For PR1043:
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / ADCE.cpp
1 //===- ADCE.cpp - Code to perform aggressive dead code elimination --------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements "aggressive" dead code elimination.  ADCE is DCe where
11 // values are assumed to be dead until proven otherwise.  This is similar to
12 // SCCP, except applied to the liveness of values.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #define DEBUG_TYPE "adce"
17 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
18 #include "llvm/Constants.h"
19 #include "llvm/Instructions.h"
20 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
21 #include "llvm/Analysis/PostDominators.h"
22 #include "llvm/Support/CFG.h"
23 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
24 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
25 #include "llvm/Transforms/Utils/UnifyFunctionExitNodes.h"
26 #include "llvm/Support/Debug.h"
27 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
28 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
29 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
30 #include <algorithm>
31 using namespace llvm;
32
33 STATISTIC(NumBlockRemoved, "Number of basic blocks removed");
34 STATISTIC(NumInstRemoved , "Number of instructions removed");
35 STATISTIC(NumCallRemoved , "Number of calls and invokes removed");
36
37 namespace {
38 //===----------------------------------------------------------------------===//
39 // ADCE Class
40 //
41 // This class does all of the work of Aggressive Dead Code Elimination.
42 // It's public interface consists of a constructor and a doADCE() method.
43 //
44 class ADCE : public FunctionPass {
45   Function *Func;                       // The function that we are working on
46   std::vector<Instruction*> WorkList;   // Instructions that just became live
47   std::set<Instruction*>    LiveSet;    // The set of live instructions
48
49   //===--------------------------------------------------------------------===//
50   // The public interface for this class
51   //
52 public:
53   // Execute the Aggressive Dead Code Elimination Algorithm
54   //
55   virtual bool runOnFunction(Function &F) {
56     Func = &F;
57     bool Changed = doADCE();
58     assert(WorkList.empty());
59     LiveSet.clear();
60     return Changed;
61   }
62   // getAnalysisUsage - We require post dominance frontiers (aka Control
63   // Dependence Graph)
64   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
65     // We require that all function nodes are unified, because otherwise code
66     // can be marked live that wouldn't necessarily be otherwise.
67     AU.addRequired<UnifyFunctionExitNodes>();
68     AU.addRequired<AliasAnalysis>();
69     AU.addRequired<PostDominatorTree>();
70     AU.addRequired<PostDominanceFrontier>();
71   }
72
73
74   //===--------------------------------------------------------------------===//
75   // The implementation of this class
76   //
77 private:
78   // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
79   // true if the function was modified.
80   //
81   bool doADCE();
82
83   void markBlockAlive(BasicBlock *BB);
84
85
86   // deleteDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the instructions in
87   // the specified basic block, deleting ones that are dead according to
88   // LiveSet.
89   bool deleteDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB);
90
91   TerminatorInst *convertToUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI);
92
93   inline void markInstructionLive(Instruction *I) {
94     if (!LiveSet.insert(I).second) return;
95     DOUT << "Insn Live: " << *I;
96     WorkList.push_back(I);
97   }
98
99   inline void markTerminatorLive(const BasicBlock *BB) {
100     DOUT << "Terminator Live: " << *BB->getTerminator();
101     markInstructionLive(const_cast<TerminatorInst*>(BB->getTerminator()));
102   }
103 };
104
105   RegisterPass<ADCE> X("adce", "Aggressive Dead Code Elimination");
106 } // End of anonymous namespace
107
108 FunctionPass *llvm::createAggressiveDCEPass() { return new ADCE(); }
109
110 void ADCE::markBlockAlive(BasicBlock *BB) {
111   // Mark the basic block as being newly ALIVE... and mark all branches that
112   // this block is control dependent on as being alive also...
113   //
114   PostDominanceFrontier &CDG = getAnalysis<PostDominanceFrontier>();
115
116   PostDominanceFrontier::const_iterator It = CDG.find(BB);
117   if (It != CDG.end()) {
118     // Get the blocks that this node is control dependent on...
119     const PostDominanceFrontier::DomSetType &CDB = It->second;
120     for (PostDominanceFrontier::DomSetType::const_iterator I =
121            CDB.begin(), E = CDB.end(); I != E; ++I)
122       markTerminatorLive(*I);   // Mark all their terminators as live
123   }
124
125   // If this basic block is live, and it ends in an unconditional branch, then
126   // the branch is alive as well...
127   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
128     if (BI->isUnconditional())
129       markTerminatorLive(BB);
130 }
131
132 // deleteDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the instructions in the
133 // specified basic block, deleting ones that are dead according to LiveSet.
134 bool ADCE::deleteDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB) {
135   bool Changed = false;
136   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = --BB->end(); II != E; ) {
137     Instruction *I = II++;
138     if (!LiveSet.count(I)) {              // Is this instruction alive?
139       if (!I->use_empty())
140         I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
141
142       // Nope... remove the instruction from it's basic block...
143       if (isa<CallInst>(I))
144         ++NumCallRemoved;
145       else
146         ++NumInstRemoved;
147       BB->getInstList().erase(I);
148       Changed = true;
149     }
150   }
151   return Changed;
152 }
153
154
155 /// convertToUnconditionalBranch - Transform this conditional terminator
156 /// instruction into an unconditional branch because we don't care which of the
157 /// successors it goes to.  This eliminate a use of the condition as well.
158 ///
159 TerminatorInst *ADCE::convertToUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI) {
160   BranchInst *NB = new BranchInst(TI->getSuccessor(0), TI);
161   BasicBlock *BB = TI->getParent();
162
163   // Remove entries from PHI nodes to avoid confusing ourself later...
164   for (unsigned i = 1, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
165     TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
166
167   // Delete the old branch itself...
168   BB->getInstList().erase(TI);
169   return NB;
170 }
171
172
173 // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
174 // true if the function was modified.
175 //
176 bool ADCE::doADCE() {
177   bool MadeChanges = false;
178
179   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
180
181
182   // Iterate over all invokes in the function, turning invokes into calls if
183   // they cannot throw.
184   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB)
185     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(BB->getTerminator()))
186       if (Function *F = II->getCalledFunction())
187         if (AA.onlyReadsMemory(F)) {
188           // The function cannot unwind.  Convert it to a call with a branch
189           // after it to the normal destination.
190           std::vector<Value*> Args(II->op_begin()+3, II->op_end());
191           std::string Name = II->getName(); II->setName("");
192           CallInst *NewCall = new CallInst(F, Args, Name, II);
193           NewCall->setCallingConv(II->getCallingConv());
194           II->replaceAllUsesWith(NewCall);
195           new BranchInst(II->getNormalDest(), II);
196
197           // Update PHI nodes in the unwind destination
198           II->getUnwindDest()->removePredecessor(BB);
199           BB->getInstList().erase(II);
200
201           if (NewCall->use_empty()) {
202             BB->getInstList().erase(NewCall);
203             ++NumCallRemoved;
204           }
205         }
206
207   // Iterate over all of the instructions in the function, eliminating trivially
208   // dead instructions, and marking instructions live that are known to be
209   // needed.  Perform the walk in depth first order so that we avoid marking any
210   // instructions live in basic blocks that are unreachable.  These blocks will
211   // be eliminated later, along with the instructions inside.
212   //
213   std::set<BasicBlock*> ReachableBBs;
214   for (df_ext_iterator<BasicBlock*>
215          BBI = df_ext_begin(&Func->front(), ReachableBBs),
216          BBE = df_ext_end(&Func->front(), ReachableBBs); BBI != BBE; ++BBI) {
217     BasicBlock *BB = *BBI;
218     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), EI = BB->end(); II != EI; ) {
219       Instruction *I = II++;
220       if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
221         Function *F = CI->getCalledFunction();
222         if (F && AA.onlyReadsMemory(F)) {
223           if (CI->use_empty()) {
224             BB->getInstList().erase(CI);
225             ++NumCallRemoved;
226           }
227         } else {
228           markInstructionLive(I);
229         }
230       } else if (I->mayWriteToMemory() || isa<ReturnInst>(I) ||
231                  isa<UnwindInst>(I) || isa<UnreachableInst>(I)) {
232         // FIXME: Unreachable instructions should not be marked intrinsically
233         // live here.
234         markInstructionLive(I);
235       } else if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
236         // Remove the instruction from it's basic block...
237         BB->getInstList().erase(I);
238         ++NumInstRemoved;
239       }
240     }
241   }
242
243   // Check to ensure we have an exit node for this CFG.  If we don't, we won't
244   // have any post-dominance information, thus we cannot perform our
245   // transformations safely.
246   //
247   PostDominatorTree &DT = getAnalysis<PostDominatorTree>();
248   if (DT[&Func->getEntryBlock()] == 0) {
249     WorkList.clear();
250     return MadeChanges;
251   }
252
253   // Scan the function marking blocks without post-dominance information as
254   // live.  Blocks without post-dominance information occur when there is an
255   // infinite loop in the program.  Because the infinite loop could contain a
256   // function which unwinds, exits or has side-effects, we don't want to delete
257   // the infinite loop or those blocks leading up to it.
258   for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
259     if (DT[I] == 0 && ReachableBBs.count(I))
260       for (pred_iterator PI = pred_begin(I), E = pred_end(I); PI != E; ++PI)
261         markInstructionLive((*PI)->getTerminator());
262
263   DOUT << "Processing work list\n";
264
265   // AliveBlocks - Set of basic blocks that we know have instructions that are
266   // alive in them...
267   //
268   std::set<BasicBlock*> AliveBlocks;
269
270   // Process the work list of instructions that just became live... if they
271   // became live, then that means that all of their operands are necessary as
272   // well... make them live as well.
273   //
274   while (!WorkList.empty()) {
275     Instruction *I = WorkList.back(); // Get an instruction that became live...
276     WorkList.pop_back();
277
278     BasicBlock *BB = I->getParent();
279     if (!ReachableBBs.count(BB)) continue;
280     if (AliveBlocks.insert(BB).second)     // Basic block not alive yet.
281       markBlockAlive(BB);             // Make it so now!
282
283     // PHI nodes are a special case, because the incoming values are actually
284     // defined in the predecessor nodes of this block, meaning that the PHI
285     // makes the predecessors alive.
286     //
287     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
288       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
289         // If the incoming edge is clearly dead, it won't have control
290         // dependence information.  Do not mark it live.
291         BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
292         if (ReachableBBs.count(PredBB)) {
293           // FIXME: This should mark the control dependent edge as live, not
294           // necessarily the predecessor itself!
295           if (AliveBlocks.insert(PredBB).second)
296             markBlockAlive(PN->getIncomingBlock(i));   // Block is newly ALIVE!
297           if (Instruction *Op = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(i)))
298             markInstructionLive(Op);
299         }
300       }
301     } else {
302       // Loop over all of the operands of the live instruction, making sure that
303       // they are known to be alive as well.
304       //
305       for (unsigned op = 0, End = I->getNumOperands(); op != End; ++op)
306         if (Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(op)))
307           markInstructionLive(Operand);
308     }
309   }
310
311   DEBUG(
312     DOUT << "Current Function: X = Live\n";
313     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I){
314       DOUT << I->getName() << ":\t"
315            << (AliveBlocks.count(I) ? "LIVE\n" : "DEAD\n");
316       for (BasicBlock::iterator BI = I->begin(), BE = I->end(); BI != BE; ++BI){
317         if (LiveSet.count(BI)) DOUT << "X ";
318         DOUT << *BI;
319       }
320     });
321
322   // All blocks being live is a common case, handle it specially.
323   if (AliveBlocks.size() == Func->size()) {  // No dead blocks?
324     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I) {
325       // Loop over all of the instructions in the function deleting instructions
326       // to drop their references.
327       deleteDeadInstructionsInLiveBlock(I);
328
329       // Check to make sure the terminator instruction is live.  If it isn't,
330       // this means that the condition that it branches on (we know it is not an
331       // unconditional branch), is not needed to make the decision of where to
332       // go to, because all outgoing edges go to the same place.  We must remove
333       // the use of the condition (because it's probably dead), so we convert
334       // the terminator to an unconditional branch.
335       //
336       TerminatorInst *TI = I->getTerminator();
337       if (!LiveSet.count(TI))
338         convertToUnconditionalBranch(TI);
339     }
340
341     return MadeChanges;
342   }
343
344
345   // If the entry node is dead, insert a new entry node to eliminate the entry
346   // node as a special case.
347   //
348   if (!AliveBlocks.count(&Func->front())) {
349     BasicBlock *NewEntry = new BasicBlock();
350     new BranchInst(&Func->front(), NewEntry);
351     Func->getBasicBlockList().push_front(NewEntry);
352     AliveBlocks.insert(NewEntry);    // This block is always alive!
353     LiveSet.insert(NewEntry->getTerminator());  // The branch is live
354   }
355
356   // Loop over all of the alive blocks in the function.  If any successor
357   // blocks are not alive, we adjust the outgoing branches to branch to the
358   // first live postdominator of the live block, adjusting any PHI nodes in
359   // the block to reflect this.
360   //
361   for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
362     if (AliveBlocks.count(I)) {
363       BasicBlock *BB = I;
364       TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
365
366       // If the terminator instruction is alive, but the block it is contained
367       // in IS alive, this means that this terminator is a conditional branch on
368       // a condition that doesn't matter.  Make it an unconditional branch to
369       // ONE of the successors.  This has the side effect of dropping a use of
370       // the conditional value, which may also be dead.
371       if (!LiveSet.count(TI))
372         TI = convertToUnconditionalBranch(TI);
373
374       // Loop over all of the successors, looking for ones that are not alive.
375       // We cannot save the number of successors in the terminator instruction
376       // here because we may remove them if we don't have a postdominator.
377       //
378       for (unsigned i = 0; i != TI->getNumSuccessors(); ++i)
379         if (!AliveBlocks.count(TI->getSuccessor(i))) {
380           // Scan up the postdominator tree, looking for the first
381           // postdominator that is alive, and the last postdominator that is
382           // dead...
383           //
384           PostDominatorTree::Node *LastNode = DT[TI->getSuccessor(i)];
385           PostDominatorTree::Node *NextNode = 0;
386
387           if (LastNode) {
388             NextNode = LastNode->getIDom();
389             while (!AliveBlocks.count(NextNode->getBlock())) {
390               LastNode = NextNode;
391               NextNode = NextNode->getIDom();
392               if (NextNode == 0) {
393                 LastNode = 0;
394                 break;
395               }
396             }
397           }
398
399           // There is a special case here... if there IS no post-dominator for
400           // the block we have nowhere to point our branch to.  Instead, convert
401           // it to a return.  This can only happen if the code branched into an
402           // infinite loop.  Note that this may not be desirable, because we
403           // _are_ altering the behavior of the code.  This is a well known
404           // drawback of ADCE, so in the future if we choose to revisit the
405           // decision, this is where it should be.
406           //
407           if (LastNode == 0) {        // No postdominator!
408             if (!isa<InvokeInst>(TI)) {
409               // Call RemoveSuccessor to transmogrify the terminator instruction
410               // to not contain the outgoing branch, or to create a new
411               // terminator if the form fundamentally changes (i.e.,
412               // unconditional branch to return).  Note that this will change a
413               // branch into an infinite loop into a return instruction!
414               //
415               RemoveSuccessor(TI, i);
416
417               // RemoveSuccessor may replace TI... make sure we have a fresh
418               // pointer.
419               //
420               TI = BB->getTerminator();
421
422               // Rescan this successor...
423               --i;
424             } else {
425
426             }
427           } else {
428             // Get the basic blocks that we need...
429             BasicBlock *LastDead = LastNode->getBlock();
430             BasicBlock *NextAlive = NextNode->getBlock();
431
432             // Make the conditional branch now go to the next alive block...
433             TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
434             TI->setSuccessor(i, NextAlive);
435
436             // If there are PHI nodes in NextAlive, we need to add entries to
437             // the PHI nodes for the new incoming edge.  The incoming values
438             // should be identical to the incoming values for LastDead.
439             //
440             for (BasicBlock::iterator II = NextAlive->begin();
441                  isa<PHINode>(II); ++II) {
442               PHINode *PN = cast<PHINode>(II);
443               if (LiveSet.count(PN)) {  // Only modify live phi nodes
444                 // Get the incoming value for LastDead...
445                 int OldIdx = PN->getBasicBlockIndex(LastDead);
446                 assert(OldIdx != -1 &&"LastDead is not a pred of NextAlive!");
447                 Value *InVal = PN->getIncomingValue(OldIdx);
448
449                 // Add an incoming value for BB now...
450                 PN->addIncoming(InVal, BB);
451               }
452             }
453           }
454         }
455
456       // Now loop over all of the instructions in the basic block, deleting
457       // dead instructions.  This is so that the next sweep over the program
458       // can safely delete dead instructions without other dead instructions
459       // still referring to them.
460       //
461       deleteDeadInstructionsInLiveBlock(BB);
462     }
463
464   // Loop over all of the basic blocks in the function, dropping references of
465   // the dead basic blocks.  We must do this after the previous step to avoid
466   // dropping references to PHIs which still have entries...
467   //
468   std::vector<BasicBlock*> DeadBlocks;
469   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB)
470     if (!AliveBlocks.count(BB)) {
471       // Remove PHI node entries for this block in live successor blocks.
472       for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
473         if (!SI->empty() && isa<PHINode>(SI->front()) && AliveBlocks.count(*SI))
474           (*SI)->removePredecessor(BB);
475
476       BB->dropAllReferences();
477       MadeChanges = true;
478       DeadBlocks.push_back(BB);
479     }
480
481   NumBlockRemoved += DeadBlocks.size();
482
483   // Now loop through all of the blocks and delete the dead ones.  We can safely
484   // do this now because we know that there are no references to dead blocks
485   // (because they have dropped all of their references).
486   for (std::vector<BasicBlock*>::iterator I = DeadBlocks.begin(),
487          E = DeadBlocks.end(); I != E; ++I)
488     Func->getBasicBlockList().erase(*I);
489
490   return MadeChanges;
491 }