Make iostream #inclusion explicit
[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 #include <iostream>
31 using namespace llvm;
32
33 static IncludeFile X((void*)createUnifyFunctionExitNodesPass);
34
35 namespace {
36   Statistic<> NumBlockRemoved("adce", "Number of basic blocks removed");
37   Statistic<> NumInstRemoved ("adce", "Number of instructions removed");
38   Statistic<> NumCallRemoved ("adce", "Number of calls and invokes removed");
39
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 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   // Execute the Aggressive Dead Code Elimination Algorithm
56   //
57   virtual bool runOnFunction(Function &F) {
58     Func = &F;
59     bool Changed = doADCE();
60     assert(WorkList.empty());
61     LiveSet.clear();
62     return Changed;
63   }
64   // getAnalysisUsage - We require post dominance frontiers (aka Control
65   // Dependence Graph)
66   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
67     // We require that all function nodes are unified, because otherwise code
68     // can be marked live that wouldn't necessarily be otherwise.
69     AU.addRequired<UnifyFunctionExitNodes>();
70     AU.addRequired<AliasAnalysis>();
71     AU.addRequired<PostDominatorTree>();
72     AU.addRequired<PostDominanceFrontier>();
73   }
74
75
76   //===--------------------------------------------------------------------===//
77   // The implementation of this class
78   //
79 private:
80   // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
81   // true if the function was modified.
82   //
83   bool doADCE();
84
85   void markBlockAlive(BasicBlock *BB);
86
87
88   // deleteDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the instructions in
89   // the specified basic block, deleting ones that are dead according to
90   // LiveSet.
91   bool deleteDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB);
92
93   TerminatorInst *convertToUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI);
94
95   inline void markInstructionLive(Instruction *I) {
96     if (!LiveSet.insert(I).second) return;
97     DEBUG(std::cerr << "Insn Live: " << *I);
98     WorkList.push_back(I);
99   }
100
101   inline void markTerminatorLive(const BasicBlock *BB) {
102     DEBUG(std::cerr << "Terminator Live: " << *BB->getTerminator());
103     markInstructionLive(const_cast<TerminatorInst*>(BB->getTerminator()));
104   }
105 };
106
107   RegisterOpt<ADCE> X("adce", "Aggressive Dead Code Elimination");
108 } // End of anonymous namespace
109
110 FunctionPass *llvm::createAggressiveDCEPass() { return new ADCE(); }
111
112 void ADCE::markBlockAlive(BasicBlock *BB) {
113   // Mark the basic block as being newly ALIVE... and mark all branches that
114   // this block is control dependent on as being alive also...
115   //
116   PostDominanceFrontier &CDG = getAnalysis<PostDominanceFrontier>();
117
118   PostDominanceFrontier::const_iterator It = CDG.find(BB);
119   if (It != CDG.end()) {
120     // Get the blocks that this node is control dependent on...
121     const PostDominanceFrontier::DomSetType &CDB = It->second;
122     for (PostDominanceFrontier::DomSetType::const_iterator I =
123            CDB.begin(), E = CDB.end(); I != E; ++I)
124       markTerminatorLive(*I);   // Mark all their terminators as live
125   }
126
127   // If this basic block is live, and it ends in an unconditional branch, then
128   // the branch is alive as well...
129   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
130     if (BI->isUnconditional())
131       markTerminatorLive(BB);
132 }
133
134 // deleteDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the instructions in the
135 // specified basic block, deleting ones that are dead according to LiveSet.
136 bool ADCE::deleteDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB) {
137   bool Changed = false;
138   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = --BB->end(); II != E; ) {
139     Instruction *I = II++;
140     if (!LiveSet.count(I)) {              // Is this instruction alive?
141       if (!I->use_empty())
142         I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
143
144       // Nope... remove the instruction from it's basic block...
145       if (isa<CallInst>(I))
146         ++NumCallRemoved;
147       else
148         ++NumInstRemoved;
149       BB->getInstList().erase(I);
150       Changed = true;
151     }
152   }
153   return Changed;
154 }
155
156
157 /// convertToUnconditionalBranch - Transform this conditional terminator
158 /// instruction into an unconditional branch because we don't care which of the
159 /// successors it goes to.  This eliminate a use of the condition as well.
160 ///
161 TerminatorInst *ADCE::convertToUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI) {
162   BranchInst *NB = new BranchInst(TI->getSuccessor(0), TI);
163   BasicBlock *BB = TI->getParent();
164
165   // Remove entries from PHI nodes to avoid confusing ourself later...
166   for (unsigned i = 1, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
167     TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
168
169   // Delete the old branch itself...
170   BB->getInstList().erase(TI);
171   return NB;
172 }
173
174
175 // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
176 // true if the function was modified.
177 //
178 bool ADCE::doADCE() {
179   bool MadeChanges = false;
180
181   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
182
183
184   // Iterate over all invokes in the function, turning invokes into calls if
185   // they cannot throw.
186   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB)
187     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(BB->getTerminator()))
188       if (Function *F = II->getCalledFunction())
189         if (AA.onlyReadsMemory(F)) {
190           // The function cannot unwind.  Convert it to a call with a branch
191           // after it to the normal destination.
192           std::vector<Value*> Args(II->op_begin()+3, II->op_end());
193           std::string Name = II->getName(); II->setName("");
194           CallInst *NewCall = new CallInst(F, Args, Name, II);
195           NewCall->setCallingConv(II->getCallingConv());
196           II->replaceAllUsesWith(NewCall);
197           new BranchInst(II->getNormalDest(), II);
198
199           // Update PHI nodes in the unwind destination
200           II->getUnwindDest()->removePredecessor(BB);
201           BB->getInstList().erase(II);
202
203           if (NewCall->use_empty()) {
204             BB->getInstList().erase(NewCall);
205             ++NumCallRemoved;
206           }
207         }
208
209   // Iterate over all of the instructions in the function, eliminating trivially
210   // dead instructions, and marking instructions live that are known to be
211   // needed.  Perform the walk in depth first order so that we avoid marking any
212   // instructions live in basic blocks that are unreachable.  These blocks will
213   // be eliminated later, along with the instructions inside.
214   //
215   std::set<BasicBlock*> ReachableBBs;
216   for (df_ext_iterator<BasicBlock*>
217          BBI = df_ext_begin(&Func->front(), ReachableBBs),
218          BBE = df_ext_end(&Func->front(), ReachableBBs); BBI != BBE; ++BBI) {
219     BasicBlock *BB = *BBI;
220     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), EI = BB->end(); II != EI; ) {
221       Instruction *I = II++;
222       if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
223         Function *F = CI->getCalledFunction();
224         if (F && AA.onlyReadsMemory(F)) {
225           if (CI->use_empty()) {
226             BB->getInstList().erase(CI);
227             ++NumCallRemoved;
228           }
229         } else {
230           markInstructionLive(I);
231         }
232       } else if (I->mayWriteToMemory() || isa<ReturnInst>(I) ||
233                  isa<UnwindInst>(I) || isa<UnreachableInst>(I)) {
234         // FIXME: Unreachable instructions should not be marked intrinsically
235         // live here.
236         markInstructionLive(I);
237       } else if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
238         // Remove the instruction from it's basic block...
239         BB->getInstList().erase(I);
240         ++NumInstRemoved;
241       }
242     }
243   }
244
245   // Check to ensure we have an exit node for this CFG.  If we don't, we won't
246   // have any post-dominance information, thus we cannot perform our
247   // transformations safely.
248   //
249   PostDominatorTree &DT = getAnalysis<PostDominatorTree>();
250   if (DT[&Func->getEntryBlock()] == 0) {
251     WorkList.clear();
252     return MadeChanges;
253   }
254
255   // Scan the function marking blocks without post-dominance information as
256   // live.  Blocks without post-dominance information occur when there is an
257   // infinite loop in the program.  Because the infinite loop could contain a
258   // function which unwinds, exits or has side-effects, we don't want to delete
259   // the infinite loop or those blocks leading up to it.
260   for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
261     if (DT[I] == 0 && ReachableBBs.count(I))
262       for (pred_iterator PI = pred_begin(I), E = pred_end(I); PI != E; ++PI)
263         markInstructionLive((*PI)->getTerminator());
264
265   DEBUG(std::cerr << "Processing work list\n");
266
267   // AliveBlocks - Set of basic blocks that we know have instructions that are
268   // alive in them...
269   //
270   std::set<BasicBlock*> AliveBlocks;
271
272   // Process the work list of instructions that just became live... if they
273   // became live, then that means that all of their operands are necessary as
274   // well... make them live as well.
275   //
276   while (!WorkList.empty()) {
277     Instruction *I = WorkList.back(); // Get an instruction that became live...
278     WorkList.pop_back();
279
280     BasicBlock *BB = I->getParent();
281     if (!ReachableBBs.count(BB)) continue;
282     if (AliveBlocks.insert(BB).second)     // Basic block not alive yet.
283       markBlockAlive(BB);             // Make it so now!
284
285     // PHI nodes are a special case, because the incoming values are actually
286     // defined in the predecessor nodes of this block, meaning that the PHI
287     // makes the predecessors alive.
288     //
289     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
290       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
291         // If the incoming edge is clearly dead, it won't have control
292         // dependence information.  Do not mark it live.
293         BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
294         if (ReachableBBs.count(PredBB)) {
295           // FIXME: This should mark the control dependent edge as live, not
296           // necessarily the predecessor itself!
297           if (AliveBlocks.insert(PredBB).second)
298             markBlockAlive(PN->getIncomingBlock(i));   // Block is newly ALIVE!
299           if (Instruction *Op = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(i)))
300             markInstructionLive(Op);
301         }
302       }
303     } else {
304       // Loop over all of the operands of the live instruction, making sure that
305       // they are known to be alive as well.
306       //
307       for (unsigned op = 0, End = I->getNumOperands(); op != End; ++op)
308         if (Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(op)))
309           markInstructionLive(Operand);
310     }
311   }
312
313   DEBUG(
314     std::cerr << "Current Function: X = Live\n";
315     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I){
316       std::cerr << I->getName() << ":\t"
317                 << (AliveBlocks.count(I) ? "LIVE\n" : "DEAD\n");
318       for (BasicBlock::iterator BI = I->begin(), BE = I->end(); BI != BE; ++BI){
319         if (LiveSet.count(BI)) std::cerr << "X ";
320         std::cerr << *BI;
321       }
322     });
323
324   // All blocks being live is a common case, handle it specially.
325   if (AliveBlocks.size() == Func->size()) {  // No dead blocks?
326     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I) {
327       // Loop over all of the instructions in the function deleting instructions
328       // to drop their references.
329       deleteDeadInstructionsInLiveBlock(I);
330
331       // Check to make sure the terminator instruction is live.  If it isn't,
332       // this means that the condition that it branches on (we know it is not an
333       // unconditional branch), is not needed to make the decision of where to
334       // go to, because all outgoing edges go to the same place.  We must remove
335       // the use of the condition (because it's probably dead), so we convert
336       // the terminator to an unconditional branch.
337       //
338       TerminatorInst *TI = I->getTerminator();
339       if (!LiveSet.count(TI))
340         convertToUnconditionalBranch(TI);
341     }
342
343     return MadeChanges;
344   }
345
346
347   // If the entry node is dead, insert a new entry node to eliminate the entry
348   // node as a special case.
349   //
350   if (!AliveBlocks.count(&Func->front())) {
351     BasicBlock *NewEntry = new BasicBlock();
352     new BranchInst(&Func->front(), NewEntry);
353     Func->getBasicBlockList().push_front(NewEntry);
354     AliveBlocks.insert(NewEntry);    // This block is always alive!
355     LiveSet.insert(NewEntry->getTerminator());  // The branch is live
356   }
357
358   // Loop over all of the alive blocks in the function.  If any successor
359   // blocks are not alive, we adjust the outgoing branches to branch to the
360   // first live postdominator of the live block, adjusting any PHI nodes in
361   // the block to reflect this.
362   //
363   for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
364     if (AliveBlocks.count(I)) {
365       BasicBlock *BB = I;
366       TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
367
368       // If the terminator instruction is alive, but the block it is contained
369       // in IS alive, this means that this terminator is a conditional branch on
370       // a condition that doesn't matter.  Make it an unconditional branch to
371       // ONE of the successors.  This has the side effect of dropping a use of
372       // the conditional value, which may also be dead.
373       if (!LiveSet.count(TI))
374         TI = convertToUnconditionalBranch(TI);
375
376       // Loop over all of the successors, looking for ones that are not alive.
377       // We cannot save the number of successors in the terminator instruction
378       // here because we may remove them if we don't have a postdominator.
379       //
380       for (unsigned i = 0; i != TI->getNumSuccessors(); ++i)
381         if (!AliveBlocks.count(TI->getSuccessor(i))) {
382           // Scan up the postdominator tree, looking for the first
383           // postdominator that is alive, and the last postdominator that is
384           // dead...
385           //
386           PostDominatorTree::Node *LastNode = DT[TI->getSuccessor(i)];
387           PostDominatorTree::Node *NextNode = 0;
388
389           if (LastNode) {
390             NextNode = LastNode->getIDom();
391             while (!AliveBlocks.count(NextNode->getBlock())) {
392               LastNode = NextNode;
393               NextNode = NextNode->getIDom();
394               if (NextNode == 0) {
395                 LastNode = 0;
396                 break;
397               }
398             }
399           }
400
401           // There is a special case here... if there IS no post-dominator for
402           // the block we have nowhere to point our branch to.  Instead, convert
403           // it to a return.  This can only happen if the code branched into an
404           // infinite loop.  Note that this may not be desirable, because we
405           // _are_ altering the behavior of the code.  This is a well known
406           // drawback of ADCE, so in the future if we choose to revisit the
407           // decision, this is where it should be.
408           //
409           if (LastNode == 0) {        // No postdominator!
410             if (!isa<InvokeInst>(TI)) {
411               // Call RemoveSuccessor to transmogrify the terminator instruction
412               // to not contain the outgoing branch, or to create a new
413               // terminator if the form fundamentally changes (i.e.,
414               // unconditional branch to return).  Note that this will change a
415               // branch into an infinite loop into a return instruction!
416               //
417               RemoveSuccessor(TI, i);
418
419               // RemoveSuccessor may replace TI... make sure we have a fresh
420               // pointer.
421               //
422               TI = BB->getTerminator();
423
424               // Rescan this successor...
425               --i;
426             } else {
427
428             }
429           } else {
430             // Get the basic blocks that we need...
431             BasicBlock *LastDead = LastNode->getBlock();
432             BasicBlock *NextAlive = NextNode->getBlock();
433
434             // Make the conditional branch now go to the next alive block...
435             TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
436             TI->setSuccessor(i, NextAlive);
437
438             // If there are PHI nodes in NextAlive, we need to add entries to
439             // the PHI nodes for the new incoming edge.  The incoming values
440             // should be identical to the incoming values for LastDead.
441             //
442             for (BasicBlock::iterator II = NextAlive->begin();
443                  isa<PHINode>(II); ++II) {
444               PHINode *PN = cast<PHINode>(II);
445               if (LiveSet.count(PN)) {  // Only modify live phi nodes
446                 // Get the incoming value for LastDead...
447                 int OldIdx = PN->getBasicBlockIndex(LastDead);
448                 assert(OldIdx != -1 &&"LastDead is not a pred of NextAlive!");
449                 Value *InVal = PN->getIncomingValue(OldIdx);
450
451                 // Add an incoming value for BB now...
452                 PN->addIncoming(InVal, BB);
453               }
454             }
455           }
456         }
457
458       // Now loop over all of the instructions in the basic block, deleting
459       // dead instructions.  This is so that the next sweep over the program
460       // can safely delete dead instructions without other dead instructions
461       // still referring to them.
462       //
463       deleteDeadInstructionsInLiveBlock(BB);
464     }
465
466   // Loop over all of the basic blocks in the function, dropping references of
467   // the dead basic blocks.  We must do this after the previous step to avoid
468   // dropping references to PHIs which still have entries...
469   //
470   std::vector<BasicBlock*> DeadBlocks;
471   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB)
472     if (!AliveBlocks.count(BB)) {
473       // Remove PHI node entries for this block in live successor blocks.
474       for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
475         if (!SI->empty() && isa<PHINode>(SI->front()) && AliveBlocks.count(*SI))
476           (*SI)->removePredecessor(BB);
477
478       BB->dropAllReferences();
479       MadeChanges = true;
480       DeadBlocks.push_back(BB);
481     }
482
483   NumBlockRemoved += DeadBlocks.size();
484
485   // Now loop through all of the blocks and delete the dead ones.  We can safely
486   // do this now because we know that there are no references to dead blocks
487   // (because they have dropped all of their references).
488   for (std::vector<BasicBlock*>::iterator I = DeadBlocks.begin(),
489          E = DeadBlocks.end(); I != E; ++I)
490     Func->getBasicBlockList().erase(*I);
491
492   return MadeChanges;
493 }