[midend-SCCP]暂存1
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154
Pass_ID_List.md
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Pass_ID_List.md
@@ -18,6 +18,160 @@ Mem2Reg 遍的主要目标是将那些不必要的、只用于局部标量变量
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我们的Reg2Mem 遍的主要目标是作为 Mem2Reg 的一种逆操作，但更具体是解决后端无法识别 PhiInst 指令的问题。主要的速录是将函数参数和 PhiInst 指令的结果从 SSA 形式转换回内存形式，通过插入 alloca、load 和 store 指令来实现。其他非 Phi 的指令结果将保持 SSA 形式。
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## SCCP
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SCCP（稀疏条件常量传播）是一种编译器优化技术，它结合了常量传播和死代码消除。其核心思想是在程序执行过程中，尝试识别并替换那些在编译时就能确定其值的变量（常量），同时移除那些永远不会被执行到的代码块（不可达代码）。
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以下是 SCCP 的实现思路：
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1. 核心数据结构与工作列表：
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Lattice 值（Lattice Value）: SCCP 使用三值格（Three-Valued Lattice）来表示变量的状态：
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Top (T): 初始状态，表示变量的值未知，但可能是一个常量。
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Constant (C): 表示变量的值已经确定为一个具体的常量。
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Bottom (⊥): 表示变量的值不确定或不是一个常量（例如，它可能在运行时有多个不同的值，或者从内存中加载）。一旦变量状态变为 Bottom，它就不能再变回 Constant 或 Top。
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SSAPValue: 封装了 Lattice 值和常量具体值（如果状态是 Constant）。
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*valState (map<Value, SSAPValue>):** 存储程序中每个 Value（变量、指令结果等）的当前 SCCP Lattice 状态。
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*ExecutableBlocks (set<BasicBlock>):** 存储在分析过程中被确定为可执行的基本块。
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工作列表 (Worklists):
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cfgWorkList (queue<pair<BasicBlock, BasicBlock>>):** 存储待处理的控制流图（CFG）边。当一个块被标记为可执行时，它的后继边会被添加到这个列表。
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*ssaWorkList (queue<Instruction>):** 存储待处理的 SSA (Static Single Assignment) 指令。当一个指令的任何操作数的状态发生变化时，该指令就会被添加到这个列表，需要重新评估。
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2. 初始化：
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所有 Value 的状态都被初始化为 Top。
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所有基本块都被初始化为不可执行。
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函数的入口基本块被标记为可执行，并且该块中的所有指令被添加到 ssaWorkList。
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3. 迭代过程 (Fixed-Point Iteration)：
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SCCP 的核心是一个迭代过程，它交替处理 CFG 工作列表和 SSA 工作列表，直到达到一个不动点（即没有更多的状态变化）。
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处理 cfgWorkList:
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从 cfgWorkList 中取出一个边 (prev, next)。
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如果 next 块之前是不可执行的，现在通过 prev 块可达，则将其标记为可执行 (markBlockExecutable)。
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一旦 next 块变为可执行，其内部的所有指令（特别是 Phi 指令）都需要被重新评估，因此将它们添加到 ssaWorkList。
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处理 ssaWorkList:
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从 ssaWorkList 中取出一个指令 inst。
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重要： 只有当 inst 所在的块是可执行的，才处理该指令。不可执行块中的指令不参与常量传播。
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计算新的 Lattice 值 (computeLatticeValue): 根据指令类型和其操作数的当前 Lattice 状态，计算 inst 的新的 Lattice 状态。
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常量折叠: 如果所有操作数都是常量，则可以直接执行运算并得到一个新的常量结果。
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Bottom 传播: 如果任何操作数是 Bottom，或者运算规则导致不确定（例如除以零），则结果为 Bottom。
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Phi 指令的特殊处理: Phi 指令的值取决于其所有可执行的前驱块传入的值。
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如果所有可执行前驱都提供了相同的常量 C，则 Phi 结果为 C。
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如果有任何可执行前驱提供了 Bottom，或者不同的可执行前驱提供了不同的常量，则 Phi 结果为 Bottom。
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如果所有可执行前驱都提供了 Top，则 Phi 结果仍为 Top。
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更新状态: 如果 inst 的新计算出的 Lattice 值与它当前存储的值不同，则更新 valState[inst]。
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传播变化: 如果 inst 的状态发生变化，那么所有使用 inst 作为操作数的指令都可能受到影响，需要重新评估。因此，将 inst 的所有使用者添加到 ssaWorkList。
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处理终结符指令 (BranchInst, ReturnInst):
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对于条件分支 BranchInst，如果其条件操作数变为常量：
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如果条件为真，则只有真分支的目标块是可达的，将该边添加到 cfgWorkList。
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如果条件为假，则只有假分支的目标块是可达的，将该边添加到 cfgWorkList。
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如果条件不是常量（Top 或 Bottom），则两个分支都可能被执行，将两边的边都添加到 cfgWorkList。
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这会影响 CFG 的可达性分析，可能导致新的块被标记为可执行。
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4. 应用优化 (Transformation)：
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当两个工作列表都为空，达到不动点后，程序代码开始进行实际的修改：
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常量替换:
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遍历所有指令。如果指令的 valState 为 Constant，则用相应的 ConstantValue 替换该指令的所有用途 (replaceAllUsesWith)。
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将该指令标记为待删除。
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对于指令的操作数，如果其 valState 为 Constant，则直接将操作数替换为对应的 ConstantValue（常量折叠）。
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删除死指令: 遍历所有标记为待删除的指令，并从其父基本块中删除它们。
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删除不可达基本块: 遍历函数中的所有基本块。如果一个基本块没有被标记为可执行 (ExecutableBlocks 中不存在)，则将其从函数中删除。但入口块不能删除。
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简化分支指令:
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遍历所有可执行的基本块的终结符指令。
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对于条件分支 BranchInst，如果其条件操作数在 valState 中是 Constant：
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如果条件为真，则将该条件分支替换为一个无条件跳转到真分支目标块的指令。
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如果条件为假，则将该条件分支替换为一个无条件跳转到假分支目标块的指令。
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更新 CFG，移除不可达的分支边和其前驱信息。
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computeLatticeValue 的具体逻辑：
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这个函数是 SCCP 的核心逻辑，它定义了如何根据指令类型和操作数的当前 Lattice 状态来计算指令结果的 Lattice 状态。
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二元运算 (Add, Sub, Mul, Div, Rem, ICmp, And, Or):
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如果任何一个操作数是 Bottom，结果就是 Bottom。
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如果任何一个操作数是 Top，结果就是 Top。
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如果两个操作数都是 Constant，执行实际的常量运算，结果是一个新的 Constant。
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一元运算 (Neg, Not):
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如果操作数是 Bottom，结果就是 Bottom。
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如果操作数是 Top，结果就是 Top。
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如果操作数是 Constant，执行实际的常量运算，结果是一个新的 Constant。
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Load 指令: 通常情况下，Load 的结果会被标记为 Bottom，因为内存内容通常在编译时无法确定。但如果加载的是已知的全局常量，可能可以确定。在提供的代码中，它通常返回 Bottom。
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Store 指令: Store 不产生值，所以其 SSAPValue 保持 Top 或不关心。
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Call 指令: 大多数 Call 指令（尤其是对外部或有副作用的函数）的结果都是 Bottom。对于纯函数，如果所有参数都是常量，理论上可以折叠，但这需要额外的分析。
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GetElementPtr (GEP) 指令: GEP 计算内存地址。如果所有索引都是常量，地址本身是常量。但 SCCP 关注的是数据值，因此这里通常返回 Bottom，除非有特定的指针常量跟踪。
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Phi 指令: 如上所述，基于所有可执行前驱的传入值进行聚合。
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Alloc 指令: Alloc 分配内存，返回一个指针。其内容通常是 Bottom。
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Branch 和 Return 指令: 这些是终结符指令，不产生一个可用于其他指令的值，通常 SSAPValue 保持 Top 或不关心。
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类型转换 (ZExt, SExt, Trunc, FtoI, ItoF): 如果操作数是 Constant，则执行相应的类型转换，结果仍为 Constant。对于浮点数转换，由于 SSAPValue 的 constantVal 为 int 类型，所以对浮点数的操作会保守地返回 Bottom。
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未处理的指令: 默认情况下，任何未明确处理的指令都被保守地假定为产生 Bottom 值。
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浮点数处理的注意事项：
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在提供的代码中，SSAPValue 的 constantVal 是 int 类型。这使得浮点数常量传播变得复杂。对于浮点数相关的指令（kFAdd, kFMul, kFCmp, kFNeg, kFNot, kItoF, kFtoI 等），如果不能将浮点值准确地存储在 int 中，或者不能可靠地执行浮点运算，那么通常会保守地将结果设置为 Bottom。一个更完善的 SCCP 实现会使用 std::variant<int, float> 或独立的浮点常量存储来处理浮点数。
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# 后续优化可能涉及的改动
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@@ -1,196 +1,149 @@
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#pragma once
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#include "IR.h"
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#include "IR.h" // 假设这是你的 SysY IR 定义，包含 Value, Instruction, BasicBlock, Function, Module 等
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#include "Pass.h" // 包含 Pass 的基类定义，以及 AnalysisManager, IRBuilder
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#include "SysYIROptUtils.h" // 假设包含 SysYIROptUtils::usedelete 等辅助函数
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#include <cassert> // For assert
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#include <functional> // 引入 std::function 用于辅助函数
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#include <iostream> // For DEBUG output
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#include <map>
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#include <queue>
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#include <set>
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#include <unordered_set>
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#include <vector>
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#include <variant> // 引入 std::variant 用于 ConstVal
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using ConstVal = std::variant<int, float>; // 定义一个变体类型，用于存储整数或浮点数常量
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namespace sysy {
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// 稀疏条件常量传播类
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// Sparse Conditional Constant Propagation
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/*
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伪代码
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function SCCP_Optimization(Module):
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for each Function in Module:
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changed = true
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while changed:
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changed = false
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// 阶段1: 常量传播与折叠
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changed |= PropagateConstants(Function)
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// 阶段2: 控制流简化
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changed |= SimplifyControlFlow(Function)
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end while
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end for
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function PropagateConstants(Function):
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// 初始化
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||||
executableBlocks = {entryBlock}
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valueState = map<Value, State> // 值->状态映射
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||||
instWorkList = Queue()
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edgeWorkList = Queue()
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// 初始化工作列表
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for each inst in entryBlock:
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instWorkList.push(inst)
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// 迭代处理
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while !instWorkList.empty() || !edgeWorkList.empty():
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// 处理指令工作列表
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while !instWorkList.empty():
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||||
inst = instWorkList.pop()
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// 如果指令是可执行基本块中的
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if executableBlocks.contains(inst.parent):
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ProcessInstruction(inst)
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// 处理边工作列表
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while !edgeWorkList.empty():
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edge = edgeWorkList.pop()
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ProcessEdge(edge)
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// 应用常量替换
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for each inst in Function:
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if valueState[inst] == CONSTANT:
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ReplaceWithConstant(inst, valueState[inst].constant)
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changed = true
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return changed
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function ProcessInstruction(Instruction inst):
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switch inst.type:
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//二元操作
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||||
case BINARY_OP:
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||||
lhs = GetValueState(inst.operands[0])
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rhs = GetValueState(inst.operands[1])
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||||
if lhs == CONSTANT && rhs == CONSTANT:
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newState = ComputeConstant(inst.op, lhs.value, rhs.value)
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||||
UpdateState(inst, newState)
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else if lhs == BOTTOM || rhs == BOTTOM:
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UpdateState(inst, BOTTOM)
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//phi
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case PHI:
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mergedState = ⊤
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for each incoming in inst.incomings:
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// 检查每个输入的状态
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if executableBlocks.contains(incoming.block):
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incomingState = GetValueState(incoming.value)
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mergedState = Meet(mergedState, incomingState)
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UpdateState(inst, mergedState)
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// 条件分支
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case COND_BRANCH:
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cond = GetValueState(inst.condition)
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if cond == CONSTANT:
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// 判断条件分支
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if cond.value == true:
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AddEdgeToWorkList(inst.parent, inst.trueTarget)
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else:
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AddEdgeToWorkList(inst.parent, inst.falseTarget)
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else if cond == BOTTOM:
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||||
AddEdgeToWorkList(inst.parent, inst.trueTarget)
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||||
AddEdgeToWorkList(inst.parent, inst.falseTarget)
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case UNCOND_BRANCH:
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||||
AddEdgeToWorkList(inst.parent, inst.target)
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||||
// 其他指令处理...
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||||
function ProcessEdge(Edge edge):
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||||
fromBB, toBB = edge
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if !executableBlocks.contains(toBB):
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executableBlocks.add(toBB)
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for each inst in toBB:
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if inst is PHI:
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instWorkList.push(inst)
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else:
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instWorkList.push(inst) // 非PHI指令
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// 更新PHI节点的输入
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||||
for each phi in toBB.phis:
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instWorkList.push(phi)
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function SimplifyControlFlow(Function):
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changed = false
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// 标记可达基本块
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ReachableBBs = FindReachableBlocks(Function.entry)
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// 删除不可达块
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for each bb in Function.blocks:
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if !ReachableBBs.contains(bb):
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RemoveDeadBlock(bb)
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changed = true
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// 简化条件分支
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||||
for each bb in Function.blocks:
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terminator = bb.terminator
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if terminator is COND_BRANCH:
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cond = GetValueState(terminator.condition)
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if cond == CONSTANT:
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SimplifyBranch(terminator, cond.value)
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changed = true
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return changed
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function RemoveDeadBlock(BasicBlock bb):
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// 1. 更新前驱块的分支指令
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for each pred in bb.predecessors:
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UpdateTerminator(pred, bb)
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// 2. 更新后继块的PHI节点
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for each succ in bb.successors:
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RemovePhiIncoming(succ, bb)
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// 3. 删除块内所有指令
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for each inst in bb.instructions:
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inst.remove()
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// 4. 从函数中移除基本块
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Function.removeBlock(bb)
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function Meet(State a, State b):
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||||
if a == ⊤: return b
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||||
if b == ⊤: return a
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||||
if a == ⊥ || b == ⊥: return ⊥
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||||
if a.value == b.value: return a
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||||
return ⊥
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function UpdateState(Value v, State newState):
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||||
oldState = valueState.get(v, ⊤)
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||||
if newState != oldState:
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valueState[v] = newState
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||||
for each user in v.users:
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if user is Instruction:
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instWorkList.push(user)
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*/
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enum class LatticeValue {
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Top, // ⊤ (Unknown)
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||||
Constant, // c (Constant)
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||||
Bottom // ⊥ (Undefined / Varying)
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||||
// 定义三值格 (Three-valued Lattice) 的状态
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||||
enum class LatticeVal {
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||||
Top, // ⊤ (未知 / 未初始化)
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||||
Constant, // c (常量)
|
||||
Bottom// ⊥ (不确定 / 变化 / 未定义)
|
||||
};
|
||||
// LatticeValue: 用于表示值的状态，Top表示未知，Constant表示常量，Bottom表示未定义或变化的值。
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||||
// 这里的LatticeValue用于跟踪每个SSA值（变量、指令结果）的状态，
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||||
// 以便在SCCP过程中进行常量传播和控制流简化。
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||||
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||||
//TODO: 下列数据结构考虑集成到类中，避免重命名问题
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||||
static std::set<Instruction *> Worklist;
|
||||
static std::unordered_set<BasicBlock*> Executable_Blocks;
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||||
static std::queue<std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *> > Executable_Edges;
|
||||
static std::map<Value*, LatticeValue> valueState;
|
||||
// 用于表示 SSA 值的具体状态（包含格值和常量值）
|
||||
// 新增枚举来区分常量的实际类型
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||||
enum class ValueType {
|
||||
Integer,
|
||||
Float,
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||||
Unknown // 用于 Top 和 Bottom 状态
|
||||
};
|
||||
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||||
class SCCP {
|
||||
struct SSAPValue {
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||||
LatticeVal state;
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||||
ConstVal constantVal; // 使用 std::variant 存储 int 或 float
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||||
ValueType constant_type; // 记录常量是整数还是浮点数
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||||
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||||
// 默认构造函数，初始化为 Top
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||||
SSAPValue() : state(LatticeVal::Top), constantVal(0), constant_type(ValueType::Unknown) {}
|
||||
// 构造函数，用于创建 Bottom 状态
|
||||
SSAPValue(LatticeVal s) : state(s), constantVal(0), constant_type(ValueType::Unknown) {
|
||||
assert((s == LatticeVal::Top || s == LatticeVal::Bottom) && "SSAPValue(LatticeVal) only for Top/Bottom");
|
||||
}
|
||||
// 构造函数，用于创建 int Constant 状态
|
||||
SSAPValue(int c) : state(LatticeVal::Constant), constantVal(c), constant_type(ValueType::Integer) {}
|
||||
// 构造函数，用于创建 float Constant 状态
|
||||
SSAPValue(float c) : state(LatticeVal::Constant), constantVal(c), constant_type(ValueType::Float) {}
|
||||
|
||||
// 比较操作符，用于判断状态是否改变
|
||||
bool operator==(const SSAPValue &other) const {
|
||||
if (state != other.state)
|
||||
return false;
|
||||
if (state == LatticeVal::Constant) {
|
||||
if (constant_type != other.constant_type)
|
||||
return false; // 类型必须匹配
|
||||
return constantVal == other.constantVal; // std::variant 会比较内部值
|
||||
}
|
||||
return true; // Top == Top, Bottom == Bottom
|
||||
}
|
||||
bool operator!=(const SSAPValue &other) const { return !(*this == other); }
|
||||
};
|
||||
|
||||
// SCCP 上下文类，持有每个函数运行时的状态
|
||||
class SCCPContext {
|
||||
private:
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||||
Module *pModule;
|
||||
IRBuilder *builder; // IR 构建器，用于插入指令和创建常量
|
||||
|
||||
// 工作列表
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||||
// 存储需要重新评估的指令
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||||
std::queue<Instruction *> instWorkList;
|
||||
// 存储需要重新评估的控制流边 (pair: from_block, to_block)
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||||
std::queue<std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>> edgeWorkList;
|
||||
|
||||
// 格值映射：SSA Value 到其当前状态
|
||||
std::map<Value *, SSAPValue> valueState;
|
||||
// 可执行基本块集合
|
||||
std::unordered_set<BasicBlock *> executableBlocks;
|
||||
// 追踪已访问的CFG边，防止重复添加
|
||||
std::unordered_set<std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>, SysYIROptUtils::PairHash> visitedCFGEdges;
|
||||
|
||||
// 辅助函数：格操作 Meet
|
||||
SSAPValue Meet(const SSAPValue &a, const SSAPValue &b);
|
||||
// 辅助函数：获取值的当前状态，如果不存在则默认为 Top
|
||||
SSAPValue GetValueState(Value *v);
|
||||
// 辅助函数：更新值的状态，如果状态改变，将所有用户加入指令工作列表
|
||||
void UpdateState(Value *v, SSAPValue newState);
|
||||
// 辅助函数：将边加入边工作列表，并更新可执行块
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||||
void AddEdgeToWorkList(BasicBlock *fromBB, BasicBlock *toBB);
|
||||
// 辅助函数：标记一个块为可执行
|
||||
void MarkBlockExecutable(BasicBlock *block);
|
||||
|
||||
// 辅助函数：对二元操作进行常量折叠
|
||||
SSAPValue ComputeConstant(BinaryInst *binaryinst, SSAPValue lhsVal, SSAPValue rhsVal);
|
||||
// 辅助函数：对一元操作进行常量折叠
|
||||
SSAPValue ComputeConstant(UnaryInst *unaryInst, SSAPValue operandVal);
|
||||
// 辅助函数：对类型转换进行常量折叠
|
||||
SSAPValue ComputeConstant(CastInst *castInst, SSAPValue operandVal);
|
||||
|
||||
// 主要优化阶段
|
||||
// 阶段1: 常量传播与折叠
|
||||
// 返回值表示在此阶段IR是否被修改
|
||||
bool PropagateConstants(Function *func);
|
||||
// 阶段2: 控制流简化
|
||||
// 返回值表示在此阶段IR是否被修改
|
||||
bool SimplifyControlFlow(Function *func);
|
||||
|
||||
// 辅助函数：处理单条指令（这包含了原来 computeLatticeValue 的大部分逻辑）
|
||||
void ProcessInstruction(Instruction *inst);
|
||||
// 辅助函数：处理单条控制流边
|
||||
void ProcessEdge(const std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *> &edge);
|
||||
|
||||
// 控制流简化辅助函数
|
||||
// 查找所有可达的基本块 (基于常量条件)
|
||||
std::unordered_set<BasicBlock *> FindReachableBlocks(Function *func);
|
||||
// 移除死块
|
||||
void RemoveDeadBlock(BasicBlock *bb, Function *func);
|
||||
// 简化分支（将条件分支替换为无条件分支）
|
||||
void SimplifyBranch(BranchInst *brInst, bool condVal); // 修改为 BranchInst，更通用
|
||||
// 更新前驱块的终结指令（当一个后继块被移除时）
|
||||
void UpdateTerminator(BasicBlock *predBB, BasicBlock *removedSucc);
|
||||
// 移除 Phi 节点的入边（当其前驱块被移除时）
|
||||
void RemovePhiIncoming(BasicBlock *phiParentBB, BasicBlock *removedPred);
|
||||
|
||||
public:
|
||||
SCCP(Module *pMoudle) : pModule(pMoudle) {}
|
||||
SCCPContext(IRBuilder *builder) : builder(builder) {}
|
||||
|
||||
void run();
|
||||
bool PropagateConstants(Function *function);
|
||||
bool SimplifyControlFlow(Function *function);
|
||||
void ProcessInstruction(Instruction *inst);
|
||||
void ProcessEdge(const std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *> &edge);
|
||||
void RemoveDeadBlock(BasicBlock *bb);
|
||||
void UpdateState(Value *v, LatticeValue newState);
|
||||
LatticeValue Meet(LatticeValue a, LatticeValue b);
|
||||
LatticeValue GetValueState(Value *v);
|
||||
// 运行 SCCP 优化
|
||||
// func: 当前要优化的函数
|
||||
// AM: 分析管理器，在 SCCP 中通常不需要获取其他分析结果，但可能需要使分析结果失效。
|
||||
// 返回值: 如果对函数进行了修改，则为 true
|
||||
void run(Function *func, AnalysisManager &AM);
|
||||
};
|
||||
|
||||
} // namespace sysy
|
||||
// SCCP 优化遍类，继承自 OptimizationPass
|
||||
class SCCP : public OptimizationPass {
|
||||
private:
|
||||
IRBuilder *builder; // IR 构建器，作为 Pass 的成员，传入 Context
|
||||
|
||||
public:
|
||||
SCCP(IRBuilder *builder) : OptimizationPass("SCCP", Granularity::Function), builder(builder) {}
|
||||
static void *ID;
|
||||
bool runOnFunction(Function *F, AnalysisManager &AM) override;
|
||||
void getAnalysisUsage(std::set<void *> &analysisDependencies, std::set<void *> &analysisInvalidations) const override;
|
||||
void *getPassID() const override { return &ID; }
|
||||
};
|
||||
|
||||
} // namespace sysy
|
||||
872
src/midend/Pass/Optimize/ SCCP.cpp
Normal file
872
src/midend/Pass/Optimize/ SCCP.cpp
Normal file
@@ -0,0 +1,872 @@
|
||||
#include "SCCP.h"
|
||||
#include <algorithm>
|
||||
#include <cassert>
|
||||
#include <cmath> // For std::fmod, std::fabs
|
||||
#include <limits> // For std::numeric_limits
|
||||
|
||||
namespace sysy {
|
||||
|
||||
// Pass ID for SCCP
|
||||
void *SCCP::ID = (void *)&SCCP::ID;
|
||||
|
||||
// SCCPContext methods
|
||||
SSAPValue SCCPContext::Meet(const SSAPValue &a, const SSAPValue &b) {
|
||||
if (a.state == LatticeVal::Bottom || b.state == LatticeVal::Bottom) {
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom);
|
||||
}
|
||||
if (a.state == LatticeVal::Top) {
|
||||
return b;
|
||||
}
|
||||
if (b.state == LatticeVal::Top) {
|
||||
return a;
|
||||
}
|
||||
// Both are constants
|
||||
if (a.constant_type != b.constant_type) {
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom); // 不同类型的常量，结果为 Bottom
|
||||
}
|
||||
if (a.constantVal == b.constantVal) {
|
||||
return a; // 相同常量
|
||||
}
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom); // 相同类型但值不同，结果为 Bottom
|
||||
}
|
||||
|
||||
SSAPValue SCCPContext::GetValueState(Value *v) {
|
||||
if (auto constVal = dynamic_cast<ConstantValue *>(v)) {
|
||||
if (constVal->getType()->isInt()) {
|
||||
return SSAPValue(constVal->getInt());
|
||||
} else if (constVal->getType()->isFloat()) {
|
||||
return SSAPValue(constVal->getFloat());
|
||||
} else {
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom); // 其他类型常量，如指针，暂时不传播
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
if (valueState.count(v)) {
|
||||
return valueState[v];
|
||||
}
|
||||
return SSAPValue(); // 默认构造函数初始化为 Top
|
||||
}
|
||||
|
||||
void SCCPContext::UpdateState(Value *v, SSAPValue newState) {
|
||||
SSAPValue oldState = GetValueState(v);
|
||||
if (newState != oldState) {
|
||||
if (DEBUG) {
|
||||
std::cout << "Updating state for " << v->getName() << " from (";
|
||||
if (oldState.state == LatticeVal::Top)
|
||||
std::cout << "Top";
|
||||
else if (oldState.state == LatticeVal::Constant) {
|
||||
if (oldState.constant_type == ValueType::Integer)
|
||||
std::cout << "Const<int>(" << std::get<int>(oldState.constantVal) << ")";
|
||||
else
|
||||
std::cout << "Const<float>(" << std::get<float>(oldState.constantVal) << ")";
|
||||
} else
|
||||
std::cout << "Bottom";
|
||||
std::cout << ") to (";
|
||||
if (newState.state == LatticeVal::Top)
|
||||
std::cout << "Top";
|
||||
else if (newState.state == LatticeVal::Constant) {
|
||||
if (newState.constant_type == ValueType::Integer)
|
||||
std::cout << "Const<int>(" << std::get<int>(newState.constantVal) << ")";
|
||||
else
|
||||
std::cout << "Const<float>(" << std::get<float>(newState.constantVal) << ")";
|
||||
} else
|
||||
std::cout << "Bottom";
|
||||
std::cout << ")" << std::endl;
|
||||
}
|
||||
|
||||
valueState[v] = newState;
|
||||
// 如果状态发生变化，将所有使用者添加到指令工作列表
|
||||
for (auto &use_ptr : v->getUses()) {
|
||||
if (auto userInst = dynamic_cast<Instruction *>(use_ptr->getUser())) {
|
||||
instWorkList.push(userInst);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
void SCCPContext::AddEdgeToWorkList(BasicBlock *fromBB, BasicBlock *toBB) {
|
||||
// 检查边是否已经访问过，防止重复处理
|
||||
if (visitedCFGEdges.count({fromBB, toBB})) {
|
||||
return;
|
||||
}
|
||||
visitedCFGEdges.insert({fromBB, toBB});
|
||||
|
||||
if (DEBUG) {
|
||||
std::cout << "Adding edge to worklist: " << fromBB->getName() << " -> " << toBB->getName() << std::endl;
|
||||
}
|
||||
edgeWorkList.push({fromBB, toBB});
|
||||
}
|
||||
|
||||
void SCCPContext::MarkBlockExecutable(BasicBlock *block) {
|
||||
if (executableBlocks.insert(block).second) { // insert 返回 pair，second 为 true 表示插入成功
|
||||
if (DEBUG) {
|
||||
std::cout << "Marking block " << block->getName() << " as executable." << std::endl;
|
||||
}
|
||||
// 将新可执行块中的所有指令添加到指令工作列表
|
||||
for (auto &inst_ptr : block->getInstructions()) {
|
||||
instWorkList.push(inst_ptr.get());
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 辅助函数：对二元操作进行常量折叠
|
||||
SSAPValue SCCPContext::ComputeConstant(BinaryInst *binaryInst, SSAPValue lhsVal, SSAPValue rhsVal) {
|
||||
// 确保操作数是常量
|
||||
if (lhsVal.state != LatticeVal::Constant || rhsVal.state != LatticeVal::Constant) {
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom); // 如果不是常量，则不能折叠
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 处理整数运算
|
||||
if (lhsVal.constant_type == ValueType::Integer && rhsVal.constant_type == ValueType::Integer) {
|
||||
int lhs = std::get<int>(lhsVal.constantVal);
|
||||
int rhs = std::get<int>(rhsVal.constantVal);
|
||||
int result = 0;
|
||||
bool is_comparison = false;
|
||||
|
||||
switch (binaryInst->getKind()) {
|
||||
case Instruction::kAdd:
|
||||
result = lhs + rhs;
|
||||
break;
|
||||
case Instruction::kSub:
|
||||
result = lhs - rhs;
|
||||
break;
|
||||
case Instruction::kMul:
|
||||
result = lhs * rhs;
|
||||
break;
|
||||
case Instruction::kDiv:
|
||||
if (rhs == 0)
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom); // 除零
|
||||
result = lhs / rhs;
|
||||
break;
|
||||
case Instruction::kRem:
|
||||
if (rhs == 0)
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom); // 模零
|
||||
result = lhs % rhs;
|
||||
break;
|
||||
case Instruction::kICmpEQ:
|
||||
is_comparison = true;
|
||||
result = (lhs == rhs);
|
||||
break;
|
||||
case Instruction::kICmpNE:
|
||||
is_comparison = true;
|
||||
result = (lhs != rhs);
|
||||
break;
|
||||
case Instruction::kICmpGT:
|
||||
is_comparison = true;
|
||||
result = (lhs > rhs);
|
||||
break;
|
||||
case Instruction::kICmpGE:
|
||||
is_comparison = true;
|
||||
result = (lhs >= rhs);
|
||||
break;
|
||||
case Instruction::kICmpLT:
|
||||
is_comparison = true;
|
||||
result = (lhs < rhs);
|
||||
break;
|
||||
case Instruction::kICmpLE:
|
||||
is_comparison = true;
|
||||
result = (lhs <= rhs);
|
||||
break;
|
||||
case Instruction::kAnd:
|
||||
result = (lhs && rhs);
|
||||
break;
|
||||
case Instruction::kOr:
|
||||
result = (lhs || rhs);
|
||||
break;
|
||||
default:
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom); // 未知二元操作
|
||||
}
|
||||
return SSAPValue(result);
|
||||
}
|
||||
// 处理浮点运算
|
||||
else if (lhsVal.constant_type == ValueType::Float && rhsVal.constant_type == ValueType::Float) {
|
||||
float lhs = std::get<float>(lhsVal.constantVal);
|
||||
float rhs = std::get<float>(rhsVal.constantVal);
|
||||
float f_result = 0.0f;
|
||||
int i_result = 0; // For comparison results
|
||||
|
||||
switch (binaryInst->getKind()) {
|
||||
case Instruction::kAdd:
|
||||
f_result = lhs + rhs;
|
||||
break;
|
||||
case Instruction::kSub:
|
||||
f_result = lhs - rhs;
|
||||
break;
|
||||
case Instruction::kMul:
|
||||
f_result = lhs * rhs;
|
||||
break;
|
||||
case Instruction::kDiv:
|
||||
if (rhs == 0.0f)
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom); // 除零
|
||||
f_result = lhs / rhs;
|
||||
break;
|
||||
case Instruction::kRem:
|
||||
if (rhs == 0.0f)
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom); // 模零
|
||||
f_result = std::fmod(lhs, rhs);
|
||||
break; // 浮点数取模
|
||||
case Instruction::kFCmpEQ:
|
||||
i_result = (lhs == rhs);
|
||||
return SSAPValue(i_result);
|
||||
case Instruction::kFCmpNE:
|
||||
i_result = (lhs != rhs);
|
||||
return SSAPValue(i_result);
|
||||
case Instruction::kFCmpGT:
|
||||
i_result = (lhs > rhs);
|
||||
return SSAPValue(i_result);
|
||||
case Instruction::kFCmpGE:
|
||||
i_result = (lhs >= rhs);
|
||||
return SSAPValue(i_result);
|
||||
case Instruction::kFCmpLT:
|
||||
i_result = (lhs < rhs);
|
||||
return SSAPValue(i_result);
|
||||
case Instruction::kFCmpLE:
|
||||
i_result = (lhs <= rhs);
|
||||
return SSAPValue(i_result);
|
||||
default:
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom); // 未知浮点二元操作
|
||||
}
|
||||
return SSAPValue(f_result);
|
||||
}
|
||||
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom); // 类型不匹配或不支持的类型组合
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 辅助函数：对一元操作进行常量折叠
|
||||
SSAPValue SCCPContext::ComputeConstant(UnaryInst *unaryInst, SSAPValue operandVal) {
|
||||
if (operandVal.state != LatticeVal::Constant) {
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom);
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (operandVal.constant_type == ValueType::Integer) {
|
||||
int val = std::get<int>(operandVal.constantVal);
|
||||
switch (unaryInst->getKind()) {
|
||||
case Instruction::kNeg:
|
||||
return SSAPValue(-val);
|
||||
case Instruction::kNot:
|
||||
return SSAPValue(!val);
|
||||
default:
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom);
|
||||
}
|
||||
} else if (operandVal.constant_type == ValueType::Float) {
|
||||
float val = std::get<float>(operandVal.constantVal);
|
||||
switch (unaryInst->getKind()) {
|
||||
case Instruction::kFNeg:
|
||||
return SSAPValue(-val);
|
||||
case Instruction::kFNot:
|
||||
return SSAPValue(static_cast<int>(val == 0.0f)); // 浮点数非，0.0f 为真，其他为假
|
||||
default:
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom);
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 辅助函数：对类型转换进行常量折叠
|
||||
SSAPValue SCCPContext::ComputeConstant(CastInst *castInst, SSAPValue operandVal) {
|
||||
if (operandVal.state != LatticeVal::Constant) {
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom);
|
||||
}
|
||||
|
||||
Type *destType = castInst->getType();
|
||||
|
||||
switch (castInst->getKind()) {
|
||||
case Instruction::kZExt:
|
||||
case Instruction::kSExt:
|
||||
case Instruction::kTrunc:
|
||||
// 这些通常是整数之间的转换，或者位模式转换。
|
||||
// 对于常量，如果操作数是整数，直接返回其值（假设IR正确处理了范围/截断）
|
||||
if (operandVal.constant_type == ValueType::Integer && destType->isInt()) {
|
||||
return SSAPValue(std::get<int>(operandVal.constantVal));
|
||||
}
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom); // 否则，保守处理
|
||||
case Instruction::kFtoI:
|
||||
if (operandVal.constant_type == ValueType::Float && destType->isInt()) {
|
||||
return SSAPValue(static_cast<int>(std::get<float>(operandVal.constantVal)));
|
||||
}
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom);
|
||||
case Instruction::kItoF:
|
||||
if (operandVal.constant_type == ValueType::Integer && destType->isFloat()) {
|
||||
return SSAPValue(static_cast<float>(std::get<int>(operandVal.constantVal)));
|
||||
}
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom);
|
||||
case Instruction::kBitFtoI:
|
||||
if (operandVal.constant_type == ValueType::Float && destType->isInt()) {
|
||||
// 执行浮点数到整数的位模式转换，需要重新解释内存
|
||||
float fval = std::get<float>(operandVal.constantVal);
|
||||
return SSAPValue(*reinterpret_cast<int *>(&fval));
|
||||
}
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom);
|
||||
case Instruction::kBitItoF:
|
||||
if (operandVal.constant_type == ValueType::Integer && destType->isFloat()) {
|
||||
// 执行整数到浮点数的位模式转换，需要重新解释内存
|
||||
int ival = std::get<int>(operandVal.constantVal);
|
||||
return SSAPValue(*reinterpret_cast<float *>(&ival));
|
||||
}
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom);
|
||||
default:
|
||||
return SSAPValue(LatticeVal::Bottom);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 辅助函数：处理单条指令
|
||||
void SCCPContext::ProcessInstruction(Instruction *inst) {
|
||||
SSAPValue oldState = GetValueState(inst);
|
||||
SSAPValue newState;
|
||||
|
||||
if (!executableBlocks.count(inst->getParent())) {
|
||||
// 如果指令所在的块不可执行，其值应保持 Top
|
||||
// 除非它之前已经是 Bottom，因为 Bottom 是单调的
|
||||
if (oldState.state != LatticeVal::Bottom) {
|
||||
newState = SSAPValue(); // Top
|
||||
} else {
|
||||
newState = oldState; // 保持 Bottom
|
||||
}
|
||||
UpdateState(inst, newState);
|
||||
return; // 不处理不可达块中的指令的实际值
|
||||
}
|
||||
|
||||
switch (inst->getKind()) {
|
||||
case Instruction::kAdd:
|
||||
case Instruction::kSub:
|
||||
case Instruction::kMul:
|
||||
case Instruction::kDiv:
|
||||
case Instruction::kRem:
|
||||
case Instruction::kICmpEQ:
|
||||
case Instruction::kICmpNE:
|
||||
case Instruction::kICmpGT:
|
||||
case Instruction::kICmpGE:
|
||||
case Instruction::kICmpLT:
|
||||
case Instruction::kICmpLE:
|
||||
case Instruction::kFCmpEQ:
|
||||
case Instruction::kFCmpNE:
|
||||
case Instruction::kFCmpGT:
|
||||
case Instruction::kFCmpGE:
|
||||
case Instruction::kFCmpLT:
|
||||
case Instruction::kFCmpLE:
|
||||
case Instruction::kAnd:
|
||||
case Instruction::kOr: {
|
||||
BinaryInst *binaryInst = static_cast<BinaryInst *>(inst);
|
||||
SSAPValue lhs = GetValueState(binaryInst->getOperand(0));
|
||||
SSAPValue rhs = GetValueState(binaryInst->getOperand(1));
|
||||
// 如果任一操作数是 Bottom，结果就是 Bottom
|
||||
if (lhs.state == LatticeVal::Bottom || rhs.state == LatticeVal::Bottom) {
|
||||
newState = SSAPValue(LatticeVal::Bottom);
|
||||
} else if (lhs.state == LatticeVal::Top || rhs.state == LatticeVal::Top) {
|
||||
newState = SSAPValue(); // Top
|
||||
} else { // 都是常量
|
||||
newState = ComputeConstant(binaryInst, lhs, rhs);
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case Instruction::kNeg:
|
||||
case Instruction::kNot:
|
||||
case Instruction::kFNeg:
|
||||
case Instruction::kFNot: {
|
||||
UnaryInst *unaryInst = static_cast<UnaryInst *>(inst);
|
||||
SSAPValue operand = GetValueState(unaryInst->getOperand(0));
|
||||
if (operand.state == LatticeVal::Bottom) {
|
||||
newState = SSAPValue(LatticeVal::Bottom);
|
||||
} else if (operand.state == LatticeVal::Top) {
|
||||
newState = SSAPValue(); // Top
|
||||
} else { // 是常量
|
||||
newState = ComputeConstant(unaryInst, operand);
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case Instruction::kFtoI:
|
||||
case Instruction::kItoF:
|
||||
case Instruction::kZExt:
|
||||
case Instruction::kSExt:
|
||||
case Instruction::kTrunc:
|
||||
case Instruction::kBitFtoI:
|
||||
case Instruction::kBitItoF: {
|
||||
CastInst *castInst = static_cast<CastInst *>(inst);
|
||||
SSAPValue operand = GetValueState(castInst->getOperand(0));
|
||||
if (operand.state == LatticeVal::Bottom) {
|
||||
newState = SSAPValue(LatticeVal::Bottom);
|
||||
} else if (operand.state == LatticeVal::Top) {
|
||||
newState = SSAPValue(); // Top
|
||||
} else { // 是常量
|
||||
newState = ComputeConstant(castInst, operand);
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case Instruction::kLoad: {
|
||||
// 对于 Load 指令，除非我们有特殊的别名分析，否则假定为 Bottom
|
||||
// 或者如果它加载的是一个已知常量地址的全局常量
|
||||
Value *ptr = inst->getOperand(0);
|
||||
if (auto globalVal = dynamic_cast<GlobalValue *>(ptr)) {
|
||||
// 如果 GlobalValue 有初始化器，并且它是常量，我们可以传播
|
||||
// 这需要额外的逻辑来检查 globalVal 的初始化器
|
||||
// 暂时保守地设置为 Bottom
|
||||
newState = SSAPValue(LatticeVal::Bottom);
|
||||
} else {
|
||||
newState = SSAPValue(LatticeVal::Bottom);
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case Instruction::kStore:
|
||||
// Store 指令不产生值，其 SSAPValue 不重要
|
||||
newState = SSAPValue(); // 保持 Top
|
||||
break;
|
||||
case Instruction::kCall:
|
||||
// 大多数 Call 指令都假定为 Bottom，除非是纯函数且所有参数都是常量
|
||||
newState = SSAPValue(LatticeVal::Bottom);
|
||||
break;
|
||||
case Instruction::kGetElementPtr: {
|
||||
// GEP 指令计算地址，通常其结果值（地址指向的内容）是 Bottom
|
||||
// 除非所有索引和基指针都是常量，指向一个确定常量值的内存位置
|
||||
bool all_ops_constant = true;
|
||||
for (unsigned i = 0; i < inst->getNumOperands(); ++i) {
|
||||
if (GetValueState(inst->getOperand(i)).state != LatticeVal::Constant) {
|
||||
all_ops_constant = false;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
// 即使地址是常量，地址处的内容通常不是。所以通常是 Bottom
|
||||
newState = SSAPValue(LatticeVal::Bottom);
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case Instruction::kPhi: {
|
||||
PhiInst *phi = static_cast<PhiInst *>(inst);
|
||||
SSAPValue phiResult = SSAPValue(); // 初始为 Top
|
||||
|
||||
for (unsigned i = 0; i < phi->getNumIncomingValues(); ++i) {
|
||||
Value *incomingVal = phi->getIncomingValue(i);
|
||||
BasicBlock *incomingBlock = phi->getIncomingBlock(i);
|
||||
|
||||
if (executableBlocks.count(incomingBlock)) { // 仅考虑可执行前驱
|
||||
phiResult = Meet(phiResult, GetValueState(incomingVal));
|
||||
if (phiResult.state == LatticeVal::Bottom)
|
||||
break; // 如果已经 Bottom，则提前退出
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
newState = phiResult;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case Instruction::kAlloc:
|
||||
// Alloca 分配内存，返回一个指针，其内容是 Bottom
|
||||
newState = SSAPValue(LatticeVal::Bottom);
|
||||
break;
|
||||
case Instruction::kBranch:
|
||||
case Instruction::kReturn:
|
||||
// 终结符指令不产生值
|
||||
newState = SSAPValue(); // 保持 Top
|
||||
break;
|
||||
default:
|
||||
if (DEBUG) {
|
||||
std::cout << "Unimplemented instruction kind in SCCP: " << inst->getKind() << std::endl;
|
||||
}
|
||||
newState = SSAPValue(LatticeVal::Bottom); // 未知指令保守处理为 Bottom
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
UpdateState(inst, newState);
|
||||
|
||||
// 特殊处理终结符指令，影响 CFG 边的可达性
|
||||
if (inst->isTerminator()) {
|
||||
if (auto branchInst = dynamic_cast<BranchInst *>(inst)) {
|
||||
if (branchInst->isCondBr()) {
|
||||
SSAPValue condVal = GetValueState(branchInst->getOperand(0));
|
||||
if (condVal.state == LatticeVal::Constant) {
|
||||
bool condition_is_true = false;
|
||||
if (condVal.constant_type == ValueType::Integer) {
|
||||
condition_is_true = (std::get<int>(condVal.constantVal) != 0);
|
||||
} else if (condVal.constant_type == ValueType::Float) {
|
||||
condition_is_true = (std::get<float>(condVal.constantVal) != 0.0f);
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (condition_is_true) {
|
||||
AddEdgeToWorkList(branchInst->getParent(), branchInst->getTrueBlock());
|
||||
} else {
|
||||
AddEdgeToWorkList(branchInst->getParent(), branchInst->getFalseBlock());
|
||||
}
|
||||
} else { // 条件是 Top 或 Bottom，两条路径都可能
|
||||
AddEdgeToWorkList(branchInst->getParent(), branchInst->getTrueBlock());
|
||||
AddEdgeToWorkList(branchInst->getParent(), branchInst->getFalseBlock());
|
||||
}
|
||||
} else { // 无条件分支
|
||||
AddEdgeToWorkList(branchInst->getParent(), branchInst->getTrueBlock());
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 辅助函数：处理单条控制流边
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||||
void SCCPContext::ProcessEdge(const std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *> &edge) {
|
||||
BasicBlock *fromBB = edge.first;
|
||||
BasicBlock *toBB = edge.second;
|
||||
|
||||
MarkBlockExecutable(toBB);
|
||||
|
||||
// 对于目标块中的所有 Phi 指令，重新评估其值，因为可能有新的前驱被激活
|
||||
for (auto &inst_ptr : toBB->getInstructions()) {
|
||||
if (dynamic_cast<PhiInst *>(inst_ptr.get())) {
|
||||
instWorkList.push(inst_ptr.get());
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 阶段1: 常量传播与折叠
|
||||
bool SCCPContext::PropagateConstants(Function *func) {
|
||||
bool changed = false;
|
||||
|
||||
// 初始化：所有值 Top，所有块不可执行
|
||||
for (auto &bb_ptr : func->getBasicBlocks()) {
|
||||
executableBlocks.erase(bb_ptr.get());
|
||||
for (auto &inst_ptr : bb_ptr->getInstructions()) {
|
||||
valueState[inst_ptr.get()] = SSAPValue(); // Top
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 标记入口块为可执行
|
||||
if (!func->getBasicBlocks().empty()) {
|
||||
MarkBlockExecutable(func->getEntryBlock());
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 主循环：处理工作列表直到不动点
|
||||
while (!instWorkList.empty() || !edgeWorkList.empty()) {
|
||||
while (!edgeWorkList.empty()) {
|
||||
ProcessEdge(edgeWorkList.front());
|
||||
edgeWorkList.pop();
|
||||
}
|
||||
|
||||
while (!instWorkList.empty()) {
|
||||
Instruction *inst = instWorkList.front();
|
||||
instWorkList.pop();
|
||||
ProcessInstruction(inst);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 应用常量替换和死代码消除
|
||||
std::vector<Instruction *> instsToDelete;
|
||||
for (auto &bb_ptr : func->getBasicBlocks()) {
|
||||
BasicBlock *bb = bb_ptr.get();
|
||||
if (!executableBlocks.count(bb)) {
|
||||
// 整个块是死块，标记所有指令删除
|
||||
for (auto &inst_ptr : bb->getInstructions()) {
|
||||
instsToDelete.push_back(inst_ptr.get());
|
||||
}
|
||||
changed = true;
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
|
||||
for (auto it = bb->begin(); it != bb->end();) {
|
||||
Instruction *inst = it->get();
|
||||
SSAPValue ssaPVal = GetValueState(inst);
|
||||
|
||||
if (ssaPVal.state == LatticeVal::Constant) {
|
||||
ConstantValue *constVal = nullptr;
|
||||
if (ssaPVal.constant_type == ValueType::Integer) {
|
||||
constVal = ConstantInteger::get(std::get<int>(ssaPVal.constantVal));
|
||||
} else if (ssaPVal.constant_type == ValueType::Float) {
|
||||
constVal = ConstantFloating::get(std::get<float>(ssaPVal.constantVal));
|
||||
} else {
|
||||
constVal = UndefinedValue::get(inst->getType()); // 不应发生
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (DEBUG) {
|
||||
std::cout << "Replacing " << inst->getName() << " with constant ";
|
||||
if (ssaPVal.constant_type == ValueType::Integer)
|
||||
std::cout << std::get<int>(ssaPVal.constantVal);
|
||||
else
|
||||
std::cout << std::get<float>(ssaPVal.constantVal);
|
||||
std::cout << std::endl;
|
||||
}
|
||||
inst->replaceAllUsesWith(constVal);
|
||||
instsToDelete.push_back(inst);
|
||||
it = bb->removeInst(it); // 从块中移除指令
|
||||
changed = true;
|
||||
} else {
|
||||
// 如果操作数是常量，直接替换为常量值（常量折叠）
|
||||
for (unsigned i = 0; i < inst->getNumOperands(); ++i) {
|
||||
Value *operand = inst->getOperand(i);
|
||||
SSAPValue opVal = GetValueState(operand);
|
||||
if (opVal.state == LatticeVal::Constant) {
|
||||
ConstantValue *constOp = nullptr;
|
||||
if (opVal.constant_type == ValueType::Integer) {
|
||||
constOp = ConstantInteger::get(std::get<int>(opVal.constantVal));
|
||||
} else if (opVal.constant_type == ValueType::Float) {
|
||||
constOp = ConstantFloating::get(std::get<float>(opVal.constantVal));
|
||||
} else {
|
||||
constOp = UndefinedValue::get(operand->getType());
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (constOp != operand) {
|
||||
inst->setOperand(i, constOp);
|
||||
changed = true;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
++it;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 实际删除指令
|
||||
for (Instruction *inst : instsToDelete) {
|
||||
if (inst->getParent() && !SysYIROptUtils::usedelete(inst)) {
|
||||
// 如果 still in parent and not deleted by usedelete, implies issues or non-instruction values.
|
||||
// For SCCP, if replaced, it should have no uses.
|
||||
if (DEBUG) {
|
||||
std::cerr << "Warning: Instruction " << inst->getName() << " was not fully deleted." << std::endl;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return changed;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 阶段2: 控制流简化
|
||||
bool SCCPContext::SimplifyControlFlow(Function *func) {
|
||||
bool changed = false;
|
||||
|
||||
// 重新确定可达块，因为 PropagateConstants 可能改变了分支条件
|
||||
std::unordered_set<BasicBlock *> newReachableBlocks = FindReachableBlocks(func);
|
||||
|
||||
// 移除不可达块
|
||||
std::vector<BasicBlock *> blocksToDelete;
|
||||
for (auto &bb_ptr : func->getBasicBlocks()) {
|
||||
if (bb_ptr.get() == func->getEntryBlock())
|
||||
continue; // 入口块不能删除
|
||||
if (newReachableBlocks.find(bb_ptr.get()) == newReachableBlocks.end()) {
|
||||
blocksToDelete.push_back(bb_ptr.get());
|
||||
changed = true;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
for (BasicBlock *bb : blocksToDelete) {
|
||||
RemoveDeadBlock(bb, func);
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 简化分支指令
|
||||
for (auto &bb_ptr : func->getBasicBlocks()) {
|
||||
BasicBlock *bb = bb_ptr.get();
|
||||
if (!newReachableBlocks.count(bb))
|
||||
continue; // 只处理可达块
|
||||
|
||||
Instruction *terminator = bb->terminator().get();
|
||||
if (auto branchInst = dynamic_cast<BranchInst *>(terminator)) {
|
||||
if (branchInst->isCondBr()) {
|
||||
SSAPValue condVal = GetValueState(branchInst->getOperand(0));
|
||||
if (condVal.state == LatticeVal::Constant) {
|
||||
bool condition_is_true = false;
|
||||
if (condVal.constant_type == ValueType::Integer) {
|
||||
condition_is_true = (std::get<int>(condVal.constantVal) != 0);
|
||||
} else if (condVal.constant_type == ValueType::Float) {
|
||||
condition_is_true = (std::get<float>(condVal.constantVal) != 0.0f);
|
||||
}
|
||||
SimplifyBranch(branchInst, condition_is_true);
|
||||
changed = true;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
return changed;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 查找所有可达的基本块 (基于常量条件)
|
||||
std::unordered_set<BasicBlock *> SCCPContext::FindReachableBlocks(Function *func) {
|
||||
std::unordered_set<BasicBlock *> reachable;
|
||||
std::queue<BasicBlock *> q;
|
||||
|
||||
if (func->getEntryBlock()) {
|
||||
q.push(func->getEntryBlock());
|
||||
reachable.insert(func->getEntryBlock());
|
||||
}
|
||||
|
||||
while (!q.empty()) {
|
||||
BasicBlock *currentBB = q.front();
|
||||
q.pop();
|
||||
|
||||
Instruction *terminator = currentBB->terminator().get();
|
||||
if (!terminator)
|
||||
continue;
|
||||
|
||||
if (auto branchInst = dynamic_cast<BranchInst *>(terminator)) {
|
||||
if (branchInst->isCondBr()) {
|
||||
SSAPValue condVal = GetValueState(branchInst->getOperand(0));
|
||||
if (condVal.state == LatticeVal::Constant) {
|
||||
bool condition_is_true = false;
|
||||
if (condVal.constant_type == ValueType::Integer) {
|
||||
condition_is_true = (std::get<int>(condVal.constantVal) != 0);
|
||||
} else if (condVal.constant_type == ValueType::Float) {
|
||||
condition_is_true = (std::get<float>(condVal.constantVal) != 0.0f);
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (condition_is_true) {
|
||||
BasicBlock *trueBlock = branchInst->getTrueBlock();
|
||||
if (reachable.find(trueBlock) == reachable.end()) {
|
||||
reachable.insert(trueBlock);
|
||||
q.push(trueBlock);
|
||||
}
|
||||
} else {
|
||||
BasicBlock *falseBlock = branchInst->getFalseBlock();
|
||||
if (reachable.find(falseBlock) == reachable.end()) {
|
||||
reachable.insert(falseBlock);
|
||||
q.push(falseBlock);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
} else { // 条件是 Top 或 Bottom，两条路径都可达
|
||||
for (auto succ : branchInst->getSuccessors()) {
|
||||
if (reachable.find(succ) == reachable.end()) {
|
||||
reachable.insert(succ);
|
||||
q.push(succ);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
} else { // 无条件分支
|
||||
BasicBlock *targetBlock = branchInst->getTrueBlock();
|
||||
if (reachable.find(targetBlock) == reachable.end()) {
|
||||
reachable.insert(targetBlock);
|
||||
q.push(targetBlock);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
} else if (auto retInst = dynamic_cast<ReturnInst *>(terminator)) {
|
||||
// ReturnInst 没有后继，不需要处理
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return reachable;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 移除死块
|
||||
void SCCPContext::RemoveDeadBlock(BasicBlock *bb, Function *func) {
|
||||
if (DEBUG) {
|
||||
std::cout << "Removing dead block: " << bb->getName() << std::endl;
|
||||
}
|
||||
// 首先更新其所有前驱的终结指令，移除指向死块的边
|
||||
std::vector<BasicBlock *> preds_to_remove;
|
||||
for (auto &pred_weak_ptr : bb->getPredecessors()) {
|
||||
if (auto pred = pred_weak_ptr.lock()) { // 确保前驱块仍然存在
|
||||
preds_to_remove.push_back(pred.get());
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
for (BasicBlock *pred : preds_to_remove) {
|
||||
UpdateTerminator(pred, bb);
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 移除其后继的 Phi 节点的入边
|
||||
for (auto succ : bb->getSuccessors()) {
|
||||
RemovePhiIncoming(succ, bb);
|
||||
}
|
||||
|
||||
func->removeBasicBlock(bb);
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 简化分支（将条件分支替换为无条件分支）
|
||||
void SCCPContext::SimplifyBranch(BranchInst *brInst, bool condVal) {
|
||||
BasicBlock *parentBB = brInst->getParent();
|
||||
BasicBlock *trueBlock = brInst->getTrueBlock();
|
||||
BasicBlock *falseBlock = brInst->getFalseBlock();
|
||||
|
||||
if (DEBUG) {
|
||||
std::cout << "Simplifying branch in " << parentBB->getName() << ": cond is " << (condVal ? "true" : "false")
|
||||
<< std::endl;
|
||||
}
|
||||
|
||||
builder->setInsertPoint(parentBB, brInst->getIterator());
|
||||
if (condVal) { // 条件为真，跳转到真分支
|
||||
builder->createBranchInst(trueBlock);
|
||||
// 移除旧的条件分支指令
|
||||
SysYIROptUtils::usedelete(brInst);
|
||||
// 移除与假分支的连接
|
||||
parentBB->removeSuccessor(falseBlock);
|
||||
falseBlock->removePredecessor(parentBB);
|
||||
// 移除假分支中 Phi 节点的来自当前块的入边
|
||||
RemovePhiIncoming(falseBlock, parentBB);
|
||||
} else { // 条件为假，跳转到假分支
|
||||
builder->createBranchInst(falseBlock);
|
||||
// 移除旧的条件分支指令
|
||||
SysYIROptUtils::usedelete(brInst);
|
||||
// 移除与真分支的连接
|
||||
parentBB->removeSuccessor(trueBlock);
|
||||
trueBlock->removePredecessor(parentBB);
|
||||
// 移除真分支中 Phi 节点的来自当前块的入边
|
||||
RemovePhiIncoming(trueBlock, parentBB);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 更新前驱块的终结指令（当一个后继块被移除时）
|
||||
void SCCPContext::UpdateTerminator(BasicBlock *predBB, BasicBlock *removedSucc) {
|
||||
Instruction *terminator = predBB->terminator().get();
|
||||
if (!terminator)
|
||||
return;
|
||||
|
||||
// 对于 BranchInst，如果其某个目标是 removedSucc，则需要更新它
|
||||
if (auto branchInst = dynamic_cast<BranchInst *>(terminator)) {
|
||||
if (branchInst->isCondBr()) {
|
||||
// 如果 removedSucc 是真分支，则条件分支应指向假分支
|
||||
if (branchInst->getTrueBlock() == removedSucc) {
|
||||
// 如果另一个分支也死了，则整个分支是死代码，由其他阶段移除
|
||||
// 这里我们简化为无条件跳转到另一个仍然可达的分支
|
||||
builder->setInsertPoint(predBB, branchInst->getIterator());
|
||||
builder->createBranchInst(branchInst->getFalseBlock());
|
||||
SysYIROptUtils::usedelete(branchInst);
|
||||
predBB->removeSuccessor(removedSucc); // 从前驱的后继列表中移除
|
||||
}
|
||||
// 如果 removedSucc 是假分支，则条件分支应指向真分支
|
||||
else if (branchInst->getFalseBlock() == removedSucc) {
|
||||
builder->setInsertPoint(predBB, branchInst->getIterator());
|
||||
builder->createBranchInst(branchInst->getTrueBlock());
|
||||
SysYIROptUtils::usedelete(branchInst);
|
||||
predBB->removeSuccessor(removedSucc); // 从前驱的后继列表中移除
|
||||
}
|
||||
} else { // 无条件分支
|
||||
// 如果目标是 removedSucc，这通常意味着整个 predBB 也是死块
|
||||
// 或者需要一个 unreachable 指令
|
||||
if (branchInst->getTrueBlock() == removedSucc) {
|
||||
// 暂时不创建 unreachable，因为可能死块会被整个移除
|
||||
// 或者留待后续简化。只移除后继连接。
|
||||
SysYIROptUtils::usedelete(branchInst); // 先删除指令
|
||||
predBB->removeSuccessor(removedSucc);
|
||||
builder->setInsertPoint(predBB, predBB->end()); // 在块末尾插入
|
||||
builder->createUnreachableInst(); // 插入一个不可达指令，标记代码路径结束
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
// ReturnInst 和其他指令不受影响
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 移除 Phi 节点的入边（当其前驱块被移除时）
|
||||
void SCCPContext::RemovePhiIncoming(BasicBlock *phiParentBB, BasicBlock *removedPred) {
|
||||
for (auto &inst_ptr : phiParentBB->getInstructions()) {
|
||||
if (auto phi = dynamic_cast<PhiInst *>(inst_ptr.get())) {
|
||||
phi->removeIncomingValue(removedPred); // 移除来自已删除前驱的入边
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 运行 SCCP 优化
|
||||
void SCCPContext::run(Function *func, AnalysisManager &AM) {
|
||||
bool changed_constant_propagation = PropagateConstants(func);
|
||||
bool changed_control_flow = SimplifyControlFlow(func);
|
||||
|
||||
// 如果任何一个阶段修改了 IR，标记分析结果为失效
|
||||
if (changed_constant_propagation || changed_control_flow) {
|
||||
// AM.invalidate(); // 假设有这样的方法来使所有分析结果失效
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
// SCCP Pass methods
|
||||
bool SCCP::runOnFunction(Function *F, AnalysisManager &AM) {
|
||||
if (DEBUG) {
|
||||
std::cout << "Running SCCP on function: " << F->getName() << std::endl;
|
||||
}
|
||||
SCCPContext context(builder);
|
||||
context.run(F, AM);
|
||||
// SCCPContext::run 内部负责管理 changed 状态并执行优化。
|
||||
// 这里我们无法直接返回 context.run 的 `changed` 值，
|
||||
// 因为 run 是 void。通常会通过 context 的一个成员来跟踪。
|
||||
// 或者，runOnFunction 负责判断是否发生了变化。
|
||||
// 目前，为简单起见，假设 SCCPContext::run 确实执行了修改，并总是返回 true，
|
||||
// 这在实际编译器中可能需要更精确的追踪。
|
||||
// 更好的做法是让 run 返回 bool.
|
||||
// 由于用户提供的run是void, 且外部无法直接访问context的changed变量，我们暂时保守返回true。
|
||||
return true;
|
||||
}
|
||||
|
||||
void SCCP::getAnalysisUsage(std::set<void *> &analysisDependencies, std::set<void *> &analysisInvalidations) const {
|
||||
// SCCP 不依赖其他分析，但它会改变 IR，因此会使许多分析失效
|
||||
// 例如：DominatorTree, CFG analysis, LI, ...
|
||||
analysisInvalidations.insert(nullptr); // 表示使所有默认分析失效
|
||||
}
|
||||
|
||||
} // namespace sysy
|
||||
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