Change errs() to dbgs().
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / Reassociate.cpp
index 365c9f795829001b426b62505dd77975508168db..564036bba3ed91a7a71f411d0c8aa5bf91a7fa01 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;
   }
@@ -376,6 +376,9 @@ void Reassociate::RewriteExprTree(BinaryOperator *I,
 // that should be processed next by the reassociation pass.
 //
 static Value *NegateValue(Value *V, Instruction *BI) {
+  if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
+    return ConstantExpr::getNeg(C);
+  
   // We are trying to expose opportunity for reassociation.  One of the things
   // that we want to do to achieve this is to push a negation as deep into an
   // expression chain as possible, to expose the add instructions.  In practice,
@@ -383,7 +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()) {
@@ -400,10 +403,40 @@ static Value *NegateValue(Value *V, Instruction *BI) {
       I->setName(I->getName()+".neg");
       return I;
     }
+  
+  // Okay, we need to materialize a negated version of V with an instruction.
+  // Scan the use lists of V to see if we have one already.
+  for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;++UI){
+    if (!BinaryOperator::isNeg(*UI)) continue;
+
+    // We found one!  Now we have to make sure that the definition dominates
+    // this use.  We do this by moving it to the entry block (if it is a
+    // 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)) {
+      if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InstInput)) {
+        InsertPt = II->getNormalDest()->begin();
+      } else {
+        InsertPt = InstInput;
+        ++InsertPt;
+      }
+      while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
+    } else {
+      InsertPt = TheNeg->getParent()->getParent()->getEntryBlock().begin();
+    }
+    TheNeg->moveBefore(InsertPt);
+    return TheNeg;
+  }
 
   // Insert a 'neg' instruction that subtracts the value from zero to get the
   // negation.
-  //
   return BinaryOperator::CreateNeg(V, V->getName() + ".neg", BI);
 }
 
@@ -434,12 +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 =
@@ -451,7 +484,7 @@ static Instruction *BreakUpSubtract(Instruction *Sub,
   Sub->replaceAllUsesWith(New);
   Sub->eraseFromParent();
 
-  DEBUG(errs() << "Negated: " << *New << '\n');
+  DEBUG(dbgs() << "Negated: " << *New << '\n');
   return New;
 }
 
@@ -459,7 +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) ||
@@ -481,7 +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;
@@ -489,7 +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;
@@ -518,28 +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
@@ -587,20 +640,22 @@ static Value *OptimizeAndOrXor(unsigned Opcode,
     assert(i < Ops.size());
     if (i+1 != Ops.size() && Ops[i+1].Op == Ops[i].Op) {
       if (Opcode == Instruction::And || Opcode == Instruction::Or) {
-        // Drop duplicate values.
+        // Drop duplicate values for And and Or.
         Ops.erase(Ops.begin()+i);
         --i; --e;
         ++NumAnnihil;
-      } else {
-        assert(Opcode == Instruction::Xor);
-        if (e == 2)
-          return Constant::getNullValue(Ops[0].Op->getType());
-        
-        // ... X^X -> ...
-        Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
-        i -= 1; e -= 2;
-        ++NumAnnihil;
+        continue;
       }
+      
+      // Drop pairs of values for Xor.
+      assert(Opcode == Instruction::Xor);
+      if (e == 2)
+        return Constant::getNullValue(Ops[0].Op->getType());
+      
+      // Y ^ X^X -> Y
+      Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
+      i -= 1; e -= 2;
+      ++NumAnnihil;
     }
   }
   return 0;
@@ -611,31 +666,27 @@ static Value *OptimizeAndOrXor(unsigned Opcode,
 /// is returned, otherwise the Ops list is mutated as necessary.
 Value *Reassociate::OptimizeAdd(Instruction *I,
                                 SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
-  SmallPtrSet<Value*, 8> OperandsSeen;
-  
-Restart:
-  OperandsSeen.clear();
-  
   // 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
-    // instances of the operand together.
-    if (!OperandsSeen.insert(TheOp)) {
-      // Rescan the list, removing all instances of this operand from the expr.
+    // instances of the operand together.  Due to our sorting criteria, we know
+    // that these need to be next to each other in the vector.
+    if (i+1 != Ops.size() && Ops[i+1].Op == TheOp) {
+      // Rescan the list, remove all instances of this operand from the expr.
       unsigned NumFound = 0;
-      for (unsigned j = 0, je = Ops.size(); j != je; ++j) {
-        if (Ops[j].Op != TheOp) continue;
+      do {
+        Ops.erase(Ops.begin()+i);
         ++NumFound;
-        Ops.erase(Ops.begin()+j);
-        --j; --je;
-      }
-
+      } while (i != Ops.size() && Ops[i].Op == TheOp);
+      
       DEBUG(errs() << "\nFACTORING [" << NumFound << "]: " << *TheOp << '\n');
       ++NumFactor;
-
       
       // Insert a new multiply.
       Value *Mul = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(I->getType()), NumFound);
@@ -654,7 +705,10 @@ Restart:
       // "A + A + B" -> "A*2 + B".  Add the new multiply to the list of
       // things being added by this operation.
       Ops.insert(Ops.begin(), ValueEntry(getRank(Mul), Mul));
-      goto Restart;
+      
+      --i;
+      e = Ops.size();
+      continue;
     }
     
     // Check for X and -X in the operand list.
@@ -703,21 +757,26 @@ Restart:
     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; }
+        }
     }
   }
   
@@ -755,7 +814,9 @@ Restart:
     // Create the multiply.
     Value *V2 = BinaryOperator::CreateMul(V, MaxOccVal, "tmp", I);
 
-    // FIXME: Should rerun 'ReassociateExpression' on the mul too??
+    // Rerun associate on the multiply in case the inner expression turned into
+    // a multiply.  We want to make sure that we keep things in canonical form.
+    V2 = ReassociateExpression(cast<BinaryOperator>(V2));
     
     // If every add operand included the factor (e.g. "A*B + A*C"), then the
     // entire result expression is just the multiply "A*(B+C)".
@@ -792,27 +853,27 @@ 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;
     }
@@ -910,7 +971,7 @@ 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
@@ -925,7 +986,7 @@ 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;
@@ -944,7 +1005,7 @@ 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,
@@ -969,7 +1030,7 @@ 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;