Simplify code by using value::takename
[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 "llvm/Support/Compiler.h"
31 #include <algorithm>
32 using namespace llvm;
33
34 STATISTIC(NumBlockRemoved, "Number of basic blocks removed");
35 STATISTIC(NumInstRemoved , "Number of instructions removed");
36 STATISTIC(NumCallRemoved , "Number of calls and invokes removed");
37
38 namespace {
39 //===----------------------------------------------------------------------===//
40 // ADCE Class
41 //
42 // This class does all of the work of Aggressive Dead Code Elimination.
43 // It's public interface consists of a constructor and a doADCE() method.
44 //
45 class VISIBILITY_HIDDEN ADCE : public FunctionPass {
46   Function *Func;                       // The function that we are working on
47   std::vector<Instruction*> WorkList;   // Instructions that just became live
48   std::set<Instruction*>    LiveSet;    // The set of live instructions
49
50   //===--------------------------------------------------------------------===//
51   // The public interface for this class
52   //
53 public:
54   // Execute the Aggressive Dead Code Elimination Algorithm
55   //
56   virtual bool runOnFunction(Function &F) {
57     Func = &F;
58     bool Changed = doADCE();
59     assert(WorkList.empty());
60     LiveSet.clear();
61     return Changed;
62   }
63   // getAnalysisUsage - We require post dominance frontiers (aka Control
64   // Dependence Graph)
65   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
66     // We require that all function nodes are unified, because otherwise code
67     // can be marked live that wouldn't necessarily be otherwise.
68     AU.addRequired<UnifyFunctionExitNodes>();
69     AU.addRequired<AliasAnalysis>();
70     AU.addRequired<PostDominatorTree>();
71     AU.addRequired<PostDominanceFrontier>();
72   }
73
74
75   //===--------------------------------------------------------------------===//
76   // The implementation of this class
77   //
78 private:
79   // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
80   // true if the function was modified.
81   //
82   bool doADCE();
83
84   void markBlockAlive(BasicBlock *BB);
85
86
87   // deleteDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the instructions in
88   // the specified basic block, deleting ones that are dead according to
89   // LiveSet.
90   bool deleteDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB);
91
92   TerminatorInst *convertToUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI);
93
94   inline void markInstructionLive(Instruction *I) {
95     if (!LiveSet.insert(I).second) return;
96     DOUT << "Insn Live: " << *I;
97     WorkList.push_back(I);
98   }
99
100   inline void markTerminatorLive(const BasicBlock *BB) {
101     DOUT << "Terminator Live: " << *BB->getTerminator();
102     markInstructionLive(const_cast<TerminatorInst*>(BB->getTerminator()));
103   }
104 };
105
106   RegisterPass<ADCE> X("adce", "Aggressive Dead Code Elimination");
107 } // End of anonymous namespace
108
109 FunctionPass *llvm::createAggressiveDCEPass() { return new ADCE(); }
110
111 void ADCE::markBlockAlive(BasicBlock *BB) {
112   // Mark the basic block as being newly ALIVE... and mark all branches that
113   // this block is control dependent on as being alive also...
114   //
115   PostDominanceFrontier &CDG = getAnalysis<PostDominanceFrontier>();
116
117   PostDominanceFrontier::const_iterator It = CDG.find(BB);
118   if (It != CDG.end()) {
119     // Get the blocks that this node is control dependent on...
120     const PostDominanceFrontier::DomSetType &CDB = It->second;
121     for (PostDominanceFrontier::DomSetType::const_iterator I =
122            CDB.begin(), E = CDB.end(); I != E; ++I)
123       markTerminatorLive(*I);   // Mark all their terminators as live
124   }
125
126   // If this basic block is live, and it ends in an unconditional branch, then
127   // the branch is alive as well...
128   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
129     if (BI->isUnconditional())
130       markTerminatorLive(BB);
131 }
132
133 // deleteDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the instructions in the
134 // specified basic block, deleting ones that are dead according to LiveSet.
135 bool ADCE::deleteDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB) {
136   bool Changed = false;
137   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = --BB->end(); II != E; ) {
138     Instruction *I = II++;
139     if (!LiveSet.count(I)) {              // Is this instruction alive?
140       if (!I->use_empty())
141         I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
142
143       // Nope... remove the instruction from it's basic block...
144       if (isa<CallInst>(I))
145         ++NumCallRemoved;
146       else
147         ++NumInstRemoved;
148       BB->getInstList().erase(I);
149       Changed = true;
150     }
151   }
152   return Changed;
153 }
154
155
156 /// convertToUnconditionalBranch - Transform this conditional terminator
157 /// instruction into an unconditional branch because we don't care which of the
158 /// successors it goes to.  This eliminate a use of the condition as well.
159 ///
160 TerminatorInst *ADCE::convertToUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI) {
161   BranchInst *NB = new BranchInst(TI->getSuccessor(0), TI);
162   BasicBlock *BB = TI->getParent();
163
164   // Remove entries from PHI nodes to avoid confusing ourself later...
165   for (unsigned i = 1, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
166     TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
167
168   // Delete the old branch itself...
169   BB->getInstList().erase(TI);
170   return NB;
171 }
172
173
174 // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
175 // true if the function was modified.
176 //
177 bool ADCE::doADCE() {
178   bool MadeChanges = false;
179
180   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
181
182
183   // Iterate over all invokes in the function, turning invokes into calls if
184   // they cannot throw.
185   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB)
186     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(BB->getTerminator()))
187       if (Function *F = II->getCalledFunction())
188         if (AA.onlyReadsMemory(F)) {
189           // The function cannot unwind.  Convert it to a call with a branch
190           // after it to the normal destination.
191           std::vector<Value*> Args(II->op_begin()+3, II->op_end());
192           CallInst *NewCall = new CallInst(F, Args, "", II);
193           NewCall->takeName(II);
194           NewCall->setCallingConv(II->getCallingConv());
195           II->replaceAllUsesWith(NewCall);
196           new BranchInst(II->getNormalDest(), II);
197
198           // Update PHI nodes in the unwind destination
199           II->getUnwindDest()->removePredecessor(BB);
200           BB->getInstList().erase(II);
201
202           if (NewCall->use_empty()) {
203             BB->getInstList().erase(NewCall);
204             ++NumCallRemoved;
205           }
206         }
207
208   // Iterate over all of the instructions in the function, eliminating trivially
209   // dead instructions, and marking instructions live that are known to be
210   // needed.  Perform the walk in depth first order so that we avoid marking any
211   // instructions live in basic blocks that are unreachable.  These blocks will
212   // be eliminated later, along with the instructions inside.
213   //
214   std::set<BasicBlock*> ReachableBBs;
215   for (df_ext_iterator<BasicBlock*>
216          BBI = df_ext_begin(&Func->front(), ReachableBBs),
217          BBE = df_ext_end(&Func->front(), ReachableBBs); BBI != BBE; ++BBI) {
218     BasicBlock *BB = *BBI;
219     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), EI = BB->end(); II != EI; ) {
220       Instruction *I = II++;
221       if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
222         Function *F = CI->getCalledFunction();
223         if (F && AA.onlyReadsMemory(F)) {
224           if (CI->use_empty()) {
225             BB->getInstList().erase(CI);
226             ++NumCallRemoved;
227           }
228         } else {
229           markInstructionLive(I);
230         }
231       } else if (I->mayWriteToMemory() || isa<ReturnInst>(I) ||
232                  isa<UnwindInst>(I) || isa<UnreachableInst>(I)) {
233         // FIXME: Unreachable instructions should not be marked intrinsically
234         // live here.
235         markInstructionLive(I);
236       } else if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
237         // Remove the instruction from it's basic block...
238         BB->getInstList().erase(I);
239         ++NumInstRemoved;
240       }
241     }
242   }
243
244   // Check to ensure we have an exit node for this CFG.  If we don't, we won't
245   // have any post-dominance information, thus we cannot perform our
246   // transformations safely.
247   //
248   PostDominatorTree &DT = getAnalysis<PostDominatorTree>();
249   if (DT[&Func->getEntryBlock()] == 0) {
250     WorkList.clear();
251     return MadeChanges;
252   }
253
254   // Scan the function marking blocks without post-dominance information as
255   // live.  Blocks without post-dominance information occur when there is an
256   // infinite loop in the program.  Because the infinite loop could contain a
257   // function which unwinds, exits or has side-effects, we don't want to delete
258   // the infinite loop or those blocks leading up to it.
259   for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
260     if (DT[I] == 0 && ReachableBBs.count(I))
261       for (pred_iterator PI = pred_begin(I), E = pred_end(I); PI != E; ++PI)
262         markInstructionLive((*PI)->getTerminator());
263
264   DOUT << "Processing work list\n";
265
266   // AliveBlocks - Set of basic blocks that we know have instructions that are
267   // alive in them...
268   //
269   std::set<BasicBlock*> AliveBlocks;
270
271   // Process the work list of instructions that just became live... if they
272   // became live, then that means that all of their operands are necessary as
273   // well... make them live as well.
274   //
275   while (!WorkList.empty()) {
276     Instruction *I = WorkList.back(); // Get an instruction that became live...
277     WorkList.pop_back();
278
279     BasicBlock *BB = I->getParent();
280     if (!ReachableBBs.count(BB)) continue;
281     if (AliveBlocks.insert(BB).second)     // Basic block not alive yet.
282       markBlockAlive(BB);             // Make it so now!
283
284     // PHI nodes are a special case, because the incoming values are actually
285     // defined in the predecessor nodes of this block, meaning that the PHI
286     // makes the predecessors alive.
287     //
288     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
289       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
290         // If the incoming edge is clearly dead, it won't have control
291         // dependence information.  Do not mark it live.
292         BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
293         if (ReachableBBs.count(PredBB)) {
294           // FIXME: This should mark the control dependent edge as live, not
295           // necessarily the predecessor itself!
296           if (AliveBlocks.insert(PredBB).second)
297             markBlockAlive(PN->getIncomingBlock(i));   // Block is newly ALIVE!
298           if (Instruction *Op = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(i)))
299             markInstructionLive(Op);
300         }
301       }
302     } else {
303       // Loop over all of the operands of the live instruction, making sure that
304       // they are known to be alive as well.
305       //
306       for (unsigned op = 0, End = I->getNumOperands(); op != End; ++op)
307         if (Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(op)))
308           markInstructionLive(Operand);
309     }
310   }
311
312   DEBUG(
313     DOUT << "Current Function: X = Live\n";
314     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I){
315       DOUT << I->getName() << ":\t"
316            << (AliveBlocks.count(I) ? "LIVE\n" : "DEAD\n");
317       for (BasicBlock::iterator BI = I->begin(), BE = I->end(); BI != BE; ++BI){
318         if (LiveSet.count(BI)) DOUT << "X ";
319         DOUT << *BI;
320       }
321     });
322
323   // All blocks being live is a common case, handle it specially.
324   if (AliveBlocks.size() == Func->size()) {  // No dead blocks?
325     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I) {
326       // Loop over all of the instructions in the function deleting instructions
327       // to drop their references.
328       deleteDeadInstructionsInLiveBlock(I);
329
330       // Check to make sure the terminator instruction is live.  If it isn't,
331       // this means that the condition that it branches on (we know it is not an
332       // unconditional branch), is not needed to make the decision of where to
333       // go to, because all outgoing edges go to the same place.  We must remove
334       // the use of the condition (because it's probably dead), so we convert
335       // the terminator to an unconditional branch.
336       //
337       TerminatorInst *TI = I->getTerminator();
338       if (!LiveSet.count(TI))
339         convertToUnconditionalBranch(TI);
340     }
341
342     return MadeChanges;
343   }
344
345
346   // If the entry node is dead, insert a new entry node to eliminate the entry
347   // node as a special case.
348   //
349   if (!AliveBlocks.count(&Func->front())) {
350     BasicBlock *NewEntry = new BasicBlock();
351     new BranchInst(&Func->front(), NewEntry);
352     Func->getBasicBlockList().push_front(NewEntry);
353     AliveBlocks.insert(NewEntry);    // This block is always alive!
354     LiveSet.insert(NewEntry->getTerminator());  // The branch is live
355   }
356
357   // Loop over all of the alive blocks in the function.  If any successor
358   // blocks are not alive, we adjust the outgoing branches to branch to the
359   // first live postdominator of the live block, adjusting any PHI nodes in
360   // the block to reflect this.
361   //
362   for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
363     if (AliveBlocks.count(I)) {
364       BasicBlock *BB = I;
365       TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
366
367       // If the terminator instruction is alive, but the block it is contained
368       // in IS alive, this means that this terminator is a conditional branch on
369       // a condition that doesn't matter.  Make it an unconditional branch to
370       // ONE of the successors.  This has the side effect of dropping a use of
371       // the conditional value, which may also be dead.
372       if (!LiveSet.count(TI))
373         TI = convertToUnconditionalBranch(TI);
374
375       // Loop over all of the successors, looking for ones that are not alive.
376       // We cannot save the number of successors in the terminator instruction
377       // here because we may remove them if we don't have a postdominator.
378       //
379       for (unsigned i = 0; i != TI->getNumSuccessors(); ++i)
380         if (!AliveBlocks.count(TI->getSuccessor(i))) {
381           // Scan up the postdominator tree, looking for the first
382           // postdominator that is alive, and the last postdominator that is
383           // dead...
384           //
385           PostDominatorTree::Node *LastNode = DT[TI->getSuccessor(i)];
386           PostDominatorTree::Node *NextNode = 0;
387
388           if (LastNode) {
389             NextNode = LastNode->getIDom();
390             while (!AliveBlocks.count(NextNode->getBlock())) {
391               LastNode = NextNode;
392               NextNode = NextNode->getIDom();
393               if (NextNode == 0) {
394                 LastNode = 0;
395                 break;
396               }
397             }
398           }
399
400           // There is a special case here... if there IS no post-dominator for
401           // the block we have nowhere to point our branch to.  Instead, convert
402           // it to a return.  This can only happen if the code branched into an
403           // infinite loop.  Note that this may not be desirable, because we
404           // _are_ altering the behavior of the code.  This is a well known
405           // drawback of ADCE, so in the future if we choose to revisit the
406           // decision, this is where it should be.
407           //
408           if (LastNode == 0) {        // No postdominator!
409             if (!isa<InvokeInst>(TI)) {
410               // Call RemoveSuccessor to transmogrify the terminator instruction
411               // to not contain the outgoing branch, or to create a new
412               // terminator if the form fundamentally changes (i.e.,
413               // unconditional branch to return).  Note that this will change a
414               // branch into an infinite loop into a return instruction!
415               //
416               RemoveSuccessor(TI, i);
417
418               // RemoveSuccessor may replace TI... make sure we have a fresh
419               // pointer.
420               //
421               TI = BB->getTerminator();
422
423               // Rescan this successor...
424               --i;
425             } else {
426
427             }
428           } else {
429             // Get the basic blocks that we need...
430             BasicBlock *LastDead = LastNode->getBlock();
431             BasicBlock *NextAlive = NextNode->getBlock();
432
433             // Make the conditional branch now go to the next alive block...
434             TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
435             TI->setSuccessor(i, NextAlive);
436
437             // If there are PHI nodes in NextAlive, we need to add entries to
438             // the PHI nodes for the new incoming edge.  The incoming values
439             // should be identical to the incoming values for LastDead.
440             //
441             for (BasicBlock::iterator II = NextAlive->begin();
442                  isa<PHINode>(II); ++II) {
443               PHINode *PN = cast<PHINode>(II);
444               if (LiveSet.count(PN)) {  // Only modify live phi nodes
445                 // Get the incoming value for LastDead...
446                 int OldIdx = PN->getBasicBlockIndex(LastDead);
447                 assert(OldIdx != -1 &&"LastDead is not a pred of NextAlive!");
448                 Value *InVal = PN->getIncomingValue(OldIdx);
449
450                 // Add an incoming value for BB now...
451                 PN->addIncoming(InVal, BB);
452               }
453             }
454           }
455         }
456
457       // Now loop over all of the instructions in the basic block, deleting
458       // dead instructions.  This is so that the next sweep over the program
459       // can safely delete dead instructions without other dead instructions
460       // still referring to them.
461       //
462       deleteDeadInstructionsInLiveBlock(BB);
463     }
464
465   // Loop over all of the basic blocks in the function, dropping references of
466   // the dead basic blocks.  We must do this after the previous step to avoid
467   // dropping references to PHIs which still have entries...
468   //
469   std::vector<BasicBlock*> DeadBlocks;
470   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB)
471     if (!AliveBlocks.count(BB)) {
472       // Remove PHI node entries for this block in live successor blocks.
473       for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
474         if (!SI->empty() && isa<PHINode>(SI->front()) && AliveBlocks.count(*SI))
475           (*SI)->removePredecessor(BB);
476
477       BB->dropAllReferences();
478       MadeChanges = true;
479       DeadBlocks.push_back(BB);
480     }
481
482   NumBlockRemoved += DeadBlocks.size();
483
484   // Now loop through all of the blocks and delete the dead ones.  We can safely
485   // do this now because we know that there are no references to dead blocks
486   // (because they have dropped all of their references).
487   for (std::vector<BasicBlock*>::iterator I = DeadBlocks.begin(),
488          E = DeadBlocks.end(); I != E; ++I)
489     Func->getBasicBlockList().erase(*I);
490
491   return MadeChanges;
492 }