* We were forgetting to pass varargs arguments through a call
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / Reassociate.cpp
index 02ccfee46a958b711ebfc64cef23d36d99acf994..822a2d894776db3e986d61656ca405e270625fea 100644 (file)
@@ -1,7 +1,14 @@
 //===- Reassociate.cpp - Reassociate binary expressions -------------------===//
+// 
+//                     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 reassociates commutative expressions in an order that is designed
-// to promote better constant propogation, GCSE, LICM, PRE...
+// to promote better constant propagation, GCSE, LICM, PRE...
 //
 // For example: 4 + (x + 5) -> x + (4 + 5)
 //
 
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
 #include "llvm/Function.h"
-#include "llvm/BasicBlock.h"
 #include "llvm/iOperators.h"
 #include "llvm/Type.h"
 #include "llvm/Pass.h"
 #include "llvm/Constant.h"
 #include "llvm/Support/CFG.h"
+#include "Support/Debug.h"
 #include "Support/PostOrderIterator.h"
-#include "Support/StatisticReporter.h"
-
-static Statistic<> NumChanged("reassociate\t- Number of insts reassociated");
-static Statistic<> NumSwapped("reassociate\t- Number of insts with operands swapped");
+#include "Support/Statistic.h"
 
 namespace {
+  Statistic<> NumLinear ("reassociate","Number of insts linearized");
+  Statistic<> NumChanged("reassociate","Number of insts reassociated");
+  Statistic<> NumSwapped("reassociate","Number of insts with operands swapped");
+
   class Reassociate : public FunctionPass {
-    map<BasicBlock*, unsigned> RankMap;
+    std::map<BasicBlock*, unsigned> RankMap;
+    std::map<Value*, unsigned> ValueRankMap;
   public:
-    const char *getPassName() const {
-      return "Expression Reassociation";
-    }
-
-    bool runOnFunction(Function *F);
+    bool runOnFunction(Function &F);
 
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
-      AU.preservesCFG();
+      AU.setPreservesCFG();
     }
   private:
-    void BuildRankMap(Function *F);
+    void BuildRankMap(Function &F);
     unsigned getRank(Value *V);
     bool ReassociateExpr(BinaryOperator *I);
     bool ReassociateBB(BasicBlock *BB);
   };
+
+  RegisterOpt<Reassociate> X("reassociate", "Reassociate expressions");
 }
 
 Pass *createReassociatePass() { return new Reassociate(); }
 
-void Reassociate::BuildRankMap(Function *F) {
-  unsigned i = 1;
-  ReversePostOrderTraversal<Function*> RPOT(F);
+void Reassociate::BuildRankMap(Function &F) {
+  unsigned i = 2;
+
+  // Assign distinct ranks to function arguments
+  for (Function::aiterator I = F.abegin(), E = F.aend(); I != E; ++I)
+    ValueRankMap[I] = ++i;
+
+  ReversePostOrderTraversal<Function*> RPOT(&F);
   for (ReversePostOrderTraversal<Function*>::rpo_iterator I = RPOT.begin(),
          E = RPOT.end(); I != E; ++I)
-    RankMap[*I] = ++i;
+    RankMap[*I] = ++i << 16;
 }
 
 unsigned Reassociate::getRank(Value *V) {
-  if (isa<Argument>(V)) return 1;   // Function argument...
+  if (isa<Argument>(V)) return ValueRankMap[V];   // Function argument...
+
   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
-    // If this is an expression, return the MAX(rank(LHS), rank(RHS)) so that we
-    // can reassociate expressions for code motion!  Since we do not recurse for
-    // PHI nodes, we cannot have infinite recursion here, because there cannot
-    // be loops in the value graph (except for PHI nodes).
+    // 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
+    // for PHI nodes, we cannot have infinite recursion here, because there
+    // cannot be loops in the value graph that do not go through PHI nodes.
     //
-    if (I->getOpcode() == Instruction::PHINode ||
+    if (I->getOpcode() == Instruction::PHI ||
         I->getOpcode() == Instruction::Alloca ||
         I->getOpcode() == Instruction::Malloc || isa<TerminatorInst>(I) ||
-        I->hasSideEffects())
+        I->mayWriteToMemory())  // Cannot move inst if it writes to memory!
       return RankMap[I->getParent()];
 
-    unsigned Rank = 0;
-    for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
+    unsigned &CachedRank = ValueRankMap[I];
+    if (CachedRank) return CachedRank;    // Rank already known?
+
+    // If not, compute it!
+    unsigned Rank = 0, MaxRank = RankMap[I->getParent()];
+    for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands();
+         i != e && Rank != MaxRank; ++i)
       Rank = std::max(Rank, getRank(I->getOperand(i)));
 
-    return Rank;
+    DEBUG(std::cerr << "Calculated Rank[" << V->getName() << "] = "
+                    << Rank+1 << "\n");
+
+    return CachedRank = Rank+1;
   }
 
   // Otherwise it's a global or constant, rank 0.
@@ -87,24 +108,6 @@ unsigned Reassociate::getRank(Value *V) {
 }
 
 
-// isCommutativeOperator - Return true if the specified instruction is
-// commutative and associative.  If the instruction is not commutative and
-// associative, we can not reorder its operands!
-//
-static inline BinaryOperator *isCommutativeOperator(Instruction *I) {
-  // Floating point operations do not commute!
-  if (I->getType()->isFloatingPoint()) return 0;
-
-  if (I->getOpcode() == Instruction::Add || 
-      I->getOpcode() == Instruction::Mul ||
-      I->getOpcode() == Instruction::And || 
-      I->getOpcode() == Instruction::Or  ||
-      I->getOpcode() == Instruction::Xor)
-    return cast<BinaryOperator>(I);
-  return 0;    
-}
-
-
 bool Reassociate::ReassociateExpr(BinaryOperator *I) {
   Value *LHS = I->getOperand(0);
   Value *RHS = I->getOperand(1);
@@ -115,37 +118,48 @@ bool Reassociate::ReassociateExpr(BinaryOperator *I) {
 
   // Make sure the LHS of the operand always has the greater rank...
   if (LHSRank < RHSRank) {
-    I->swapOperands();
+    bool Success = !I->swapOperands();
+    assert(Success && "swapOperands failed");
+
     std::swap(LHS, RHS);
     std::swap(LHSRank, RHSRank);
     Changed = true;
     ++NumSwapped;
-    //cerr << "Transposed: " << I << " Result BB: " << I->getParent();
+    DEBUG(std::cerr << "Transposed: " << I
+          /* << " Result BB: " << I->getParent()*/);
   }
   
   // If the LHS is the same operator as the current one is, and if we are the
   // only expression using it...
   //
   if (BinaryOperator *LHSI = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS))
-    if (LHSI->getOpcode() == I->getOpcode() && LHSI->use_size() == 1) {
+    if (LHSI->getOpcode() == I->getOpcode() && LHSI->hasOneUse()) {
       // If the rank of our current RHS is less than the rank of the LHS's LHS,
       // then we reassociate the two instructions...
-      if (RHSRank < getRank(LHSI->getOperand(0))) {
-        unsigned TakeOp = 0;
-        if (BinaryOperator *IOp = dyn_cast<BinaryOperator>(LHSI->getOperand(0)))
-          if (IOp->getOpcode() == LHSI->getOpcode())
-            TakeOp = 1;   // Hoist out non-tree portion
 
+      unsigned TakeOp = 0;
+      if (BinaryOperator *IOp = dyn_cast<BinaryOperator>(LHSI->getOperand(0)))
+        if (IOp->getOpcode() == LHSI->getOpcode())
+          TakeOp = 1;   // Hoist out non-tree portion
+
+      if (RHSRank < getRank(LHSI->getOperand(TakeOp))) {
         // Convert ((a + 12) + 10) into (a + (12 + 10))
         I->setOperand(0, LHSI->getOperand(TakeOp));
         LHSI->setOperand(TakeOp, RHS);
         I->setOperand(1, LHSI);
 
+        // Move the LHS expression forward, to ensure that it is dominated by
+        // its operands.
+        LHSI->getParent()->getInstList().remove(LHSI);
+        I->getParent()->getInstList().insert(I, LHSI);
+
         ++NumChanged;
-        //cerr << "Reassociated: " << I << " Result BB: " << I->getParent();
+        DEBUG(std::cerr << "Reassociated: " << I/* << " Result BB: "
+                                                   << I->getParent()*/);
 
         // Since we modified the RHS instruction, make sure that we recheck it.
         ReassociateExpr(LHSI);
+        ReassociateExpr(I);
         return true;
       }
     }
@@ -154,36 +168,109 @@ bool Reassociate::ReassociateExpr(BinaryOperator *I) {
 }
 
 
+// NegateValue - Insert instructions before the instruction pointed to by BI,
+// that computes the negative version of the value specified.  The negative
+// version of the value is returned, and BI is left pointing at the instruction
+// that should be processed next by the reassociation pass.
+//
+static Value *NegateValue(Value *V, BasicBlock::iterator &BI) {
+  // 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,
+  // this means that we turn this:
+  //   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...
+  //
+  if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
+    if (I->getOpcode() == Instruction::Add && I->hasOneUse()) {
+      Value *RHS = NegateValue(I->getOperand(1), BI);
+      Value *LHS = NegateValue(I->getOperand(0), BI);
+
+      // We must actually insert a new add instruction here, because the neg
+      // instructions do not dominate the old add instruction in general.  By
+      // adding it now, we are assured that the neg instructions we just
+      // inserted dominate the instruction we are about to insert after them.
+      //
+      return BinaryOperator::create(Instruction::Add, LHS, RHS,
+                                    I->getName()+".neg",
+                                    cast<Instruction>(RHS)->getNext());
+    }
+
+  // Insert a 'neg' instruction that subtracts the value from zero to get the
+  // negation.
+  //
+  return BI = BinaryOperator::createNeg(V, V->getName() + ".neg", BI);
+}
+
+
 bool Reassociate::ReassociateBB(BasicBlock *BB) {
   bool Changed = false;
   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(); BI != BB->end(); ++BI) {
-    Instruction *Inst = *BI;
-
-    // If this instruction is a commutative binary operator, and the ranks of
-    // the two operands are sorted incorrectly, fix it now.
-    //
-    if (BinaryOperator *I = isCommutativeOperator(Inst)) {
-      // Make sure that this expression is correctly reassociated with respect
-      // to it's used values...
-      //
-      Changed |= ReassociateExpr(I);
 
-    } else if (Inst->getOpcode() == Instruction::Sub &&
-               Inst->getOperand(0) != Constant::getNullValue(Inst->getType())) {
+    DEBUG(std::cerr << "Processing: " << *BI);
+    if (BI->getOpcode() == Instruction::Sub && !BinaryOperator::isNeg(BI)) {
       // Convert a subtract into an add and a neg instruction... so that sub
       // instructions can be commuted with other add instructions...
       //
-      Instruction *New = BinaryOperator::create(Instruction::Add,
-                                                Inst->getOperand(0), Inst,
-                                                Inst->getName());
+      // Calculate the negative value of Operand 1 of the sub instruction...
+      // and set it as the RHS of the add instruction we just made...
+      //
+      std::string Name = BI->getName();
+      BI->setName("");
+      Instruction *New =
+        BinaryOperator::create(Instruction::Add, BI->getOperand(0),
+                               BI->getOperand(1), Name, BI);
+
       // Everyone now refers to the add instruction...
-      Inst->replaceAllUsesWith(New);
-      Inst->setName(Inst->getOperand(1)->getName()+".neg");
-      New->setOperand(1, Inst);        // Except for the add inst itself!
+      BI->replaceAllUsesWith(New);
+
+      // Put the new add in the place of the subtract... deleting the subtract
+      BB->getInstList().erase(BI);
 
-      BI = BB->getInstList().insert(BI+1, New)-1;  // Add to the basic block...
-      Inst->setOperand(0, Constant::getNullValue(Inst->getType()));
+      BI = New;
+      New->setOperand(1, NegateValue(New->getOperand(1), BI));
+      
       Changed = true;
+      DEBUG(std::cerr << "Negated: " << New /*<< " Result BB: " << BB*/);
+    }
+
+    // If this instruction is a commutative binary operator, and the ranks of
+    // the two operands are sorted incorrectly, fix it now.
+    //
+    if (BI->isAssociative()) {
+      BinaryOperator *I = cast<BinaryOperator>(BI);
+      if (!I->use_empty()) {
+        // Make sure that we don't have a tree-shaped computation.  If we do,
+        // linearize it.  Convert (A+B)+(C+D) into ((A+B)+C)+D
+        //
+        Instruction *LHSI = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(0));
+        Instruction *RHSI = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(1));
+        if (LHSI && (int)LHSI->getOpcode() == I->getOpcode() &&
+            RHSI && (int)RHSI->getOpcode() == I->getOpcode() &&
+            RHSI->hasOneUse()) {
+          // Insert a new temporary instruction... (A+B)+C
+          BinaryOperator *Tmp = BinaryOperator::create(I->getOpcode(), LHSI,
+                                                       RHSI->getOperand(0),
+                                                       RHSI->getName()+".ra",
+                                                       BI);
+          BI = Tmp;
+          I->setOperand(0, Tmp);
+          I->setOperand(1, RHSI->getOperand(1));
+
+          // Process the temporary instruction for reassociation now.
+          I = Tmp;
+          ++NumLinear;
+          Changed = true;
+          DEBUG(std::cerr << "Linearized: " << I/* << " Result BB: " << BB*/);
+        }
+
+        // Make sure that this expression is correctly reassociated with respect
+        // to it's used values...
+        //
+        Changed |= ReassociateExpr(I);
+      }
     }
   }
 
@@ -191,15 +278,16 @@ bool Reassociate::ReassociateBB(BasicBlock *BB) {
 }
 
 
-bool Reassociate::runOnFunction(Function *F) {
+bool Reassociate::runOnFunction(Function &F) {
   // Recalculate the rank map for F
   BuildRankMap(F);
 
   bool Changed = false;
-  for (Function::iterator FI = F->begin(), FE = F->end(); FI != FE; ++FI)
-    Changed |= ReassociateBB(*FI);
+  for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI)
+    Changed |= ReassociateBB(FI);
 
   // We are done with the rank map...
   RankMap.clear();
+  ValueRankMap.clear();
   return Changed;
 }