[midend-Loop]初步构建循环规范遍

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

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+#pragma once
+
+#include "Loop.h"          // 循环分析依赖
+#include "LoopCharacteristics.h"  // 循环特征分析依赖
+#include "Dom.h"           // 支配树分析依赖
+#include "IR.h"            // IR定义
+#include "IRBuilder.h"     // IR构建器
+#include "Pass.h"          // Pass框架
+#include <memory>
+#include <set>
+#include <vector>
+
+namespace sysy {
+
+/**
+ * @brief 循环规范化转换Pass
+ * 
+ * 该Pass在循环不变量提升等优化前运行，主要负责：
+ * 1. 为没有前置块(preheader)的循环创建前置块
+ * 2. 确保循环结构符合后续优化的要求
+ * 3. 规范化循环的控制流结构
+ * 
+ * 前置块的作用：
+ * - 为循环不变量提升提供插入位置
+ * - 简化循环分析和优化
+ * - 确保循环有唯一的入口点
+ */
+class LoopNormalizationPass : public OptimizationPass {
+public:
+  // 唯一的 Pass ID
+  static void *ID;
+
+  LoopNormalizationPass(IRBuilder* builder) : OptimizationPass("LoopNormalization", Pass::Granularity::Function), builder(builder) {}
+
+  // 实现 getPassID
+  void *getPassID() const override { return &ID; }
+
+  // 核心运行方法
+  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;
+
+private:
+  // ========== IR构建器 ==========
+  IRBuilder* builder;                                  // IR构建器
+  
+  // ========== 缓存的分析结果 ==========
+  LoopAnalysisResult* loopAnalysis;                    // 循环结构分析结果
+  LoopCharacteristicsResult* loopCharacteristics;     // 循环特征分析结果
+  DominatorTree* domTree;                              // 支配树分析结果
+  
+  // ========== 规范化统计 ==========
+  struct NormalizationStats {
+    size_t totalLoops;                    // 总循环数
+    size_t loopsNeedingPreheader;        // 需要前置块的循环数
+    size_t preheadersCreated;            // 创建的前置块数
+    size_t loopsNormalized;              // 规范化的循环数
+    
+    NormalizationStats() : totalLoops(0), loopsNeedingPreheader(0), 
+                          preheadersCreated(0), loopsNormalized(0) {}
+  } stats;
+  
+  // ========== 核心规范化方法 ==========
+  
+  /**
+   * 规范化单个循环
+   * @param loop 要规范化的循环
+   * @return 是否进行了修改
+   */
+  bool normalizeLoop(Loop* loop);
+  
+  /**
+   * 为循环创建前置块
+   * @param loop 需要前置块的循环
+   * @return 创建的前置块，如果失败则返回nullptr
+   */
+  BasicBlock* createPreheaderForLoop(Loop* loop);
+  
+  /**
+   * 检查循环是否需要前置块
+   * @param loop 要检查的循环
+   * @return true如果需要前置块
+   */
+  bool needsPreheader(Loop* loop);
+  
+  /**
+   * 检查循环是否已有合适的前置块
+   * @param loop 要检查的循环
+   * @return 现有的前置块，如果没有则返回nullptr
+   */
+  BasicBlock* getExistingPreheader(Loop* loop);
+  
+  /**
+   * 更新支配树关系（在创建新块后）
+   * @param newBlock 新创建的基本块
+   * @param loop 相关的循环
+   */
+  void updateDominatorRelations(BasicBlock* newBlock, Loop* loop);
+  
+  /**
+   * 重定向循环外的前驱块到新的前置块
+   * @param loop 目标循环
+   * @param preheader 新创建的前置块
+   * @param header 循环头部
+   */
+  void redirectExternalPredecessors(Loop* loop, BasicBlock* preheader, BasicBlock* header);
+  
+  /**
+   * 为前置块生成合适的名称
+   * @param loop 相关的循环
+   * @return 生成的前置块名称
+   */
+  std::string generatePreheaderName(Loop* loop);
+  
+  /**
+   * 验证规范化结果的正确性
+   * @param loop 规范化后的循环
+   * @return true如果规范化正确
+   */
+  bool validateNormalization(Loop* loop);
+  
+  // ========== 辅助方法 ==========
+  
+  /**
+   * 获取循环的外部前驱块（不在循环内的前驱）
+   * @param loop 目标循环
+   * @return 外部前驱块列表
+   */
+  std::vector<BasicBlock*> getExternalPredecessors(Loop* loop);
+  
+  /**
+   * 检查基本块是否适合作为前置块
+   * @param block 候选基本块
+   * @param loop 目标循环
+   * @return true如果适合作为前置块
+   */
+  bool isSuitableAsPreheader(BasicBlock* block, Loop* loop);
+  
+  /**
+   * 更新PHI节点以适应新的前置块
+   * @param header 循环头部
+   * @param preheader 新的前置块
+   * @param oldPreds 原来的外部前驱
+   */
+  void updatePhiNodesForPreheader(BasicBlock* header, BasicBlock* preheader,
+                                 const std::vector<BasicBlock*>& oldPreds);
+  
+  /**
+   * 打印规范化统计信息
+   */
+  void printStats(Function* F);
+};
+
+} // namespace sysy