Remove unnecessary #include "llvm/LLVMContext.h".
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / LCSSA.cpp
index 5382ec6d6a5cfd6e9ceeb997e5a641a38cef5479..590d667a1aa317689e5a687378a8e238ec463c51 100644 (file)
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-//===-- LCSSA.cpp - Convert loops into loop-closed SSA form         ------===//
+//===-- LCSSA.cpp - Convert loops into loop-closed SSA form ---------------===//
 //
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
-// This file was developed by Owen Anderson 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.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
 // the left into the right code:
 // 
 // for (...)                for (...)
-//   if (c)                   if(c)
+//   if (c)                   if (c)
 //     X1 = ...                 X1 = ...
 //   else                     else
 //     X2 = ...                 X2 = ...
 //   X3 = phi(X1, X2)         X3 = phi(X1, X2)
-// ... = X3 + 4              X4 = phi(X3)
-//                           ... = X4 + 4
+// ... = X3 + 4             X4 = phi(X3)
+//                          ... = X4 + 4
 //
 // This is still valid LLVM; the extra phi nodes are purely redundant, and will
 // be trivially eliminated by InstCombine.  The major benefit of this 
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
+#define DEBUG_TYPE "lcssa"
+#include "llvm/Transforms/Scalar.h"
+#include "llvm/Constants.h"
 #include "llvm/Pass.h"
 #include "llvm/Function.h"
 #include "llvm/Instructions.h"
-#include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
-#include "llvm/Support/CFG.h"
-#include "llvm/Transforms/Scalar.h"
-#include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
-#include <iostream>
-#include <set>
-#include <vector>
-
+#include "llvm/Analysis/Dominators.h"
+#include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
+#include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
+#include "llvm/Support/PredIteratorCache.h"
 using namespace llvm;
 
+STATISTIC(NumLCSSA, "Number of live out of a loop variables");
+
 namespace {
-  class LCSSA : public FunctionPass {
-  public:
-    LoopInfo *LI;  // Loop information
-    
-    // LoopProcessWorklist - List of loops we need to process.
-    std::vector<Loop*> LoopProcessWorklist;
-    
-    virtual bool runOnFunction(Function &F);
-    
-    bool visitLoop(Loop *L, Value *V);
+  struct LCSSA : public LoopPass {
+    static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
+    LCSSA() : LoopPass(&ID) {}
+
+    // Cached analysis information for the current function.
+    DominatorTree *DT;
+    std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks;
+    PredIteratorCache PredCache;
+    Loop *L;
     
+    virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
+
     /// This transformation requires natural loop information & requires that
-    /// loop preheaders be inserted into the CFG...
+    /// loop preheaders be inserted into the CFG.  It maintains both of these,
+    /// as well as the CFG.  It also requires dominator information.
     ///
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+      AU.setPreservesCFG();
+
+      // LCSSA doesn't actually require LoopSimplify, but the PassManager
+      // doesn't know how to schedule LoopSimplify by itself.
       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
-      AU.addRequired<LoopInfo>();
+      AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
       AU.addPreserved<LoopInfo>();
+      AU.addRequiredTransitive<DominatorTree>();
+      AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
+      AU.addPreserved<DominatorTree>();
+
+      // Request DominanceFrontier now, even though LCSSA does
+      // not use it. This allows Pass Manager to schedule Dominance
+      // Frontier early enough such that one LPPassManager can handle
+      // multiple loop transformation passes.
+      AU.addRequired<DominanceFrontier>(); 
+      AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
     }
   private:
-    void addSubloopsToWorklist(Loop* L);
-    std::set<Value*> loopValuesUsedOutsideLoop(Loop *L);
+    bool ProcessInstruction(Instruction *Inst,
+                            const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &ExitBlocks);
+    
+    /// verifyAnalysis() - Verify loop nest.
+    virtual void verifyAnalysis() const {
+      // Check the special guarantees that LCSSA makes.
+      assert(L->isLCSSAForm() && "LCSSA form not preserved!");
+    }
+
+    /// inLoop - returns true if the given block is within the current loop
+    bool inLoop(BasicBlock *B) const {
+      return std::binary_search(LoopBlocks.begin(), LoopBlocks.end(), B);
+    }
   };
+}
   
-  RegisterOpt<LCSSA> X("lcssa", "Loop-Closed SSA Form Pass");
+char LCSSA::ID = 0;
+static RegisterPass<LCSSA> X("lcssa", "Loop-Closed SSA Form Pass");
+
+Pass *llvm::createLCSSAPass() { return new LCSSA(); }
+const PassInfo *const llvm::LCSSAID = &X;
+
+
+/// BlockDominatesAnExit - Return true if the specified block dominates at least
+/// one of the blocks in the specified list.
+static bool BlockDominatesAnExit(BasicBlock *BB,
+                                 const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &ExitBlocks,
+                                 DominatorTree *DT) {
+  DomTreeNode *DomNode = DT->getNode(BB);
+  for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
+    if (DT->dominates(DomNode, DT->getNode(ExitBlocks[i])))
+      return true;
+
+  return false;
 }
 
-FunctionPass *llvm::createLCSSAPass() { return new LCSSA(); }
 
-bool LCSSA::runOnFunction(Function &F) {
-  bool changed = false;
-  LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
+/// runOnFunction - Process all loops in the function, inner-most out.
+bool LCSSA::runOnLoop(Loop *TheLoop, LPPassManager &LPM) {
+  L = TheLoop;
+  
+  DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
+
+  // Get the set of exiting blocks.
+  SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
+  L->getExitBlocks(ExitBlocks);
+  
+  if (ExitBlocks.empty())
+    return false;
+  
+  // Speed up queries by creating a sorted vector of blocks.
+  LoopBlocks.clear();
+  LoopBlocks.insert(LoopBlocks.end(), L->block_begin(), L->block_end());
+  array_pod_sort(LoopBlocks.begin(), LoopBlocks.end());
+  
+  // Look at all the instructions in the loop, checking to see if they have uses
+  // outside the loop.  If so, rewrite those uses.
+  bool MadeChange = false;
+  
+  for (Loop::block_iterator BBI = L->block_begin(), E = L->block_end();
+       BBI != E; ++BBI) {
+    BasicBlock *BB = *BBI;
     
-  for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I) {
-    addSubloopsToWorklist(*I);
-    LoopProcessWorklist.push_back(*I);
-  }
+    // For large loops, avoid use-scanning by using dominance information:  In
+    // particular, if a block does not dominate any of the loop exits, then none
+    // of the values defined in the block could be used outside the loop.
+    if (!BlockDominatesAnExit(BB, ExitBlocks, DT))
+      continue;
+    
+    for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
+         I != E; ++I) {
+      // Reject two common cases fast: instructions with no uses (like stores)
+      // and instructions with one use that is in the same block as this.
+      if (I->use_empty() ||
+          (I->hasOneUse() && I->use_back()->getParent() == BB &&
+           !isa<PHINode>(I->use_back())))
+        continue;
       
-  for (std::vector<Loop*>::iterator I = LoopProcessWorklist.begin(),
-       E = LoopProcessWorklist.end(); I != E; ++I) {
-    std::set<Value*> AffectedValues = loopValuesUsedOutsideLoop(*I);
-    if (!AffectedValues.empty()) {
-      for (std::set<Value*>::iterator VI = AffectedValues.begin(),
-           VE = AffectedValues.end(); VI != VE; ++VI)
-        changed |= visitLoop(*I, *VI);
+      MadeChange |= ProcessInstruction(I, ExitBlocks);
     }
   }
-      
-  return changed;
+  
+  assert(L->isLCSSAForm());
+  PredCache.clear();
+
+  return MadeChange;
 }
 
-bool LCSSA::visitLoop(Loop *L, Value* V) {
-  // We will be doing lots of "loop contains block" queries.  Loop::contains is
-  // linear time, use a set to speed this up.
-  std::set<BasicBlock*> LoopBlocks;
+/// isExitBlock - Return true if the specified block is in the list.
+static bool isExitBlock(BasicBlock *BB,
+                        const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &ExitBlocks) {
+  for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
+    if (ExitBlocks[i] == BB)
+      return true;
+  return false;
+}
 
-  for (Loop::block_iterator BB = L->block_begin(), E = L->block_end();
-       BB != E; ++BB)
-    LoopBlocks.insert(*BB);
+/// ProcessInstruction - Given an instruction in the loop, check to see if it
+/// has any uses that are outside the current loop.  If so, insert LCSSA PHI
+/// nodes and rewrite the uses.
+bool LCSSA::ProcessInstruction(Instruction *Inst,
+                               const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &ExitBlocks) {
+  SmallVector<Use*, 16> UsesToRewrite;
   
-  std::vector<BasicBlock*> exitBlocks;
-  L->getExitBlocks(exitBlocks);
+  BasicBlock *InstBB = Inst->getParent();
   
-  for (std::vector<BasicBlock*>::iterator BBI = exitBlocks.begin(),
-       BBE = exitBlocks.end(); BBI != BBE; ++BBI) {
-    PHINode *phi = new PHINode(V->getType(), "lcssa");
-    (*BBI)->getInstList().insert((*BBI)->front(), phi);
+  for (Value::use_iterator UI = Inst->use_begin(), E = Inst->use_end();
+       UI != E; ++UI) {
+    BasicBlock *UserBB = cast<Instruction>(*UI)->getParent();
+    if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(*UI))
+      UserBB = PN->getIncomingBlock(UI);
     
-    for (pred_iterator PI = pred_begin(*BBI), PE = pred_end(*BBI); PI != PE;
-         ++PI)
-      phi->addIncoming(V, *PI);
+    if (InstBB != UserBB && !inLoop(UserBB))
+      UsesToRewrite.push_back(&UI.getUse());
   }
   
-  for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end(); UI != UE;
-       ++UI) {
-    BasicBlock *UserBB = cast<Instruction>(*UI)->getParent();
-    if (!LoopBlocks.count(UserBB))
-      ; // FIXME: This should update the SSA form through the rest of the graph.
-  }
+  // If there are no uses outside the loop, exit with no change.
+  if (UsesToRewrite.empty()) return false;
   
-  return false;
-}
+  ++NumLCSSA; // We are applying the transformation
 
-void LCSSA::addSubloopsToWorklist(Loop* L) {
-  for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I) {
-    addSubloopsToWorklist(*I);
-    LoopProcessWorklist.push_back(*I);
-  }
-}
+  // Invoke instructions are special in that their result value is not available
+  // along their unwind edge. The code below tests to see whether DomBB dominates
+  // the value, so adjust DomBB to the normal destination block, which is
+  // effectively where the value is first usable.
+  BasicBlock *DomBB = Inst->getParent();
+  if (InvokeInst *Inv = dyn_cast<InvokeInst>(Inst))
+    DomBB = Inv->getNormalDest();
 
-/// loopValuesUsedOutsideLoop - Return true if there are any values defined in
-/// the loop that are used by instructions outside of it.
-std::set<Value*> LCSSA::loopValuesUsedOutsideLoop(Loop *L) {
-  std::set<Value*> AffectedValues;
+  DomTreeNode *DomNode = DT->getNode(DomBB);
 
-  // We will be doing lots of "loop contains block" queries.  Loop::contains is
-  // linear time, use a set to speed this up.
-  std::set<BasicBlock*> LoopBlocks;
+  SSAUpdater SSAUpdate;
+  SSAUpdate.Initialize(Inst);
+  
+  // Insert the LCSSA phi's into all of the exit blocks dominated by the
+  // value, and add them to the Phi's map.
+  for (SmallVectorImpl<BasicBlock*>::const_iterator BBI = ExitBlocks.begin(),
+      BBE = ExitBlocks.end(); BBI != BBE; ++BBI) {
+    BasicBlock *ExitBB = *BBI;
+    if (!DT->dominates(DomNode, DT->getNode(ExitBB))) continue;
+    
+    // If we already inserted something for this BB, don't reprocess it.
+    if (SSAUpdate.HasValueForBlock(ExitBB)) continue;
+    
+    PHINode *PN = PHINode::Create(Inst->getType(), Inst->getName()+".lcssa",
+                                  ExitBB->begin());
+    PN->reserveOperandSpace(PredCache.GetNumPreds(ExitBB));
+
+    // Add inputs from inside the loop for this PHI.
+    for (BasicBlock **PI = PredCache.GetPreds(ExitBB); *PI; ++PI) {
+      PN->addIncoming(Inst, *PI);
 
-  for (Loop::block_iterator BB = L->block_begin(), E = L->block_end();
-       BB != E; ++BB)
-    LoopBlocks.insert(*BB);
+      // If the exit block has a predecessor not within the loop, arrange for
+      // the incoming value use corresponding to that predecessor to be
+      // rewritten in terms of a different LCSSA PHI.
+      if (!inLoop(*PI))
+        UsesToRewrite.push_back(
+          &PN->getOperandUse(
+            PN->getOperandNumForIncomingValue(PN->getNumIncomingValues()-1)));
+    }
+    
+    // Remember that this phi makes the value alive in this block.
+    SSAUpdate.AddAvailableValue(ExitBB, PN);
+  }
   
-  for (Loop::block_iterator BB = L->block_begin(), E = L->block_end();
-       BB != E; ++BB) {
-    for (BasicBlock::iterator I = (*BB)->begin(), E = (*BB)->end(); I != E; ++I)
-      for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
-           ++UI) {
-        BasicBlock *UserBB = cast<Instruction>(*UI)->getParent();
-        if (!LoopBlocks.count(UserBB))
-          AffectedValues.insert(I);
-      }
+  // Rewrite all uses outside the loop in terms of the new PHIs we just
+  // inserted.
+  for (unsigned i = 0, e = UsesToRewrite.size(); i != e; ++i) {
+    // If this use is in an exit block, rewrite to use the newly inserted PHI.
+    // This is required for correctness because SSAUpdate doesn't handle uses in
+    // the same block.  It assumes the PHI we inserted is at the end of the
+    // block.
+    Instruction *User = cast<Instruction>(UsesToRewrite[i]->getUser());
+    BasicBlock *UserBB = User->getParent();
+    if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User))
+      UserBB = PN->getIncomingBlock(*UsesToRewrite[i]);
+
+    if (isa<PHINode>(UserBB->begin()) &&
+        isExitBlock(UserBB, ExitBlocks)) {
+      UsesToRewrite[i]->set(UserBB->begin());
+      continue;
+    }
+    
+    // Otherwise, do full PHI insertion.
+    SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRewrite[i]);
   }
-  return AffectedValues;
-}
\ No newline at end of file
+  
+  return true;
+}
+