Bill pointed out that system headers should be
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopUnroll.cpp
index d337a431321b8141ca958143db8c123ff1284b9b..75ad96e49a2266546d0414ffd096ae9c3da27e2f 100644 (file)
@@ -1,74 +1,70 @@
 //===-- 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 file 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.
-//
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #define DEBUG_TYPE "loop-unroll"
+#include "llvm/IntrinsicInst.h"
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
-#include "llvm/Constants.h"
-#include "llvm/Function.h"
-#include "llvm/Instructions.h"
 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
-#include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
-#include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
-#include "Support/CommandLine.h"
-#include "Support/Debug.h"
-#include "Support/Statistic.h"
-#include <cstdio>
+#include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
+#include "llvm/Support/Compiler.h"
+#include "llvm/Support/CommandLine.h"
+#include "llvm/Support/Debug.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/UnrollLoop.h"
+#include <climits>
+
 using namespace llvm;
 
-namespace {
-  Statistic<> NumUnrolled("loop-unroll", "Number of loops completely unrolled");
+static cl::opt<unsigned>
+UnrollThreshold("unroll-threshold", cl::init(100), cl::Hidden,
+  cl::desc("The cut-off point for automatic loop unrolling"));
 
-  cl::opt<unsigned>
-  UnrollThreshold("unroll-threshold", cl::init(100), cl::Hidden,
-                  cl::desc("The cut-off point for loop unrolling"));
+static cl::opt<unsigned>
+UnrollCount("unroll-count", cl::init(0), cl::Hidden,
+  cl::desc("Use this unroll count for all loops, for testing purposes"));
 
-  class LoopUnroll : public FunctionPass {
-    LoopInfo *LI;  // The current loop information
+namespace {
+  class VISIBILITY_HIDDEN LoopUnroll : public LoopPass {
   public:
-    virtual bool runOnFunction(Function &F);
-    bool visitLoop(Loop *L);
+    static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
+    LoopUnroll() : LoopPass((intptr_t)&ID) {}
+
+    /// A magic value for use with the Threshold parameter to indicate
+    /// that the loop unroll should be performed regardless of how much
+    /// code expansion would result.
+    static const unsigned NoThreshold = UINT_MAX;
+
+    bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
 
     /// This transformation requires natural loop information & requires that
     /// loop preheaders be inserted into the CFG...
     ///
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
-      AU.setPreservesCFG();
       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
+      AU.addRequiredID(LCSSAID);
       AU.addRequired<LoopInfo>();
+      AU.addPreservedID(LCSSAID);
+      AU.addPreserved<LoopInfo>();
     }
   };
-  RegisterOpt<LoopUnroll> X("loop-unroll", "Unroll loops");
 }
 
-FunctionPass *llvm::createLoopUnrollPass() { return new LoopUnroll(); }
+char LoopUnroll::ID = 0;
+static RegisterPass<LoopUnroll> X("loop-unroll", "Unroll loops");
 
-bool LoopUnroll::runOnFunction(Function &F) {
-  bool Changed = false;
-  LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
+LoopPass *llvm::createLoopUnrollPass() { return new LoopUnroll(); }
 
-  for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
-    Changed |= visitLoop(*I);
-
-  return Changed;
-}
-
-/// ApproximateLoopSize - Approximate the size of the loop after it has been
-/// unrolled.
+/// ApproximateLoopSize - Approximate the size of the loop.
 static unsigned ApproximateLoopSize(const Loop *L) {
   unsigned Size = 0;
   for (unsigned i = 0, e = L->getBlocks().size(); i != e; ++i) {
@@ -79,6 +75,17 @@ 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 (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
+        // Ignore debug instructions
+      } else if (isa<CallInst>(I)) {
+        // Estimate size overhead introduced by call instructions which
+        // is higher than other instructions. Here 3 and 10 are magic
+        // numbers that help one isolated test case from PR2067 without
+        // negatively impacting measured benchmarks.
+        if (isa<IntrinsicInst>(I))
+          Size = Size + 3;
+        else
+          Size = Size + 10;
       } else {
         ++Size;
       }
@@ -92,156 +99,45 @@ static unsigned ApproximateLoopSize(const Loop *L) {
   return Size;
 }
 
-// RemapInstruction - Convert the instruction operands from referencing the 
-// current values into those specified by ValueMap.
-//
-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);
-    std::map<const Value *, Value*>::iterator It = ValueMap.find(Op);
-    if (It != ValueMap.end()) Op = It->second;
-    I->setOperand(op, Op);
-  }
-}
-
-
-bool LoopUnroll::visitLoop(Loop *L) {
-  bool Changed = false;
-
-  // Recurse through all subloops before we process this loop.  Copy the loop
-  // list so that the child can update the loop tree if it needs to delete the
-  // loop.
-  std::vector<Loop*> SubLoops(L->begin(), L->end());
-  for (unsigned i = 0, e = SubLoops.size(); i != e; ++i)
-    Changed |= visitLoop(SubLoops[i]);
+bool LoopUnroll::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
+  assert(L->isLCSSAForm());
+  LoopInfo *LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
 
-  // We only handle single basic block loops right now.
-  if (L->getBlocks().size() != 1)
-    return Changed;
+  BasicBlock *Header = L->getHeader();
+  DOUT << "Loop Unroll: F[" << Header->getParent()->getName()
+       << "] Loop %" << Header->getName() << "\n";
 
-  BasicBlock *BB = L->getHeader();
-  BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->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!
-
-  unsigned TripCount = TripCountC->getRawValue();
-  if (TripCount != TripCountC->getRawValue())
-    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 = " << TripCount << " - ");
-  if (LoopSize*TripCount > UnrollThreshold) {
-    DEBUG(std::cerr << "TOO LARGE: " << LoopSize*TripCount << ">"
-                    << UnrollThreshold << "\n");
-    return Changed;
-  }
-  DEBUG(std::cerr << "UNROLLING!\n");
-  
-  assert(L->getExitBlocks().size() == 1 && "Must have exactly one exit block!");
-  BasicBlock *LoopExit = L->getExitBlocks()[0];
-
-  // Create a new basic block to temporarily hold all of the cloned code.
-  BasicBlock *NewBlock = new BasicBlock();
-
-  // 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();
-       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
-    OrigPHINode.push_back(PN);
-    if (Instruction *I =dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(BB)))
-      if (I->getParent() == BB)
-        LastValueMap[I] = I;
-  }
-
-  // Remove the exit branch from the loop
-  BB->getInstList().erase(BI);
-
-  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);
+  // Find trip count
+  unsigned TripCount = L->getSmallConstantTripCount();
+  unsigned Count = UnrollCount;
+  // Automatically select an unroll count.
+  if (Count == 0) {
+    // Conservative heuristic: if we know the trip count, see if we can
+    // completely unroll (subject to the threshold, checked below); otherwise
+    // don't unroll.
+    if (TripCount != 0) {
+      Count = TripCount;
+    } else {
+      return false;
     }
-
-    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);
   }
 
-  // If there was more than one iteration, replace any uses of values computed
-  // in the loop with values computed during last iteration of the loop.
-  if (TripCount != 1)
-    for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
-      std::vector<User*> Users(I->use_begin(), I->use_end());
-      for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
-        Instruction *UI = cast<Instruction>(Users[i]);
-        if (UI->getParent() != BB && UI->getParent() != NewBlock)
-          UI->replaceUsesOfWith(I, LastValueMap[I]);
-      }
-    }
-
-  // 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);
-  }
-  // Finally, add an unconditional branch to the block to continue into the exit
-  // block.
-  new BranchInst(LoopExit, BB);
-
-  // 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);
+  // Enforce the threshold.
+  if (UnrollThreshold != NoThreshold) {
+    unsigned LoopSize = ApproximateLoopSize(L);
+    DOUT << "  Loop Size = " << LoopSize << "\n";
+    uint64_t Size = (uint64_t)LoopSize*Count;
+    if (TripCount != 1 && Size > UnrollThreshold) {
+      DOUT << "  TOO LARGE TO UNROLL: "
+           << Size << ">" << UnrollThreshold << "\n";
+      return false;
     }
   }
 
-  // FIXME: Should update analyses
-
-  // FIXME: Should fold into preheader and exit block
+  // Unroll the loop.
+  if (!UnrollLoop(L, Count, LI, &LPM))
+    return false;
 
-  ++NumUnrolled;
   return true;
 }