gcc/cfgloop.h

   1 /* Natural loop functions
   2    Copyright (C) 1987, 1997, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005
   3    Free Software Foundation, Inc.
   4
   5 This file is part of GCC.
   6
   7 GCC is free software; you can redistribute it and/or modify it under
   8 the terms of the GNU General Public License as published by the Free
   9 Software Foundation; either version 2, or (at your option) any later
  10 version.
  11
  12 GCC is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
  13 WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
  14 FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
  15 for more details.
  16
  17 You should have received a copy of the GNU General Public License
  18 along with GCC; see the file COPYING.  If not, write to the Free
  19 Software Foundation, 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA
  20 02110-1301, USA.  */
  21
  22 #ifndef GCC_CFGLOOP_H
  23 #define GCC_CFGLOOP_H
  24
  25 #include "basic-block.h"
  26 /* For rtx_code.  */
  27 #include "rtl.h"
  28 #include "vecprim.h"
  29 #include "double-int.h"
  30
  31 /* Structure to hold decision about unrolling/peeling.  */
  32 enum lpt_dec
  33 {
  34   LPT_NONE,
  35   LPT_PEEL_COMPLETELY,
  36   LPT_PEEL_SIMPLE,
  37   LPT_UNROLL_CONSTANT,
  38   LPT_UNROLL_RUNTIME,
  39   LPT_UNROLL_STUPID
  40 };
  41
  42 struct lpt_decision GTY (())
  43 {
  44   enum lpt_dec decision;
  45   unsigned times;
  46 };
  47
  48 /* The structure describing a bound on number of iterations of a loop.  */
  49
  50 struct nb_iter_bound GTY ((chain_next ("%h.next")))
  51 {
  52   /* The statement STMT is executed at most ...  */
  53   tree stmt;
  54
  55   /* ... BOUND + 1 times (BOUND must be an unsigned constant).
  56      The + 1 is added for the following reasons:
  57
  58      a) 0 would otherwise be unused, while we would need to care more about
  59         overflows (as MAX + 1 is sometimes produced as the estimate on number
  60         of executions of STMT).
  61      b) it is consistent with the result of number_of_iterations_exit.  */
  62   double_int bound;
  63
  64   /* True if the statement will cause the loop to be leaved the (at most)
  65      BOUND + 1-st time it is executed, that is, all the statements after it
  66      are executed at most BOUND times.  */
  67   bool is_exit;
  68
  69   /* The next bound in the list.  */
  70   struct nb_iter_bound *next;
  71 };
  72
  73 /* Description of the loop exit.  */
  74
  75 struct loop_exit GTY (())
  76 {
  77   /* The exit edge.  */
  78   struct edge_def *e;
  79
  80   /* Previous and next exit in the list of the exits of the loop.  */
  81   struct loop_exit *prev;
  82   struct loop_exit *next;
  83
  84   /* Next element in the list of loops from that E exits.  */
  85   struct loop_exit *next_e;
  86 };
  87
  88 typedef struct loop *loop_p;
  89 DEF_VEC_P (loop_p);
  90 DEF_VEC_ALLOC_P (loop_p, heap);
  91 DEF_VEC_ALLOC_P (loop_p, gc);
  92
  93 /* An integer estimation of the number of iterations.  Estimate_state
  94    describes what is the state of the estimation.  */
  95 enum loop_estimation
  96 {
  97   /* Estimate was not computed yet.  */
  98   EST_NOT_COMPUTED,
  99   /* Estimate is ready.  */
 100   EST_AVAILABLE
 101 };
 102
 103 /* Structure to hold information for each natural loop.  */
 104 struct loop GTY ((chain_next ("%h.next")))
 105 {
 106   /* Index into loops array.  */
 107   int num;
 108
 109   /* Basic block of loop header.  */
 110   struct basic_block_def *header;
 111
 112   /* Basic block of loop latch.  */
 113   struct basic_block_def *latch;
 114
 115   /* For loop unrolling/peeling decision.  */
 116   struct lpt_decision lpt_decision;
 117
 118   /* Number of loop insns.  */
 119   unsigned ninsns;
 120
 121   /* Average number of executed insns per iteration.  */
 122   unsigned av_ninsns;
 123
 124   /* Number of blocks contained within the loop.  */
 125   unsigned num_nodes;
 126
 127   /* Superloops of the loop, starting with the outermost loop.  */
 128   VEC (loop_p, gc) *superloops;
 129
 130   /* The first inner (child) loop or NULL if innermost loop.  */
 131   struct loop *inner;
 132
 133   /* Link to the next (sibling) loop.  */
 134   struct loop *next;
 135
 136   /* Auxiliary info specific to a pass.  */
 137   PTR GTY ((skip (""))) aux;
 138
 139   /* The number of times the latch of the loop is executed.
 140      This is an INTEGER_CST or an expression containing symbolic
 141      names.  Don't access this field directly:
 142      number_of_latch_executions computes and caches the computed
 143      information in this field.  */
 144   tree nb_iterations;
 145
 146   /* An integer estimation of the number of iterations.  Estimate_state
 147      describes what is the state of the estimation.  */
 148   enum loop_estimation estimate_state;
 149
 150   /* An integer guaranteed to bound the number of iterations of the loop
 151      from above.  */
 152   bool any_upper_bound;
 153   double_int nb_iterations_upper_bound;
 154
 155   /* An integer giving the expected number of iterations of the loop.  */
 156   bool any_estimate;
 157   double_int nb_iterations_estimate;
 158
 159   /* Upper bound on number of iterations of a loop.  */
 160   struct nb_iter_bound *bounds;
 161
 162   /* Head of the cyclic list of the exits of the loop.  */
 163   struct loop_exit *exits;
 164 };
 165
 166 /* Flags for state of loop structure.  */
 167 enum
 168 {
 169   LOOPS_HAVE_PREHEADERS = 1,
 170   LOOPS_HAVE_SIMPLE_LATCHES = 2,
 171   LOOPS_HAVE_MARKED_IRREDUCIBLE_REGIONS = 4,
 172   LOOPS_HAVE_RECORDED_EXITS = 8,
 173   LOOPS_MAY_HAVE_MULTIPLE_LATCHES = 16,
 174   LOOP_CLOSED_SSA = 32
 175 };
 176
 177 #define LOOPS_NORMAL (LOOPS_HAVE_PREHEADERS | LOOPS_HAVE_SIMPLE_LATCHES \
 178                       | LOOPS_HAVE_MARKED_IRREDUCIBLE_REGIONS)
 179 #define AVOID_CFG_MODIFICATIONS (LOOPS_MAY_HAVE_MULTIPLE_LATCHES)
 180
 181 /* Structure to hold CFG information about natural loops within a function.  */
 182 struct loops GTY (())
 183 {
 184   /* State of loops.  */
 185   int state;
 186
 187   /* Array of the loops.  */
 188   VEC (loop_p, gc) *larray;
 189
 190   /* Maps edges to the list of their descriptions as loop exits.  Edges
 191      whose sources or destinations have loop_father == NULL (which may
 192      happen during the cfg manipulations) should not appear in EXITS.  */
 193   htab_t GTY((param_is (struct loop_exit))) exits;
 194
 195   /* Pointer to root of loop hierarchy tree.  */
 196   struct loop *tree_root;
 197 };
 198
 199 /* Loop recognition.  */
 200 extern int flow_loops_find (struct loops *);
 201 extern void disambiguate_loops_with_multiple_latches (void);
 202 extern void flow_loops_free (struct loops *);
 203 extern void flow_loops_dump (FILE *,
 204                              void (*)(const struct loop *, FILE *, int), int);
 205 extern void flow_loop_dump (const struct loop *, FILE *,
 206                             void (*)(const struct loop *, FILE *, int), int);
 207 struct loop *alloc_loop (void);
 208 extern void flow_loop_free (struct loop *);
 209 int flow_loop_nodes_find (basic_block, struct loop *);
 210 void fix_loop_structure (bitmap changed_bbs);
 211 void mark_irreducible_loops (void);
 212 void release_recorded_exits (void);
 213 void record_loop_exits (void);
 214 void rescan_loop_exit (edge, bool, bool);
 215
 216 /* Loop data structure manipulation/querying.  */
 217 extern void flow_loop_tree_node_add (struct loop *, struct loop *);
 218 extern void flow_loop_tree_node_remove (struct loop *);
 219 extern void add_loop (struct loop *, struct loop *);
 220 extern bool flow_loop_nested_p  (const struct loop *, const struct loop *);
 221 extern bool flow_bb_inside_loop_p (const struct loop *, const basic_block);
 222 extern struct loop * find_common_loop (struct loop *, struct loop *);
 223 struct loop *superloop_at_depth (struct loop *, unsigned);
 224 struct eni_weights_d;
 225 extern unsigned tree_num_loop_insns (struct loop *, struct eni_weights_d *);
 226 extern int num_loop_insns (struct loop *);
 227 extern int average_num_loop_insns (struct loop *);
 228 extern unsigned get_loop_level (const struct loop *);
 229 extern bool loop_exit_edge_p (const struct loop *, edge);
 230 extern void mark_loop_exit_edges (void);
 231
 232 /* Loops & cfg manipulation.  */
 233 extern basic_block *get_loop_body (const struct loop *);
 234 extern unsigned get_loop_body_with_size (const struct loop *, basic_block *,
 235                                          unsigned);
 236 extern basic_block *get_loop_body_in_dom_order (const struct loop *);
 237 extern basic_block *get_loop_body_in_bfs_order (const struct loop *);
 238 extern VEC (edge, heap) *get_loop_exit_edges (const struct loop *);
 239 edge single_exit (const struct loop *);
 240 extern unsigned num_loop_branches (const struct loop *);
 241
 242 extern edge loop_preheader_edge (const struct loop *);
 243 extern edge loop_latch_edge (const struct loop *);
 244
 245 extern void add_bb_to_loop (basic_block, struct loop *);
 246 extern void remove_bb_from_loops (basic_block);
 247
 248 extern void cancel_loop_tree (struct loop *);
 249 extern void delete_loop (struct loop *);
 250
 251 enum
 252 {
 253   CP_SIMPLE_PREHEADERS = 1
 254 };
 255
 256 basic_block create_preheader (struct loop *, int);
 257 extern void create_preheaders (int);
 258 extern void force_single_succ_latches (void);
 259
 260 extern void verify_loop_structure (void);
 261
 262 /* Loop analysis.  */
 263 extern bool just_once_each_iteration_p (const struct loop *, basic_block);
 264 gcov_type expected_loop_iterations_unbounded (const struct loop *);
 265 extern unsigned expected_loop_iterations (const struct loop *);
 266 extern rtx doloop_condition_get (rtx);
 267
 268 void estimate_numbers_of_iterations_loop (struct loop *);
 269 HOST_WIDE_INT estimated_loop_iterations_int (struct loop *, bool);
 270 bool estimated_loop_iterations (struct loop *, bool, double_int *);
 271
 272 /* Loop manipulation.  */
 273 extern bool can_duplicate_loop_p (struct loop *loop);
 274
 275 #define DLTHE_FLAG_UPDATE_FREQ  1       /* Update frequencies in
 276                                            duplicate_loop_to_header_edge.  */
 277 #define DLTHE_RECORD_COPY_NUMBER 2      /* Record copy number in the aux
 278                                            field of newly create BB.  */
 279 #define DLTHE_FLAG_COMPLETTE_PEEL 4     /* Update frequencies expecting
 280                                            a complete peeling.  */
 281
 282 extern struct loop * duplicate_loop (struct loop *, struct loop *);
 283 extern bool duplicate_loop_to_header_edge (struct loop *, edge,
 284                                            unsigned, sbitmap, edge,
 285                                            VEC (edge, heap) **, int);
 286 extern struct loop *loopify (edge, edge,
 287                              basic_block, edge, edge, bool,
 288                              unsigned, unsigned);
 289 struct loop * loop_version (struct loop *, void *,
 290                             basic_block *, unsigned, unsigned, unsigned, bool);
 291 extern bool remove_path (edge);
 292 void scale_loop_frequencies (struct loop *, int, int);
 293
 294 /* Induction variable analysis.  */
 295
 296 /* The description of induction variable.  The things are a bit complicated
 297    due to need to handle subregs and extends.  The value of the object described
 298    by it can be obtained as follows (all computations are done in extend_mode):
 299
 300    Value in i-th iteration is
 301      delta + mult * extend_{extend_mode} (subreg_{mode} (base + i * step)).
 302
 303    If first_special is true, the value in the first iteration is
 304      delta + mult * base
 305
 306    If extend = UNKNOWN, first_special must be false, delta 0, mult 1 and value is
 307      subreg_{mode} (base + i * step)
 308
 309    The get_iv_value function can be used to obtain these expressions.
 310
 311    ??? Add a third mode field that would specify the mode in that inner
 312    computation is done, which would enable it to be different from the
 313    outer one?  */
 314
 315 struct rtx_iv
 316 {
 317   /* Its base and step (mode of base and step is supposed to be extend_mode,
 318      see the description above).  */
 319   rtx base, step;
 320
 321   /* The type of extend applied to it (SIGN_EXTEND, ZERO_EXTEND or UNKNOWN).  */
 322   enum rtx_code extend;
 323
 324   /* Operations applied in the extended mode.  */
 325   rtx delta, mult;
 326
 327   /* The mode it is extended to.  */
 328   enum machine_mode extend_mode;
 329
 330   /* The mode the variable iterates in.  */
 331   enum machine_mode mode;
 332
 333   /* Whether the first iteration needs to be handled specially.  */
 334   unsigned first_special : 1;
 335 };
 336
 337 /* The description of an exit from the loop and of the number of iterations
 338    till we take the exit.  */
 339
 340 struct niter_desc
 341 {
 342   /* The edge out of the loop.  */
 343   edge out_edge;
 344
 345   /* The other edge leading from the condition.  */
 346   edge in_edge;
 347
 348   /* True if we are able to say anything about number of iterations of the
 349      loop.  */
 350   bool simple_p;
 351
 352   /* True if the loop iterates the constant number of times.  */
 353   bool const_iter;
 354
 355   /* Number of iterations if constant.  */
 356   unsigned HOST_WIDEST_INT niter;
 357
 358   /* Upper bound on the number of iterations.  */
 359   unsigned HOST_WIDEST_INT niter_max;
 360
 361   /* Assumptions under that the rest of the information is valid.  */
 362   rtx assumptions;
 363
 364   /* Assumptions under that the loop ends before reaching the latch,
 365      even if value of niter_expr says otherwise.  */
 366   rtx noloop_assumptions;
 367
 368   /* Condition under that the loop is infinite.  */
 369   rtx infinite;
 370
 371   /* Whether the comparison is signed.  */
 372   bool signed_p;
 373
 374   /* The mode in that niter_expr should be computed.  */
 375   enum machine_mode mode;
 376
 377   /* The number of iterations of the loop.  */
 378   rtx niter_expr;
 379 };
 380
 381 extern void iv_analysis_loop_init (struct loop *);
 382 extern bool iv_analyze (rtx, rtx, struct rtx_iv *);
 383 extern bool iv_analyze_result (rtx, rtx, struct rtx_iv *);
 384 extern bool iv_analyze_expr (rtx, rtx, enum machine_mode, struct rtx_iv *);
 385 extern rtx get_iv_value (struct rtx_iv *, rtx);
 386 extern bool biv_p (rtx, rtx);
 387 extern void find_simple_exit (struct loop *, struct niter_desc *);
 388 extern void iv_analysis_done (void);
 389 extern struct df *iv_current_loop_df (void);
 390
 391 extern struct niter_desc *get_simple_loop_desc (struct loop *loop);
 392 extern void free_simple_loop_desc (struct loop *loop);
 393
 394 static inline struct niter_desc *
 395 simple_loop_desc (struct loop *loop)
 396 {
 397   return (struct niter_desc *) loop->aux;
 398 }
 399
 400 /* Accessors for the loop structures.  */
 401
 402 /* Returns the loop with index NUM from current_loops.  */
 403
 404 static inline struct loop *
 405 get_loop (unsigned num)
 406 {
 407   return VEC_index (loop_p, current_loops->larray, num);
 408 }
 409
 410 /* Returns the number of superloops of LOOP.  */
 411
 412 static inline unsigned
 413 loop_depth (const struct loop *loop)
 414 {
 415   return VEC_length (loop_p, loop->superloops);
 416 }
 417
 418 /* Returns the immediate superloop of LOOP, or NULL if LOOP is the outermost
 419    loop.  */
 420
 421 static inline struct loop *
 422 loop_outer (const struct loop *loop)
 423 {
 424   unsigned n = VEC_length (loop_p, loop->superloops);
 425
 426   if (n == 0)
 427     return NULL;
 428
 429   return VEC_index (loop_p, loop->superloops, n - 1);
 430 }
 431
 432 /* Returns the list of loops in current_loops.  */
 433
 434 static inline VEC (loop_p, gc) *
 435 get_loops (void)
 436 {
 437   if (!current_loops)
 438     return NULL;
 439
 440   return current_loops->larray;
 441 }
 442
 443 /* Returns the number of loops in current_loops (including the removed
 444    ones and the fake loop that forms the root of the loop tree).  */
 445
 446 static inline unsigned
 447 number_of_loops (void)
 448 {
 449   if (!current_loops)
 450     return 0;
 451
 452   return VEC_length (loop_p, current_loops->larray);
 453 }
 454
 455 /* Loop iterators.  */
 456
 457 /* Flags for loop iteration.  */
 458
 459 enum li_flags
 460 {
 461   LI_INCLUDE_ROOT = 1,          /* Include the fake root of the loop tree.  */
 462   LI_FROM_INNERMOST = 2,        /* Iterate over the loops in the reverse order,
 463                                    starting from innermost ones.  */
 464   LI_ONLY_INNERMOST = 4         /* Iterate only over innermost loops.  */
 465 };
 466
 467 /* The iterator for loops.  */
 468
 469 typedef struct
 470 {
 471   /* The list of loops to visit.  */
 472   VEC(int,heap) *to_visit;
 473
 474   /* The index of the actual loop.  */
 475   unsigned idx;
 476 } loop_iterator;
 477
 478 static inline void
 479 fel_next (loop_iterator *li, loop_p *loop)
 480 {
 481   int anum;
 482
 483   while (VEC_iterate (int, li->to_visit, li->idx, anum))
 484     {
 485       li->idx++;
 486       *loop = get_loop (anum);
 487       if (*loop)
 488         return;
 489     }
 490
 491   VEC_free (int, heap, li->to_visit);
 492   *loop = NULL;
 493 }
 494
 495 static inline void
 496 fel_init (loop_iterator *li, loop_p *loop, unsigned flags)
 497 {
 498   struct loop *aloop;
 499   unsigned i;
 500   int mn;
 501
 502   li->idx = 0;
 503   if (!current_loops)
 504     {
 505       li->to_visit = NULL;
 506       *loop = NULL;
 507       return;
 508     }
 509
 510   li->to_visit = VEC_alloc (int, heap, number_of_loops ());
 511   mn = (flags & LI_INCLUDE_ROOT) ? 0 : 1;
 512
 513   if (flags & LI_ONLY_INNERMOST)
 514     {
 515       for (i = 0; VEC_iterate (loop_p, current_loops->larray, i, aloop); i++)
 516         if (aloop != NULL
 517             && aloop->inner == NULL
 518             && aloop->num >= mn)
 519           VEC_quick_push (int, li->to_visit, aloop->num);
 520     }
 521   else if (flags & LI_FROM_INNERMOST)
 522     {
 523       /* Push the loops to LI->TO_VISIT in postorder.  */
 524       for (aloop = current_loops->tree_root;
 525            aloop->inner != NULL;
 526            aloop = aloop->inner)
 527         continue;
 528
 529       while (1)
 530         {
 531           if (aloop->num >= mn)
 532             VEC_quick_push (int, li->to_visit, aloop->num);
 533
 534           if (aloop->next)
 535             {
 536               for (aloop = aloop->next;
 537                    aloop->inner != NULL;
 538                    aloop = aloop->inner)
 539                 continue;
 540             }
 541           else if (!loop_outer (aloop))
 542             break;
 543           else
 544             aloop = loop_outer (aloop);
 545         }
 546     }
 547   else
 548     {
 549       /* Push the loops to LI->TO_VISIT in preorder.  */
 550       aloop = current_loops->tree_root;
 551       while (1)
 552         {
 553           if (aloop->num >= mn)
 554             VEC_quick_push (int, li->to_visit, aloop->num);
 555
 556           if (aloop->inner != NULL)
 557             aloop = aloop->inner;
 558           else
 559             {
 560               while (aloop != NULL && aloop->next == NULL)
 561                 aloop = loop_outer (aloop);
 562               if (aloop == NULL)
 563                 break;
 564               aloop = aloop->next;
 565             }
 566         }
 567     }
 568
 569   fel_next (li, loop);
 570 }
 571
 572 #define FOR_EACH_LOOP(LI, LOOP, FLAGS) \
 573   for (fel_init (&(LI), &(LOOP), FLAGS); \
 574        (LOOP); \
 575        fel_next (&(LI), &(LOOP)))
 576
 577 #define FOR_EACH_LOOP_BREAK(LI) \
 578   { \
 579     VEC_free (int, heap, (LI)->to_visit); \
 580     break; \
 581   }
 582
 583 /* The properties of the target.  */
 584
 585 extern unsigned target_avail_regs;
 586 extern unsigned target_res_regs;
 587 extern unsigned target_reg_cost;
 588 extern unsigned target_spill_cost;
 589
 590 /* Register pressure estimation for induction variable optimizations & loop
 591    invariant motion.  */
 592 extern unsigned estimate_reg_pressure_cost (unsigned, unsigned);
 593 extern void init_set_costs (void);
 594
 595 /* Loop optimizer initialization.  */
 596 extern void loop_optimizer_init (unsigned);
 597 extern void loop_optimizer_finalize (void);
 598
 599 /* Optimization passes.  */
 600 extern void unswitch_loops (void);
 601
 602 enum
 603 {
 604   UAP_PEEL = 1,         /* Enables loop peeling.  */
 605   UAP_UNROLL = 2,       /* Enables unrolling of loops if it seems profitable.  */
 606   UAP_UNROLL_ALL = 4    /* Enables unrolling of all loops.  */
 607 };
 608
 609 extern void unroll_and_peel_loops (int);
 610 extern void doloop_optimize_loops (void);
 611 extern void move_loop_invariants (void);
 612
 613 #endif /* GCC_CFGLOOP_H */