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