+}
+
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//                              LVIQuery Impl
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+
+namespace {
+  /// LVIQuery - This is a transient object that exists while a query is
+  /// being performed.
+  ///
+  /// TODO: Reuse LVIQuery instead of recreating it for every query, this avoids
+  /// reallocation of the densemap on every query.
+  class LVIQuery {
+    typedef LazyValueInfoCache::BlockCacheEntryTy BlockCacheEntryTy;
+    typedef LazyValueInfoCache::ValueCacheEntryTy ValueCacheEntryTy;
+    
+    /// This is the current value being queried for.
+    Value *Val;
+    
+    /// This is all of the cached information about this value.
+    ValueCacheEntryTy &Cache;
+    
+    ///  NewBlocks - This is a mapping of the new BasicBlocks which have been
+    /// added to cache but that are not in sorted order.
+    DenseMap<BasicBlock*, LVILatticeVal> NewBlockInfo;
+  public:
+    
+    LVIQuery(Value *V, ValueCacheEntryTy &VC) : Val(V), Cache(VC) {
+    }
+
+    ~LVIQuery() {
+      // When the query is done, insert the newly discovered facts into the
+      // cache in sorted order.
+      if (NewBlockInfo.empty()) return;
+
+      // Grow the cache to exactly fit the new data.
+      Cache.reserve(Cache.size() + NewBlockInfo.size());
+      
+      // If we only have one new entry, insert it instead of doing a full-on
+      // sort.
+      if (NewBlockInfo.size() == 1) {
+        BlockCacheEntryTy Entry = *NewBlockInfo.begin();
+        ValueCacheEntryTy::iterator I =
+          std::lower_bound(Cache.begin(), Cache.end(), Entry,
+                           BlockCacheEntryComparator());
+        assert((I == Cache.end() || I->first != Entry.first) &&
+               "Entry already in map!");
+        
+        Cache.insert(I, Entry);
+        return;
+      }
+      
+      // TODO: If we only have two new elements, INSERT them both.
+      
+      Cache.insert(Cache.end(), NewBlockInfo.begin(), NewBlockInfo.end());
+      array_pod_sort(Cache.begin(), Cache.end(),
+                     BlockCacheEntryComparator::Compare);
+      
+    }
+
+    LVILatticeVal getBlockValue(BasicBlock *BB);
+    LVILatticeVal getEdgeValue(BasicBlock *FromBB, BasicBlock *ToBB);
+
+  private:
+    LVILatticeVal &getCachedEntryForBlock(BasicBlock *BB);
+  };
+} // end anonymous namespace
+
+/// getCachedEntryForBlock - See if we already have a value for this block.  If
+/// so, return it, otherwise create a new entry in the NewBlockInfo map to use.
+LVILatticeVal &LVIQuery::getCachedEntryForBlock(BasicBlock *BB) {
+  
+  // Do a binary search to see if we already have an entry for this block in
+  // the cache set.  If so, find it.
+  if (!Cache.empty()) {
+    ValueCacheEntryTy::iterator Entry =
+      std::lower_bound(Cache.begin(), Cache.end(),
+                       BlockCacheEntryTy(BB, LVILatticeVal()),
+                       BlockCacheEntryComparator());
+    if (Entry != Cache.end() && Entry->first == BB)
+      return Entry->second;
+  }
+  
+  // Otherwise, check to see if it's in NewBlockInfo or create a new entry if
+  // not.
+  return NewBlockInfo[BB];
+}
+
+LVILatticeVal LVIQuery::getBlockValue(BasicBlock *BB) {
+  // See if we already have a value for this block.
+  LVILatticeVal &BBLV = getCachedEntryForBlock(BB);
+  
+  // If we've already computed this block's value, return it.
+  if (!BBLV.isUndefined()) {
+    DEBUG(dbgs() << "  reuse BB '" << BB->getName() << "' val=" << BBLV <<'\n');
+    return BBLV;
+  }
+
+  // Otherwise, this is the first time we're seeing this block.  Reset the
+  // lattice value to overdefined, so that cycles will terminate and be
+  // conservatively correct.
+  BBLV.markOverdefined();
+  
+  // If V is live into BB, see if our predecessors know anything about it.
+  Instruction *BBI = dyn_cast<Instruction>(Val);
+  if (BBI == 0 || BBI->getParent() != BB) {
+    LVILatticeVal Result;  // Start Undefined.
+    unsigned NumPreds = 0;
+    
+    // Loop over all of our predecessors, merging what we know from them into
+    // result.
+    for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
+      Result.mergeIn(getEdgeValue(*PI, BB));
+      
+      // If we hit overdefined, exit early.  The BlockVals entry is already set
+      // to overdefined.
+      if (Result.isOverdefined()) {
+        DEBUG(dbgs() << " compute BB '" << BB->getName()
+                     << "' - overdefined because of pred.\n");
+        return Result;
+      }
+      ++NumPreds;
+    }
+    
+    // If this is the entry block, we must be asking about an argument.  The
+    // value is overdefined.
+    if (NumPreds == 0 && BB == &BB->getParent()->front()) {
+      assert(isa<Argument>(Val) && "Unknown live-in to the entry block");
+      Result.markOverdefined();
+      return Result;
+    }
+    
+    // Return the merged value, which is more precise than 'overdefined'.
+    assert(!Result.isOverdefined());
+    return getCachedEntryForBlock(BB) = Result;
+  }
+  
+  // If this value is defined by an instruction in this block, we have to
+  // process it here somehow or return overdefined.
+  if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
+    (void)PN;
+    // TODO: PHI Translation in preds.
+  } else {
+    
+  }
+  
+  DEBUG(dbgs() << " compute BB '" << BB->getName()
+               << "' - overdefined because inst def found.\n");
+
+  LVILatticeVal Result;
+  Result.markOverdefined();
+  return getCachedEntryForBlock(BB) = Result;
+}
+
+
+/// getEdgeValue - This method attempts to infer more complex 
+LVILatticeVal LVIQuery::getEdgeValue(BasicBlock *BBFrom, BasicBlock *BBTo) {
+  // TODO: Handle more complex conditionals.  If (v == 0 || v2 < 1) is false, we
+  // know that v != 0.
+  if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BBFrom->getTerminator())) {
+    // If this is a conditional branch and only one successor goes to BBTo, then
+    // we maybe able to infer something from the condition. 
+    if (BI->isConditional() &&
+        BI->getSuccessor(0) != BI->getSuccessor(1)) {
+      bool isTrueDest = BI->getSuccessor(0) == BBTo;
+      assert(BI->getSuccessor(!isTrueDest) == BBTo &&
+             "BBTo isn't a successor of BBFrom");
+      
+      // If V is the condition of the branch itself, then we know exactly what
+      // it is.
+      if (BI->getCondition() == Val)
+        return LVILatticeVal::get(ConstantInt::get(
+                               Type::getInt1Ty(Val->getContext()), isTrueDest));
+      
+      // If the condition of the branch is an equality comparison, we may be
+      // able to infer the value.
+      if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
+        if (ICI->isEquality() && ICI->getOperand(0) == Val &&
+            isa<Constant>(ICI->getOperand(1))) {
+          // We know that V has the RHS constant if this is a true SETEQ or
+          // false SETNE. 
+          if (isTrueDest == (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ))
+            return LVILatticeVal::get(cast<Constant>(ICI->getOperand(1)));
+          return LVILatticeVal::getNot(cast<Constant>(ICI->getOperand(1)));
+        }
+    }
+  }
+
+  // If the edge was formed by a switch on the value, then we may know exactly
+  // what it is.
+  if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BBFrom->getTerminator())) {
+    // If BBTo is the default destination of the switch, we don't know anything.
+    // Given a more powerful range analysis we could know stuff.
+    if (SI->getCondition() == Val && SI->getDefaultDest() != BBTo) {
+      // We only know something if there is exactly one value that goes from
+      // BBFrom to BBTo.
+      unsigned NumEdges = 0;
+      ConstantInt *EdgeVal = 0;
+      for (unsigned i = 1, e = SI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
+        if (SI->getSuccessor(i) != BBTo) continue;
+        if (NumEdges++) break;
+        EdgeVal = SI->getCaseValue(i);
+      }
+      assert(EdgeVal && "Missing successor?");
+      if (NumEdges == 1)
+        return LVILatticeVal::get(EdgeVal);
+    }
+  }
+  
+  // Otherwise see if the value is known in the block.
+  return getBlockValue(BBFrom);
+}
+
+
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//                         LazyValueInfoCache Impl
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+
+LVILatticeVal LazyValueInfoCache::getValueInBlock(Value *V, BasicBlock *BB) {
+  // If already a constant, there is nothing to compute.
+  if (Constant *VC = dyn_cast<Constant>(V))
+    return LVILatticeVal::get(VC);
+  
+  DEBUG(dbgs() << "LVI Getting block end value " << *V << " at '"
+        << BB->getName() << "'\n");
+  
+  LVILatticeVal Result = LVIQuery(V, ValueCache[V]).getBlockValue(BB);
+  
+  DEBUG(dbgs() << "  Result = " << Result << "\n");
+  return Result;
+}
+
+LVILatticeVal LazyValueInfoCache::
+getValueOnEdge(Value *V, BasicBlock *FromBB, BasicBlock *ToBB) {
+  // If already a constant, there is nothing to compute.
+  if (Constant *VC = dyn_cast<Constant>(V))
+    return LVILatticeVal::get(VC);
+  
+  DEBUG(dbgs() << "LVI Getting edge value " << *V << " from '"
+        << FromBB->getName() << "' to '" << ToBB->getName() << "'\n");
+  LVILatticeVal Result =
+    LVIQuery(V, ValueCache[V]).getEdgeValue(FromBB, ToBB);
+  
+  DEBUG(dbgs() << "  Result = " << Result << "\n");
+  
+  return Result;
+}
+
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//                            LazyValueInfo Impl
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+
+bool LazyValueInfo::runOnFunction(Function &F) {
+  TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
+  // Fully lazy.
+  return false;
+}
+
+/// getCache - This lazily constructs the LazyValueInfoCache.
+static LazyValueInfoCache &getCache(void *&PImpl) {
+  if (!PImpl)
+    PImpl = new LazyValueInfoCache();
+  return *static_cast<LazyValueInfoCache*>(PImpl);
 }
 
 void LazyValueInfo::releaseMemory() {
+  // If the cache was allocated, free it.
+  if (PImpl) {
+    delete &getCache(PImpl);
+    PImpl = 0;
+  }
+}
+
+Constant *LazyValueInfo::getConstant(Value *V, BasicBlock *BB) {
+  LVILatticeVal Result = getCache(PImpl).getValueInBlock(V, BB);
+  
+  if (Result.isConstant())
+    return Result.getConstant();
+  return 0;
+}
+
+/// getConstantOnEdge - Determine whether the specified value is known to be a
+/// constant on the specified edge.  Return null if not.
+Constant *LazyValueInfo::getConstantOnEdge(Value *V, BasicBlock *FromBB,
+                                           BasicBlock *ToBB) {
+  LVILatticeVal Result = getCache(PImpl).getValueOnEdge(V, FromBB, ToBB);
   
+  if (Result.isConstant())
+    return Result.getConstant();
+  return 0;
 }
+
+/// getPredicateOnEdge - Determine whether the specified value comparison
+/// with a constant is known to be true or false on the specified CFG edge.
+/// Pred is a CmpInst predicate.
+LazyValueInfo::Tristate
+LazyValueInfo::getPredicateOnEdge(unsigned Pred, Value *V, Constant *C,
+                                  BasicBlock *FromBB, BasicBlock *ToBB) {
+  LVILatticeVal Result = getCache(PImpl).getValueOnEdge(V, FromBB, ToBB);
+  
+  // If we know the value is a constant, evaluate the conditional.
+  Constant *Res = 0;
+  if (Result.isConstant()) {
+    Res = ConstantFoldCompareInstOperands(Pred, Result.getConstant(), C, TD);
+    if (ConstantInt *ResCI = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(Res))
+      return ResCI->isZero() ? False : True;
+    return Unknown;
+  }
+  
+  if (Result.isNotConstant()) {
+    // If this is an equality comparison, we can try to fold it knowing that
+    // "V != C1".
+    if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ) {
+      // !C1 == C -> false iff C1 == C.
+      Res = ConstantFoldCompareInstOperands(ICmpInst::ICMP_NE,
+                                            Result.getNotConstant(), C, TD);
+      if (Res->isNullValue())
+        return False;
+    } else if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE) {
+      // !C1 != C -> true iff C1 == C.
+      Res = ConstantFoldCompareInstOperands(ICmpInst::ICMP_NE,
+                                            Result.getNotConstant(), C, TD);
+      if (Res->isNullValue())
+        return True;
+    }
+    return Unknown;
+  }
+  
+  return Unknown;
+}
+
+