cb09a4e6fc6b4a1782c9c96bf563fd92c2e21fde
[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 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
17 #include "llvm/Constants.h"
18 #include "llvm/Instructions.h"
19 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
20 #include "llvm/Analysis/PostDominators.h"
21 #include "llvm/Support/CFG.h"
22 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
23 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
24 #include "llvm/Transforms/Utils/UnifyFunctionExitNodes.h"
25 #include "llvm/Support/Debug.h"
26 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
27 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
28 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
29 #include <algorithm>
30 using namespace llvm;
31
32 namespace {
33   Statistic<> NumBlockRemoved("adce", "Number of basic blocks removed");
34   Statistic<> NumInstRemoved ("adce", "Number of instructions removed");
35   Statistic<> NumCallRemoved ("adce", "Number of calls and invokes removed");
36
37 //===----------------------------------------------------------------------===//
38 // ADCE Class
39 //
40 // This class does all of the work of Aggressive Dead Code Elimination.
41 // It's public interface consists of a constructor and a doADCE() method.
42 //
43 class ADCE : public FunctionPass {
44   Function *Func;                       // The function that we are working on
45   std::vector<Instruction*> WorkList;   // Instructions that just became live
46   std::set<Instruction*>    LiveSet;    // The set of live instructions
47
48   //===--------------------------------------------------------------------===//
49   // The public interface for this class
50   //
51 public:
52   // Execute the Aggressive Dead Code Elimination Algorithm
53   //
54   virtual bool runOnFunction(Function &F) {
55     Func = &F;
56     bool Changed = doADCE();
57     assert(WorkList.empty());
58     LiveSet.clear();
59     return Changed;
60   }
61   // getAnalysisUsage - We require post dominance frontiers (aka Control
62   // Dependence Graph)
63   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
64     // We require that all function nodes are unified, because otherwise code
65     // can be marked live that wouldn't necessarily be otherwise.
66     AU.addRequired<UnifyFunctionExitNodes>();
67     AU.addRequired<AliasAnalysis>();
68     AU.addRequired<PostDominatorTree>();
69     AU.addRequired<PostDominanceFrontier>();
70   }
71
72
73   //===--------------------------------------------------------------------===//
74   // The implementation of this class
75   //
76 private:
77   // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
78   // true if the function was modified.
79   //
80   bool doADCE();
81
82   void markBlockAlive(BasicBlock *BB);
83
84
85   // deleteDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the instructions in
86   // the specified basic block, deleting ones that are dead according to
87   // LiveSet.
88   bool deleteDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB);
89
90   TerminatorInst *convertToUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI);
91
92   inline void markInstructionLive(Instruction *I) {
93     if (!LiveSet.insert(I).second) return;
94     DEBUG(std::cerr << "Insn Live: " << *I);
95     WorkList.push_back(I);
96   }
97
98   inline void markTerminatorLive(const BasicBlock *BB) {
99     DEBUG(std::cerr << "Terminator Live: " << *BB->getTerminator());
100     markInstructionLive(const_cast<TerminatorInst*>(BB->getTerminator()));
101   }
102 };
103
104   RegisterOpt<ADCE> X("adce", "Aggressive Dead Code Elimination");
105 } // End of anonymous namespace
106
107 FunctionPass *llvm::createAggressiveDCEPass() { return new ADCE(); }
108
109 void ADCE::markBlockAlive(BasicBlock *BB) {
110   // Mark the basic block as being newly ALIVE... and mark all branches that
111   // this block is control dependent on as being alive also...
112   //
113   PostDominanceFrontier &CDG = getAnalysis<PostDominanceFrontier>();
114
115   PostDominanceFrontier::const_iterator It = CDG.find(BB);
116   if (It != CDG.end()) {
117     // Get the blocks that this node is control dependent on...
118     const PostDominanceFrontier::DomSetType &CDB = It->second;
119     for_each(CDB.begin(), CDB.end(),   // Mark all their terminators as live
120              bind_obj(this, &ADCE::markTerminatorLive));
121   }
122   
123   // If this basic block is live, and it ends in an unconditional branch, then
124   // the branch is alive as well...
125   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
126     if (BI->isUnconditional())
127       markTerminatorLive(BB);
128 }
129
130 // deleteDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the instructions in the
131 // specified basic block, deleting ones that are dead according to LiveSet.
132 bool ADCE::deleteDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB) {
133   bool Changed = false;
134   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = --BB->end(); II != E; ) {
135     Instruction *I = II++;
136     if (!LiveSet.count(I)) {              // Is this instruction alive?
137       if (!I->use_empty())
138         I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
139
140       // Nope... remove the instruction from it's basic block...
141       if (isa<CallInst>(I))
142         ++NumCallRemoved;
143       else
144         ++NumInstRemoved;
145       BB->getInstList().erase(I);
146       Changed = true;
147     }
148   }
149   return Changed;
150 }
151
152
153 /// convertToUnconditionalBranch - Transform this conditional terminator
154 /// instruction into an unconditional branch because we don't care which of the
155 /// successors it goes to.  This eliminate a use of the condition as well.
156 ///
157 TerminatorInst *ADCE::convertToUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI) {
158   BranchInst *NB = new BranchInst(TI->getSuccessor(0), TI);
159   BasicBlock *BB = TI->getParent();
160
161   // Remove entries from PHI nodes to avoid confusing ourself later...
162   for (unsigned i = 1, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
163     TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
164   
165   // Delete the old branch itself...
166   BB->getInstList().erase(TI);
167   return NB;
168 }
169
170
171 // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
172 // true if the function was modified.
173 //
174 bool ADCE::doADCE() {
175   bool MadeChanges = false;
176
177   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
178
179
180   // Iterate over all invokes in the function, turning invokes into calls if
181   // they cannot throw.
182   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB)
183     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(BB->getTerminator()))
184       if (Function *F = II->getCalledFunction())
185         if (AA.onlyReadsMemory(F)) {
186           // The function cannot unwind.  Convert it to a call with a branch
187           // after it to the normal destination.
188           std::vector<Value*> Args(II->op_begin()+3, II->op_end());
189           std::string Name = II->getName(); II->setName("");
190           Instruction *NewCall = new CallInst(F, Args, Name, II);
191           II->replaceAllUsesWith(NewCall);
192           new BranchInst(II->getNormalDest(), II);
193
194           // Update PHI nodes in the unwind destination
195           II->getUnwindDest()->removePredecessor(BB);
196           BB->getInstList().erase(II);
197
198           if (NewCall->use_empty()) {
199             BB->getInstList().erase(NewCall);
200             ++NumCallRemoved;
201           }
202         }
203
204   // Iterate over all of the instructions in the function, eliminating trivially
205   // dead instructions, and marking instructions live that are known to be 
206   // needed.  Perform the walk in depth first order so that we avoid marking any
207   // instructions live in basic blocks that are unreachable.  These blocks will
208   // be eliminated later, along with the instructions inside.
209   //
210   std::set<BasicBlock*> ReachableBBs;
211   for (df_ext_iterator<BasicBlock*>
212          BBI = df_ext_begin(&Func->front(), ReachableBBs),
213          BBE = df_ext_end(&Func->front(), ReachableBBs); BBI != BBE; ++BBI) {
214     BasicBlock *BB = *BBI;
215     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), EI = BB->end(); II != EI; ) {
216       Instruction *I = II++;
217       if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
218         Function *F = CI->getCalledFunction();
219         if (F && AA.onlyReadsMemory(F)) {
220           if (CI->use_empty()) {
221             BB->getInstList().erase(CI);
222             ++NumCallRemoved;
223           }
224         } else {
225           markInstructionLive(I);
226         }
227       } else if (I->mayWriteToMemory() || isa<ReturnInst>(I) ||
228                  isa<UnwindInst>(I) || isa<UnreachableInst>(I)) {
229         // FIXME: Unreachable instructions should not be marked intrinsically
230         // live here.
231         markInstructionLive(I);
232       } else if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
233         // Remove the instruction from it's basic block...
234         BB->getInstList().erase(I);
235         ++NumInstRemoved;
236       }
237     }
238   }
239
240   // Check to ensure we have an exit node for this CFG.  If we don't, we won't
241   // have any post-dominance information, thus we cannot perform our
242   // transformations safely.
243   //
244   PostDominatorTree &DT = getAnalysis<PostDominatorTree>();
245   if (DT[&Func->getEntryBlock()] == 0) {
246     WorkList.clear();
247     return MadeChanges;
248   }
249
250   // Scan the function marking blocks without post-dominance information as
251   // live.  Blocks without post-dominance information occur when there is an
252   // infinite loop in the program.  Because the infinite loop could contain a
253   // function which unwinds, exits or has side-effects, we don't want to delete
254   // the infinite loop or those blocks leading up to it.
255   for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
256     if (DT[I] == 0 && ReachableBBs.count(I))
257       for (pred_iterator PI = pred_begin(I), E = pred_end(I); PI != E; ++PI)
258         markInstructionLive((*PI)->getTerminator());
259
260   DEBUG(std::cerr << "Processing work list\n");
261
262   // AliveBlocks - Set of basic blocks that we know have instructions that are
263   // alive in them...
264   //
265   std::set<BasicBlock*> AliveBlocks;
266
267   // Process the work list of instructions that just became live... if they
268   // became live, then that means that all of their operands are necessary as
269   // well... make them live as well.
270   //
271   while (!WorkList.empty()) {
272     Instruction *I = WorkList.back(); // Get an instruction that became live...
273     WorkList.pop_back();
274
275     BasicBlock *BB = I->getParent();
276     if (!ReachableBBs.count(BB)) continue;
277     if (AliveBlocks.insert(BB).second)     // Basic block not alive yet.
278       markBlockAlive(BB);             // Make it so now!
279
280     // PHI nodes are a special case, because the incoming values are actually
281     // defined in the predecessor nodes of this block, meaning that the PHI
282     // makes the predecessors alive.
283     //
284     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
285       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
286         // If the incoming edge is clearly dead, it won't have control
287         // dependence information.  Do not mark it live.
288         BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
289         if (ReachableBBs.count(PredBB)) {
290           // FIXME: This should mark the control dependent edge as live, not
291           // necessarily the predecessor itself!
292           if (AliveBlocks.insert(PredBB).second)
293             markBlockAlive(PN->getIncomingBlock(i));   // Block is newly ALIVE!
294           if (Instruction *Op = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(i)))
295             markInstructionLive(Op);
296         }
297       }
298     } else {
299       // Loop over all of the operands of the live instruction, making sure that
300       // they are known to be alive as well.
301       //
302       for (unsigned op = 0, End = I->getNumOperands(); op != End; ++op)
303         if (Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(op)))
304           markInstructionLive(Operand);
305     }
306   }
307
308   DEBUG(
309     std::cerr << "Current Function: X = Live\n";
310     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I){
311       std::cerr << I->getName() << ":\t"
312                 << (AliveBlocks.count(I) ? "LIVE\n" : "DEAD\n");
313       for (BasicBlock::iterator BI = I->begin(), BE = I->end(); BI != BE; ++BI){
314         if (LiveSet.count(BI)) std::cerr << "X ";
315         std::cerr << *BI;
316       }
317     });
318
319   // All blocks being live is a common case, handle it specially.
320   if (AliveBlocks.size() == Func->size()) {  // No dead blocks?
321     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I) {
322       // Loop over all of the instructions in the function deleting instructions
323       // to drop their references.
324       deleteDeadInstructionsInLiveBlock(I);
325
326       // Check to make sure the terminator instruction is live.  If it isn't,
327       // this means that the condition that it branches on (we know it is not an
328       // unconditional branch), is not needed to make the decision of where to
329       // go to, because all outgoing edges go to the same place.  We must remove
330       // the use of the condition (because it's probably dead), so we convert
331       // the terminator to an unconditional branch.
332       //
333       TerminatorInst *TI = I->getTerminator();
334       if (!LiveSet.count(TI))
335         convertToUnconditionalBranch(TI);
336     }
337
338     return MadeChanges;
339   }
340   
341
342   // If the entry node is dead, insert a new entry node to eliminate the entry
343   // node as a special case.
344   //
345   if (!AliveBlocks.count(&Func->front())) {
346     BasicBlock *NewEntry = new BasicBlock();
347     new BranchInst(&Func->front(), NewEntry);
348     Func->getBasicBlockList().push_front(NewEntry);
349     AliveBlocks.insert(NewEntry);    // This block is always alive!
350     LiveSet.insert(NewEntry->getTerminator());  // The branch is live
351   }
352     
353   // Loop over all of the alive blocks in the function.  If any successor
354   // blocks are not alive, we adjust the outgoing branches to branch to the
355   // first live postdominator of the live block, adjusting any PHI nodes in
356   // the block to reflect this.
357   //
358   for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
359     if (AliveBlocks.count(I)) {
360       BasicBlock *BB = I;
361       TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
362       
363       // If the terminator instruction is alive, but the block it is contained
364       // in IS alive, this means that this terminator is a conditional branch on
365       // a condition that doesn't matter.  Make it an unconditional branch to
366       // ONE of the successors.  This has the side effect of dropping a use of
367       // the conditional value, which may also be dead.
368       if (!LiveSet.count(TI))
369         TI = convertToUnconditionalBranch(TI);
370
371       // Loop over all of the successors, looking for ones that are not alive.
372       // We cannot save the number of successors in the terminator instruction
373       // here because we may remove them if we don't have a postdominator.
374       //
375       for (unsigned i = 0; i != TI->getNumSuccessors(); ++i)
376         if (!AliveBlocks.count(TI->getSuccessor(i))) {
377           // Scan up the postdominator tree, looking for the first
378           // postdominator that is alive, and the last postdominator that is
379           // dead...
380           //
381           PostDominatorTree::Node *LastNode = DT[TI->getSuccessor(i)];
382           PostDominatorTree::Node *NextNode = 0;
383
384           if (LastNode) {
385             NextNode = LastNode->getIDom();
386             while (!AliveBlocks.count(NextNode->getBlock())) {
387               LastNode = NextNode;
388               NextNode = NextNode->getIDom();
389               if (NextNode == 0) {
390                 LastNode = 0;
391                 break;
392               }
393             }
394           }          
395
396           // There is a special case here... if there IS no post-dominator for
397           // the block we have nowhere to point our branch to.  Instead, convert
398           // it to a return.  This can only happen if the code branched into an
399           // infinite loop.  Note that this may not be desirable, because we
400           // _are_ altering the behavior of the code.  This is a well known
401           // drawback of ADCE, so in the future if we choose to revisit the
402           // decision, this is where it should be.
403           //
404           if (LastNode == 0) {        // No postdominator!
405             if (!isa<InvokeInst>(TI)) {
406               // Call RemoveSuccessor to transmogrify the terminator instruction
407               // to not contain the outgoing branch, or to create a new
408               // terminator if the form fundamentally changes (i.e.,
409               // unconditional branch to return).  Note that this will change a
410               // branch into an infinite loop into a return instruction!
411               //
412               RemoveSuccessor(TI, i);
413               
414               // RemoveSuccessor may replace TI... make sure we have a fresh
415               // pointer.
416               //
417               TI = BB->getTerminator();
418               
419               // Rescan this successor...
420               --i;
421             } else {
422
423             }
424           } else {
425             // Get the basic blocks that we need...
426             BasicBlock *LastDead = LastNode->getBlock();
427             BasicBlock *NextAlive = NextNode->getBlock();
428
429             // Make the conditional branch now go to the next alive block...
430             TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
431             TI->setSuccessor(i, NextAlive);
432
433             // If there are PHI nodes in NextAlive, we need to add entries to
434             // the PHI nodes for the new incoming edge.  The incoming values
435             // should be identical to the incoming values for LastDead.
436             //
437             for (BasicBlock::iterator II = NextAlive->begin();
438                  isa<PHINode>(II); ++II) {
439               PHINode *PN = cast<PHINode>(II);
440               if (LiveSet.count(PN)) {  // Only modify live phi nodes
441                 // Get the incoming value for LastDead...
442                 int OldIdx = PN->getBasicBlockIndex(LastDead);
443                 assert(OldIdx != -1 &&"LastDead is not a pred of NextAlive!");
444                 Value *InVal = PN->getIncomingValue(OldIdx);
445                   
446                 // Add an incoming value for BB now...
447                 PN->addIncoming(InVal, BB);
448               }
449             }
450           }
451         }
452
453       // Now loop over all of the instructions in the basic block, deleting
454       // dead instructions.  This is so that the next sweep over the program
455       // can safely delete dead instructions without other dead instructions
456       // still referring to them.
457       //
458       deleteDeadInstructionsInLiveBlock(BB);
459     }
460
461   // Loop over all of the basic blocks in the function, dropping references of
462   // the dead basic blocks.  We must do this after the previous step to avoid
463   // dropping references to PHIs which still have entries...
464   //
465   std::vector<BasicBlock*> DeadBlocks;
466   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB)
467     if (!AliveBlocks.count(BB)) {
468       // Remove PHI node entries for this block in live successor blocks.
469       for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
470         if (!SI->empty() && isa<PHINode>(SI->front()) && AliveBlocks.count(*SI))
471           (*SI)->removePredecessor(BB);
472
473       BB->dropAllReferences();
474       MadeChanges = true;
475       DeadBlocks.push_back(BB);
476     }
477
478   NumBlockRemoved += DeadBlocks.size();
479
480   // Now loop through all of the blocks and delete the dead ones.  We can safely
481   // do this now because we know that there are no references to dead blocks
482   // (because they have dropped all of their references).
483   for (std::vector<BasicBlock*>::iterator I = DeadBlocks.begin(),
484          E = DeadBlocks.end(); I != E; ++I)
485     Func->getBasicBlockList().erase(*I);
486
487   return MadeChanges;
488 }