Check alignment of loads when deciding whether it is safe to execute them
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / Reassociate.cpp
index bbb0e0a2dfc3ef34c3dd4b0feaad7d1b9abfc2e8..4a99f4a844ec265a5717b69e529a489a2d0d74a7 100644 (file)
@@ -8,7 +8,7 @@
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
 // This pass reassociates commutative expressions in an order that is designed
-// to promote better constant propagation, GCSE, LICM, PRE...
+// to promote better constant propagation, GCSE, LICM, PRE, etc.
 //
 // For example: 4 + (x + 5) -> x + (4 + 5)
 //
@@ -37,7 +37,6 @@
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
 #include <algorithm>
-#include <map>
 using namespace llvm;
 
 STATISTIC(NumLinear , "Number of insts linearized");
@@ -61,20 +60,20 @@ namespace {
 ///
 static void PrintOps(Instruction *I, const SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
   Module *M = I->getParent()->getParent()->getParent();
-  errs() << Instruction::getOpcodeName(I->getOpcode()) << " "
+  dbgs() << Instruction::getOpcodeName(I->getOpcode()) << " "
        << *Ops[0].Op->getType() << '\t';
   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
-    errs() << "[ ";
-    WriteAsOperand(errs(), Ops[i].Op, false, M);
-    errs() << ", #" << Ops[i].Rank << "] ";
+    dbgs() << "[ ";
+    WriteAsOperand(dbgs(), Ops[i].Op, false, M);
+    dbgs() << ", #" << Ops[i].Rank << "] ";
   }
 }
 #endif
   
 namespace {
   class Reassociate : public FunctionPass {
-    std::map<BasicBlock*, unsigned> RankMap;
-    std::map<AssertingVH<>, unsigned> ValueRankMap;
+    DenseMap<BasicBlock*, unsigned> RankMap;
+    DenseMap<AssertingVH<>, unsigned> ValueRankMap;
     bool MadeChange;
   public:
     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
@@ -163,13 +162,14 @@ void Reassociate::BuildRankMap(Function &F) {
 }
 
 unsigned Reassociate::getRank(Value *V) {
-  if (isa<Argument>(V)) return ValueRankMap[V];   // Function argument...
-
   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
-  if (I == 0) return 0;  // Otherwise it's a global or constant, rank 0.
+  if (I == 0) {
+    if (isa<Argument>(V)) return ValueRankMap[V];   // Function argument.
+    return 0;  // Otherwise it's a global or constant, rank 0.
+  }
 
-  unsigned &CachedRank = ValueRankMap[I];
-  if (CachedRank) return CachedRank;    // Rank already known?
+  if (unsigned Rank = ValueRankMap[I])
+    return Rank;    // Rank already known?
 
   // If this is an expression, return the 1+MAX(rank(LHS), rank(RHS)) so that
   // we can reassociate expressions for code motion!  Since we do not recurse
@@ -186,10 +186,10 @@ unsigned Reassociate::getRank(Value *V) {
       (!BinaryOperator::isNot(I) && !BinaryOperator::isNeg(I)))
     ++Rank;
 
-  //DEBUG(errs() << "Calculated Rank[" << V->getName() << "] = "
+  //DEBUG(dbgs() << "Calculated Rank[" << V->getName() << "] = "
   //     << Rank << "\n");
 
-  return CachedRank = Rank;
+  return ValueRankMap[I] = Rank;
 }
 
 /// isReassociableOp - Return true if V is an instruction of the specified
@@ -204,7 +204,7 @@ static BinaryOperator *isReassociableOp(Value *V, unsigned Opcode) {
 /// LowerNegateToMultiply - Replace 0-X with X*-1.
 ///
 static Instruction *LowerNegateToMultiply(Instruction *Neg,
-                              std::map<AssertingVH<>, unsigned> &ValueRankMap) {
+                              DenseMap<AssertingVH<>, unsigned> &ValueRankMap) {
   Constant *Cst = Constant::getAllOnesValue(Neg->getType());
 
   Instruction *Res = BinaryOperator::CreateMul(Neg->getOperand(1), Cst, "",Neg);
@@ -226,7 +226,7 @@ void Reassociate::LinearizeExpr(BinaryOperator *I) {
          isReassociableOp(RHS, I->getOpcode()) &&
          "Not an expression that needs linearization?");
 
-  DEBUG(errs() << "Linear" << *LHS << '\n' << *RHS << '\n' << *I << '\n');
+  DEBUG(dbgs() << "Linear" << *LHS << '\n' << *RHS << '\n' << *I << '\n');
 
   // Move the RHS instruction to live immediately before I, avoiding breaking
   // dominator properties.
@@ -239,7 +239,7 @@ void Reassociate::LinearizeExpr(BinaryOperator *I) {
 
   ++NumLinear;
   MadeChange = true;
-  DEBUG(errs() << "Linearized: " << *I << '\n');
+  DEBUG(dbgs() << "Linearized: " << *I << '\n');
 
   // If D is part of this expression tree, tail recurse.
   if (isReassociableOp(I->getOperand(1), I->getOpcode()))
@@ -335,10 +335,10 @@ void Reassociate::RewriteExprTree(BinaryOperator *I,
     if (I->getOperand(0) != Ops[i].Op ||
         I->getOperand(1) != Ops[i+1].Op) {
       Value *OldLHS = I->getOperand(0);
-      DEBUG(errs() << "RA: " << *I << '\n');
+      DEBUG(dbgs() << "RA: " << *I << '\n');
       I->setOperand(0, Ops[i].Op);
       I->setOperand(1, Ops[i+1].Op);
-      DEBUG(errs() << "TO: " << *I << '\n');
+      DEBUG(dbgs() << "TO: " << *I << '\n');
       MadeChange = true;
       ++NumChanged;
       
@@ -351,9 +351,9 @@ void Reassociate::RewriteExprTree(BinaryOperator *I,
   assert(i+2 < Ops.size() && "Ops index out of range!");
 
   if (I->getOperand(1) != Ops[i].Op) {
-    DEBUG(errs() << "RA: " << *I << '\n');
+    DEBUG(dbgs() << "RA: " << *I << '\n');
     I->setOperand(1, Ops[i].Op);
-    DEBUG(errs() << "TO: " << *I << '\n');
+    DEBUG(dbgs() << "TO: " << *I << '\n');
     MadeChange = true;
     ++NumChanged;
   }
@@ -386,7 +386,7 @@ static Value *NegateValue(Value *V, Instruction *BI) {
   //   X = -(A+12+C+D)   into    X = -A + -12 + -C + -D = -12 + -A + -C + -D
   // so that later, a: Y = 12+X could get reassociated with the -12 to eliminate
   // the constants.  We assume that instcombine will clean up the mess later if
-  // we introduce tons of unnecessary negation instructions...
+  // we introduce tons of unnecessary negation instructions.
   //
   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
     if (I->getOpcode() == Instruction::Add && I->hasOneUse()) {
@@ -414,6 +414,10 @@ static Value *NegateValue(Value *V, Instruction *BI) {
     // non-instruction value) or right after the definition.  These negates will
     // be zapped by reassociate later, so we don't need much finesse here.
     BinaryOperator *TheNeg = cast<BinaryOperator>(*UI);
+
+    // Verify that the negate is in this function, V might be a constant expr.
+    if (TheNeg->getParent()->getParent() != BI->getParent()->getParent())
+      continue;
     
     BasicBlock::iterator InsertPt;
     if (Instruction *InstInput = dyn_cast<Instruction>(V)) {
@@ -463,12 +467,12 @@ static bool ShouldBreakUpSubtract(Instruction *Sub) {
 /// only used by an add, transform this into (X+(0-Y)) to promote better
 /// reassociation.
 static Instruction *BreakUpSubtract(Instruction *Sub,
-                              std::map<AssertingVH<>, unsigned> &ValueRankMap) {
-  // Convert a subtract into an add and a neg instruction... so that sub
-  // instructions can be commuted with other add instructions...
+                              DenseMap<AssertingVH<>, unsigned> &ValueRankMap) {
+  // Convert a subtract into an add and a neg instruction. This allows sub
+  // instructions to be commuted with other add instructions.
   //
-  // Calculate the negative value of Operand 1 of the sub instruction...
-  // and set it as the RHS of the add instruction we just made...
+  // Calculate the negative value of Operand 1 of the sub instruction,
+  // and set it as the RHS of the add instruction we just made.
   //
   Value *NegVal = NegateValue(Sub->getOperand(1), Sub);
   Instruction *New =
@@ -480,7 +484,7 @@ static Instruction *BreakUpSubtract(Instruction *Sub,
   Sub->replaceAllUsesWith(New);
   Sub->eraseFromParent();
 
-  DEBUG(errs() << "Negated: " << *New << '\n');
+  DEBUG(dbgs() << "Negated: " << *New << '\n');
   return New;
 }
 
@@ -488,7 +492,7 @@ static Instruction *BreakUpSubtract(Instruction *Sub,
 /// by one, change this into a multiply by a constant to assist with further
 /// reassociation.
 static Instruction *ConvertShiftToMul(Instruction *Shl, 
-                              std::map<AssertingVH<>, unsigned> &ValueRankMap) {
+                              DenseMap<AssertingVH<>, unsigned> &ValueRankMap) {
   // If an operand of this shift is a reassociable multiply, or if the shift
   // is used by a reassociable multiply or add, turn into a multiply.
   if (isReassociableOp(Shl->getOperand(0), Instruction::Mul) ||
@@ -510,7 +514,8 @@ static Instruction *ConvertShiftToMul(Instruction *Shl,
 }
 
 // Scan backwards and forwards among values with the same rank as element i to
-// see if X exists.  If X does not exist, return i.
+// see if X exists.  If X does not exist, return i.  This is useful when
+// scanning for 'x' when we see '-x' because they both get the same rank.
 static unsigned FindInOperandList(SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops, unsigned i,
                                   Value *X) {
   unsigned XRank = Ops[i].Rank;
@@ -518,7 +523,7 @@ static unsigned FindInOperandList(SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops, unsigned i,
   for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j].Rank == XRank; ++j)
     if (Ops[j].Op == X)
       return j;
-  // Scan backwards
+  // Scan backwards.
   for (unsigned j = i-1; j != ~0U && Ops[j].Rank == XRank; --j)
     if (Ops[j].Op == X)
       return j;
@@ -547,28 +552,47 @@ Value *Reassociate::RemoveFactorFromExpression(Value *V, Value *Factor) {
   LinearizeExprTree(BO, Factors);
 
   bool FoundFactor = false;
-  for (unsigned i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i)
+  bool NeedsNegate = false;
+  for (unsigned i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i) {
     if (Factors[i].Op == Factor) {
       FoundFactor = true;
       Factors.erase(Factors.begin()+i);
       break;
     }
+    
+    // If this is a negative version of this factor, remove it.
+    if (ConstantInt *FC1 = dyn_cast<ConstantInt>(Factor))
+      if (ConstantInt *FC2 = dyn_cast<ConstantInt>(Factors[i].Op))
+        if (FC1->getValue() == -FC2->getValue()) {
+          FoundFactor = NeedsNegate = true;
+          Factors.erase(Factors.begin()+i);
+          break;
+        }
+  }
+  
   if (!FoundFactor) {
     // Make sure to restore the operands to the expression tree.
     RewriteExprTree(BO, Factors);
     return 0;
   }
   
+  BasicBlock::iterator InsertPt = BO; ++InsertPt;
+  
   // If this was just a single multiply, remove the multiply and return the only
   // remaining operand.
   if (Factors.size() == 1) {
     ValueRankMap.erase(BO);
     BO->eraseFromParent();
-    return Factors[0].Op;
+    V = Factors[0].Op;
+  } else {
+    RewriteExprTree(BO, Factors);
+    V = BO;
   }
   
-  RewriteExprTree(BO, Factors);
-  return BO;
+  if (NeedsNegate)
+    V = BinaryOperator::CreateNeg(V, "neg", InsertPt);
+  
+  return V;
 }
 
 /// FindSingleUseMultiplyFactors - If V is a single-use multiply, recursively
@@ -628,7 +652,7 @@ static Value *OptimizeAndOrXor(unsigned Opcode,
       if (e == 2)
         return Constant::getNullValue(Ops[0].Op->getType());
       
-      // ... X^X -> ...
+      // Y ^ X^X -> Y
       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
       i -= 1; e -= 2;
       ++NumAnnihil;
@@ -645,6 +669,9 @@ Value *Reassociate::OptimizeAdd(Instruction *I,
   // Scan the operand lists looking for X and -X pairs.  If we find any, we
   // can simplify the expression. X+-X == 0.  While we're at it, scan for any
   // duplicates.  We want to canonicalize Y+Y+Y+Z -> 3*Y+Z.
+  //
+  // TODO: We could handle "X + ~X" -> "-1" if we wanted, since "-X = ~X+1".
+  //
   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
     Value *TheOp = Ops[i].Op;
     // Check to see if we've seen this operand before.  If so, we factor all
@@ -730,21 +757,26 @@ Value *Reassociate::OptimizeAdd(Instruction *I,
     assert(Factors.size() > 1 && "Bad linearize!");
     
     // Add one to FactorOccurrences for each unique factor in this op.
-    if (Factors.size() == 2) {
-      unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factors[0]];
-      if (Occ > MaxOcc) { MaxOcc = Occ; MaxOccVal = Factors[0]; }
-      if (Factors[0] != Factors[1]) {   // Don't double count A*A.
-        Occ = ++FactorOccurrences[Factors[1]];
-        if (Occ > MaxOcc) { MaxOcc = Occ; MaxOccVal = Factors[1]; }
-      }
-    } else {
-      SmallPtrSet<Value*, 4> Duplicates;
-      for (unsigned i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i) {
-        if (!Duplicates.insert(Factors[i])) continue;
-        
-        unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factors[i]];
-        if (Occ > MaxOcc) { MaxOcc = Occ; MaxOccVal = Factors[i]; }
-      }
+    SmallPtrSet<Value*, 8> Duplicates;
+    for (unsigned i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i) {
+      Value *Factor = Factors[i];
+      if (!Duplicates.insert(Factor)) continue;
+      
+      unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factor];
+      if (Occ > MaxOcc) { MaxOcc = Occ; MaxOccVal = Factor; }
+      
+      // If Factor is a negative constant, add the negated value as a factor
+      // because we can percolate the negate out.  Watch for minint, which
+      // cannot be positivified.
+      if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Factor))
+        if (CI->getValue().isNegative() && !CI->getValue().isMinSignedValue()) {
+          Factor = ConstantInt::get(CI->getContext(), -CI->getValue());
+          assert(!Duplicates.count(Factor) &&
+                 "Shouldn't have two constant factors, missed a canonicalize");
+          
+          unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factor];
+          if (Occ > MaxOcc) { MaxOcc = Occ; MaxOccVal = Factor; }
+        }
     }
   }
   
@@ -760,6 +792,11 @@ Value *Reassociate::OptimizeAdd(Instruction *I,
     Instruction *DummyInst = BinaryOperator::CreateAdd(MaxOccVal, MaxOccVal);
     SmallVector<Value*, 4> NewMulOps;
     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
+      // Only try to remove factors from expressions we're allowed to.
+      BinaryOperator *BOp = dyn_cast<BinaryOperator>(Ops[i].Op);
+      if (BOp == 0 || BOp->getOpcode() != Instruction::Mul || !BOp->use_empty())
+        continue;
+      
       if (Value *V = RemoveFactorFromExpression(Ops[i].Op, MaxOccVal)) {
         NewMulOps.push_back(V);
         Ops.erase(Ops.begin()+i);
@@ -769,14 +806,15 @@ Value *Reassociate::OptimizeAdd(Instruction *I,
     
     // No need for extra uses anymore.
     delete DummyInst;
-    
+
     unsigned NumAddedValues = NewMulOps.size();
     Value *V = EmitAddTreeOfValues(I, NewMulOps);
-    
+
     // Now that we have inserted the add tree, optimize it. This allows us to
     // handle cases that require multiple factoring steps, such as this:
     // A*A*B + A*A*C   -->   A*(A*B+A*C)   -->   A*(A*(B+C))
     assert(NumAddedValues > 1 && "Each occurrence should contribute a value");
+    (void)NumAddedValues;
     V = ReassociateExpression(cast<BinaryOperator>(V));
 
     // Create the multiply.
@@ -821,27 +859,27 @@ Value *Reassociate::OptimizeExpression(BinaryOperator *I,
     switch (Opcode) {
     default: break;
     case Instruction::And:
-      if (CstVal->isZero())                  // ... & 0 -> 0
+      if (CstVal->isZero())                  // X & 0 -> 0
         return CstVal;
-      if (CstVal->isAllOnesValue())          // ... & -1 -> ...
+      if (CstVal->isAllOnesValue())          // X & -1 -> X
         Ops.pop_back();
       break;
     case Instruction::Mul:
-      if (CstVal->isZero()) {                // ... * 0 -> 0
+      if (CstVal->isZero()) {                // X * 0 -> 0
         ++NumAnnihil;
         return CstVal;
       }
         
       if (cast<ConstantInt>(CstVal)->isOne())
-        Ops.pop_back();                      // ... * 1 -> ...
+        Ops.pop_back();                      // X * 1 -> X
       break;
     case Instruction::Or:
-      if (CstVal->isAllOnesValue())          // ... | -1 -> -1
+      if (CstVal->isAllOnesValue())          // X | -1 -> -1
         return CstVal;
       // FALLTHROUGH!
     case Instruction::Add:
     case Instruction::Xor:
-      if (CstVal->isZero())                  // ... [|^+] 0 -> ...
+      if (CstVal->isZero())                  // X [|^+] 0 -> X
         Ops.pop_back();
       break;
     }
@@ -900,6 +938,10 @@ void Reassociate::ReassociateBB(BasicBlock *BB) {
     if (BI->getOpcode() == Instruction::Sub) {
       if (ShouldBreakUpSubtract(BI)) {
         BI = BreakUpSubtract(BI, ValueRankMap);
+        // Reset the BBI iterator in case BreakUpSubtract changed the
+        // instruction it points to.
+        BBI = BI;
+        ++BBI;
         MadeChange = true;
       } else if (BinaryOperator::isNeg(BI)) {
         // Otherwise, this is a negation.  See if the operand is a multiply tree
@@ -939,7 +981,7 @@ Value *Reassociate::ReassociateExpression(BinaryOperator *I) {
   SmallVector<ValueEntry, 8> Ops;
   LinearizeExprTree(I, Ops);
   
-  DEBUG(errs() << "RAIn:\t"; PrintOps(I, Ops); errs() << '\n');
+  DEBUG(dbgs() << "RAIn:\t"; PrintOps(I, Ops); dbgs() << '\n');
   
   // Now that we have linearized the tree to a list and have gathered all of
   // the operands and their ranks, sort the operands by their rank.  Use a
@@ -954,7 +996,7 @@ Value *Reassociate::ReassociateExpression(BinaryOperator *I) {
   if (Value *V = OptimizeExpression(I, Ops)) {
     // This expression tree simplified to something that isn't a tree,
     // eliminate it.
-    DEBUG(errs() << "Reassoc to scalar: " << *V << '\n');
+    DEBUG(dbgs() << "Reassoc to scalar: " << *V << '\n');
     I->replaceAllUsesWith(V);
     RemoveDeadBinaryOp(I);
     ++NumAnnihil;
@@ -973,7 +1015,7 @@ Value *Reassociate::ReassociateExpression(BinaryOperator *I) {
     Ops.insert(Ops.begin(), Tmp);
   }
   
-  DEBUG(errs() << "RAOut:\t"; PrintOps(I, Ops); errs() << '\n');
+  DEBUG(dbgs() << "RAOut:\t"; PrintOps(I, Ops); dbgs() << '\n');
   
   if (Ops.size() == 1) {
     // This expression tree simplified to something that isn't a tree,
@@ -998,7 +1040,7 @@ bool Reassociate::runOnFunction(Function &F) {
   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI)
     ReassociateBB(FI);
 
-  // We are done with the rank map...
+  // We are done with the rank map.
   RankMap.clear();
   ValueRankMap.clear();
   return MadeChange;