[midend-LoopAnalysis]为项目添加别名分析遍,副作用分析遍,循环分析遍,循环特征分析遍

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@@ -4,8 +4,10 @@
#include "IR.h" // 包含 IR 定义
#include "Pass.h" // 包含 Pass 框架
#include <algorithm>
#include <functional>
#include <map>
#include <memory>
#include <optional>
#include <queue> // 用于循环体块的逆向遍历
#include <set>
#include <vector>
@@ -92,6 +94,65 @@ public:
return backEdgeCount == 1;
}
/**
* 获取所有出口目标块 (循环外接收循环出口边的块)
* 使用场景: 循环后置处理、phi节点分析
*/
std::vector<BasicBlock*> getExitTargetBlocks() const {
std::set<BasicBlock*> exitTargetSet;
for (BasicBlock* bb : LoopBlocks) {
for (BasicBlock* succ : bb->getSuccessors()) {
if (!contains(succ)) {
exitTargetSet.insert(succ);
}
}
}
return std::vector<BasicBlock*>(exitTargetSet.begin(), exitTargetSet.end());
}
/**
* 计算循环的"深度"相对于指定的祖先循环
* 使用场景: 相对深度计算、嵌套分析
*/
int getRelativeDepth(Loop* ancestor) const {
if (this == ancestor) return 0;
int depth = 0;
Loop* current = this->ParentLoop;
while (current && current != ancestor) {
depth++;
current = current->ParentLoop;
}
return current == ancestor ? depth : -1; // -1表示不是祖先关系
}
/**
* 检查循环是否包含函数调用
* 使用场景: 内联决策、副作用分析
*/
bool containsFunctionCalls() const {
for (BasicBlock* bb : LoopBlocks) {
for (auto& inst : bb->getInstructions()) {
if (dynamic_cast<CallInst*>(inst.get())) {
return true;
}
}
}
return false;
}
/**
* 估算循环的"热度" (基于嵌套深度和大小)
* 使用场景: 优化优先级、资源分配
*/
double getLoopHotness() const {
// 简单的热度估算: 深度权重 + 大小惩罚
double hotness = std::pow(2.0, Level); // 深度越深越热
hotness /= std::sqrt(LoopBlocks.size()); // 大小越大相对热度降低
return hotness;
}
// --- 供 LoopAnalysisPass 内部调用的方法,用于构建 Loop 对象 ---
void addBlock(BasicBlock *BB) { LoopBlocks.insert(BB); }
void addExitBlock(BasicBlock *BB) { ExitBlocks.insert(BB); }
@@ -112,81 +173,345 @@ private:
/**
* @brief 循环分析结果类。
* 包含一个函数中所有识别出的循环。
* 包含一个函数中所有识别出的循环,并提供高效的查询缓存机制
*/
class LoopAnalysisResult : public AnalysisResultBase {
public:
LoopAnalysisResult(Function *F) : AssociatedFunction(F) {}
~LoopAnalysisResult() override = default;
// ========== 缓存统计结构 ==========
struct CacheStats {
size_t innermostLoopsCached;
size_t outermostLoopsCached;
size_t loopsByDepthCached;
size_t containingLoopsCached;
size_t allNestedLoopsCached;
size_t totalCachedQueries;
};
private:
// ========== 高频查询缓存 (必须缓存) ==========
mutable std::optional<std::vector<Loop*>> cachedInnermostLoops;
mutable std::optional<std::vector<Loop*>> cachedOutermostLoops;
mutable std::optional<int> cachedMaxDepth;
mutable std::optional<size_t> cachedLoopCount;
mutable std::map<int, std::vector<Loop*>> cachedLoopsByDepth;
// ========== 中频查询缓存 (选择性缓存) ==========
mutable std::map<BasicBlock*, Loop*> cachedInnermostContainingLoop;
mutable std::map<Loop*, std::set<Loop*>> cachedAllNestedLoops; // 递归嵌套
mutable std::map<BasicBlock*, std::vector<Loop*>> cachedAllContainingLoops;
// ========== 缓存状态管理 ==========
mutable bool cacheValid = true;
// 内部辅助方法
void invalidateCache() const {
cachedInnermostLoops.reset();
cachedOutermostLoops.reset();
cachedMaxDepth.reset();
cachedLoopCount.reset();
cachedLoopsByDepth.clear();
cachedInnermostContainingLoop.clear();
cachedAllNestedLoops.clear();
cachedAllContainingLoops.clear();
cacheValid = false;
}
void ensureCacheValid() const {
if (!cacheValid) {
// 重新计算基础缓存
computeBasicCache();
cacheValid = true;
}
}
void computeBasicCache() const {
// 计算最内层循环
if (!cachedInnermostLoops) {
cachedInnermostLoops = std::vector<Loop*>();
for (const auto& loop : AllLoops) {
if (loop->isInnermost()) {
cachedInnermostLoops->push_back(loop.get());
}
}
}
// 计算最外层循环
if (!cachedOutermostLoops) {
cachedOutermostLoops = std::vector<Loop*>();
for (const auto& loop : AllLoops) {
if (loop->isOutermost()) {
cachedOutermostLoops->push_back(loop.get());
}
}
}
// 计算最大深度
if (!cachedMaxDepth) {
int maxDepth = 0;
for (const auto& loop : AllLoops) {
maxDepth = std::max(maxDepth, loop->getLoopDepth());
}
cachedMaxDepth = maxDepth;
}
// 计算循环总数
if (!cachedLoopCount) {
cachedLoopCount = AllLoops.size();
}
}
public:
// ========== 基础接口 (保持向后兼容,但增加缓存失效) ==========
// 添加一个识别出的循环到结果中
void addLoop(std::unique_ptr<Loop> loop) {
invalidateCache(); // 添加新循环时失效缓存
AllLoops.push_back(std::move(loop));
// 也可以选择将 Loop* 存储到 map 中,方便通过 header 查找
LoopMap[AllLoops.back()->getHeader()] = AllLoops.back().get();
}
// 获取所有识别出的循环unique_ptr 管理内存)
const std::vector<std::unique_ptr<Loop>> &getAllLoops() const { return AllLoops; }
// 获取所有最外层循环
const std::vector<Loop *> &getOutermostLoops() const { return OutermostLoops; }
const std::vector<Loop *> &getInnermostLoops() const { return InnermostLoops; }
// 获取循环总数
size_t getLoopCount() const { return AllLoops.size(); }
// 获取最大循环嵌套深度
int getMaxLoopDepth() const {
int maxDepth = 0;
for (const auto& loop : AllLoops) {
if (loop->getLoopDepth() > maxDepth) {
maxDepth = loop->getLoopDepth();
// ========== 高频查询接口 (缓存优化) ==========
/**
* 获取所有最内层循环 - 循环优化的主要目标
* 使用场景: 循环展开、向量化、循环不变量外提
*/
const std::vector<Loop*>& getInnermostLoops() const {
ensureCacheValid();
if (!cachedInnermostLoops) {
cachedInnermostLoops = std::vector<Loop*>();
for (const auto& loop : AllLoops) {
if (loop->isInnermost()) {
cachedInnermostLoops->push_back(loop.get());
}
}
}
return maxDepth;
return *cachedInnermostLoops;
}
/**
* 获取所有最外层循环
* 使用场景: 循环树遍历、整体优化策略
*/
const std::vector<Loop*>& getOutermostLoops() const {
ensureCacheValid();
if (!cachedOutermostLoops) {
cachedOutermostLoops = std::vector<Loop*>();
for (const auto& loop : AllLoops) {
if (loop->isOutermost()) {
cachedOutermostLoops->push_back(loop.get());
}
}
}
return *cachedOutermostLoops;
}
/**
* 获取指定深度的所有循环
* 使用场景: 分层优化、循环展开决策、并行化分析
*/
const std::vector<Loop*>& getLoopsAtDepth(int depth) const {
ensureCacheValid();
if (cachedLoopsByDepth.find(depth) == cachedLoopsByDepth.end()) {
std::vector<Loop*> result;
for (const auto& loop : AllLoops) {
if (loop->getLoopDepth() == depth) {
result.push_back(loop.get());
}
}
cachedLoopsByDepth[depth] = std::move(result);
}
return cachedLoopsByDepth[depth];
}
/**
* 获取最大循环嵌套深度
* 使用场景: 优化预算分配、编译时间控制
*/
int getMaxLoopDepth() const {
ensureCacheValid();
if (!cachedMaxDepth) {
int maxDepth = 0;
for (const auto& loop : AllLoops) {
maxDepth = std::max(maxDepth, loop->getLoopDepth());
}
cachedMaxDepth = maxDepth;
}
return *cachedMaxDepth;
}
/**
* 获取循环总数
* 使用场景: 统计信息、优化决策
*/
size_t getLoopCount() const {
ensureCacheValid();
if (!cachedLoopCount) {
cachedLoopCount = AllLoops.size();
}
return *cachedLoopCount;
}
// 获取指定深度的循环数量
size_t getLoopCountAtDepth(int depth) const {
size_t count = 0;
for (const auto& loop : AllLoops) {
if (loop->getLoopDepth() == depth) {
count++;
}
}
return count;
return getLoopsAtDepth(depth).size();
}
// 检查函数是否包含循环
bool hasLoops() const { return !AllLoops.empty(); }
// ========== 中频查询接口 (选择性缓存) ==========
/**
* 获取包含指定基本块的最内层循环
* 使用场景: 活跃性分析、寄存器分配、指令调度
*/
Loop* getInnermostContainingLoop(BasicBlock* BB) const {
ensureCacheValid();
if (cachedInnermostContainingLoop.find(BB) == cachedInnermostContainingLoop.end()) {
Loop* result = nullptr;
int maxDepth = -1;
for (const auto& loop : AllLoops) {
if (loop->contains(BB) && loop->getLoopDepth() > maxDepth) {
result = loop.get();
maxDepth = loop->getLoopDepth();
}
}
cachedInnermostContainingLoop[BB] = result;
}
return cachedInnermostContainingLoop[BB];
}
/**
* 获取包含指定基本块的所有循环 (从外到内排序)
* 使用场景: 循环间优化、依赖分析
*/
const std::vector<Loop*>& getAllContainingLoops(BasicBlock* BB) const {
ensureCacheValid();
if (cachedAllContainingLoops.find(BB) == cachedAllContainingLoops.end()) {
std::vector<Loop*> result;
for (const auto& loop : AllLoops) {
if (loop->contains(BB)) {
result.push_back(loop.get());
}
}
// 按深度排序 (外层到内层)
std::sort(result.begin(), result.end(),
[](Loop* a, Loop* b) { return a->getLoopDepth() < b->getLoopDepth(); });
cachedAllContainingLoops[BB] = std::move(result);
}
return cachedAllContainingLoops[BB];
}
/**
* 获取指定循环的所有嵌套子循环 (递归)
* 使用场景: 循环树分析、嵌套优化
*/
const std::set<Loop*>& getAllNestedLoops(Loop* loop) const {
ensureCacheValid();
if (cachedAllNestedLoops.find(loop) == cachedAllNestedLoops.end()) {
std::set<Loop*> result;
std::function<void(Loop*)> collectNested = [&](Loop* current) {
for (Loop* nested : current->getNestedLoops()) {
result.insert(nested);
collectNested(nested); // 递归收集
}
};
collectNested(loop);
cachedAllNestedLoops[loop] = std::move(result);
}
return cachedAllNestedLoops[loop];
}
// ========== 低频查询接口 (按需计算,不缓存) ==========
/**
* 检查两个循环是否有嵌套关系
* 使用场景: 循环间依赖分析
*/
bool isNestedLoop(Loop* inner, Loop* outer) const {
if (inner == outer) return false;
Loop* current = inner->getParentLoop();
while (current) {
if (current == outer) return true;
current = current->getParentLoop();
}
return false;
}
/**
* 获取两个循环的最近公共祖先循环
* 使用场景: 循环融合分析、优化范围确定
*/
Loop* getLowestCommonAncestor(Loop* loop1, Loop* loop2) const {
if (!loop1 || !loop2) return nullptr;
if (loop1 == loop2) return loop1;
// 收集loop1的所有祖先
std::set<Loop*> ancestors1;
Loop* current = loop1;
while (current) {
ancestors1.insert(current);
current = current->getParentLoop();
}
// 查找loop2祖先链中第一个在ancestors1中的循环
current = loop2;
while (current) {
if (ancestors1.count(current)) {
return current;
}
current = current->getParentLoop();
}
return nullptr; // 没有公共祖先
}
// 通过循环头获取 Loop 对象
Loop *getLoopForHeader(BasicBlock *header) const {
auto it = LoopMap.find(header);
return (it != LoopMap.end()) ? it->second : nullptr;
}
// 通过某个基本块获取包含它的最内层循环
// 通过某个基本块获取包含它的最内层循环 (向后兼容接口)
Loop *getLoopContainingBlock(BasicBlock *BB) const {
// 遍历所有循环,找到包含 BB 且层级最深的循环
Loop *innermostContainingLoop = nullptr;
for (const auto &loop_ptr : AllLoops) {
if (loop_ptr->contains(BB)) {
if (!innermostContainingLoop || loop_ptr->getLoopLevel() > innermostContainingLoop->getLoopLevel()) {
innermostContainingLoop = loop_ptr.get();
}
}
}
return innermostContainingLoop;
return getInnermostContainingLoop(BB);
}
// --- 供 LoopAnalysisPass 内部调用的方法,用于构建 LoopAnalysisResult 对象 ---
void addOutermostLoop(Loop *loop) { OutermostLoops.push_back(loop); }
void addInnermostLoop(Loop *loop) { InnermostLoops.push_back(loop); }
void clearOutermostLoops() { OutermostLoops.clear(); }
void clearInnermostLoops() { InnermostLoops.clear(); }
// ========== 缓存管理接口 ==========
/**
* 手动失效缓存 (当IR结构改变时调用)
*/
void invalidateQueryCache() const {
invalidateCache();
}
/**
* 获取缓存统计信息 (用于性能调试)
*/
CacheStats getCacheStats() const {
CacheStats stats = {};
stats.innermostLoopsCached = cachedInnermostLoops.has_value() ? 1 : 0;
stats.outermostLoopsCached = cachedOutermostLoops.has_value() ? 1 : 0;
stats.loopsByDepthCached = cachedLoopsByDepth.size();
stats.containingLoopsCached = cachedInnermostContainingLoop.size();
stats.allNestedLoopsCached = cachedAllNestedLoops.size();
stats.totalCachedQueries = stats.innermostLoopsCached + stats.outermostLoopsCached +
stats.loopsByDepthCached + stats.containingLoopsCached +
stats.allNestedLoopsCached;
return stats;
}
// --- 保留的内部接口 ---
// 注意:由于使用了缓存机制,不再需要手动维护最外层和最内层循环列表
// 打印分析结果
void print() const;
@@ -197,8 +522,7 @@ private:
Function *AssociatedFunction; // 结果关联的函数
std::vector<std::unique_ptr<Loop>> AllLoops; // 所有识别出的循环
std::map<BasicBlock *, Loop *> LoopMap; // 循环头到 Loop* 的映射,方便查找
std::vector<Loop *> OutermostLoops; // 最外层循环列表
std::vector<Loop *> InnermostLoops; // 最内层循环的列表
// 注意: 最外层和最内层循环列表已移除,现在通过缓存机制动态计算
};
/**