Detemplatize the Statistic class. The only type it is instantiated with
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopUnroll.cpp
index 8e625202455e38a0f51767a448c200f07d687d19..45a48994174b3c1f15976ee80447ea24c4002d96 100644 (file)
@@ -1,18 +1,19 @@
 //===-- LoopUnroll.cpp - Loop unroller pass -------------------------------===//
-// 
+//
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
 // 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 pass implements a simple loop unroller.  It works best when loops have
 // been canonicalized by the -indvars pass, allowing it to determine the trip
 // counts of loops easily.
 //
-// This pass is currently extremely limited.  It only currently only unrolls
-// single basic block loops that execute a constant number of times.
+// This pass will multi-block loops only if they contain no non-unrolled 
+// subloops.  The process of unrolling can produce extraneous basic blocks 
+// linked with unconditional branches.  This will be corrected in the future.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
@@ -24,6 +25,7 @@
 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
+#include "llvm/Support/CFG.h"
 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
 #include <cstdio>
 #include <set>
 #include <algorithm>
-
 using namespace llvm;
 
 namespace {
-  Statistic<> NumUnrolled("loop-unroll", "Number of loops completely unrolled");
+  Statistic NumUnrolled("loop-unroll", "Number of loops completely unrolled");
 
   cl::opt<unsigned>
   UnrollThreshold("unroll-threshold", cl::init(100), cl::Hidden,
@@ -47,17 +48,20 @@ namespace {
   public:
     virtual bool runOnFunction(Function &F);
     bool visitLoop(Loop *L);
+    BasicBlock* FoldBlockIntoPredecessor(BasicBlock* BB);
 
     /// This transformation requires natural loop information & requires that
     /// loop preheaders be inserted into the CFG...
     ///
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
+      AU.addRequiredID(LCSSAID);
       AU.addRequired<LoopInfo>();
+      AU.addPreservedID(LCSSAID);
       AU.addPreserved<LoopInfo>();
     }
   };
-  RegisterOpt<LoopUnroll> X("loop-unroll", "Unroll loops");
+  RegisterPass<LoopUnroll> X("loop-unroll", "Unroll loops");
 }
 
 FunctionPass *llvm::createLoopUnrollPass() { return new LoopUnroll(); }
@@ -87,8 +91,8 @@ static unsigned ApproximateLoopSize(const Loop *L) {
         // Ignore PHI nodes in the header.
       } else if (I->hasOneUse() && I->use_back() == Term) {
         // Ignore instructions only used by the loop terminator.
-      } else if (DbgInfoIntrinsic *DbgI = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
-       // Ignore debug instructions 
+      } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
+        // Ignore debug instructions
       } else {
         ++Size;
       }
@@ -102,10 +106,10 @@ static unsigned ApproximateLoopSize(const Loop *L) {
   return Size;
 }
 
-// RemapInstruction - Convert the instruction operands from referencing the 
+// RemapInstruction - Convert the instruction operands from referencing the
 // current values into those specified by ValueMap.
 //
-static inline void RemapInstruction(Instruction *I, 
+static inline void RemapInstruction(Instruction *I,
                                     std::map<const Value *, Value*> &ValueMap) {
   for (unsigned op = 0, E = I->getNumOperands(); op != E; ++op) {
     Value *Op = I->getOperand(op);
@@ -115,6 +119,56 @@ static inline void RemapInstruction(Instruction *I,
   }
 }
 
+// FoldBlockIntoPredecessor - Folds a basic block into its predecessor if it
+// only has one predecessor, and that predecessor only has one successor.
+// Returns the new combined block.
+BasicBlock* LoopUnroll::FoldBlockIntoPredecessor(BasicBlock* BB) {
+  // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
+  // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
+  // if there are no PHI nodes.
+  //
+  BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor();
+  if (!OnlyPred) return 0;
+
+  if (OnlyPred->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1)
+    return 0;
+
+  DOUT << "Merging: " << *BB << "into: " << *OnlyPred;
+
+  // Resolve any PHI nodes at the start of the block.  They are all
+  // guaranteed to have exactly one entry if they exist, unless there are
+  // multiple duplicate (but guaranteed to be equal) entries for the
+  // incoming edges.  This occurs when there are multiple edges from
+  // OnlyPred to OnlySucc.
+  //
+  while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&BB->front())) {
+    PN->replaceAllUsesWith(PN->getIncomingValue(0));
+    BB->getInstList().pop_front();  // Delete the phi node...
+  }
+
+  // Delete the unconditional branch from the predecessor...
+  OnlyPred->getInstList().pop_back();
+
+  // Move all definitions in the successor to the predecessor...
+  OnlyPred->getInstList().splice(OnlyPred->end(), BB->getInstList());
+
+  // Make all PHI nodes that referred to BB now refer to Pred as their
+  // source...
+  BB->replaceAllUsesWith(OnlyPred);
+
+  std::string OldName = BB->getName();
+
+  // Erase basic block from the function...
+  LI->removeBlock(BB);
+  BB->eraseFromParent();
+
+  // Inherit predecessors name if it exists...
+  if (!OldName.empty() && !OnlyPred->hasName())
+    OnlyPred->setName(OldName);
+
+  return OnlyPred;
+}
+
 bool LoopUnroll::visitLoop(Loop *L) {
   bool Changed = false;
 
@@ -125,140 +179,193 @@ bool LoopUnroll::visitLoop(Loop *L) {
   for (unsigned i = 0, e = SubLoops.size(); i != e; ++i)
     Changed |= visitLoop(SubLoops[i]);
 
-  // We only handle single basic block loops right now.
-  if (L->getBlocks().size() != 1)
-    return Changed;
+  BasicBlock* Header = L->getHeader();
+  BasicBlock* LatchBlock = L->getLoopLatch();
 
-  BasicBlock *BB = L->getHeader();
-  BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
+  BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
   if (BI == 0) return Changed;  // Must end in a conditional branch
 
   ConstantInt *TripCountC = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(L->getTripCount());
   if (!TripCountC) return Changed;  // Must have constant trip count!
 
-  uint64_t TripCountFull = TripCountC->getRawValue();
-  if (TripCountFull != TripCountC->getRawValue() || TripCountFull == 0)
+  uint64_t TripCountFull = TripCountC->getZExtValue();
+  if (TripCountFull != TripCountC->getZExtValue() || TripCountFull == 0)
     return Changed; // More than 2^32 iterations???
 
   unsigned LoopSize = ApproximateLoopSize(L);
-  DEBUG(std::cerr << "Loop Unroll: F[" << BB->getParent()->getName()
-        << "] Loop %" << BB->getName() << " Loop Size = " << LoopSize
-        << " Trip Count = " << TripCountFull << " - ");
+  DOUT << "Loop Unroll: F[" << Header->getParent()->getName()
+       << "] Loop %" << Header->getName() << " Loop Size = "
+       << LoopSize << " Trip Count = " << TripCountFull << " - ";
   uint64_t Size = (uint64_t)LoopSize*TripCountFull;
   if (Size > UnrollThreshold) {
-    DEBUG(std::cerr << "TOO LARGE: " << Size << ">" << UnrollThreshold << "\n");
+    DOUT << "TOO LARGE: " << Size << ">" << UnrollThreshold << "\n";
     return Changed;
   }
-  DEBUG(std::cerr << "UNROLLING!\n");
-  unsigned TripCount = (unsigned)TripCountFull;
+  DOUT << "UNROLLING!\n";
 
-  BasicBlock *LoopExit = BI->getSuccessor(L->contains(BI->getSuccessor(0)));
+  std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks = L->getBlocks();
 
-  // Create a new basic block to temporarily hold all of the cloned code.
-  BasicBlock *NewBlock = new BasicBlock();
+  unsigned TripCount = (unsigned)TripCountFull;
+
+  BasicBlock *LoopExit = BI->getSuccessor(L->contains(BI->getSuccessor(0))); 
 
   // For the first iteration of the loop, we should use the precloned values for
   // PHI nodes.  Insert associations now.
   std::map<const Value*, Value*> LastValueMap;
   std::vector<PHINode*> OrigPHINode;
-  for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
+  for (BasicBlock::iterator I = Header->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
     OrigPHINode.push_back(PN);
-    if (Instruction *I =dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(BB)))
-      if (I->getParent() == BB)
+    if (Instruction *I = 
+                dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(LatchBlock)))
+      if (L->contains(I->getParent()))
         LastValueMap[I] = I;
   }
 
   // Remove the exit branch from the loop
-  BB->getInstList().erase(BI);
+  LatchBlock->getInstList().erase(BI);
+  
+  std::vector<BasicBlock*> Headers;
+  std::vector<BasicBlock*> Latches;
+  Headers.push_back(Header);
+  Latches.push_back(LatchBlock);
 
   assert(TripCount != 0 && "Trip count of 0 is impossible!");
   for (unsigned It = 1; It != TripCount; ++It) {
     char SuffixBuffer[100];
     sprintf(SuffixBuffer, ".%d", It);
-    std::map<const Value*, Value*> ValueMap;
-    BasicBlock *New = CloneBasicBlock(BB, ValueMap, SuffixBuffer);
-
-    // Loop over all of the PHI nodes in the block, changing them to use the
-    // incoming values from the previous block.
-    for (unsigned i = 0, e = OrigPHINode.size(); i != e; ++i) {
-      PHINode *NewPHI = cast<PHINode>(ValueMap[OrigPHINode[i]]);
-      Value *InVal = NewPHI->getIncomingValueForBlock(BB);
-      if (Instruction *InValI = dyn_cast<Instruction>(InVal))
-        if (InValI->getParent() == BB)
-          InVal = LastValueMap[InValI];
-      ValueMap[OrigPHINode[i]] = InVal;
-      New->getInstList().erase(NewPHI);
+    
+    std::vector<BasicBlock*> NewBlocks;
+    
+    for (std::vector<BasicBlock*>::iterator BB = LoopBlocks.begin(),
+         E = LoopBlocks.end(); BB != E; ++BB) {
+      std::map<const Value*, Value*> ValueMap;
+      BasicBlock *New = CloneBasicBlock(*BB, ValueMap, SuffixBuffer);
+      Header->getParent()->getBasicBlockList().push_back(New);
+
+      // Loop over all of the PHI nodes in the block, changing them to use the
+      // incoming values from the previous block.
+      if (*BB == Header)
+        for (unsigned i = 0, e = OrigPHINode.size(); i != e; ++i) {
+          PHINode *NewPHI = cast<PHINode>(ValueMap[OrigPHINode[i]]);
+          Value *InVal = NewPHI->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
+          if (Instruction *InValI = dyn_cast<Instruction>(InVal))
+            if (It > 1 && L->contains(InValI->getParent()))
+              InVal = LastValueMap[InValI];
+          ValueMap[OrigPHINode[i]] = InVal;
+          New->getInstList().erase(NewPHI);
+        }
+
+      // Update our running map of newest clones
+      LastValueMap[*BB] = New;
+      for (std::map<const Value*, Value*>::iterator VI = ValueMap.begin(),
+           VE = ValueMap.end(); VI != VE; ++VI)
+        LastValueMap[VI->first] = VI->second;
+
+      L->addBasicBlockToLoop(New, *LI);
+
+      // Add phi entries for newly created values to all exit blocks except
+      // the successor of the latch block.  The successor of the exit block will
+      // be updated specially after unrolling all the way.
+      if (*BB != LatchBlock)
+        for (Value::use_iterator UI = (*BB)->use_begin(), UE = (*BB)->use_end();
+             UI != UE; ++UI) {
+          Instruction* UseInst = cast<Instruction>(*UI);
+          if (isa<PHINode>(UseInst) && !L->contains(UseInst->getParent())) {
+            PHINode* phi = cast<PHINode>(UseInst);
+            Value* Incoming = phi->getIncomingValueForBlock(*BB);
+            if (isa<Instruction>(Incoming))
+              Incoming = LastValueMap[Incoming];
+          
+            phi->addIncoming(Incoming, New);
+          }
+        }
+
+      // Keep track of new headers and latches as we create them, so that
+      // we can insert the proper branches later.
+      if (*BB == Header)
+        Headers.push_back(New);
+      if (*BB == LatchBlock)
+        Latches.push_back(New);
+
+      NewBlocks.push_back(New);
     }
-
-    for (BasicBlock::iterator I = New->begin(), E = New->end(); I != E; ++I)
-      RemapInstruction(I, ValueMap);
-
-    // Now that all of the instructions are remapped, splice them into the end
-    // of the NewBlock.
-    NewBlock->getInstList().splice(NewBlock->end(), New->getInstList());
-    delete New;
-
-    // LastValue map now contains values from this iteration.
-    std::swap(LastValueMap, ValueMap);
+    
+    // Remap all instructions in the most recent iteration
+    for (unsigned i = 0; i < NewBlocks.size(); ++i)
+      for (BasicBlock::iterator I = NewBlocks[i]->begin(),
+           E = NewBlocks[i]->end(); I != E; ++I)
+        RemapInstruction(I, LastValueMap);
   }
 
-  // If there was more than one iteration, replace any uses of values computed
-  // in the loop with values computed during the last iteration of the loop.
-  if (TripCount != 1) {
-    std::set<User*> Users;
-    for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
-      Users.insert(I->use_begin(), I->use_end());
-
-    // We don't want to reprocess entries with PHI nodes in them.  For this
-    // reason, we look at each operand of each user exactly once, performing the
-    // stubstitution exactly once.
-    for (std::set<User*>::iterator UI = Users.begin(), E = Users.end(); UI != E;
-         ++UI) {
-      Instruction *I = cast<Instruction>(*UI);
-      if (I->getParent() != BB && I->getParent() != NewBlock)
-        RemapInstruction(I, LastValueMap);
+  
+  // Update PHI nodes that reference the final latch block
+  if (TripCount > 1) {
+    std::set<PHINode*> Users;
+    for (Value::use_iterator UI = LatchBlock->use_begin(),
+         UE = LatchBlock->use_end(); UI != UE; ++UI)
+      if (PHINode* phi = dyn_cast<PHINode>(*UI))
+        Users.insert(phi);
+        
+    for (std::set<PHINode*>::iterator SI = Users.begin(), SE = Users.end();
+         SI != SE; ++SI) {
+      Value* InVal = (*SI)->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
+      if (isa<Instruction>(InVal))
+        InVal = LastValueMap[InVal];
+      (*SI)->removeIncomingValue(LatchBlock, false);
+      if (InVal)
+        (*SI)->addIncoming(InVal, cast<BasicBlock>(LastValueMap[LatchBlock]));
     }
   }
 
-  // Now that we cloned the block as many times as we needed, stitch the new
-  // code into the original block and delete the temporary block.
-  BB->getInstList().splice(BB->end(), NewBlock->getInstList());
-  delete NewBlock;
-
   // Now loop over the PHI nodes in the original block, setting them to their
   // incoming values.
   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
   for (unsigned i = 0, e = OrigPHINode.size(); i != e; ++i) {
     PHINode *PN = OrigPHINode[i];
     PN->replaceAllUsesWith(PN->getIncomingValueForBlock(Preheader));
-    BB->getInstList().erase(PN);
+    Header->getInstList().erase(PN);
   }
+  
+  //  Insert the branches that link the different iterations together
+  for (unsigned i = 0; i < Latches.size()-1; ++i) {
+    new BranchInst(Headers[i+1], Latches[i]);
+    if(BasicBlock* Fold = FoldBlockIntoPredecessor(Headers[i+1])) {
+      std::replace(Latches.begin(), Latches.end(), Headers[i+1], Fold);
+      std::replace(Headers.begin(), Headers.end(), Headers[i+1], Fold);
+    }
+  }
+  
   // Finally, add an unconditional branch to the block to continue into the exit
   // block.
-  new BranchInst(LoopExit, BB);
-
+  new BranchInst(LoopExit, Latches[Latches.size()-1]);
+  FoldBlockIntoPredecessor(LoopExit);
+  
   // At this point, the code is well formed.  We now do a quick sweep over the
   // inserted code, doing constant propagation and dead code elimination as we
   // go.
-  for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ) {
-    Instruction *Inst = I++;
-    
-    if (isInstructionTriviallyDead(Inst))
-      BB->getInstList().erase(Inst);
-    else if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst)) {
-      Inst->replaceAllUsesWith(C);
-      BB->getInstList().erase(Inst);
+  const std::vector<BasicBlock*> &NewLoopBlocks = L->getBlocks();
+  for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator BB = NewLoopBlocks.begin(),
+       BBE = NewLoopBlocks.end(); BB != BBE; ++BB)
+    for (BasicBlock::iterator I = (*BB)->begin(), E = (*BB)->end(); I != E; ) {
+      Instruction *Inst = I++;
+
+      if (isInstructionTriviallyDead(Inst))
+        (*BB)->getInstList().erase(Inst);
+      else if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst)) {
+        Inst->replaceAllUsesWith(C);
+        (*BB)->getInstList().erase(Inst);
+      }
     }
-  }
 
   // Update the loop information for this loop.
   Loop *Parent = L->getParentLoop();
 
   // Move all of the basic blocks in the loop into the parent loop.
-  LI->changeLoopFor(BB, Parent);
+  for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator BB = NewLoopBlocks.begin(),
+       E = NewLoopBlocks.end(); BB != E; ++BB)
+    LI->changeLoopFor(*BB, Parent);
 
   // Remove the loop from the parent.
   if (Parent)
@@ -266,37 +373,6 @@ bool LoopUnroll::visitLoop(Loop *L) {
   else
     delete LI->removeLoop(std::find(LI->begin(), LI->end(), L));
 
-
-  // FIXME: Should update dominator analyses
-
-
-  // Now that everything is up-to-date that will be, we fold the loop block into
-  // the preheader and exit block, updating our analyses as we go.
-  LoopExit->getInstList().splice(LoopExit->begin(), BB->getInstList(),
-                                 BB->getInstList().begin(),
-                                 prior(BB->getInstList().end()));
-  LoopExit->getInstList().splice(LoopExit->begin(), Preheader->getInstList(),
-                                 Preheader->getInstList().begin(),
-                                 prior(Preheader->getInstList().end()));
-
-  // Make all other blocks in the program branch to LoopExit now instead of
-  // Preheader.
-  Preheader->replaceAllUsesWith(LoopExit);
-
-  // Remove BB and LoopExit from our analyses.
-  LI->removeBlock(Preheader);
-  LI->removeBlock(BB);
-
-  // If the preheader was the entry block of this function, move the exit block
-  // to be the new entry of the loop.
-  Function *F = LoopExit->getParent();
-  if (Preheader == &F->front())
-    F->getBasicBlockList().splice(F->begin(), F->getBasicBlockList(), LoopExit);
-
-  // Actually delete the blocks now.
-  F->getBasicBlockList().erase(Preheader);
-  F->getBasicBlockList().erase(BB);
-
   ++NumUnrolled;
   return true;
 }