nsz Git - libfirm/blob - ir/opt/opt_osr.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 1995-2008 University of Karlsruhe.  All right reserved.
   3  *
   4  * This file is part of libFirm.
   5  *
   6  * This file may be distributed and/or modified under the terms of the
   7  * GNU General Public License version 2 as published by the Free Software
   8  * Foundation and appearing in the file LICENSE.GPL included in the
   9  * packaging of this file.
  10  *
  11  * Licensees holding valid libFirm Professional Edition licenses may use
  12  * this file in accordance with the libFirm Commercial License.
  13  * Agreement provided with the Software.
  14  *
  15  * This file is provided AS IS with NO WARRANTY OF ANY KIND, INCLUDING THE
  16  * WARRANTY OF DESIGN, MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
  17  * PURPOSE.
  18  */
  19
  20 /**
  21  * @file
  22  * @brief   Operator Strength Reduction.
  23  * @date    12.5.2006
  24  * @author  Michael Beck
  25  * @version $Id$
  26  * @summary
  27  *  Implementation of the Operator Strength Reduction algorithm
  28  *  by Keith D. Cooper, L. Taylor Simpson, Christopher A. Vick.
  29  *  Extended version.
  30  */
  31 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  32 #include "config.h"
  33 #endif
  34
  35 #include "adt/pdeq.h"
  36 #include "iroptimize.h"
  37 #include "irgraph.h"
  38 #include "ircons.h"
  39 #include "irop_t.h"
  40 #include "irdom.h"
  41 #include "irgmod.h"
  42 #include "irflag_t.h"
  43 #include "irgwalk.h"
  44 #include "irouts.h"
  45 #include "iredges.h"
  46 #include "debug.h"
  47 #include "obst.h"
  48 #include "set.h"
  49 #include "tv.h"
  50 #include "hashptr.h"
  51 #include "irtools.h"
  52 #include "irloop_t.h"
  53 #include "array.h"
  54 #include "firmstat.h"
  55 #include "xmalloc.h"
  56
  57 /** The debug handle. */
  58 DEBUG_ONLY(static firm_dbg_module_t *dbg;)
  59
  60 /** A scc. */
  61 typedef struct scc {
  62         ir_node  *head;         /**< the head of the list */
  63         tarval   *init;     /**< the init value iff only one exists. */
  64         tarval   *incr;     /**< the induction variable increment if only a single const exists. */
  65         unsigned code;      /**< == iro_Add if +incr, iro_Sub if -incr, 0 if not analysed, iro_Bad else */
  66 } scc;
  67
  68 /** A node entry */
  69 typedef struct node_entry {
  70         unsigned DFSnum;    /**< the DFS number of this node */
  71         unsigned low;       /**< the low number of this node */
  72         ir_node  *header;   /**< the header of this node */
  73         int      in_stack;  /**< flag, set if the node is on the stack */
  74         ir_node  *next;     /**< link to the next node the the same scc */
  75         scc      *pscc;     /**< the scc of this node */
  76         unsigned POnum;     /**< the post order number for blocks */
  77 } node_entry;
  78
  79 /** The environment. */
  80 typedef struct iv_env {
  81         struct obstack obst;    /**< an obstack for allocations */
  82         ir_node  **stack;       /**< the node stack */
  83         int      tos;           /**< tos index */
  84         unsigned nextDFSnum;    /**< the current DFS number */
  85         unsigned POnum;         /**< current post order number */
  86         set      *quad_map;     /**< a map from (op, iv, rc) to node */
  87         set      *lftr_edges;   /**< the set of lftr edges */
  88         unsigned replaced;      /**< number of replaced ops */
  89         unsigned lftr_replaced; /**< number of applied linear function test replacements */
  90         unsigned flags;         /**< additional flags */
  91         /** Function called to process a SCC. */
  92         void (*process_scc)(scc *pscc, struct iv_env *env);
  93 } iv_env;
  94
  95 /**
  96  * An entry in the (op, node, node) -> node map.
  97  */
  98 typedef struct quadruple_t {
  99         ir_opcode code;  /**< the opcode of the reduced operation */
 100         ir_node   *op1;  /**< the first operand the reduced operation */
 101         ir_node   *op2;  /**< the second operand of the reduced operation */
 102
 103         ir_node   *res; /**< the reduced operation */
 104 } quadruple_t;
 105
 106 /**
 107  * A LFTR edge.
 108  */
 109 typedef struct LFTR_edge {
 110         ir_node   *src;   /**< the source node */
 111         ir_node   *dst;   /**< the destination node */
 112         ir_opcode code;   /**< the opcode that must be applied */
 113         ir_node   *rc;    /**< the region const that must be applied */
 114 } LFTR_edge;
 115
 116 /* forward */
 117 static ir_node *reduce(ir_node *orig, ir_node *iv, ir_node *rc, iv_env *env);
 118
 119 /**
 120  * Compare two LFTR edges.
 121  */
 122 static int LFTR_cmp(const void *e1, const void *e2, size_t size) {
 123         const LFTR_edge *l1 = e1;
 124         const LFTR_edge *l2 = e2;
 125         (void) size;
 126
 127         return l1->src != l2->src;
 128 }
 129
 130 /**
 131  * Find a LFTR edge.
 132  */
 133 static LFTR_edge *LFTR_find(ir_node *src, iv_env *env) {
 134         LFTR_edge key;
 135
 136         key.src  = src;
 137
 138         return set_find(env->lftr_edges, &key, sizeof(key), HASH_PTR(src));
 139 }
 140
 141 /**
 142  * Add a LFTR edge.
 143  */
 144 static void LFTR_add(ir_node *src, ir_node *dst, ir_opcode code, ir_node *rc, iv_env *env) {
 145         LFTR_edge key;
 146
 147         key.src  = src;
 148         key.dst  = dst;
 149         key.code = code;
 150         key.rc   = rc;
 151
 152         /*
 153          * There might be more than one edge here. This is rather bad
 154          * because we currently store only one.
 155          */
 156 //      assert(LFTR_find(src, env) == NULL);
 157         set_insert(env->lftr_edges, &key, sizeof(key), HASH_PTR(src));
 158 }
 159
 160 /**
 161  * Gets the node_entry of a node
 162  */
 163 static node_entry *get_irn_ne(ir_node *irn, iv_env *env) {
 164         node_entry *e = get_irn_link(irn);
 165
 166         if (! e) {
 167                 e = obstack_alloc(&env->obst, sizeof(*e));
 168                 memset(e, 0, sizeof(*e));
 169                 set_irn_link(irn, e);
 170         }
 171         return e;
 172 }
 173
 174 /**
 175  * Gets the scc from an IV.
 176  */
 177 static scc *get_iv_scc(ir_node *iv, iv_env *env) {
 178         node_entry *e = get_irn_ne(iv, env);
 179         return e->pscc;
 180 }
 181
 182 /**
 183  * Check if irn is an IV.
 184  *
 185  * @param irn  the node to check
 186  * @param env  the environment
 187  *
 188  * @returns the header if it is one, NULL else
 189  */
 190 static ir_node *is_iv(ir_node *irn, iv_env *env) {
 191         return get_irn_ne(irn, env)->header;
 192 }
 193
 194 /**
 195  * Check if irn is a region constant.
 196  * The block or irn must strictly dominate the header block.
 197  *
 198  * @param irn           the node to check
 199  * @param header_block  the header block of the induction variable
 200  */
 201 static int is_rc(ir_node *irn, ir_node *header_block) {
 202         ir_node *block = get_nodes_block(irn);
 203
 204         return (block != header_block) && block_dominates(block, header_block);
 205 }
 206
 207 /**
 208  * Set compare function for the quad set.
 209  */
 210 static int quad_cmp(const void *e1, const void *e2, size_t size) {
 211         const quadruple_t *c1 = e1;
 212         const quadruple_t *c2 = e2;
 213         (void) size;
 214
 215         return c1->code != c2->code || c1->op1 != c2->op1 || c1->op2 != c2->op2;
 216 }
 217
 218 /**
 219  * Check if an reduced operation was already calculated.
 220  *
 221  * @param code  the opcode of the operation
 222  * @param op1   the first operand of the operation
 223  * @param op2   the second operand of the operation
 224  * @param env   the environment
 225  *
 226  * @return the already reduced node or NULL if this operation is not yet reduced
 227  */
 228 static ir_node *search(ir_opcode code, ir_node *op1, ir_node *op2, iv_env *env) {
 229         quadruple_t key, *entry;
 230
 231         key.code = code;
 232         key.op1 = op1;
 233         key.op2 = op2;
 234
 235         entry = set_find(env->quad_map, &key, sizeof(key),
 236                          (code * 9) ^ HASH_PTR(op1) ^HASH_PTR(op2));
 237         if (entry)
 238                 return entry->res;
 239         return NULL;
 240 }
 241
 242 /**
 243  * Add an reduced operation.
 244  *
 245  * @param code    the opcode of the operation
 246  * @param op1     the first operand of the operation
 247  * @param op2     the second operand of the operation
 248  * @param result  the result of the reduced operation
 249  * @param env     the environment
 250  */
 251 static void add(ir_opcode code, ir_node *op1, ir_node *op2, ir_node *result, iv_env *env) {
 252         quadruple_t key;
 253
 254         key.code = code;
 255         key.op1  = op1;
 256         key.op2  = op2;
 257         key.res  = result;
 258
 259         set_insert(env->quad_map, &key, sizeof(key),
 260                    (code * 9) ^ HASH_PTR(op1) ^HASH_PTR(op2));
 261 }
 262
 263 /**
 264  * Find a location where to place a bin-op whose operands are in
 265  * block1 and block2.
 266  *
 267  * @param block1  the block of the first operand
 268  * @param block2  the block of the second operand
 269  *
 270  * Note that we know here that such a place must exists. Moreover, this means
 271  * that either block1 dominates block2 or vice versa. So, just return
 272  * the "smaller" one.
 273  */
 274 static ir_node *find_location(ir_node *block1, ir_node *block2) {
 275         if (block_dominates(block1, block2))
 276                 return block2;
 277         assert(block_dominates(block2, block1));
 278         return block1;
 279 }
 280
 281 /**
 282  * Create a node that executes an op1 code op1 operation.
 283  *
 284  * @param code   the opcode to execute
 285  * @param db     debug info to add to the new node
 286  * @param op1    the first operand
 287  * @param op2    the second operand
 288  * @param mode   the mode of the new operation
 289  *
 290  * @return the newly created node
 291  */
 292 static ir_node *do_apply(ir_opcode code, dbg_info *db, ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode) {
 293         ir_graph *irg = current_ir_graph;
 294         ir_node *result;
 295         ir_node *block = find_location(get_nodes_block(op1), get_nodes_block(op2));
 296
 297         switch (code) {
 298         case iro_Mul:
 299                 result = new_rd_Mul(db, irg, block, op1, op2, mode);
 300                 break;
 301         case iro_Add:
 302                 result = new_rd_Add(db, irg, block, op1, op2, mode);
 303                 break;
 304         case iro_Sub:
 305                 result = new_rd_Sub(db, irg, block, op1, op2, mode);
 306                 break;
 307         default:
 308                 assert(0);
 309                 result = NULL;
 310         }
 311         return result;
 312 }
 313
 314 /**
 315  * The Apply operation.
 316  *
 317  * @param orig   the node that represent the original operation and determines
 318  *               the opcode, debug-info and mode of a newly created one
 319  * @param op1    the first operand
 320  * @param op2    the second operand
 321  * @param env    the environment
 322  *
 323  * @return the newly created node
 324  */
 325 static ir_node *apply(ir_node *header, ir_node *orig, ir_node *op1, ir_node *op2, iv_env *env) {
 326         ir_opcode code = get_irn_opcode(orig);
 327         ir_node *result = search(code, op1, op2, env);
 328
 329         if (result == NULL) {
 330                 dbg_info *db = get_irn_dbg_info(orig);
 331                 ir_node *op1_header = get_irn_ne(op1, env)->header;
 332                 ir_node *op2_header = get_irn_ne(op2, env)->header;
 333
 334                 if (op1_header == header && is_rc(op2, op1_header)) {
 335                         result = reduce(orig, op1, op2, env);
 336                 }
 337                 else if (op2_header == header && is_rc(op1, op2_header)) {
 338                         result = reduce(orig, op2, op1, env);
 339                 }
 340                 else {
 341                         result = do_apply(code, db, op1, op2, get_irn_mode(orig));
 342                         get_irn_ne(result, env)->header = NULL;
 343                 }
 344         }
 345         return result;
 346 }
 347
 348 /**
 349  * The Reduce operation.
 350  *
 351  * @param orig   the node that represent the original operation and determines
 352  *               the opcode, debug-info and mode of a newly created one
 353  * @param iv     the induction variable
 354  * @param rc     the region constant
 355  * @param env    the environment
 356  *
 357  * @return the reduced node
 358  */
 359 static ir_node *reduce(ir_node *orig, ir_node *iv, ir_node *rc, iv_env *env) {
 360         ir_opcode code = get_irn_opcode(orig);
 361         ir_node *result = search(code, iv, rc, env);
 362
 363         if (result == NULL) {
 364                 node_entry *e, *iv_e;
 365                 int i, n;
 366                 ir_mode *mode = get_irn_mode(orig);
 367
 368                 result = exact_copy(iv);
 369
 370                 /* Beware: we must always create a new induction variable with the same mode
 371                    as the node we are replacing. Especially this means the mode might be changed
 372                    from P to I and back. This is always possible, because we have only Phi, Add
 373                    and Sub nodes. */
 374                 set_irn_mode(result, mode);
 375                 add(code, iv, rc, result, env);
 376                 DB((dbg, LEVEL_3, "   Created new %+F for %+F (%s %+F)\n", result, iv,
 377                         get_irn_opname(orig), rc));
 378
 379                 iv_e = get_irn_ne(iv, env);
 380                 e    = get_irn_ne(result, env);
 381                 e->header = iv_e->header;
 382
 383                 /* create the LFTR edge */
 384                 LFTR_add(iv, result, code, rc, env);
 385
 386                 n = get_irn_arity(result);
 387                 for (i = 0; i < n; ++i) {
 388                         ir_node *o = get_irn_n(result, i);
 389
 390                         e = get_irn_ne(o, env);
 391                         if (e->header == iv_e->header)
 392                                 o = reduce(orig, o, rc, env);
 393                         else if (is_Phi(result) || code == iro_Mul)
 394                                 o = apply(iv_e->header, orig, o, rc, env);
 395                         set_irn_n(result, i, o);
 396                 }
 397         }
 398         else {
 399                 DB((dbg, LEVEL_3, "   Already Created %+F for %+F (%s %+F)\n", result, iv,
 400                         get_irn_opname(orig), rc));
 401         }
 402         return result;
 403 }
 404
 405 /**
 406  * Update the scc for a newly created IV.
 407  */
 408 static void update_scc(ir_node *iv, node_entry *e, iv_env *env) {
 409         scc     *pscc   = e->pscc;
 410         ir_node *header = e->header;
 411         waitq    *wq = new_waitq();
 412
 413         DB((dbg, LEVEL_2, "  Creating SCC for new an induction variable:\n  "));
 414         pscc->head = NULL;
 415         waitq_put(wq, iv);
 416         do {
 417                 ir_node    *irn = waitq_get(wq);
 418                 node_entry *ne  = get_irn_ne(irn, env);
 419                 int        i;
 420
 421                 ne->pscc   = pscc;
 422                 ne->next   = pscc->head;
 423                 pscc->head = irn;
 424                 DB((dbg, LEVEL_2, " %+F,", irn));
 425
 426                 for (i = get_irn_arity(irn) - 1; i >= 0; --i) {
 427                         ir_node    *pred = get_irn_n(irn, i);
 428                         node_entry *pe   = get_irn_ne(pred, env);
 429
 430                         if (pe->header == header && pe->pscc == NULL) {
 431                                 /* set the pscc here to ensure that the node is NOT enqueued another time */
 432                                 pe->pscc = pscc;
 433                                 waitq_put(wq, pred);
 434                         }
 435                 }
 436         } while (! waitq_empty(wq));
 437         del_waitq(wq);
 438         DB((dbg, LEVEL_2, "\n"));
 439 }
 440
 441 /**
 442  * The Replace operation.
 443  *
 444  * @param irn   the node that will be replaced
 445  * @param iv    the induction variable
 446  * @param rc    the region constant
 447  * @param env   the environment
 448  */
 449 static int replace(ir_node *irn, ir_node *iv, ir_node *rc, iv_env *env) {
 450         ir_node *result;
 451
 452         DB((dbg, LEVEL_2, "  Replacing %+F\n", irn));
 453
 454         result = reduce(irn, iv, rc, env);
 455         if (result != irn) {
 456                 node_entry *e;
 457
 458                 hook_strength_red(current_ir_graph, irn);
 459                 exchange(irn, result);
 460                 e = get_irn_ne(result, env);
 461                 if (e->pscc == NULL) {
 462                         e->pscc = obstack_alloc(&env->obst, sizeof(*e->pscc));
 463                         memset(e->pscc, 0, sizeof(*e->pscc));
 464                         update_scc(result, e, env);
 465                 }
 466                 ++env->replaced;
 467                 return 1;
 468         }
 469         return 0;
 470 }
 471
 472 #if 0
 473 /**
 474  * check if a given node is a mul with 2, 4, 8
 475  */
 476 static int is_x86_shift_const(ir_node *mul) {
 477         ir_node *rc;
 478
 479         if (! is_Mul(mul))
 480                 return 0;
 481
 482         /* normalization put constants on the right side */
 483         rc = get_Mul_right(mul);
 484         if (is_Const(rc)) {
 485                 tarval *tv = get_Const_tarval(rc);
 486
 487                 if (tarval_is_long(tv)) {
 488                         long value = get_tarval_long(tv);
 489
 490                         if (value == 2 || value == 4 || value == 8) {
 491                                 /* do not reduce multiplications by 2, 4, 8 */
 492                                 return 1;
 493                         }
 494                 }
 495         }
 496         return 0;
 497 }
 498 #endif
 499
 500 /**
 501  * Check if an IV represents a counter with constant limits.
 502  */
 503 static int is_counter_iv(ir_node *iv, iv_env *env) {
 504         node_entry *e         = get_irn_ne(iv, env);
 505         scc        *pscc      = e->pscc;
 506         ir_node    *have_init = NULL;
 507         ir_node    *have_incr = NULL;
 508         ir_opcode  code       = iro_Bad;
 509         ir_node    *irn;
 510
 511         if (pscc->code != 0) {
 512                 /* already analysed */
 513                 return pscc->code != iro_Bad;
 514         }
 515
 516         pscc->code = iro_Bad;
 517         for (irn = pscc->head; irn != NULL; irn = e->next) {
 518                 if (is_Add(irn)) {
 519                         if (have_incr != NULL)
 520                                 return 0;
 521
 522                         have_incr = get_Add_right(irn);
 523                         if (! is_Const(have_incr)) {
 524                                 have_incr = get_Add_left(irn);
 525                                 if (! is_Const(have_incr))
 526                                         return 0;
 527                         }
 528                         code = iro_Add;
 529                 } else if (is_Sub(irn)) {
 530                         if (have_incr != NULL)
 531                                 return 0;
 532
 533                         have_incr = get_Sub_right(irn);
 534                         if (! is_Const(have_incr))
 535                                 return 0;
 536                         code = iro_Sub;
 537                 } else if (is_Phi(irn)) {
 538                         int i;
 539
 540                         for (i = get_Phi_n_preds(irn) - 1; i >= 0; --i) {
 541                                 ir_node    *pred = get_Phi_pred(irn, i);
 542                                 node_entry *ne   = get_irn_ne(pred, env);
 543
 544                                 if (ne->header == e->header)
 545                                         continue;
 546                                 if (have_init != NULL)
 547                                         return 0;
 548                                 have_init = pred;
 549                                 if (! is_Const(pred))
 550                                         return 0;
 551                         }
 552                 } else
 553                         return 0;
 554                 e = get_irn_ne(irn, env);
 555         }
 556         pscc->init = get_Const_tarval(have_init);
 557         pscc->incr = get_Const_tarval(have_incr);
 558         pscc->code = code;
 559         return code != iro_Bad;
 560 }
 561
 562 /**
 563  * Check the users of an induction variable for register pressure.
 564  */
 565 static int check_users_for_reg_pressure(ir_node *iv, iv_env *env) {
 566         ir_node    *irn, *header;
 567         ir_node    *have_user = NULL;
 568         ir_node    *have_cmp  = NULL;
 569         node_entry *e         = get_irn_ne(iv, env);
 570         scc        *pscc      = e->pscc;
 571
 572         header = e->header;
 573         for (irn = pscc->head; irn != NULL; irn = e->next) {
 574                 const ir_edge_t *edge;
 575
 576                 foreach_out_edge(irn, edge) {
 577                         ir_node    *user = get_edge_src_irn(edge);
 578                         node_entry *ne = get_irn_ne(user, env);
 579
 580                         if (e->header == ne->header) {
 581                                 /* found user from the same IV */
 582                                 continue;
 583                         }
 584                         if (is_Cmp(user)) {
 585                                 if (have_cmp != NULL) {
 586                                         /* more than one cmp, for now end here */
 587                                         return 0;
 588                                 }
 589                                 have_cmp = user;
 590                         } else {
 591                                 /* user is a real user of the IV */
 592                                 if (have_user != NULL) {
 593                                         /* found the second user */
 594                                         return 0;
 595                                 }
 596                                 have_user = user;
 597                         }
 598                 }
 599                 e = get_irn_ne(irn, env);
 600         }
 601
 602         if (have_user == NULL) {
 603                 /* no user, ignore */
 604                 return 1;
 605         }
 606
 607         if (have_cmp == NULL) {
 608                 /* fine, only one user, try to reduce */
 609                 return 1;
 610         }
 611         /*
 612          * We found one user AND at least one cmp.
 613          * We should check here if we can transform the Cmp.
 614          *
 615          * For now our capabilities for doing linear function test
 616          * are limited, so check if the iv has the right form: Only ONE
 617          * phi, only one Add/Sub with a Const
 618          */
 619         if (! is_counter_iv(iv, env))
 620                 return 0;
 621
 622         /*
 623          * Ok, we have only one increment AND it is a Const, we might be able
 624          * to do a linear function test replacement, so go on.
 625          */
 626         return 1;
 627 }
 628
 629 /**
 630  * Check if a node can be replaced (+, -, *).
 631  *
 632  * @param irn   the node to check
 633  * @param env   the environment
 634  *
 635  * @return non-zero if irn should be Replace'd
 636  */
 637 static int check_replace(ir_node *irn, iv_env *env) {
 638         ir_node   *left, *right, *iv, *rc;
 639         ir_op     *op  = get_irn_op(irn);
 640         ir_opcode code = get_op_code(op);
 641         ir_node   *liv, *riv;
 642
 643         switch (code) {
 644         case iro_Mul:
 645         case iro_Add:
 646         case iro_Sub:
 647                 iv = rc = NULL;
 648
 649                 left  = get_binop_left(irn);
 650                 right = get_binop_right(irn);
 651
 652                 liv = is_iv(left, env);
 653                 riv = is_iv(right, env);
 654                 if (liv && is_rc(right, liv)) {
 655                         iv = left; rc = right;
 656                 }
 657                 else if (riv && is_op_commutative(op) &&
 658                                     is_rc(left, riv)) {
 659                         iv = right; rc = left;
 660                 }
 661
 662                 if (iv) {
 663                         if (env->flags & osr_flag_keep_reg_pressure) {
 664                                 if (! check_users_for_reg_pressure(iv, env))
 665                                         return 0;
 666                         }
 667                         return replace(irn, iv, rc, env);
 668                 }
 669                 break;
 670         default:
 671                 break;
 672         }
 673         return 0;
 674 }
 675
 676 /**
 677  * Check which SCC's are induction variables.
 678  *
 679  * @param pscc  a SCC
 680  * @param env   the environment
 681  */
 682 static void classify_iv(scc *pscc, iv_env *env) {
 683         ir_node *irn, *next, *header = NULL;
 684         node_entry *b, *h = NULL;
 685         int j, only_phi, num_outside;
 686         ir_node *out_rc;
 687
 688         /* find the header block for this scc */
 689         for (irn = pscc->head; irn; irn = next) {
 690                 node_entry *e = get_irn_link(irn);
 691                 ir_node *block = get_nodes_block(irn);
 692
 693                 next = e->next;
 694                 b = get_irn_ne(block, env);
 695
 696                 if (header) {
 697                         if (h->POnum < b->POnum) {
 698                                 header = block;
 699                                 h      = b;
 700                         }
 701                 }
 702                 else {
 703                         header = block;
 704                         h      = b;
 705                 }
 706         }
 707
 708         /* check if this scc contains only Phi, Add or Sub nodes */
 709         only_phi    = 1;
 710         num_outside = 0;
 711         out_rc      = NULL;
 712         for (irn = pscc->head; irn; irn = next) {
 713                 node_entry *e = get_irn_ne(irn, env);
 714
 715                 next = e->next;
 716                 switch (get_irn_opcode(irn)) {
 717                 case iro_Add:
 718                 case iro_Sub:
 719                         only_phi = 0;
 720                         /* fall through */
 721                 case iro_Phi:
 722                         for (j = get_irn_arity(irn) - 1; j >= 0; --j) {
 723                                 ir_node *pred  = get_irn_n(irn, j);
 724                                 node_entry *pe = get_irn_ne(pred, env);
 725
 726                                 if (pe->pscc != e->pscc) {
 727                                         /* not in the same SCC, must be a region const */
 728                                         if (! is_rc(pred, header)) {
 729                                                 /* not an induction variable */
 730                                                 goto fail;
 731                                         }
 732                                         if (! out_rc) {
 733                                                 out_rc = pred;
 734                                                 ++num_outside;
 735                                         } else if (out_rc != pred) {
 736                                                 ++num_outside;
 737                                         }
 738                                 }
 739                         }
 740                         break;
 741                 default:
 742                         /* not an induction variable */
 743                         goto fail;
 744                 }
 745         }
 746         /* found an induction variable */
 747         DB((dbg, LEVEL_2, "  Found an induction variable:\n  "));
 748         if (only_phi && num_outside == 1) {
 749                 /* a phi cycle with only one real predecessor can be collapsed */
 750                 DB((dbg, LEVEL_2, "  Found an USELESS Phi cycle:\n  "));
 751
 752                 for (irn = pscc->head; irn; irn = next) {
 753                         node_entry *e = get_irn_ne(irn, env);
 754                         next = e->next;
 755                         e->header = NULL;
 756                         exchange(irn, out_rc);
 757                 }
 758                 ++env->replaced;
 759                 return;
 760         }
 761
 762         /* set the header for every node in this scc */
 763         for (irn = pscc->head; irn; irn = next) {
 764                 node_entry *e = get_irn_ne(irn, env);
 765                 e->header = header;
 766                 next = e->next;
 767                 DB((dbg, LEVEL_2, " %+F,", irn));
 768         }
 769         DB((dbg, LEVEL_2, "\n"));
 770         return;
 771
 772 fail:
 773         for (irn = pscc->head; irn; irn = next) {
 774                 node_entry *e = get_irn_ne(irn, env);
 775
 776                 next = e->next;
 777                 e->header = NULL;
 778         }
 779 }
 780
 781 /**
 782  * Process a SCC for the operator strength reduction.
 783  *
 784  * @param pscc  the SCC
 785  * @param env   the environment
 786  */
 787 static void process_scc(scc *pscc, iv_env *env) {
 788         ir_node *head = pscc->head;
 789         node_entry *e = get_irn_link(head);
 790
 791 #ifdef DEBUG_libfirm
 792         {
 793                 ir_node *irn, *next;
 794
 795                 DB((dbg, LEVEL_4, " SCC at %p:\n ", pscc));
 796                 for (irn = pscc->head; irn; irn = next) {
 797                         node_entry *e = get_irn_link(irn);
 798
 799                         next = e->next;
 800
 801                         DB((dbg, LEVEL_4, " %+F,", irn));
 802                 }
 803                 DB((dbg, LEVEL_4, "\n"));
 804         }
 805 #endif
 806
 807         if (e->next == NULL) {
 808                 /* this SCC has only a single member */
 809                 check_replace(head, env);
 810         } else {
 811                 classify_iv(pscc, env);
 812         }
 813 }
 814
 815 /**
 816  * If an SCC is a Phi only cycle, remove it.
 817  */
 818 static void remove_phi_cycle(scc *pscc, iv_env *env) {
 819         ir_node *irn, *next;
 820         int j;
 821         ir_node *out_rc;
 822
 823         /* check if this scc contains only Phi, Add or Sub nodes */
 824         out_rc      = NULL;
 825         for (irn = pscc->head; irn; irn = next) {
 826                 node_entry *e = get_irn_ne(irn, env);
 827
 828                 next = e->next;
 829                 if (! is_Phi(irn))
 830                         return;
 831
 832                 for (j = get_irn_arity(irn) - 1; j >= 0; --j) {
 833                         ir_node *pred  = get_irn_n(irn, j);
 834                         node_entry *pe = get_irn_ne(pred, env);
 835
 836                         if (pe->pscc != e->pscc) {
 837                                 /* not in the same SCC, must be the only input */
 838                                 if (! out_rc) {
 839                                         out_rc = pred;
 840                                 } else if (out_rc != pred) {
 841                                         return;
 842                                 }
 843                         }
 844                 }
 845         }
 846         /* found a Phi cycle */
 847         DB((dbg, LEVEL_2, "  Found an USELESS Phi cycle:\n  "));
 848
 849         for (irn = pscc->head; irn; irn = next) {
 850                 node_entry *e = get_irn_ne(irn, env);
 851                 next = e->next;
 852                 e->header = NULL;
 853                 exchange(irn, out_rc);
 854         }
 855         ++env->replaced;
 856 }
 857
 858 /**
 859  * Process a SCC for the Phi cycle removement.
 860  *
 861  * @param pscc  the SCC
 862  * @param env   the environment
 863  */
 864 static void process_phi_only_scc(scc *pscc, iv_env *env) {
 865         ir_node *head = pscc->head;
 866         node_entry *e = get_irn_link(head);
 867
 868 #ifdef DEBUG_libfirm
 869         {
 870                 ir_node *irn, *next;
 871
 872                 DB((dbg, LEVEL_4, " SCC at %p:\n ", pscc));
 873                 for (irn = pscc->head; irn; irn = next) {
 874                         node_entry *e = get_irn_link(irn);
 875
 876                         next = e->next;
 877
 878                         DB((dbg, LEVEL_4, " %+F,", irn));
 879                 }
 880                 DB((dbg, LEVEL_4, "\n"));
 881         }
 882 #endif
 883
 884         if (e->next != NULL)
 885                 remove_phi_cycle(pscc, env);
 886 }
 887
 888
 889 /**
 890  * Push a node onto the stack.
 891  *
 892  * @param env   the environment
 893  * @param n     the node to push
 894  */
 895 static void push(iv_env *env, ir_node *n) {
 896         node_entry *e;
 897
 898         if (env->tos == ARR_LEN(env->stack)) {
 899                 int nlen = ARR_LEN(env->stack) * 2;
 900                 ARR_RESIZE(ir_node *, env->stack, nlen);
 901         }
 902         env->stack[env->tos++] = n;
 903         e = get_irn_ne(n, env);
 904         e->in_stack = 1;
 905 }
 906
 907 /**
 908  * pop a node from the stack
 909  *
 910  * @param env   the environment
 911  *
 912  * @return  The topmost node
 913  */
 914 static ir_node *pop(iv_env *env)
 915 {
 916         ir_node *n = env->stack[--env->tos];
 917         node_entry *e = get_irn_ne(n, env);
 918
 919         e->in_stack = 0;
 920         return n;
 921 }
 922
 923 /**
 924  * Do Tarjan's SCC algorithm and drive OSR.
 925  *
 926  * @param irn  start at this node
 927  * @param env  the environment
 928  */
 929 static void dfs(ir_node *irn, iv_env *env)
 930 {
 931         int i, n;
 932         node_entry *node = get_irn_ne(irn, env);
 933
 934         mark_irn_visited(irn);
 935
 936         /* do not put blocks into the scc */
 937         if (is_Block(irn)) {
 938                 n = get_irn_arity(irn);
 939                 for (i = 0; i < n; ++i) {
 940                         ir_node *pred = get_irn_n(irn, i);
 941
 942                         if (irn_not_visited(pred))
 943                                 dfs(pred, env);
 944                 }
 945         }
 946         else {
 947                 ir_node *block = get_nodes_block(irn);
 948
 949                 node->DFSnum = env->nextDFSnum++;
 950                 node->low    = node->DFSnum;
 951                 push(env, irn);
 952
 953                 /* handle the block */
 954                 if (irn_not_visited(block))
 955                         dfs(block, env);
 956
 957                 n = get_irn_arity(irn);
 958                 for (i = 0; i < n; ++i) {
 959                         ir_node *pred = get_irn_n(irn, i);
 960                         node_entry *o = get_irn_ne(pred, env);
 961
 962                         if (irn_not_visited(pred)) {
 963                                 dfs(pred, env);
 964                                 node->low = MIN(node->low, o->low);
 965                         }
 966                         if (o->DFSnum < node->DFSnum && o->in_stack)
 967                                 node->low = MIN(o->DFSnum, node->low);
 968                 }
 969                 if (node->low == node->DFSnum) {
 970                         scc *pscc = obstack_alloc(&env->obst, sizeof(*pscc));
 971                         ir_node *x;
 972
 973                         memset(pscc, 0, sizeof(*pscc));
 974                         do {
 975                                 node_entry *e;
 976
 977                                 x = pop(env);
 978                                 e = get_irn_ne(x, env);
 979                                 e->pscc    = pscc;
 980                                 e->next    = pscc->head;
 981                                 pscc->head = x;
 982                         } while (x != irn);
 983
 984                         env->process_scc(pscc, env);
 985                 }
 986         }
 987 }
 988
 989 /**
 990  * Do the DFS by starting at the End node of a graph.
 991  *
 992  * @param irg  the graph to process
 993  * @param env  the environment
 994  */
 995 static void do_dfs(ir_graph *irg, iv_env *env) {
 996         ir_graph *rem = current_ir_graph;
 997         ir_node *end = get_irg_end(irg);
 998         int i, n;
 999
1000         set_using_irn_visited(irg);
1001
1002         current_ir_graph = irg;
1003         inc_irg_visited(irg);
1004
1005         /* visit all visible nodes */
1006         dfs(end, env);
1007
1008         /* visit the keep-alives */
1009         n = get_End_n_keepalives(end);
1010         for (i = 0; i < n; ++i) {
1011                 ir_node *ka = get_End_keepalive(end, i);
1012
1013                 if (irn_not_visited(ka))
1014                         dfs(ka, env);
1015         }
1016
1017         clear_using_irn_visited(irg);
1018
1019         current_ir_graph = rem;
1020 }
1021
1022 /**
1023  * Post-block-walker: assign the post-order number.
1024  */
1025 static void assign_po(ir_node *block, void *ctx) {
1026         iv_env *env = ctx;
1027         node_entry *e = get_irn_ne(block, env);
1028
1029         e->POnum = env->POnum++;
1030 }
1031
1032 /**
1033  * Follows the LFTR edges and return the last node in the chain.
1034  *
1035  * @param irn  the node that should be followed
1036  * @param env  the IV environment
1037  *
1038  * @note
1039  * In the current implementation only the last edge is stored, so
1040  * only one chain exists. That's why we might miss some opportunities.
1041  */
1042 static ir_node *followEdges(ir_node *irn, iv_env *env) {
1043         for (;;) {
1044                 LFTR_edge *e = LFTR_find(irn, env);
1045                 if (e)
1046                         irn = e->dst;
1047                 else
1048                         return irn;
1049         }
1050 }
1051
1052 /**
1053  * Apply one LFTR edge operation.
1054  * Return NULL if the transformation cannot be done safely without
1055  * an Overflow.
1056  *
1057  * @param iv   the induction variable
1058  * @param rc   the constant that should be translated
1059  * @param e    the LFTR edge
1060  * @param env  the IV environment
1061  *
1062  * @return the translated region constant or NULL
1063  *         if the translation was not possible
1064  *
1065  * @note
1066  * In the current implementation only the last edge is stored, so
1067  * only one chain exists. That's why we might miss some opportunities.
1068  */
1069 static ir_node *applyOneEdge(ir_node *iv, ir_node *rc, LFTR_edge *e, iv_env *env) {
1070         if (env->flags & osr_flag_lftr_with_ov_check) {
1071                 tarval *tv_l, *tv_r, *tv, *tv_init, *tv_incr;
1072                 tarval_int_overflow_mode_t ovmode;
1073                 scc *pscc;
1074
1075                 if (! is_counter_iv(iv, env)) {
1076                         DB((dbg, LEVEL_4, " not counter IV"));
1077                         return NULL;
1078                 }
1079
1080                 /* overflow can only be decided for Consts */
1081                 if (! is_Const(e->rc)) {
1082                         DB((dbg, LEVEL_4, " = UNKNOWN (%+F)", e->rc));
1083                         return NULL;
1084                 }
1085
1086                 tv_l = get_Const_tarval(rc);
1087                 tv_r = get_Const_tarval(e->rc);
1088
1089                 ovmode = tarval_get_integer_overflow_mode();
1090                 tarval_set_integer_overflow_mode(TV_OVERFLOW_BAD);
1091
1092                 pscc    = get_iv_scc(iv, env);
1093                 tv_incr = pscc->incr;
1094                 tv_init = pscc->init;
1095
1096                 /*
1097                  * Check that no overflow occurs:
1098                  * init must be transformed without overflow
1099                  * the new rc must be transformed without overflow
1100                  * rc +/- incr must be possible without overflow
1101                  */
1102                 switch (e->code) {
1103                 case iro_Mul:
1104                         tv      = tarval_mul(tv_l, tv_r);
1105                         tv_init = tarval_mul(tv_init, tv_r);
1106                         tv_incr = tarval_mul(tv_incr, tv_r);
1107                         DB((dbg, LEVEL_4, " * %+F", tv_r));
1108                         break;
1109                 case iro_Add:
1110                         tv      = tarval_add(tv_l, tv_r);
1111                         tv_init = tarval_add(tv_init, tv_r);
1112                         DB((dbg, LEVEL_4, " + %+F", tv_r));
1113                         break;
1114                 case iro_Sub:
1115                         tv      = tarval_sub(tv_l, tv_r);
1116                         tv_init = tarval_sub(tv_init, tv_r);
1117                         DB((dbg, LEVEL_4, " - %+F", tv_r));
1118                         break;
1119                 default:
1120                         assert(0);
1121                         tv = tarval_bad;
1122                 }
1123
1124                 if (pscc->code == iro_Add) {
1125                         tv = tarval_add(tv, tv_incr);
1126                 } else {
1127                         assert(pscc->code == iro_Sub);
1128                         tv = tarval_sub(tv, tv_incr);
1129                 }
1130
1131                 tarval_set_integer_overflow_mode(ovmode);
1132
1133                 if (tv == tarval_bad || tv_init == tarval_bad) {
1134                         DB((dbg, LEVEL_4, " = OVERFLOW"));
1135                         return NULL;
1136                 }
1137                 return new_r_Const(current_ir_graph, get_irn_n(rc, -1), get_tarval_mode(tv), tv);
1138         }
1139         return do_apply(e->code, NULL, rc, e->rc, get_irn_mode(rc));
1140 }
1141
1142 /**
1143  * Applies the operations represented by the LFTR edges to a
1144  * region constant and returns the value.
1145  * Return NULL if the transformation cannot be done safely without
1146  * an Overflow.
1147  *
1148  * @param iv   the IV node that starts the LFTR edge chain
1149  * @param rc   the region constant that should be translated
1150  * @param env  the IV environment
1151  *
1152  * @return the translated region constant or NULL
1153  *         if the translation was not possible
1154  */
1155 static ir_node *applyEdges(ir_node *iv, ir_node *rc, iv_env *env) {
1156         if (env->flags & osr_flag_lftr_with_ov_check) {
1157                 /* overflow can only be decided for Consts */
1158                 if (! is_counter_iv(iv, env)) {
1159                         DB((dbg, LEVEL_4, "not counter IV\n", rc));
1160                         return NULL;
1161                 }
1162                 if (! is_Const(rc)) {
1163                         DB((dbg, LEVEL_4, " = UNKNOWN (%+F)\n", rc));
1164                         return NULL;
1165                 }
1166                 DB((dbg, LEVEL_4, "%+F", get_Const_tarval(rc)));
1167         }
1168
1169         for (; rc;) {
1170                 LFTR_edge *e = LFTR_find(iv, env);
1171                 if (e) {
1172                         rc = applyOneEdge(iv, rc, e, env);
1173                         iv = e->dst;
1174                 }
1175                 else
1176                         break;
1177         }
1178         DB((dbg, LEVEL_3, "\n"));
1179         return rc;
1180 }
1181
1182 /**
1183  * Walker, finds Cmp(iv, rc) or Cmp(rc, iv)
1184  * and tries to optimize them.
1185  */
1186 static void do_lftr(ir_node *cmp, void *ctx) {
1187         iv_env *env = ctx;
1188         ir_node *left, *right, *liv, *riv;
1189         ir_node *iv, *rc;
1190         ir_node *nleft = NULL, *nright = NULL;
1191
1192         if (get_irn_op(cmp) != op_Cmp)
1193                 return;
1194
1195         left  = get_Cmp_left(cmp);
1196         right = get_Cmp_right(cmp);
1197
1198         liv = is_iv(left, env);
1199         riv = is_iv(right, env);
1200         if (liv && is_rc(right, liv)) {
1201                 iv = left; rc = right;
1202
1203                 nright = applyEdges(iv, rc, env);
1204                 if (nright && nright != rc) {
1205                         nleft = followEdges(iv, env);
1206                 }
1207         }
1208         else if (riv && is_rc(left, riv)) {
1209                 iv = right; rc = left;
1210
1211                 nleft = applyEdges(iv, rc, env);
1212                 if (nleft && nleft != rc) {
1213                         nright = followEdges(iv, env);
1214                 }
1215         }
1216
1217         if (nleft && nright) {
1218                 DB((dbg, LEVEL_2, "  LFTR for %+F\n", cmp));
1219                 set_Cmp_left(cmp, nleft);
1220                 set_Cmp_right(cmp, nright);
1221                 ++env->lftr_replaced;
1222         }
1223 }
1224
1225 /**
1226  * do linear function test replacement.
1227  *
1228  * @param irg   the graph that should be optimized
1229  * @param env   the IV environment
1230  */
1231 static void lftr(ir_graph *irg, iv_env *env) {
1232         irg_walk_graph(irg, NULL, do_lftr, env);
1233 }
1234
1235 /**
1236  * Pre-walker: set all node links to NULL and fix the
1237  * block of Proj nodes.
1238  */
1239 static void clear_and_fix(ir_node *irn, void *env)
1240 {
1241         (void) env;
1242         set_irn_link(irn, NULL);
1243
1244         if (is_Proj(irn)) {
1245                 ir_node *pred = get_Proj_pred(irn);
1246                 set_nodes_block(irn, get_nodes_block(pred));
1247         }
1248 }
1249
1250 /* Performs Operator Strength Reduction for the passed graph. */
1251 void opt_osr(ir_graph *irg, unsigned flags) {
1252         iv_env   env;
1253         ir_graph *rem;
1254         int      edges;
1255
1256         if (! get_opt_strength_red()) {
1257                 /* only kill Phi cycles  */
1258                 remove_phi_cycles(irg);
1259                 return;
1260         }
1261
1262         rem = current_ir_graph;
1263         current_ir_graph = irg;
1264
1265         FIRM_DBG_REGISTER(dbg, "firm.opt.osr");
1266
1267         DB((dbg, LEVEL_1, "Doing Operator Strength Reduction for %+F\n", irg));
1268
1269         obstack_init(&env.obst);
1270         env.stack         = NEW_ARR_F(ir_node *, 128);
1271         env.tos           = 0;
1272         env.nextDFSnum    = 0;
1273         env.POnum         = 0;
1274         env.quad_map      = new_set(quad_cmp, 64);
1275         env.lftr_edges    = new_set(LFTR_cmp, 64);
1276         env.replaced      = 0;
1277         env.lftr_replaced = 0;
1278         env.flags         = flags;
1279         env.process_scc   = process_scc;
1280
1281         /* Clear all links and move Proj nodes into the
1282            the same block as it's predecessors.
1283            This can improve the placement of new nodes.
1284          */
1285         irg_walk_graph(irg, NULL, clear_and_fix, NULL);
1286
1287         /* we need dominance */
1288         assure_doms(irg);
1289
1290         edges = edges_assure(irg);
1291
1292         /* calculate the post order number for blocks. */
1293         irg_block_edges_walk(get_irg_start_block(irg), NULL, assign_po, &env);
1294
1295         /* calculate the SCC's and drive OSR. */
1296         do_dfs(irg, &env);
1297
1298         if (env.replaced) {
1299                 /* try linear function test replacements */
1300                 //lftr(irg, &env); // currently buggy :-(
1301                 (void) lftr;
1302
1303                 set_irg_outs_inconsistent(irg);
1304                 DB((dbg, LEVEL_1, "Replacements: %u + %u (lftr)\n\n", env.replaced, env.lftr_replaced));
1305         }
1306
1307         del_set(env.lftr_edges);
1308         del_set(env.quad_map);
1309         DEL_ARR_F(env.stack);
1310         obstack_free(&env.obst, NULL);
1311
1312         if (! edges)
1313                 edges_deactivate(irg);
1314
1315         current_ir_graph = rem;
1316 }
1317
1318 /* Remove any Phi cycles with only one real input. */
1319 void remove_phi_cycles(ir_graph *irg) {
1320         iv_env   env;
1321         ir_graph *rem;
1322
1323         rem = current_ir_graph;
1324         current_ir_graph = irg;
1325
1326         FIRM_DBG_REGISTER(dbg, "firm.opt.remove_phi");
1327
1328         DB((dbg, LEVEL_1, "Doing Phi cycle removement for %+F\n", irg));
1329
1330         obstack_init(&env.obst);
1331         env.stack         = NEW_ARR_F(ir_node *, 128);
1332         env.tos           = 0;
1333         env.nextDFSnum    = 0;
1334         env.POnum         = 0;
1335         env.quad_map      = NULL;
1336         env.lftr_edges    = NULL;
1337         env.replaced      = 0;
1338         env.lftr_replaced = 0;
1339         env.flags         = 0;
1340         env.process_scc   = process_phi_only_scc;
1341
1342         /* Clear all links and move Proj nodes into the
1343            the same block as it's predecessors.
1344            This can improve the placement of new nodes.
1345          */
1346         irg_walk_graph(irg, NULL, clear_and_fix, NULL);
1347
1348         /* we need outs for calculating the post order */
1349         assure_irg_outs(irg);
1350
1351         /* calculate the post order number for blocks. */
1352         irg_out_block_walk(get_irg_start_block(irg), NULL, assign_po, &env);
1353
1354         /* calculate the SCC's and drive OSR. */
1355         do_dfs(irg, &env);
1356
1357         if (env.replaced) {
1358                 set_irg_outs_inconsistent(irg);
1359                 DB((dbg, LEVEL_1, "remove_phi_cycles: %u Cycles removed\n\n", env.replaced));
1360         }
1361
1362         DEL_ARR_F(env.stack);
1363         obstack_free(&env.obst, NULL);
1364
1365         current_ir_graph = rem;
1366 }