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