Simplify code a bit, and use alias analysis to allow us to delete unused
[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/Constant.h"
18 #include "llvm/Instructions.h"
19 #include "llvm/Type.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 "Support/Debug.h"
27 #include "Support/DepthFirstIterator.h"
28 #include "Support/Statistic.h"
29 #include "Support/STLExtras.h"
30 #include <algorithm>
31 using namespace llvm;
32
33 namespace {
34   Statistic<> NumBlockRemoved("adce", "Number of basic blocks removed");
35   Statistic<> NumInstRemoved ("adce", "Number of instructions removed");
36   Statistic<> NumCallRemoved ("adce", "Number of calls and invokes removed");
37
38 //===----------------------------------------------------------------------===//
39 // ADCE Class
40 //
41 // This class does all of the work of Aggressive Dead Code Elimination.
42 // It's public interface consists of a constructor and a doADCE() method.
43 //
44 class ADCE : public FunctionPass {
45   Function *Func;                       // The function that we are working on
46   AliasAnalysis *AA;                    // Current AliasAnalysis object
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     AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
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   // dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the
89   // instructions in the specified basic block, dropping references on
90   // instructions that are dead according to LiveSet.
91   bool dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB);
92
93   TerminatorInst *convertToUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI);
94
95   inline void markInstructionLive(Instruction *I) {
96     if (LiveSet.count(I)) return;
97     DEBUG(std::cerr << "Insn Live: " << I);
98     LiveSet.insert(I);
99     WorkList.push_back(I);
100   }
101
102   inline void markTerminatorLive(const BasicBlock *BB) {
103     DEBUG(std::cerr << "Terminator Live: " << BB->getTerminator());
104     markInstructionLive(const_cast<TerminatorInst*>(BB->getTerminator()));
105   }
106 };
107
108   RegisterOpt<ADCE> X("adce", "Aggressive Dead Code Elimination");
109 } // End of anonymous namespace
110
111 Pass *llvm::createAggressiveDCEPass() { return new ADCE(); }
112
113 void ADCE::markBlockAlive(BasicBlock *BB) {
114   // Mark the basic block as being newly ALIVE... and mark all branches that
115   // this block is control dependent on as being alive also...
116   //
117   PostDominanceFrontier &CDG = getAnalysis<PostDominanceFrontier>();
118
119   PostDominanceFrontier::const_iterator It = CDG.find(BB);
120   if (It != CDG.end()) {
121     // Get the blocks that this node is control dependent on...
122     const PostDominanceFrontier::DomSetType &CDB = It->second;
123     for_each(CDB.begin(), CDB.end(),   // Mark all their terminators as live
124              bind_obj(this, &ADCE::markTerminatorLive));
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 // dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the
135 // instructions in the specified basic block, dropping references on
136 // instructions that are dead according to LiveSet.
137 bool ADCE::dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB) {
138   bool Changed = false;
139   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = --BB->end(); I != E; )
140     if (!LiveSet.count(I)) {              // Is this instruction alive?
141       I->dropAllReferences();             // Nope, drop references... 
142       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
143         // We don't want to leave PHI nodes in the program that have
144         // #arguments != #predecessors, so we remove them now.
145         //
146         PN->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(PN->getType()));
147         
148         // Delete the instruction...
149         I = BB->getInstList().erase(I);
150         Changed = true;
151         ++NumInstRemoved;
152       } else {
153         ++I;
154       }
155     } else {
156       ++I;
157     }
158   return Changed;
159 }
160
161
162 /// convertToUnconditionalBranch - Transform this conditional terminator
163 /// instruction into an unconditional branch because we don't care which of the
164 /// successors it goes to.  This eliminate a use of the condition as well.
165 ///
166 TerminatorInst *ADCE::convertToUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI) {
167   BranchInst *NB = new BranchInst(TI->getSuccessor(0), TI);
168   BasicBlock *BB = TI->getParent();
169
170   // Remove entries from PHI nodes to avoid confusing ourself later...
171   for (unsigned i = 1, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
172     TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
173   
174   // Delete the old branch itself...
175   BB->getInstList().erase(TI);
176   return NB;
177 }
178
179
180 // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
181 // true if the function was modified.
182 //
183 bool ADCE::doADCE() {
184   bool MadeChanges = false;
185
186   // Iterate over all of the instructions in the function, eliminating trivially
187   // dead instructions, and marking instructions live that are known to be 
188   // needed.  Perform the walk in depth first order so that we avoid marking any
189   // instructions live in basic blocks that are unreachable.  These blocks will
190   // be eliminated later, along with the instructions inside.
191   //
192   for (df_iterator<Function*> BBI = df_begin(Func), BBE = df_end(Func);
193        BBI != BBE; ++BBI) {
194     BasicBlock *BB = *BBI;
195     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), EI = BB->end(); II != EI; ) {
196       Instruction *I = II++;
197       if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
198         Function *F = CI->getCalledFunction();
199         if (F && AA->onlyReadsMemory(F)) {
200           if (CI->use_empty()) {
201             BB->getInstList().erase(CI);
202             ++NumCallRemoved;
203           }
204         } else {
205           markInstructionLive(I);
206         }
207       } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(I)) {
208         Function *F = II->getCalledFunction();
209         if (F && AA->onlyReadsMemory(F)) {
210           // The function cannot unwind.  Convert it to a call with a branch
211           // after it to the normal destination.
212           std::vector<Value*> Args(II->op_begin()+1, II->op_end());
213           std::string Name = II->getName(); II->setName("");
214           Instruction *NewCall = new CallInst(F, Args, Name, II);
215           II->replaceAllUsesWith(NewCall);
216           new BranchInst(II->getNormalDest(), II);
217           BB->getInstList().erase(II);
218
219           if (NewCall->use_empty()) {
220             BB->getInstList().erase(NewCall);
221             ++NumCallRemoved;
222           }
223         } else {
224           markInstructionLive(I);
225         }
226       } else if (I->mayWriteToMemory() || isa<ReturnInst>(I) ||
227                  isa<UnwindInst>(I)) {
228         markInstructionLive(I);
229       } else if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
230         // Remove the instruction from it's basic block...
231         BB->getInstList().erase(I);
232         ++NumInstRemoved;
233       }
234     }
235   }
236
237   // Check to ensure we have an exit node for this CFG.  If we don't, we won't
238   // have any post-dominance information, thus we cannot perform our
239   // transformations safely.
240   //
241   PostDominatorTree &DT = getAnalysis<PostDominatorTree>();
242   if (DT[&Func->getEntryBlock()] == 0) {
243     WorkList.clear();
244     return MadeChanges;
245   }
246
247   // Scan the function marking blocks without post-dominance information as
248   // live.  Blocks without post-dominance information occur when there is an
249   // infinite loop in the program.  Because the infinite loop could contain a
250   // function which unwinds, exits or has side-effects, we don't want to delete
251   // the infinite loop or those blocks leading up to it.
252   for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
253     if (DT[I] == 0)
254       for (pred_iterator PI = pred_begin(I), E = pred_end(I); PI != E; ++PI)
255         markInstructionLive((*PI)->getTerminator());
256
257
258
259   DEBUG(std::cerr << "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 (!AliveBlocks.count(BB)) {     // Basic block not alive yet...
276       AliveBlocks.insert(BB);         // Block is now ALIVE!
277       markBlockAlive(BB);             // Make it so now!
278     }
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 (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE; ++PI)
286         if (!AliveBlocks.count(*PI)) {
287           AliveBlocks.insert(BB);         // Block is now ALIVE!
288           markBlockAlive(*PI);
289         }
290
291     // Loop over all of the operands of the live instruction, making sure that
292     // they are known to be alive as well...
293     //
294     for (unsigned op = 0, End = I->getNumOperands(); op != End; ++op)
295       if (Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(op)))
296         markInstructionLive(Operand);
297   }
298
299   DEBUG(
300     std::cerr << "Current Function: X = Live\n";
301     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I){
302       std::cerr << I->getName() << ":\t"
303                 << (AliveBlocks.count(I) ? "LIVE\n" : "DEAD\n");
304       for (BasicBlock::iterator BI = I->begin(), BE = I->end(); BI != BE; ++BI){
305         if (LiveSet.count(BI)) std::cerr << "X ";
306         std::cerr << *BI;
307       }
308     });
309
310   // Find the first postdominator of the entry node that is alive.  Make it the
311   // new entry node...
312   //
313   if (AliveBlocks.size() == Func->size()) {  // No dead blocks?
314     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I) {
315       // Loop over all of the instructions in the function, telling dead
316       // instructions to drop their references.  This is so that the next sweep
317       // over the program can safely delete dead instructions without other dead
318       // instructions still referring to them.
319       //
320       dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(I);
321
322       // Check to make sure the terminator instruction is live.  If it isn't,
323       // this means that the condition that it branches on (we know it is not an
324       // unconditional branch), is not needed to make the decision of where to
325       // go to, because all outgoing edges go to the same place.  We must remove
326       // the use of the condition (because it's probably dead), so we convert
327       // the terminator to a conditional branch.
328       //
329       TerminatorInst *TI = I->getTerminator();
330       if (!LiveSet.count(TI))
331         convertToUnconditionalBranch(TI);
332     }
333     
334   } else {                                   // If there are some blocks dead...
335     // If the entry node is dead, insert a new entry node to eliminate the entry
336     // node as a special case.
337     //
338     if (!AliveBlocks.count(&Func->front())) {
339       BasicBlock *NewEntry = new BasicBlock();
340       new BranchInst(&Func->front(), NewEntry);
341       Func->getBasicBlockList().push_front(NewEntry);
342       AliveBlocks.insert(NewEntry);    // This block is always alive!
343       LiveSet.insert(NewEntry->getTerminator());  // The branch is live
344     }
345     
346     // Loop over all of the alive blocks in the function.  If any successor
347     // blocks are not alive, we adjust the outgoing branches to branch to the
348     // first live postdominator of the live block, adjusting any PHI nodes in
349     // the block to reflect this.
350     //
351     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
352       if (AliveBlocks.count(I)) {
353         BasicBlock *BB = I;
354         TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
355       
356         // If the terminator instruction is alive, but the block it is contained
357         // in IS alive, this means that this terminator is a conditional branch
358         // on a condition that doesn't matter.  Make it an unconditional branch
359         // to ONE of the successors.  This has the side effect of dropping a use
360         // of the conditional value, which may also be dead.
361         if (!LiveSet.count(TI))
362           TI = convertToUnconditionalBranch(TI);
363
364         // Loop over all of the successors, looking for ones that are not alive.
365         // We cannot save the number of successors in the terminator instruction
366         // here because we may remove them if we don't have a postdominator...
367         //
368         for (unsigned i = 0; i != TI->getNumSuccessors(); ++i)
369           if (!AliveBlocks.count(TI->getSuccessor(i))) {
370             // Scan up the postdominator tree, looking for the first
371             // postdominator that is alive, and the last postdominator that is
372             // dead...
373             //
374             PostDominatorTree::Node *LastNode = DT[TI->getSuccessor(i)];
375
376             // There is a special case here... if there IS no post-dominator for
377             // the block we have no owhere to point our branch to.  Instead,
378             // convert it to a return.  This can only happen if the code
379             // branched into an infinite loop.  Note that this may not be
380             // desirable, because we _are_ altering the behavior of the code.
381             // This is a well known drawback of ADCE, so in the future if we
382             // choose to revisit the decision, this is where it should be.
383             //
384             if (LastNode == 0) {        // No postdominator!
385               // Call RemoveSuccessor to transmogrify the terminator instruction
386               // to not contain the outgoing branch, or to create a new
387               // terminator if the form fundamentally changes (i.e.,
388               // unconditional branch to return).  Note that this will change a
389               // branch into an infinite loop into a return instruction!
390               //
391               RemoveSuccessor(TI, i);
392
393               // RemoveSuccessor may replace TI... make sure we have a fresh
394               // pointer... and e variable.
395               //
396               TI = BB->getTerminator();
397
398               // Rescan this successor...
399               --i;
400             } else {
401               PostDominatorTree::Node *NextNode = LastNode->getIDom();
402
403               while (!AliveBlocks.count(NextNode->getBlock())) {
404                 LastNode = NextNode;
405                 NextNode = NextNode->getIDom();
406               }
407             
408               // Get the basic blocks that we need...
409               BasicBlock *LastDead = LastNode->getBlock();
410               BasicBlock *NextAlive = NextNode->getBlock();
411
412               // Make the conditional branch now go to the next alive block...
413               TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
414               TI->setSuccessor(i, NextAlive);
415
416               // If there are PHI nodes in NextAlive, we need to add entries to
417               // the PHI nodes for the new incoming edge.  The incoming values
418               // should be identical to the incoming values for LastDead.
419               //
420               for (BasicBlock::iterator II = NextAlive->begin();
421                    PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(II); ++II)
422                 if (LiveSet.count(PN)) {  // Only modify live phi nodes
423                   // Get the incoming value for LastDead...
424                   int OldIdx = PN->getBasicBlockIndex(LastDead);
425                   assert(OldIdx != -1 &&"LastDead is not a pred of NextAlive!");
426                   Value *InVal = PN->getIncomingValue(OldIdx);
427                   
428                   // Add an incoming value for BB now...
429                   PN->addIncoming(InVal, BB);
430                 }
431             }
432           }
433
434         // Now loop over all of the instructions in the basic block, telling
435         // dead instructions to drop their references.  This is so that the next
436         // sweep over the program can safely delete dead instructions without
437         // other dead instructions still referring to them.
438         //
439         dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(BB);
440       }
441   }
442
443   // We make changes if there are any dead blocks in the function...
444   if (unsigned NumDeadBlocks = Func->size() - AliveBlocks.size()) {
445     MadeChanges = true;
446     NumBlockRemoved += NumDeadBlocks;
447   }
448
449   // Loop over all of the basic blocks in the function, removing control flow
450   // edges to live blocks (also eliminating any entries in PHI functions in
451   // referenced blocks).
452   //
453   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB)
454     if (!AliveBlocks.count(BB)) {
455       // Remove all outgoing edges from this basic block and convert the
456       // terminator into a return instruction.
457       std::vector<BasicBlock*> Succs(succ_begin(BB), succ_end(BB));
458       
459       if (!Succs.empty()) {
460         // Loop over all of the successors, removing this block from PHI node
461         // entries that might be in the block...
462         while (!Succs.empty()) {
463           Succs.back()->removePredecessor(BB);
464           Succs.pop_back();
465         }
466         
467         // Delete the old terminator instruction...
468         const Type *TermTy = BB->getTerminator()->getType();
469         if (TermTy != Type::VoidTy)
470           BB->getTerminator()->replaceAllUsesWith(
471                                Constant::getNullValue(TermTy));
472         BB->getInstList().pop_back();
473         const Type *RetTy = Func->getReturnType();
474         new ReturnInst(RetTy != Type::VoidTy ?
475                        Constant::getNullValue(RetTy) : 0, BB);
476       }
477     }
478
479
480   // Loop over all of the basic blocks in the function, dropping references of
481   // the dead basic blocks.  We must do this after the previous step to avoid
482   // dropping references to PHIs which still have entries...
483   //
484   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB)
485     if (!AliveBlocks.count(BB))
486       BB->dropAllReferences();
487
488   // Now loop through all of the blocks and delete the dead ones.  We can safely
489   // do this now because we know that there are no references to dead blocks
490   // (because they have dropped all of their references...  we also remove dead
491   // instructions from alive blocks.
492   //
493   for (Function::iterator BI = Func->begin(); BI != Func->end(); )
494     if (!AliveBlocks.count(BI)) {                // Delete dead blocks...
495       BI = Func->getBasicBlockList().erase(BI);
496     } else {                                     // Scan alive blocks...
497       for (BasicBlock::iterator II = BI->begin(); II != --BI->end(); )
498         if (!LiveSet.count(II)) {             // Is this instruction alive?
499           // Nope... remove the instruction from it's basic block...
500           II = BI->getInstList().erase(II);
501           ++NumInstRemoved;
502           MadeChanges = true;
503         } else {
504           ++II;
505         }
506
507       ++BI;                                           // Increment iterator...
508     }
509
510   return MadeChanges;
511 }