source: icGREP/icgrep-devel/icgrep/pablo/optimizers/pablo_simplifier.cpp @ 4852

Last change on this file since 4852 was 4852, checked in by nmedfort, 4 years ago

Bug fix for \N{..} + minor optimization changes.

File size: 16.5 KB
Line 
1#include <pablo/optimizers/pablo_simplifier.hpp>
2#include <pablo/codegenstate.h>
3#include <pablo/expression_map.hpp>
4#include <pablo/function.h>
5#include <pablo/printer_pablos.h>
6#include <pablo/analysis/pabloverifier.hpp>
7#ifdef USE_BOOST
8#include <boost/container/flat_set.hpp>
9#else
10#include <unordered_set>
11#endif
12#include <iostream>
13
14namespace pablo {
15
16#ifdef USE_BOOST
17template <typename Type>
18using SmallSet = boost::container::flat_set<Type>;
19#else
20template <typename Type>
21using SmallSet = std::unordered_set<Type>;
22#endif
23
24/** ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- *
25 * @brief optimize
26 ** ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- */
27bool Simplifier::optimize(PabloFunction & function) {
28    eliminateRedundantCode(function.getEntryBlock());
29    deadCodeElimination(function.getEntryBlock());
30    eliminateRedundantEquations(function.getEntryBlock());
31    #ifndef NDEBUG
32    PabloVerifier::verify(function, "post-simplification");
33    #endif
34    return true;
35}
36
37/** ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- *
38 * @brief canTriviallyFold
39 ** ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- */
40inline static PabloAST * canTriviallyFold(Statement * stmt, PabloBlock & block) {
41    for (unsigned i = 0; i != stmt->getNumOperands(); ++i) {
42        if (LLVM_UNLIKELY(isa<Zeroes>(stmt->getOperand(i)))) {
43            switch (stmt->getClassTypeId()) {
44                case PabloAST::ClassTypeId::And:
45                case PabloAST::ClassTypeId::Advance:
46                    return block.createZeroes();
47                case PabloAST::ClassTypeId::Xor:
48                case PabloAST::ClassTypeId::Or:
49                    return stmt->getOperand(1 - i);
50                case PabloAST::ClassTypeId::Not:
51                    return block.createOnes();
52                case PabloAST::ClassTypeId::Sel:
53                    block.setInsertPoint(stmt->getPrevNode());
54                    switch (i) {
55                        case 0: return stmt->getOperand(2);
56                        case 1: return block.createAnd(block.createNot(stmt->getOperand(0)), stmt->getOperand(2));
57                        case 2: return block.createAnd(stmt->getOperand(0), stmt->getOperand(1));
58                    }
59                case PabloAST::ClassTypeId::ScanThru:
60                case PabloAST::ClassTypeId::MatchStar:
61                    return stmt->getOperand(0);
62                default: break;
63            }
64        } else if (LLVM_UNLIKELY(isa<Ones>(stmt->getOperand(i)))) {
65            block.setInsertPoint(stmt->getPrevNode());
66            switch (stmt->getClassTypeId()) {
67                case PabloAST::ClassTypeId::And:
68                    return stmt->getOperand(1 - i);
69                case PabloAST::ClassTypeId::Or:
70                    return block.createOnes();
71                case PabloAST::ClassTypeId::Xor:
72                    return block.createNot(stmt->getOperand(1 - i));
73                case PabloAST::ClassTypeId::Not:
74                    return block.createZeroes();
75                case PabloAST::ClassTypeId::Sel:
76                    block.setInsertPoint(stmt->getPrevNode());
77                    switch (i) {
78                        case 0: return stmt->getOperand(1);
79                        case 1: return block.createOr(stmt->getOperand(0), stmt->getOperand(2));
80                        case 2: return block.createOr(block.createNot(stmt->getOperand(0)), stmt->getOperand(1));
81                    }
82                case PabloAST::ClassTypeId::ScanThru:
83                    if (i == 1) {
84                        return block.createZeroes();
85                    }
86                    break;
87                case PabloAST::ClassTypeId::MatchStar:
88                    if (i == 0) {
89                        return block.createOnes();
90                    }
91                    break;
92                default: break;
93            }
94        }
95    }
96    return nullptr;
97}
98
99/** ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- *
100 * @brief isSuperfluous
101 ** ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- */
102inline bool Simplifier::isSuperfluous(const Assign * const assign) {
103    for (const PabloAST * inst : assign->users()) {
104        if (isa<Next>(inst) || isa<PabloFunction>(inst)) {
105            return false;
106        } else if (isa<If>(inst)) {
107            const If * ifNode = cast<If>(inst);
108            if (ifNode->getCondition() == assign) {
109                bool notFound = true;
110                for (Assign * defVar : ifNode->getDefined()) {
111                    if (defVar == assign) {
112                        notFound = false;
113                        break;
114                    }
115                }
116                if (notFound) {
117                    continue;
118                }
119            }
120            return false;
121        }
122    }
123    return true;
124}
125
126/** ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- *
127 * @brief demoteDefinedVar
128 ** ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- */
129inline bool demoteDefinedVar(const If * ifNode, const Assign * def) {
130    // If this value isn't used outside of this scope then there is no reason to allow it to escape it.
131    if (!escapes(def)) {
132        return true;
133    }
134    // Similarly if the defined variable is equivalent to the condition, an equivalent value is already available.
135    if (ifNode->getCondition() == def->getExpression()) {
136        return true;
137    }
138    // Finally, if the assignment is a constant, it's already known.
139    if (isa<Zeroes>(def->getExpression()) || isa<Ones>(def->getExpression()))  {
140        return true;
141    }
142    return false;
143}
144
145/** ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- *
146 * @brief replaceReachableUsersOfWith
147 ** ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- */
148inline void replaceReachableUsersOfWith(Statement * stmt, PabloAST * expr) {
149    const PabloBlock * const root = stmt->getParent();
150    SmallSet<const PabloBlock *> forbidden;
151    for (PabloAST * use : stmt->users()) {
152        if (LLVM_UNLIKELY(isa<Next>(use))) {
153            const PabloBlock * parent = cast<Next>(use)->getParent();
154            if (parent != root) {
155                forbidden.insert(parent);
156            }
157        }
158    }
159    for (PabloAST * use : stmt->users()) {
160        if (Statement * user = dyn_cast<Statement>(use)) {
161            const PabloBlock * parent = user->getParent();
162            while (parent && forbidden.count(parent) == 0) {
163                if (LLVM_UNLIKELY(parent == root)) {
164                    user->replaceUsesOfWith(stmt, expr);
165                    break;
166                }
167                parent = parent->getParent();
168            }
169        }
170    }
171}
172
173/** ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- *
174 * @brief discardNestedIfBlock
175 *
176 * If this inner block is composed of only Boolean logic and Assign statements and there are fewer than 3
177 * statements, just add the statements in the inner block to the current block.
178 ** ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- */
179inline bool discardNestedIfBlock(const PabloBlock & pb) {
180    unsigned computations = 0;
181    for (const Statement * stmt : pb) {
182        switch (stmt->getClassTypeId()) {
183            case PabloAST::ClassTypeId::And:
184            case PabloAST::ClassTypeId::Or:
185            case PabloAST::ClassTypeId::Xor:
186                if (++computations > 3) {
187                    return false;
188                }
189            case PabloAST::ClassTypeId::Not:
190            case PabloAST::ClassTypeId::Assign:
191                break;
192            default:
193                return false;
194        }
195    }
196    return true;
197}
198
199/** ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- *
200 * @brief removeIdenticalEscapedValues
201 ** ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- */
202template <class ValueList>
203inline void removeIdenticalEscapedValues(ValueList & list) {
204    for (auto i = list.begin(); i != list.end(); ++i) {
205        for (auto j = i + 1; j != list.end(); ) {
206            if (LLVM_UNLIKELY(equals(*i, *j))) {
207                Statement * redundantValue = *j;
208                j = list.erase(j);
209                redundantValue->replaceWith(*i, false, true);
210                continue;
211            }
212            ++j;
213        }
214    }
215}
216
217/** ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- *
218 * @brief eliminateRedundantCode
219 ** ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- */
220void Simplifier::eliminateRedundantCode(PabloBlock & block, ExpressionTable * predecessor) {
221    ExpressionTable encountered(predecessor);
222    Statement * stmt = block.front();
223    while (stmt) {
224        if (Assign * assign = dyn_cast<Assign>(stmt)) {
225            // If we have an Assign whose users do not contain an If or Next node, we can replace its users with
226            // the Assign's expression directly.
227            if (isSuperfluous(assign)) {
228                if (assign->getNumUses() == 0) {
229                    stmt = assign->eraseFromParent();
230                } else {
231                    stmt = assign->replaceWith(assign->getExpression(), true, true);
232                }
233                continue;
234            }
235            // Force the uses of an Assign node that can reach the original expression to use the expression instead.
236            replaceReachableUsersOfWith(assign, assign->getExpression());
237        } else if (Next * next = dyn_cast<Next>(stmt)) {
238            replaceReachableUsersOfWith(next, next->getExpr());
239        } else if (If * ifNode = dyn_cast<If>(stmt)) {
240            // Check to see if the Cond is Zero and delete the loop.
241            if (LLVM_UNLIKELY(isa<Zeroes>(ifNode->getCondition()))) {
242                stmt = stmt->eraseFromParent(true);
243                continue;
244            }
245
246            bool evaluate = true;
247            If::DefinedVars & defs = ifNode->getDefined();
248            while (evaluate) {
249                evaluate = false;
250                // Process the If body
251                eliminateRedundantCode(cast<If>(stmt)->getBody(), &encountered);
252                // Now test whether all of the defined variables are necessary
253                for (auto itr = defs.begin(); itr != defs.end(); ) {
254                    Assign * def = *itr;
255                    if (LLVM_UNLIKELY(demoteDefinedVar(ifNode, def))) {
256                        itr = defs.erase(itr);
257                        def->replaceWith(def->getExpression(), false, true);
258                        evaluate = true;
259                        continue;
260                    }
261                    ++itr;
262                }
263            }
264
265            // If we ended up removing all of the defined variables, delete the If node.
266            if (LLVM_UNLIKELY(defs.empty())) {
267                stmt = stmt->eraseFromParent(true);
268                continue;
269            }
270
271            // Otherwise check if we any Assign reports the same value as another. If so, replace all uses of the
272            // second with the first. This will simplify future analysis.
273            removeIdenticalEscapedValues(ifNode->getDefined());
274
275            // Finally after we've eliminated everything we can from the If body, check whether testing the If
276            // condition will meet or exceed the cost of executing the body.
277            if (LLVM_UNLIKELY(discardNestedIfBlock(ifNode->getBody()))) {
278                Statement * nested = ifNode->getBody().front();
279                while (nested) {
280                    Statement * next = nested->removeFromParent();
281                    nested->insertAfter(stmt);
282                    stmt = nested;
283                    nested = next;
284                }
285                ifNode->getDefined().clear();
286                stmt = ifNode->eraseFromParent(true);
287                continue;
288            }
289
290        } else if (While * whileNode = dyn_cast<While>(stmt)) {
291            const PabloAST * initial = whileNode->getCondition();
292            if (LLVM_LIKELY(isa<Next>(initial))) {
293                initial = cast<Next>(initial)->getInitial();
294            }
295            if (LLVM_UNLIKELY(isa<Zeroes>(initial))) {
296                stmt = stmt->eraseFromParent(true);
297                continue;
298            }
299            eliminateRedundantCode(whileNode->getBody(), &encountered);
300            removeIdenticalEscapedValues(whileNode->getVariants());
301        } else if (PabloAST * expr = canTriviallyFold(stmt, block)) {
302            stmt = stmt->replaceWith(expr, true, true);
303            continue;
304        } else {
305            // When we're creating the Pablo program, it's possible to have multiple instances of an "identical"
306            // statement. By recording which statements have already been seen, we can detect the redundant statements
307            // as any having the same type and operands. If so, we can replace its users with the prior statement.
308            // and erase this statement from the AST
309            const auto f = encountered.findOrAdd(stmt);
310            if (!f.second) {
311                stmt = stmt->replaceWith(f.first, true, true);
312                continue;
313            }
314        }
315        stmt = stmt->getNextNode();
316    }
317}
318
319/** ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- *
320 * @brief deadCodeElimination
321 ** ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- */
322void Simplifier::deadCodeElimination(PabloBlock & block) {
323    Statement * stmt = block.front();
324    while (stmt) {
325        if (isa<If>(stmt)) {
326            deadCodeElimination(cast<If>(stmt)->getBody());
327        } else if (isa<While>(stmt)) {
328            deadCodeElimination(cast<While>(stmt)->getBody());
329        } else if (stmt->getNumUses() == 0){
330            stmt = stmt->eraseFromParent(true);
331            continue;
332        }
333        stmt = stmt->getNextNode();
334    }
335}
336
337/** ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- *
338 * @brief eliminateRedundantEquations
339 ** ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- */
340void Simplifier::eliminateRedundantEquations(PabloBlock & block) {
341    Statement * stmt = block.front();
342    while (stmt) {
343        if (isa<If>(stmt)) {
344            eliminateRedundantEquations(cast<If>(stmt)->getBody());
345        } else if (isa<While>(stmt)) {
346            eliminateRedundantEquations(cast<While>(stmt)->getBody());
347        } else if (isa<Advance>(stmt)) {
348            Advance * adv = cast<Advance>(stmt);
349            if (LLVM_UNLIKELY(isa<Advance>(adv->getOperand(0)))) {
350                // Replace an Advance(Advance(x, n), m) with an Advance(x,n + m)
351                Advance * op = cast<Advance>(stmt->getOperand(0));
352                if (LLVM_UNLIKELY(op->getNumUses() == 1)) {
353                    adv->setOperand(0, op->getOperand(0));
354                    adv->setOperand(1, block.getInteger(adv->getAdvanceAmount() + op->getAdvanceAmount()));
355                    op->eraseFromParent(false);
356                }
357            }
358        } else if (LLVM_UNLIKELY(isa<ScanThru>(stmt))) {
359            ScanThru * scanThru = cast<ScanThru>(stmt);
360            if (LLVM_UNLIKELY(isa<Advance>(scanThru->getOperand(0)))) {
361                // Replace a ScanThru(Advance(x,n),y) with an ScanThru(Advance(x, n - 1), Advance(x, n - 1) | y), where Advance(x, 0) = x
362                Advance * op = cast<Advance>(stmt->getOperand(0));
363                if (LLVM_UNLIKELY(op->getNumUses() == 1)) {
364                    block.setInsertPoint(scanThru->getPrevNode());
365                    PabloAST * expr = block.createAdvance(op->getOperand(0), op->getAdvanceAmount() - 1);
366                    scanThru->setOperand(0, expr);
367                    scanThru->setOperand(1, block.createOr(scanThru->getOperand(1), expr));
368                    op->eraseFromParent(false);
369                }
370            }
371        }
372        stmt = stmt->getNextNode();
373    }
374    block.setInsertPoint(block.back());
375}
376
377}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.