Change errs() to dbgs().
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / LoopSimplify.cpp
index 56e5a46cb7859803922a7f86a6638813830694ab..7fcc5f748a72e7e083437540ae191d70e6684a66 100644 (file)
 //
 // This pass also guarantees that loops will have exactly one backedge.
 //
+// Indirectbr instructions introduce several complications. If the loop
+// contains or is entered by an indirectbr instruction, it may not be possible
+// to transform the loop and make these guarantees. Client code should check
+// that these conditions are true before relying on them.
+//
 // Note that the simplifycfg pass will clean up blocks which are split out but
 // end up being unnecessary, so usage of this pass should not pessimize
 // generated code.
 #include "llvm/Type.h"
 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
-#include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
+#include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
+#include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
 #include "llvm/Support/CFG.h"
-#include "llvm/Support/Compiler.h"
 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
@@ -56,44 +61,40 @@ STATISTIC(NumInserted, "Number of pre-header or exit blocks inserted");
 STATISTIC(NumNested  , "Number of nested loops split out");
 
 namespace {
-  struct VISIBILITY_HIDDEN LoopSimplify : public FunctionPass {
+  struct LoopSimplify : public LoopPass {
     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
-    LoopSimplify() : FunctionPass(&ID) {}
+    LoopSimplify() : LoopPass(&ID) {}
 
     // AA - If we have an alias analysis object to update, this is it, otherwise
     // this is null.
     AliasAnalysis *AA;
     LoopInfo *LI;
     DominatorTree *DT;
-    virtual bool runOnFunction(Function &F);
+    Loop *L;
+    virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
 
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
       // We need loop information to identify the loops...
-      AU.addRequired<LoopInfo>();
-      AU.addRequired<DominatorTree>();
+      AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
+      AU.addRequiredTransitive<DominatorTree>();
 
       AU.addPreserved<LoopInfo>();
       AU.addPreserved<DominatorTree>();
       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
+      AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
       AU.addPreservedID(BreakCriticalEdgesID);  // No critical edges added.
     }
 
-    /// verifyAnalysis() - Verify loop nest.
-    void verifyAnalysis() const {
-#ifndef NDEBUG
-      LoopInfo *NLI = &getAnalysis<LoopInfo>();
-      for (LoopInfo::iterator I = NLI->begin(), E = NLI->end(); I != E; ++I) 
-        (*I)->verifyLoop();
-#endif  
-    }
+    /// verifyAnalysis() - Verify LoopSimplifyForm's guarantees.
+    void verifyAnalysis() const;
 
   private:
-    bool ProcessLoop(Loop *L);
+    bool ProcessLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
     BasicBlock *RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit);
     BasicBlock *InsertPreheaderForLoop(Loop *L);
-    Loop *SeparateNestedLoop(Loop *L);
-    void InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L, BasicBlock *Preheader);
+    Loop *SeparateNestedLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
+    BasicBlock *InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L, BasicBlock *Preheader);
     void PlaceSplitBlockCarefully(BasicBlock *NewBB,
                                   SmallVectorImpl<BasicBlock*> &SplitPreds,
                                   Loop *L);
@@ -106,73 +107,19 @@ X("loopsimplify", "Canonicalize natural loops", true);
 
 // Publically exposed interface to pass...
 const PassInfo *const llvm::LoopSimplifyID = &X;
-FunctionPass *llvm::createLoopSimplifyPass() { return new LoopSimplify(); }
+Pass *llvm::createLoopSimplifyPass() { return new LoopSimplify(); }
 
-/// runOnFunction - Run down all loops in the CFG (recursively, but we could do
+/// runOnLoop - Run down all loops in the CFG (recursively, but we could do
 /// it in any convenient order) inserting preheaders...
 ///
-bool LoopSimplify::runOnFunction(Function &F) {
+bool LoopSimplify::runOnLoop(Loop *l, LPPassManager &LPM) {
+  L = l;
   bool Changed = false;
   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
   AA = getAnalysisIfAvailable<AliasAnalysis>();
   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
 
-  // Check to see that no blocks (other than the header) in loops have
-  // predecessors that are not in loops.  This is not valid for natural loops,
-  // but can occur if the blocks are unreachable.  Since they are unreachable we
-  // can just shamelessly destroy their terminators to make them not branch into
-  // the loop!
-  for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
-    // This case can only occur for unreachable blocks.  Blocks that are
-    // unreachable can't be in loops, so filter those blocks out.
-    if (LI->getLoopFor(BB)) continue;
-    
-    bool BlockUnreachable = false;
-    TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
-
-    // Check to see if any successors of this block are non-loop-header loops
-    // that are not the header.
-    for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
-      // If this successor is not in a loop, BB is clearly ok.
-      Loop *L = LI->getLoopFor(TI->getSuccessor(i));
-      if (!L) continue;
-      
-      // If the succ is the loop header, and if L is a top-level loop, then this
-      // is an entrance into a loop through the header, which is also ok.
-      if (L->getHeader() == TI->getSuccessor(i) && L->getParentLoop() == 0)
-        continue;
-      
-      // Otherwise, this is an entrance into a loop from some place invalid.
-      // Either the loop structure is invalid and this is not a natural loop (in
-      // which case the compiler is buggy somewhere else) or BB is unreachable.
-      BlockUnreachable = true;
-      break;
-    }
-    
-    // If this block is ok, check the next one.
-    if (!BlockUnreachable) continue;
-    
-    // Otherwise, this block is dead.  To clean up the CFG and to allow later
-    // loop transformations to ignore this case, we delete the edges into the
-    // loop by replacing the terminator.
-    
-    // Remove PHI entries from the successors.
-    for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
-      TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
-   
-    // Add a new unreachable instruction before the old terminator.
-    new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
-    
-    // Delete the dead terminator.
-    if (AA) AA->deleteValue(TI);
-    if (!TI->use_empty())
-      TI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(TI->getType()));
-    TI->eraseFromParent();
-    Changed |= true;
-  }
-  
-  for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
-    Changed |= ProcessLoop(*I);
+  Changed |= ProcessLoop(L, LPM);
 
   return Changed;
 }
@@ -180,24 +127,46 @@ bool LoopSimplify::runOnFunction(Function &F) {
 /// ProcessLoop - Walk the loop structure in depth first order, ensuring that
 /// all loops have preheaders.
 ///
-bool LoopSimplify::ProcessLoop(Loop *L) {
+bool LoopSimplify::ProcessLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
   bool Changed = false;
 ReprocessLoop:
-  
-  // Canonicalize inner loops before outer loops.  Inner loop canonicalization
-  // can provide work for the outer loop to canonicalize.
-  for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
-    Changed |= ProcessLoop(*I);
-  
-  assert(L->getBlocks()[0] == L->getHeader() &&
-         "Header isn't first block in loop?");
+
+  // Check to see that no blocks (other than the header) in this loop that has
+  // predecessors that are not in the loop.  This is not valid for natural
+  // loops, but can occur if the blocks are unreachable.  Since they are
+  // unreachable we can just shamelessly delete those CFG edges!
+  for (Loop::block_iterator BB = L->block_begin(), E = L->block_end();
+       BB != E; ++BB) {
+    if (*BB == L->getHeader()) continue;
+
+    SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> BadPreds;
+    for (pred_iterator PI = pred_begin(*BB), PE = pred_end(*BB); PI != PE; ++PI)
+      if (!L->contains(*PI))
+        BadPreds.insert(*PI);
+
+    // Delete each unique out-of-loop (and thus dead) predecessor.
+    for (SmallPtrSet<BasicBlock *, 4>::iterator I = BadPreds.begin(),
+         E = BadPreds.end(); I != E; ++I) {
+      // Inform each successor of each dead pred.
+      for (succ_iterator SI = succ_begin(*I), SE = succ_end(*I); SI != SE; ++SI)
+        (*SI)->removePredecessor(*I);
+      // Zap the dead pred's terminator and replace it with unreachable.
+      TerminatorInst *TI = (*I)->getTerminator();
+       TI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(TI->getType()));
+      (*I)->getTerminator()->eraseFromParent();
+      new UnreachableInst((*I)->getContext(), *I);
+      Changed = true;
+    }
+  }
 
   // Does the loop already have a preheader?  If so, don't insert one.
   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
   if (!Preheader) {
     Preheader = InsertPreheaderForLoop(L);
-    NumInserted++;
-    Changed = true;
+    if (Preheader) {
+      NumInserted++;
+      Changed = true;
+    }
   }
 
   // Next, check to make sure that all exit nodes of the loop only have
@@ -216,25 +185,25 @@ ReprocessLoop:
       // Must be exactly this loop: no subloops, parent loops, or non-loop preds
       // allowed.
       if (!L->contains(*PI)) {
-        RewriteLoopExitBlock(L, ExitBlock);
-        NumInserted++;
-        Changed = true;
+        if (RewriteLoopExitBlock(L, ExitBlock)) {
+          NumInserted++;
+          Changed = true;
+        }
         break;
       }
   }
 
   // If the header has more than two predecessors at this point (from the
   // preheader and from multiple backedges), we must adjust the loop.
-  unsigned NumBackedges = L->getNumBackEdges();
-  if (NumBackedges != 1) {
+  BasicBlock *LoopLatch = L->getLoopLatch();
+  if (!LoopLatch) {
     // If this is really a nested loop, rip it out into a child loop.  Don't do
     // this for loops with a giant number of backedges, just factor them into a
     // common backedge instead.
-    if (NumBackedges < 8) {
-      if (Loop *NL = SeparateNestedLoop(L)) {
+    if (L->getNumBackEdges() < 8) {
+      if (SeparateNestedLoop(L, LPM)) {
         ++NumNested;
         // This is a big restructuring change, reprocess the whole loop.
-        ProcessLoop(NL);
         Changed = true;
         // GCC doesn't tail recursion eliminate this.
         goto ReprocessLoop;
@@ -244,9 +213,11 @@ ReprocessLoop:
     // If we either couldn't, or didn't want to, identify nesting of the loops,
     // insert a new block that all backedges target, then make it jump to the
     // loop header.
-    InsertUniqueBackedgeBlock(L, Preheader);
-    NumInserted++;
-    Changed = true;
+    LoopLatch = InsertUniqueBackedgeBlock(L, Preheader);
+    if (LoopLatch) {
+      NumInserted++;
+      Changed = true;
+    }
   }
 
   // Scan over the PHI nodes in the loop header.  Since they now have only two
@@ -270,7 +241,14 @@ ReprocessLoop:
   // loop-invariant instructions out of the way to open up more
   // opportunities, and the disadvantage of having the responsibility
   // to preserve dominator information.
-  if (ExitBlocks.size() > 1 && L->getUniqueExitBlock()) {
+  bool UniqueExit = true;
+  if (!ExitBlocks.empty())
+    for (unsigned i = 1, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
+      if (ExitBlocks[i] != ExitBlocks[0]) {
+        UniqueExit = false;
+        break;
+      }
+  if (UniqueExit) {
     SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
     L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
     for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
@@ -288,7 +266,8 @@ ReprocessLoop:
         Instruction *Inst = I++;
         if (Inst == CI)
           continue;
-        if (!L->makeLoopInvariant(Inst, Changed, Preheader->getTerminator())) {
+        if (!L->makeLoopInvariant(Inst, Changed,
+                                  Preheader ? Preheader->getTerminator() : 0)) {
           AllInvariant = false;
           break;
         }
@@ -310,9 +289,10 @@ ReprocessLoop:
       DomTreeNode *Node = DT->getNode(ExitingBlock);
       const std::vector<DomTreeNodeBase<BasicBlock> *> &Children =
         Node->getChildren();
-      for (unsigned k = 0, g = Children.size(); k != g; ++k) {
-        DT->changeImmediateDominator(Children[k], Node->getIDom());
-        if (DF) DF->changeImmediateDominator(Children[k]->getBlock(),
+      while (!Children.empty()) {
+        DomTreeNode *Child = Children.front();
+        DT->changeImmediateDominator(Child, Node->getIDom());
+        if (DF) DF->changeImmediateDominator(Child->getBlock(),
                                              Node->getIDom()->getBlock(),
                                              DT);
       }
@@ -339,22 +319,20 @@ BasicBlock *LoopSimplify::InsertPreheaderForLoop(Loop *L) {
   SmallVector<BasicBlock*, 8> OutsideBlocks;
   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), PE = pred_end(Header);
        PI != PE; ++PI)
-    if (!L->contains(*PI))           // Coming in from outside the loop?
-      OutsideBlocks.push_back(*PI);  // Keep track of it...
+    if (!L->contains(*PI)) {         // Coming in from outside the loop?
+      // If the loop is branched to from an indirect branch, we won't
+      // be able to fully transform the loop, because it prohibits
+      // edge splitting.
+      if (isa<IndirectBrInst>((*PI)->getTerminator())) return 0;
+
+      // Keep track of it.
+      OutsideBlocks.push_back(*PI);
+    }
 
   // Split out the loop pre-header.
   BasicBlock *NewBB =
     SplitBlockPredecessors(Header, &OutsideBlocks[0], OutsideBlocks.size(),
                            ".preheader", this);
-  
-
-  //===--------------------------------------------------------------------===//
-  //  Update analysis results now that we have performed the transformation
-  //
-
-  // We know that we have loop information to update... update it now.
-  if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
-    Parent->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
 
   // Make sure that NewBB is put someplace intelligent, which doesn't mess up
   // code layout too horribly.
@@ -369,25 +347,18 @@ BasicBlock *LoopSimplify::InsertPreheaderForLoop(Loop *L) {
 BasicBlock *LoopSimplify::RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit) {
   SmallVector<BasicBlock*, 8> LoopBlocks;
   for (pred_iterator I = pred_begin(Exit), E = pred_end(Exit); I != E; ++I)
-    if (L->contains(*I))
+    if (L->contains(*I)) {
+      // Don't do this if the loop is exited via an indirect branch.
+      if (isa<IndirectBrInst>((*I)->getTerminator())) return 0;
+
       LoopBlocks.push_back(*I);
+    }
 
   assert(!LoopBlocks.empty() && "No edges coming in from outside the loop?");
   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Exit, &LoopBlocks[0], 
                                              LoopBlocks.size(), ".loopexit",
                                              this);
 
-  // Update Loop Information - we know that the new block will be in whichever
-  // loop the Exit block is in.  Note that it may not be in that immediate loop,
-  // if the successor is some other loop header.  In that case, we continue 
-  // walking up the loop tree to find a loop that contains both the successor
-  // block and the predecessor block.
-  Loop *SuccLoop = LI->getLoopFor(Exit);
-  while (SuccLoop && !SuccLoop->contains(L->getHeader()))
-    SuccLoop = SuccLoop->getParentLoop();
-  if (SuccLoop)
-    SuccLoop->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
-
   return NewBB;
 }
 
@@ -490,7 +461,7 @@ void LoopSimplify::PlaceSplitBlockCarefully(BasicBlock *NewBB,
 /// If we are able to separate out a loop, return the new outer loop that was
 /// created.
 ///
-Loop *LoopSimplify::SeparateNestedLoop(Loop *L) {
+Loop *LoopSimplify::SeparateNestedLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
   PHINode *PN = FindPHIToPartitionLoops(L, DT, AA);
   if (PN == 0) return 0;  // No known way to partition.
 
@@ -500,8 +471,13 @@ Loop *LoopSimplify::SeparateNestedLoop(Loop *L) {
   SmallVector<BasicBlock*, 8> OuterLoopPreds;
   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
     if (PN->getIncomingValue(i) != PN ||
-        !L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
+        !L->contains(PN->getIncomingBlock(i))) {
+      // We can't split indirectbr edges.
+      if (isa<IndirectBrInst>(PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator()))
+        return 0;
+
       OuterLoopPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
+    }
 
   BasicBlock *Header = L->getHeader();
   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Header, &OuterLoopPreds[0],
@@ -521,17 +497,20 @@ Loop *LoopSimplify::SeparateNestedLoop(Loop *L) {
   else
     LI->changeTopLevelLoop(L, NewOuter);
 
-  // This block is going to be our new header block: add it to this loop and all
-  // parent loops.
-  NewOuter->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
-
   // L is now a subloop of our outer loop.
   NewOuter->addChildLoop(L);
 
+  // Add the new loop to the pass manager queue.
+  LPM.insertLoopIntoQueue(NewOuter);
+
   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
        I != E; ++I)
     NewOuter->addBlockEntry(*I);
 
+  // Now reset the header in L, which had been moved by
+  // SplitBlockPredecessors for the outer loop.
+  L->moveToHeader(Header);
+
   // Determine which blocks should stay in L and which should be moved out to
   // the Outer loop now.
   std::set<BasicBlock*> BlocksInL;
@@ -572,13 +551,18 @@ Loop *LoopSimplify::SeparateNestedLoop(Loop *L) {
 /// backedges to target a new basic block and have that block branch to the loop
 /// header.  This ensures that loops have exactly one backedge.
 ///
-void LoopSimplify::InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L, BasicBlock *Preheader) {
+BasicBlock *
+LoopSimplify::InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L, BasicBlock *Preheader) {
   assert(L->getNumBackEdges() > 1 && "Must have > 1 backedge!");
 
   // Get information about the loop
   BasicBlock *Header = L->getHeader();
   Function *F = Header->getParent();
 
+  // Unique backedge insertion currently depends on having a preheader.
+  if (!Preheader)
+    return 0;
+
   // Figure out which basic blocks contain back-edges to the loop header.
   std::vector<BasicBlock*> BackedgeBlocks;
   for (pred_iterator I = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); I != E; ++I)
@@ -665,4 +649,40 @@ void LoopSimplify::InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L, BasicBlock *Preheader) {
   DT->splitBlock(BEBlock);
   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisIfAvailable<DominanceFrontier>())
     DF->splitBlock(BEBlock);
+
+  return BEBlock;
+}
+
+void LoopSimplify::verifyAnalysis() const {
+  // It used to be possible to just assert L->isLoopSimplifyForm(), however
+  // with the introduction of indirectbr, there are now cases where it's
+  // not possible to transform a loop as necessary. We can at least check
+  // that there is an indirectbr near any time there's trouble.
+
+  // Indirectbr can interfere with preheader and unique backedge insertion.
+  if (!L->getLoopPreheader() || !L->getLoopLatch()) {
+    bool HasIndBrPred = false;
+    for (pred_iterator PI = pred_begin(L->getHeader()),
+         PE = pred_end(L->getHeader()); PI != PE; ++PI)
+      if (isa<IndirectBrInst>((*PI)->getTerminator())) {
+        HasIndBrPred = true;
+        break;
+      }
+    assert(HasIndBrPred &&
+           "LoopSimplify has no excuse for missing loop header info!");
+  }
+
+  // Indirectbr can interfere with exit block canonicalization.
+  if (!L->hasDedicatedExits()) {
+    bool HasIndBrExiting = false;
+    SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
+    L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
+    for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i)
+      if (isa<IndirectBrInst>((ExitingBlocks[i])->getTerminator())) {
+        HasIndBrExiting = true;
+        break;
+      }
+    assert(HasIndBrExiting &&
+           "LoopSimplify has no excuse for missing exit block info!");
+  }
 }