[midend-IVE]增加无用归纳变量消除遍

src/include/midend/Pass/Optimize/InductionVariableElimination.h

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+#pragma once
+
+#include "Pass.h"
+#include "IR.h"
+#include "LoopCharacteristics.h"
+#include "Loop.h"
+#include "Dom.h"
+#include "SideEffectAnalysis.h"
+#include <vector>
+#include <unordered_map>
+#include <unordered_set>
+#include <memory>
+
+namespace sysy {
+
+// 前向声明
+class LoopCharacteristicsResult;
+class LoopAnalysisResult;
+
+/**
+ * @brief 死归纳变量信息
+ * 记录一个可以被消除的归纳变量
+ */
+struct DeadInductionVariable {
+  PhiInst* phiInst;                    // phi 指令
+  std::vector<Instruction*> relatedInsts; // 相关的递增/递减指令
+  Loop* containingLoop;                // 所在循环
+  bool canEliminate;                   // 是否可以安全消除
+  
+  DeadInductionVariable(PhiInst* phi, Loop* loop) 
+    : phiInst(phi), containingLoop(loop), canEliminate(false) {}
+};
+
+/**
+ * @brief 归纳变量消除上下文类
+ * 封装归纳变量消除优化的核心逻辑和状态
+ */
+class InductionVariableEliminationContext {
+public:
+  InductionVariableEliminationContext() {}
+  
+  /**
+   * 运行归纳变量消除优化
+   * @param F 目标函数
+   * @param AM 分析管理器
+   * @return 是否修改了IR
+   */
+  bool run(Function* F, AnalysisManager& AM);
+
+private:
+  // 分析结果缓存
+  LoopAnalysisResult* loopAnalysis = nullptr;
+  LoopCharacteristicsResult* loopCharacteristics = nullptr;
+  DominatorTree* dominatorTree = nullptr;
+  SideEffectAnalysisResult* sideEffectAnalysis = nullptr;
+  
+  // 死归纳变量存储
+  std::vector<std::unique_ptr<DeadInductionVariable>> deadIVs;
+  std::unordered_map<Loop*, std::vector<DeadInductionVariable*>> loopToDeadIVs;
+  
+  // ========== 核心分析和优化阶段 ==========
+  
+  /**
+   * 阶段1：识别死归纳变量
+   * 找出没有被有效使用的归纳变量
+   */
+  void identifyDeadInductionVariables(Function* F);
+  
+  /**
+   * 阶段2：分析消除的安全性
+   * 确保消除操作不会破坏程序语义
+   */
+  void analyzeSafetyForElimination();
+  
+  /**
+   * 阶段3：执行归纳变量消除
+   * 删除死归纳变量及其相关指令
+   */
+  bool performInductionVariableElimination();
+  
+  // ========== 辅助方法 ==========
+  
+  /**
+   * 检查归纳变量是否为死归纳变量
+   * @param iv 归纳变量信息
+   * @param loop 所在循环
+   * @return 如果是死归纳变量返回相关信息，否则返回nullptr
+   */
+  std::unique_ptr<DeadInductionVariable> 
+  isDeadInductionVariable(const InductionVarInfo* iv, Loop* loop);
+  
+  /**
+   * 检查归纳变量是否只用于自身更新
+   * @param phiInst phi指令
+   * @param loop 所在循环
+   * @return 是否只用于自身更新
+   */
+  bool isUsedOnlyForSelfUpdate(PhiInst* phiInst, Loop* loop);
+  
+  /**
+   * 收集与归纳变量相关的所有指令
+   * @param phiInst phi指令
+   * @param loop 所在循环
+   * @return 相关指令列表
+   */
+  std::vector<Instruction*> collectRelatedInstructions(PhiInst* phiInst, Loop* loop);
+  
+  /**
+   * 检查消除归纳变量的安全性
+   * @param deadIV 死归纳变量
+   * @return 是否可以安全消除
+   */
+  bool isSafeToEliminate(const DeadInductionVariable* deadIV);
+  
+  /**
+   * 消除单个死归纳变量
+   * @param deadIV 死归纳变量
+   * @return 是否成功消除
+   */
+  bool eliminateDeadInductionVariable(DeadInductionVariable* deadIV);
+  
+  /**
+   * 打印调试信息
+   */
+  void printDebugInfo();
+};
+
+/**
+ * @brief 归纳变量消除优化遍
+ * 消除循环中无用的归纳变量，减少寄存器压力
+ */
+class InductionVariableElimination : public OptimizationPass {
+public:
+  // 唯一的 Pass ID
+  static void *ID;
+  
+  InductionVariableElimination() 
+    : OptimizationPass("InductionVariableElimination", Granularity::Function) {}
+  
+  /**
+   * 在函数上运行归纳变量消除优化
+   * @param F 目标函数
+   * @param AM 分析管理器
+   * @return 是否修改了IR
+   */
+  bool runOnFunction(Function* F, AnalysisManager& AM) override;
+  
+  /**
+   * 声明分析依赖和失效信息
+   */
+  void getAnalysisUsage(std::set<void*>& analysisDependencies, 
+                       std::set<void*>& analysisInvalidations) const override;
+  
+  void* getPassID() const override { return &ID; }
+};
+
+} // namespace sysy