When decling to reuse existing expressions that involve casts, ignore
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / LoopInfo.cpp
index d350fa6f9eb174bed27fdd99a7528f9fe3891fb1..05831402f4092bcea8ccf670e5864f8fdab03f40 100644 (file)
 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
 #include "llvm/Support/CFG.h"
-#include "llvm/Support/Streams.h"
+#include "llvm/Support/CommandLine.h"
+#include "llvm/Support/Debug.h"
 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
 #include <algorithm>
 using namespace llvm;
 
+// Always verify loopinfo if expensive checking is enabled.
+#ifdef XDEBUG
+static bool VerifyLoopInfo = true;
+#else
+static bool VerifyLoopInfo = false;
+#endif
+static cl::opt<bool,true>
+VerifyLoopInfoX("verify-loop-info", cl::location(VerifyLoopInfo),
+                cl::desc("Verify loop info (time consuming)"));
+
 char LoopInfo::ID = 0;
-static RegisterPass<LoopInfo>
-X("loops", "Natural Loop Information", true, true);
+INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopInfo, "loops", "Natural Loop Information", true, true)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
+INITIALIZE_PASS_END(LoopInfo, "loops", "Natural Loop Information", true, true)
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 // Loop implementation
@@ -38,15 +50,18 @@ X("loops", "Natural Loop Information", true, true);
 ///
 bool Loop::isLoopInvariant(Value *V) const {
   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
-    return isLoopInvariant(I);
+    return !contains(I);
   return true;  // All non-instructions are loop invariant
 }
 
-/// isLoopInvariant - Return true if the specified instruction is
-/// loop-invariant.
-///
-bool Loop::isLoopInvariant(Instruction *I) const {
-  return !contains(I->getParent());
+/// hasLoopInvariantOperands - Return true if all the operands of the
+/// specified instruction are loop invariant. 
+bool Loop::hasLoopInvariantOperands(Instruction *I) const {
+  for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
+    if (!isLoopInvariant(I->getOperand(i)))
+      return false;
+  
+  return true;
 }
 
 /// makeLoopInvariant - If the given value is an instruciton inside of the
@@ -79,14 +94,9 @@ bool Loop::makeLoopInvariant(Instruction *I, bool &Changed,
   // Test if the value is already loop-invariant.
   if (isLoopInvariant(I))
     return true;
-  // Don't hoist instructions with side-effects.
-  if (I->isTrapping())
-    return false;
-  // Don't hoist PHI nodes.
-  if (isa<PHINode>(I))
+  if (!I->isSafeToSpeculativelyExecute())
     return false;
-  // Don't hoist allocation instructions.
-  if (isa<AllocationInst>(I))
+  if (I->mayReadFromMemory())
     return false;
   // Determine the insertion point, unless one was given.
   if (!InsertPt) {
@@ -100,6 +110,7 @@ bool Loop::makeLoopInvariant(Instruction *I, bool &Changed,
   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
     if (!makeLoopInvariant(I->getOperand(i), Changed, InsertPt))
       return false;
+  
   // Hoist.
   I->moveBefore(InsertPt);
   Changed = true;
@@ -118,14 +129,13 @@ PHINode *Loop::getCanonicalInductionVariable() const {
   BasicBlock *H = getHeader();
 
   BasicBlock *Incoming = 0, *Backedge = 0;
-  typedef GraphTraits<Inverse<BasicBlock*> > InvBlockTraits;
-  InvBlockTraits::ChildIteratorType PI = InvBlockTraits::child_begin(H);
-  assert(PI != InvBlockTraits::child_end(H) &&
+  pred_iterator PI = pred_begin(H);
+  assert(PI != pred_end(H) &&
          "Loop must have at least one backedge!");
   Backedge = *PI++;
-  if (PI == InvBlockTraits::child_end(H)) return 0;  // dead loop
+  if (PI == pred_end(H)) return 0;  // dead loop
   Incoming = *PI++;
-  if (PI != InvBlockTraits::child_end(H)) return 0;  // multiple backedges?
+  if (PI != pred_end(H)) return 0;  // multiple backedges?
 
   if (contains(Incoming)) {
     if (contains(Backedge))
@@ -151,18 +161,6 @@ PHINode *Loop::getCanonicalInductionVariable() const {
   return 0;
 }
 
-/// getCanonicalInductionVariableIncrement - Return the LLVM value that holds
-/// the canonical induction variable value for the "next" iteration of the
-/// loop.  This always succeeds if getCanonicalInductionVariable succeeds.
-///
-Instruction *Loop::getCanonicalInductionVariableIncrement() const {
-  if (PHINode *PN = getCanonicalInductionVariable()) {
-    bool P1InLoop = contains(PN->getIncomingBlock(1));
-    return cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(P1InLoop));
-  }
-  return 0;
-}
-
 /// getTripCount - Return a loop-invariant LLVM value indicating the number of
 /// times the loop will be executed.  Note that this means that the backedge
 /// of the loop executes N-1 times.  If the trip-count cannot be determined,
@@ -174,12 +172,12 @@ Instruction *Loop::getCanonicalInductionVariableIncrement() const {
 Value *Loop::getTripCount() const {
   // Canonical loops will end with a 'cmp ne I, V', where I is the incremented
   // canonical induction variable and V is the trip count of the loop.
-  Instruction *Inc = getCanonicalInductionVariableIncrement();
-  if (Inc == 0) return 0;
-  PHINode *IV = cast<PHINode>(Inc->getOperand(0));
+  PHINode *IV = getCanonicalInductionVariable();
+  if (IV == 0 || IV->getNumIncomingValues() != 2) return 0;
 
-  BasicBlock *BackedgeBlock =
-    IV->getIncomingBlock(contains(IV->getIncomingBlock(1)));
+  bool P0InLoop = contains(IV->getIncomingBlock(0));
+  Value *Inc = IV->getIncomingValue(!P0InLoop);
+  BasicBlock *BackedgeBlock = IV->getIncomingBlock(!P0InLoop);
 
   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BackedgeBlock->getTerminator()))
     if (BI->isConditional()) {
@@ -200,7 +198,7 @@ Value *Loop::getTripCount() const {
 
 /// getSmallConstantTripCount - Returns the trip count of this loop as a
 /// normal unsigned value, if possible. Returns 0 if the trip count is unknown
-/// of not constant. Will also return 0 if the trip count is very large
+/// or not constant. Will also return 0 if the trip count is very large
 /// (>= 2^32)
 unsigned Loop::getSmallConstantTripCount() const {
   Value* TripCount = this->getTripCount();
@@ -238,6 +236,11 @@ unsigned Loop::getSmallConstantTripMultiple() const {
         case BinaryOperator::Mul:
           Result = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1));
           break;
+        case BinaryOperator::Shl:
+          if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
+            if (CI->getValue().getActiveBits() <= 5)
+              return 1u << CI->getZExtValue();
+          break;
         default:
           break;
         }
@@ -252,24 +255,28 @@ unsigned Loop::getSmallConstantTripMultiple() const {
 }
 
 /// isLCSSAForm - Return true if the Loop is in LCSSA form
-bool Loop::isLCSSAForm() const {
+bool Loop::isLCSSAForm(DominatorTree &DT) const {
   // Sort the blocks vector so that we can use binary search to do quick
   // lookups.
-  SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> LoopBBs(block_begin(), block_end());
+  SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> LoopBBs(block_begin(), block_end());
 
   for (block_iterator BI = block_begin(), E = block_end(); BI != E; ++BI) {
-    BasicBlock  *BB = *BI;
-    for (BasicBlock ::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;++I)
+    BasicBlock *BB = *BI;
+    for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;++I)
       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
            ++UI) {
-        BasicBlock *UserBB = cast<Instruction>(*UI)->getParent();
-        if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(*UI)) {
+        User *U = *UI;
+        BasicBlock *UserBB = cast<Instruction>(U)->getParent();
+        if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(U))
           UserBB = P->getIncomingBlock(UI);
-        }
 
-        // Check the current block, as a fast-path.  Most values are used in
-        // the same block they are defined in.
-        if (UserBB != BB && !LoopBBs.count(UserBB))
+        // Check the current block, as a fast-path, before checking whether
+        // the use is anywhere in the loop.  Most values are used in the same
+        // block they are defined in.  Also, blocks not reachable from the
+        // entry are special; uses in them don't need to go through PHIs.
+        if (UserBB != BB &&
+            !LoopBBs.count(UserBB) &&
+            DT.isReachableFromEntry(UserBB))
           return false;
       }
   }
@@ -281,12 +288,17 @@ bool Loop::isLCSSAForm() const {
 /// the LoopSimplify form transforms loops to, which is sometimes called
 /// normal form.
 bool Loop::isLoopSimplifyForm() const {
-  // Normal-form loops have a preheader.
-  if (!getLoopPreheader())
-    return false;
-  // Normal-form loops have a single backedge.
-  if (!getLoopLatch())
-    return false;
+  // Normal-form loops have a preheader, a single backedge, and all of their
+  // exits have all their predecessors inside the loop.
+  return getLoopPreheader() && getLoopLatch() && hasDedicatedExits();
+}
+
+/// hasDedicatedExits - Return true if no exit block for the loop
+/// has a predecessor that is outside the loop.
+bool Loop::hasDedicatedExits() const {
+  // Sort the blocks vector so that we can use binary search to do quick
+  // lookups.
+  SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> LoopBBs(block_begin(), block_end());
   // Each predecessor of each exit block of a normal loop is contained
   // within the loop.
   SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitBlocks;
@@ -294,12 +306,82 @@ bool Loop::isLoopSimplifyForm() const {
   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
     for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlocks[i]),
          PE = pred_end(ExitBlocks[i]); PI != PE; ++PI)
-      if (!contains(*PI))
+      if (!LoopBBs.count(*PI))
         return false;
   // All the requirements are met.
   return true;
 }
 
+/// getUniqueExitBlocks - Return all unique successor blocks of this loop.
+/// These are the blocks _outside of the current loop_ which are branched to.
+/// This assumes that loop exits are in canonical form.
+///
+void
+Loop::getUniqueExitBlocks(SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ExitBlocks) const {
+  assert(hasDedicatedExits() &&
+         "getUniqueExitBlocks assumes the loop has canonical form exits!");
+
+  // Sort the blocks vector so that we can use binary search to do quick
+  // lookups.
+  SmallVector<BasicBlock *, 128> LoopBBs(block_begin(), block_end());
+  std::sort(LoopBBs.begin(), LoopBBs.end());
+
+  SmallVector<BasicBlock *, 32> switchExitBlocks;
+
+  for (block_iterator BI = block_begin(), BE = block_end(); BI != BE; ++BI) {
+
+    BasicBlock *current = *BI;
+    switchExitBlocks.clear();
+
+    for (succ_iterator I = succ_begin(*BI), E = succ_end(*BI); I != E; ++I) {
+      // If block is inside the loop then it is not a exit block.
+      if (std::binary_search(LoopBBs.begin(), LoopBBs.end(), *I))
+        continue;
+
+      pred_iterator PI = pred_begin(*I);
+      BasicBlock *firstPred = *PI;
+
+      // If current basic block is this exit block's first predecessor
+      // then only insert exit block in to the output ExitBlocks vector.
+      // This ensures that same exit block is not inserted twice into
+      // ExitBlocks vector.
+      if (current != firstPred)
+        continue;
+
+      // If a terminator has more then two successors, for example SwitchInst,
+      // then it is possible that there are multiple edges from current block
+      // to one exit block.
+      if (std::distance(succ_begin(current), succ_end(current)) <= 2) {
+        ExitBlocks.push_back(*I);
+        continue;
+      }
+
+      // In case of multiple edges from current block to exit block, collect
+      // only one edge in ExitBlocks. Use switchExitBlocks to keep track of
+      // duplicate edges.
+      if (std::find(switchExitBlocks.begin(), switchExitBlocks.end(), *I)
+          == switchExitBlocks.end()) {
+        switchExitBlocks.push_back(*I);
+        ExitBlocks.push_back(*I);
+      }
+    }
+  }
+}
+
+/// getUniqueExitBlock - If getUniqueExitBlocks would return exactly one
+/// block, return that block. Otherwise return null.
+BasicBlock *Loop::getUniqueExitBlock() const {
+  SmallVector<BasicBlock *, 8> UniqueExitBlocks;
+  getUniqueExitBlocks(UniqueExitBlocks);
+  if (UniqueExitBlocks.size() == 1)
+    return UniqueExitBlocks[0];
+  return 0;
+}
+
+void Loop::dump() const {
+  print(dbgs());
+}
+
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 // LoopInfo implementation
 //
@@ -309,7 +391,29 @@ bool LoopInfo::runOnFunction(Function &) {
   return false;
 }
 
+void LoopInfo::verifyAnalysis() const {
+  // LoopInfo is a FunctionPass, but verifying every loop in the function
+  // each time verifyAnalysis is called is very expensive. The
+  // -verify-loop-info option can enable this. In order to perform some
+  // checking by default, LoopPass has been taught to call verifyLoop
+  // manually during loop pass sequences.
+
+  if (!VerifyLoopInfo) return;
+
+  for (iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I) {
+    assert(!(*I)->getParentLoop() && "Top-level loop has a parent!");
+    (*I)->verifyLoopNest();
+  }
+
+  // TODO: check BBMap consistency.
+}
+
 void LoopInfo::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
   AU.setPreservesAll();
   AU.addRequired<DominatorTree>();
 }
+
+void LoopInfo::print(raw_ostream &OS, const Module*) const {
+  LI.print(OS);
+}
+