While folding unconditional return move DbgRegionEndInst into the predecessor, instea...
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / LCSSA.cpp
index 3232dd8a938f63db0dd6e950b1a30e7516807310..9cd7e69557ad41a7b92c31560ae1e8d25ee9831a 100644 (file)
@@ -2,8 +2,8 @@
 //
 //                     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/ADT/SetVector.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
-#include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
+#include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
+#include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
 #include "llvm/Support/CFG.h"
+#include "llvm/Support/Compiler.h"
 #include <algorithm>
 #include <map>
-#include <vector>
-
 using namespace llvm;
 
+STATISTIC(NumLCSSA, "Number of live out of a loop variables");
+
 namespace {
-  static Statistic<> NumLCSSA("lcssa",
-                              "Number of live out of a loop variables");
-  
-  class LCSSA : public FunctionPass {
-  public:
-    
-  
-    LoopInfo *LI;  // Loop information
-    DominatorTree *DT;       // Dominator Tree for the current Loop...
-    DominanceFrontier *DF;   // Current Dominance Frontier
+  struct VISIBILITY_HIDDEN LCSSA : public LoopPass {
+    static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
+    LCSSA() : LoopPass(&ID) {}
+
+    // Cached analysis information for the current function.
+    LoopInfo *LI;
+    DominatorTree *DT;
+    std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks;
     
-    virtual bool runOnFunction(Function &F);
-    bool visitSubloop(Loop* L);
+    virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
+
+    void ProcessInstruction(Instruction* Instr,
+                            const SmallVector<BasicBlock*, 8>& exitBlocks);
     
     /// This transformation requires natural loop information & requires that
     /// loop preheaders be inserted into the CFG.  It maintains both of these,
@@ -67,159 +72,200 @@ namespace {
       AU.addRequired<LoopInfo>();
       AU.addPreserved<LoopInfo>();
       AU.addRequired<DominatorTree>();
-      AU.addRequired<DominanceFrontier>();
+      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:
-    std::set<Instruction*> getLoopValuesUsedOutsideLoop(Loop *L,
-                                           std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks);
+    void getLoopValuesUsedOutsideLoop(Loop *L,
+                                      SetVector<Instruction*> &AffectedValues);
+
+    Value *GetValueForBlock(DomTreeNode *BB, Instruction *OrigInst,
+                            DenseMap<DomTreeNode*, Value*> &Phis);
+
+    /// inLoop - returns true if the given block is within the current loop
+    bool inLoop(BasicBlock* B) {
+      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");
 
-FunctionPass *llvm::createLCSSAPass() { return new LCSSA(); }
+Pass *llvm::createLCSSAPass() { return new LCSSA(); }
+const PassInfo *const llvm::LCSSAID = &X;
 
-bool LCSSA::runOnFunction(Function &F) {
-  bool changed = false;
-  LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
-  DF = &getAnalysis<DominanceFrontier>();
+/// runOnFunction - Process all loops in the function, inner-most out.
+bool LCSSA::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
+  
+  LI = &LPM.getAnalysis<LoopInfo>();
   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
-    
-  for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I) {
-    changed |= visitSubloop(*I);
-  }
-      
-  return changed;
-}
 
-bool LCSSA::visitSubloop(Loop* L) {
-  for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
-    visitSubloop(*I);
-  
   // Speed up queries by creating a sorted list of blocks
-  std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks(L->block_begin(), L->block_end());
+  LoopBlocks.clear();
+  LoopBlocks.insert(LoopBlocks.end(), L->block_begin(), L->block_end());
   std::sort(LoopBlocks.begin(), LoopBlocks.end());
   
-  std::set<Instruction*> AffectedValues = getLoopValuesUsedOutsideLoop(L,
-                                           LoopBlocks);
+  SetVector<Instruction*> AffectedValues;
+  getLoopValuesUsedOutsideLoop(L, AffectedValues);
   
-  std::vector<BasicBlock*> exitBlocks;
-  L->getExitBlocks(exitBlocks);
+  // If no values are affected, we can save a lot of work, since we know that
+  // nothing will be changed.
+  if (AffectedValues.empty())
+    return false;
   
-  // Phi nodes that need to be IDF-processed
-  std::vector<PHINode*> workList;
+  SmallVector<BasicBlock*, 8> exitBlocks;
+  L->getExitBlocks(exitBlocks);  
   
   // Iterate over all affected values for this loop and insert Phi nodes
   // for them in the appropriate exit blocks
-  std::map<BasicBlock*, PHINode*> ExitPhis;
-  for (std::set<Instruction*>::iterator I = AffectedValues.begin(),
-       E = AffectedValues.end(); I != E; ++I) {
-    ++NumLCSSA; // We are applying the transformation
-    for (std::vector<BasicBlock*>::iterator BBI = exitBlocks.begin(),
-         BBE = exitBlocks.end(); BBI != BBE; ++BBI) {
-      PHINode *phi = new PHINode((*I)->getType(), "lcssa");
-      (*BBI)->getInstList().insert((*BBI)->front(), phi);
-      workList.push_back(phi);
-      ExitPhis[*BBI] = phi;
-    
-      // Since LoopSimplify has been run, we know that all of these predecessors
-      // are in the loop, so just hook them up in the obvious manner.
-      for (pred_iterator PI = pred_begin(*BBI), PE = pred_end(*BBI); PI != PE;
-           ++PI)
-        phi->addIncoming(*I, *PI);
+  
+  for (SetVector<Instruction*>::iterator I = AffectedValues.begin(),
+       E = AffectedValues.end(); I != E; ++I)
+    ProcessInstruction(*I, exitBlocks);
+  
+  assert(L->isLCSSAForm());
+  
+  return true;
+}
+
+/// processInstruction - Given a live-out instruction, insert LCSSA Phi nodes,
+/// eliminate all out-of-loop uses.
+void LCSSA::ProcessInstruction(Instruction *Instr,
+                               const SmallVector<BasicBlock*, 8>& exitBlocks) {
+  ++NumLCSSA; // We are applying the transformation
+
+  // Keep track of the blocks that have the value available already.
+  DenseMap<DomTreeNode*, Value*> Phis;
+
+  DomTreeNode *InstrNode = DT->getNode(Instr->getParent());
+
+  // Insert the LCSSA phi's into the exit blocks (dominated by the value), and
+  // add them to the Phi's map.
+  for (SmallVector<BasicBlock*, 8>::const_iterator BBI = exitBlocks.begin(),
+      BBE = exitBlocks.end(); BBI != BBE; ++BBI) {
+    BasicBlock *BB = *BBI;
+    DomTreeNode *ExitBBNode = DT->getNode(BB);
+    Value *&Phi = Phis[ExitBBNode];
+    if (!Phi && DT->dominates(InstrNode, ExitBBNode)) {
+      PHINode *PN = PHINode::Create(Instr->getType(), Instr->getName()+".lcssa",
+                                    BB->begin());
+      PN->reserveOperandSpace(std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB)));
+
+      // Remember that this phi makes the value alive in this block.
+      Phi = PN;
+
+      // Add inputs from inside the loop for this PHI.
+      for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
+        PN->addIncoming(Instr, *PI);
     }
+  }
   
-    // Calculate the IDF of these LCSSA Phi nodes, inserting new Phi's where
-    // necessary.  Keep track of these new Phi's in DFPhis.
-    std::map<BasicBlock*, PHINode*> DFPhis;
-    for (std::vector<PHINode*>::iterator DFI = workList.begin(),
-         E = workList.end(); DFI != E; ++DFI) {
-    
-      // Get the current Phi's DF, and insert Phi nodes.  Add these new
-      // nodes to our worklist.
-      DominanceFrontier::const_iterator it = DF->find((*DFI)->getParent());
-      if (it != DF->end()) {
-        const DominanceFrontier::DomSetType &S = it->second;
-        for (DominanceFrontier::DomSetType::const_iterator P = S.begin(),
-             PE = S.end(); P != PE; ++P) {
-          if (DFPhis[*P] == 0) {
-            // Still doesn't have operands...
-            PHINode *phi = new PHINode((*DFI)->getType(), "lcssa");
-            (*P)->getInstList().insert((*P)->front(), phi);
-            DFPhis[*P] = phi;
-          
-            workList.push_back(phi);
-          }
-        }
-      }
-    
-      // Get the predecessor blocks of the current Phi, and use them to hook up
-      // the operands of the current Phi to any members of DFPhis that dominate
-      // it.  This is a nop for the Phis inserted directly in the exit blocks,
-      // since they are not dominated by any members of DFPhis.
-      for (pred_iterator PI = pred_begin((*DFI)->getParent()),
-           E = pred_end((*DFI)->getParent()); PI != E; ++PI)
-        for (std::map<BasicBlock*, PHINode*>::iterator MI = DFPhis.begin(),
-             ME = DFPhis.end(); MI != ME; ++MI)
-          if (DT->getNode((*MI).first)->dominates(DT->getNode(*PI))) {
-            (*DFI)->addIncoming((*MI).second, *PI);
-          
-            // Since dominate() is not cheap, don't do it more than we have to.
-            break;
-          }
+  
+  // Record all uses of Instr outside the loop.  We need to rewrite these.  The
+  // LCSSA phis won't be included because they use the value in the loop.
+  for (Value::use_iterator UI = Instr->use_begin(), E = Instr->use_end();
+       UI != E;) {
+    BasicBlock *UserBB = cast<Instruction>(*UI)->getParent();
+    if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(*UI)) {
+      UserBB = P->getIncomingBlock(UI);
     }
     
+    // If the user is in the loop, don't rewrite it!
+    if (UserBB == Instr->getParent() || inLoop(UserBB)) {
+      ++UI;
+      continue;
+    }
     
+    // Otherwise, patch up uses of the value with the appropriate LCSSA Phi,
+    // inserting PHI nodes into join points where needed.
+    Value *Val = GetValueForBlock(DT->getNode(UserBB), Instr, Phis);
     
-    // Find all uses of the affected value, and replace them with the
-    // appropriate Phi.
-    for (Instruction::use_iterator UI = (*I)->use_begin(), UE=(*I)->use_end();
-         UI != UE; ++UI) {
-      Instruction* use = cast<Instruction>(*UI);
-      
-      // Don't need to update uses within the loop body
-      if (!std::binary_search(LoopBlocks.begin(), LoopBlocks.end(),
-          use->getParent())) {
-          
-        for (std::map<BasicBlock*, PHINode*>::iterator DI = ExitPhis.begin(),
-             DE = ExitPhis.end(); DI != DE; ++DI) {
-          if (DT->getNode((*DI).first)->dominates( \
-              DT->getNode(use->getParent())) && use != (*DI).second) {
-            use->replaceUsesOfWith(*I, (*DI).second);
-            break;
-          }
-        }
-          
-        for (std::map<BasicBlock*, PHINode*>::iterator DI = DFPhis.begin(),
-             DE = DFPhis.end(); DI != DE; ++DI) {
-          if (DT->getNode((*DI).first)->dominates( \
-              DT->getNode(use->getParent()))) {
-            use->replaceUsesOfWith(*I, (*DI).second);
-            break;
-          }
-        }
-      }
-    }
+    // Preincrement the iterator to avoid invalidating it when we change the
+    // value.
+    Use &U = UI.getUse();
+    ++UI;
+    U.set(Val);
   }
-  
-  return true; // FIXME: Should be more intelligent in our return value.
 }
 
 /// getLoopValuesUsedOutsideLoop - Return any values defined in the loop that
 /// are used by instructions outside of it.
-std::set<Instruction*> LCSSA::getLoopValuesUsedOutsideLoop(Loop *L, 
-                                         std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks) {
-
-  std::set<Instruction*> AffectedValues;  
+void LCSSA::getLoopValuesUsedOutsideLoop(Loop *L,
+                                      SetVector<Instruction*> &AffectedValues) {
+  // FIXME: For large loops, we may be able to avoid a lot of 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.
   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 (!std::binary_search(LoopBlocks.begin(), LoopBlocks.end(), UserBB))
+        if (PHINode* p = dyn_cast<PHINode>(*UI)) {
+          UserBB = p->getIncomingBlock(UI);
+        }
+        
+        if (*BB != UserBB && !inLoop(UserBB)) {
           AffectedValues.insert(I);
+          break;
+        }
       }
   }
-  return AffectedValues;
 }
+
+/// GetValueForBlock - Get the value to use within the specified basic block.
+/// available values are in Phis.
+Value *LCSSA::GetValueForBlock(DomTreeNode *BB, Instruction *OrigInst,
+                               DenseMap<DomTreeNode*, Value*> &Phis) {
+  // If there is no dominator info for this BB, it is unreachable.
+  if (BB == 0)
+    return UndefValue::get(OrigInst->getType());
+                                 
+  // If we have already computed this value, return the previously computed val.
+  if (Phis.count(BB)) return Phis[BB];
+
+  DomTreeNode *IDom = BB->getIDom();
+
+  // Otherwise, there are two cases: we either have to insert a PHI node or we
+  // don't.  We need to insert a PHI node if this block is not dominated by one
+  // of the exit nodes from the loop (the loop could have multiple exits, and
+  // though the value defined *inside* the loop dominated all its uses, each
+  // exit by itself may not dominate all the uses).
+  //
+  // The simplest way to check for this condition is by checking to see if the
+  // idom is in the loop.  If so, we *know* that none of the exit blocks
+  // dominate this block.  Note that we *know* that the block defining the
+  // original instruction is in the idom chain, because if it weren't, then the
+  // original value didn't dominate this use.
+  if (!inLoop(IDom->getBlock())) {
+    // Idom is not in the loop, we must still be "below" the exit block and must
+    // be fully dominated by the value live in the idom.
+    Value* val = GetValueForBlock(IDom, OrigInst, Phis);
+    Phis.insert(std::make_pair(BB, val));
+    return val;
+  }
+  
+  BasicBlock *BBN = BB->getBlock();
+  
+  // Otherwise, the idom is the loop, so we need to insert a PHI node.  Do so
+  // now, then get values to fill in the incoming values for the PHI.
+  PHINode *PN = PHINode::Create(OrigInst->getType(),
+                                OrigInst->getName() + ".lcssa", BBN->begin());
+  PN->reserveOperandSpace(std::distance(pred_begin(BBN), pred_end(BBN)));
+  Phis.insert(std::make_pair(BB, PN));
+                                 
+  // Fill in the incoming values for the block.
+  for (pred_iterator PI = pred_begin(BBN), E = pred_end(BBN); PI != E; ++PI)
+    PN->addIncoming(GetValueForBlock(DT->getNode(*PI), OrigInst, Phis), *PI);
+  return PN;
+}
+