move FindAvailableLoadedValue from JumpThreading to Transforms/Utils.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / BasicBlockUtils.cpp
1 //===-- BasicBlockUtils.cpp - BasicBlock Utilities -------------------------==//
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 family of functions perform manipulations on basic blocks, and
11 // instructions contained within basic blocks.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
16 #include "llvm/Function.h"
17 #include "llvm/Instructions.h"
18 #include "llvm/Constant.h"
19 #include "llvm/Type.h"
20 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
21 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
22 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
23 #include <algorithm>
24 using namespace llvm;
25
26 /// MergeBlockIntoPredecessor - Attempts to merge a block into its predecessor,
27 /// if possible.  The return value indicates success or failure.
28 bool llvm::MergeBlockIntoPredecessor(BasicBlock* BB, Pass* P) {
29   pred_iterator PI(pred_begin(BB)), PE(pred_end(BB));
30   // Can't merge the entry block.
31   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB)) return false;
32   
33   BasicBlock *PredBB = *PI++;
34   for (; PI != PE; ++PI)  // Search all predecessors, see if they are all same
35     if (*PI != PredBB) {
36       PredBB = 0;       // There are multiple different predecessors...
37       break;
38     }
39   
40   // Can't merge if there are multiple predecessors.
41   if (!PredBB) return false;
42   // Don't break self-loops.
43   if (PredBB == BB) return false;
44   // Don't break invokes.
45   if (isa<InvokeInst>(PredBB->getTerminator())) return false;
46   
47   succ_iterator SI(succ_begin(PredBB)), SE(succ_end(PredBB));
48   BasicBlock* OnlySucc = BB;
49   for (; SI != SE; ++SI)
50     if (*SI != OnlySucc) {
51       OnlySucc = 0;     // There are multiple distinct successors!
52       break;
53     }
54   
55   // Can't merge if there are multiple successors.
56   if (!OnlySucc) return false;
57
58   // Can't merge if there is PHI loop.
59   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end(); BI != BE; ++BI) {
60     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI)) {
61       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
62         if (PN->getIncomingValue(i) == PN)
63           return false;
64     } else
65       break;
66   }
67
68   // Begin by getting rid of unneeded PHIs.
69   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&BB->front())) {
70     PN->replaceAllUsesWith(PN->getIncomingValue(0));
71     BB->getInstList().pop_front();  // Delete the phi node...
72   }
73   
74   // Delete the unconditional branch from the predecessor...
75   PredBB->getInstList().pop_back();
76   
77   // Move all definitions in the successor to the predecessor...
78   PredBB->getInstList().splice(PredBB->end(), BB->getInstList());
79   
80   // Make all PHI nodes that referred to BB now refer to Pred as their
81   // source...
82   BB->replaceAllUsesWith(PredBB);
83   
84   // Inherit predecessors name if it exists.
85   if (!PredBB->hasName())
86     PredBB->takeName(BB);
87   
88   // Finally, erase the old block and update dominator info.
89   if (P) {
90     if (DominatorTree* DT = P->getAnalysisToUpdate<DominatorTree>()) {
91       DomTreeNode* DTN = DT->getNode(BB);
92       DomTreeNode* PredDTN = DT->getNode(PredBB);
93   
94       if (DTN) {
95         SmallPtrSet<DomTreeNode*, 8> Children(DTN->begin(), DTN->end());
96         for (SmallPtrSet<DomTreeNode*, 8>::iterator DI = Children.begin(),
97              DE = Children.end(); DI != DE; ++DI)
98           DT->changeImmediateDominator(*DI, PredDTN);
99
100         DT->eraseNode(BB);
101       }
102     }
103   }
104   
105   BB->eraseFromParent();
106   
107   
108   return true;
109 }
110
111 /// ReplaceInstWithValue - Replace all uses of an instruction (specified by BI)
112 /// with a value, then remove and delete the original instruction.
113 ///
114 void llvm::ReplaceInstWithValue(BasicBlock::InstListType &BIL,
115                                 BasicBlock::iterator &BI, Value *V) {
116   Instruction &I = *BI;
117   // Replaces all of the uses of the instruction with uses of the value
118   I.replaceAllUsesWith(V);
119
120   // Make sure to propagate a name if there is one already.
121   if (I.hasName() && !V->hasName())
122     V->takeName(&I);
123
124   // Delete the unnecessary instruction now...
125   BI = BIL.erase(BI);
126 }
127
128
129 /// ReplaceInstWithInst - Replace the instruction specified by BI with the
130 /// instruction specified by I.  The original instruction is deleted and BI is
131 /// updated to point to the new instruction.
132 ///
133 void llvm::ReplaceInstWithInst(BasicBlock::InstListType &BIL,
134                                BasicBlock::iterator &BI, Instruction *I) {
135   assert(I->getParent() == 0 &&
136          "ReplaceInstWithInst: Instruction already inserted into basic block!");
137
138   // Insert the new instruction into the basic block...
139   BasicBlock::iterator New = BIL.insert(BI, I);
140
141   // Replace all uses of the old instruction, and delete it.
142   ReplaceInstWithValue(BIL, BI, I);
143
144   // Move BI back to point to the newly inserted instruction
145   BI = New;
146 }
147
148 /// ReplaceInstWithInst - Replace the instruction specified by From with the
149 /// instruction specified by To.
150 ///
151 void llvm::ReplaceInstWithInst(Instruction *From, Instruction *To) {
152   BasicBlock::iterator BI(From);
153   ReplaceInstWithInst(From->getParent()->getInstList(), BI, To);
154 }
155
156 /// RemoveSuccessor - Change the specified terminator instruction such that its
157 /// successor SuccNum no longer exists.  Because this reduces the outgoing
158 /// degree of the current basic block, the actual terminator instruction itself
159 /// may have to be changed.  In the case where the last successor of the block 
160 /// is deleted, a return instruction is inserted in its place which can cause a
161 /// surprising change in program behavior if it is not expected.
162 ///
163 void llvm::RemoveSuccessor(TerminatorInst *TI, unsigned SuccNum) {
164   assert(SuccNum < TI->getNumSuccessors() &&
165          "Trying to remove a nonexistant successor!");
166
167   // If our old successor block contains any PHI nodes, remove the entry in the
168   // PHI nodes that comes from this branch...
169   //
170   BasicBlock *BB = TI->getParent();
171   TI->getSuccessor(SuccNum)->removePredecessor(BB);
172
173   TerminatorInst *NewTI = 0;
174   switch (TI->getOpcode()) {
175   case Instruction::Br:
176     // If this is a conditional branch... convert to unconditional branch.
177     if (TI->getNumSuccessors() == 2) {
178       cast<BranchInst>(TI)->setUnconditionalDest(TI->getSuccessor(1-SuccNum));
179     } else {                    // Otherwise convert to a return instruction...
180       Value *RetVal = 0;
181
182       // Create a value to return... if the function doesn't return null...
183       if (BB->getParent()->getReturnType() != Type::VoidTy)
184         RetVal = Constant::getNullValue(BB->getParent()->getReturnType());
185
186       // Create the return...
187       NewTI = ReturnInst::Create(RetVal);
188     }
189     break;
190
191   case Instruction::Invoke:    // Should convert to call
192   case Instruction::Switch:    // Should remove entry
193   default:
194   case Instruction::Ret:       // Cannot happen, has no successors!
195     assert(0 && "Unhandled terminator instruction type in RemoveSuccessor!");
196     abort();
197   }
198
199   if (NewTI)   // If it's a different instruction, replace.
200     ReplaceInstWithInst(TI, NewTI);
201 }
202
203 /// SplitEdge -  Split the edge connecting specified block. Pass P must 
204 /// not be NULL. 
205 BasicBlock *llvm::SplitEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *Succ, Pass *P) {
206   TerminatorInst *LatchTerm = BB->getTerminator();
207   unsigned SuccNum = 0;
208 #ifndef NDEBUG
209   unsigned e = LatchTerm->getNumSuccessors();
210 #endif
211   for (unsigned i = 0; ; ++i) {
212     assert(i != e && "Didn't find edge?");
213     if (LatchTerm->getSuccessor(i) == Succ) {
214       SuccNum = i;
215       break;
216     }
217   }
218   
219   // If this is a critical edge, let SplitCriticalEdge do it.
220   if (SplitCriticalEdge(BB->getTerminator(), SuccNum, P))
221     return LatchTerm->getSuccessor(SuccNum);
222
223   // If the edge isn't critical, then BB has a single successor or Succ has a
224   // single pred.  Split the block.
225   BasicBlock::iterator SplitPoint;
226   if (BasicBlock *SP = Succ->getSinglePredecessor()) {
227     // If the successor only has a single pred, split the top of the successor
228     // block.
229     assert(SP == BB && "CFG broken");
230     SP = NULL;
231     return SplitBlock(Succ, Succ->begin(), P);
232   } else {
233     // Otherwise, if BB has a single successor, split it at the bottom of the
234     // block.
235     assert(BB->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
236            "Should have a single succ!"); 
237     return SplitBlock(BB, BB->getTerminator(), P);
238   }
239 }
240
241 /// SplitBlock - Split the specified block at the specified instruction - every
242 /// thing before SplitPt stays in Old and everything starting with SplitPt moves
243 /// to a new block.  The two blocks are joined by an unconditional branch and
244 /// the loop info is updated.
245 ///
246 BasicBlock *llvm::SplitBlock(BasicBlock *Old, Instruction *SplitPt, Pass *P) {
247   BasicBlock::iterator SplitIt = SplitPt;
248   while (isa<PHINode>(SplitIt))
249     ++SplitIt;
250   BasicBlock *New = Old->splitBasicBlock(SplitIt, Old->getName()+".split");
251
252   // The new block lives in whichever loop the old one did.
253   if (LoopInfo* LI = P->getAnalysisToUpdate<LoopInfo>())
254     if (Loop *L = LI->getLoopFor(Old))
255       L->addBasicBlockToLoop(New, LI->getBase());
256
257   if (DominatorTree *DT = P->getAnalysisToUpdate<DominatorTree>()) 
258     {
259       // Old dominates New. New node domiantes all other nodes dominated by Old.
260       DomTreeNode *OldNode = DT->getNode(Old);
261       std::vector<DomTreeNode *> Children;
262       for (DomTreeNode::iterator I = OldNode->begin(), E = OldNode->end();
263            I != E; ++I) 
264         Children.push_back(*I);
265
266       DomTreeNode *NewNode =   DT->addNewBlock(New,Old);
267
268       for (std::vector<DomTreeNode *>::iterator I = Children.begin(),
269              E = Children.end(); I != E; ++I) 
270         DT->changeImmediateDominator(*I, NewNode);
271     }
272
273   if (DominanceFrontier *DF = P->getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>())
274     DF->splitBlock(Old);
275     
276   return New;
277 }
278
279
280 /// SplitBlockPredecessors - This method transforms BB by introducing a new
281 /// basic block into the function, and moving some of the predecessors of BB to
282 /// be predecessors of the new block.  The new predecessors are indicated by the
283 /// Preds array, which has NumPreds elements in it.  The new block is given a
284 /// suffix of 'Suffix'.
285 ///
286 /// This currently updates the LLVM IR, AliasAnalysis, DominatorTree and
287 /// DominanceFrontier, but no other analyses.
288 BasicBlock *llvm::SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB, 
289                                          BasicBlock *const *Preds,
290                                          unsigned NumPreds, const char *Suffix,
291                                          Pass *P) {
292   // Create new basic block, insert right before the original block.
293   BasicBlock *NewBB =
294     BasicBlock::Create(BB->getName()+Suffix, BB->getParent(), BB);
295   
296   // The new block unconditionally branches to the old block.
297   BranchInst *BI = BranchInst::Create(BB, NewBB);
298   
299   // Move the edges from Preds to point to NewBB instead of BB.
300   for (unsigned i = 0; i != NumPreds; ++i)
301     Preds[i]->getTerminator()->replaceUsesOfWith(BB, NewBB);
302   
303   // Update dominator tree and dominator frontier if available.
304   DominatorTree *DT = P ? P->getAnalysisToUpdate<DominatorTree>() : 0;
305   if (DT)
306     DT->splitBlock(NewBB);
307   if (DominanceFrontier *DF = P ? P->getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>():0)
308     DF->splitBlock(NewBB);
309   AliasAnalysis *AA = P ? P->getAnalysisToUpdate<AliasAnalysis>() : 0;
310   
311   
312   // Insert a new PHI node into NewBB for every PHI node in BB and that new PHI
313   // node becomes an incoming value for BB's phi node.  However, if the Preds
314   // list is empty, we need to insert dummy entries into the PHI nodes in BB to
315   // account for the newly created predecessor.
316   if (NumPreds == 0) {
317     // Insert dummy values as the incoming value.
318     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
319       cast<PHINode>(I)->addIncoming(UndefValue::get(I->getType()), NewBB);
320     return NewBB;
321   }
322   
323   // Otherwise, create a new PHI node in NewBB for each PHI node in BB.
324   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
325     PHINode *PN = cast<PHINode>(I++);
326     
327     // Check to see if all of the values coming in are the same.  If so, we
328     // don't need to create a new PHI node.
329     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(Preds[0]);
330     for (unsigned i = 1; i != NumPreds; ++i)
331       if (InVal != PN->getIncomingValueForBlock(Preds[i])) {
332         InVal = 0;
333         break;
334       }
335     
336     if (InVal) {
337       // If all incoming values for the new PHI would be the same, just don't
338       // make a new PHI.  Instead, just remove the incoming values from the old
339       // PHI.
340       for (unsigned i = 0; i != NumPreds; ++i)
341         PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
342     } else {
343       // If the values coming into the block are not the same, we need a PHI.
344       // Create the new PHI node, insert it into NewBB at the end of the block
345       PHINode *NewPHI =
346         PHINode::Create(PN->getType(), PN->getName()+".ph", BI);
347       if (AA) AA->copyValue(PN, NewPHI);
348       
349       // Move all of the PHI values for 'Preds' to the new PHI.
350       for (unsigned i = 0; i != NumPreds; ++i) {
351         Value *V = PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
352         NewPHI->addIncoming(V, Preds[i]);
353       }
354       InVal = NewPHI;
355     }
356     
357     // Add an incoming value to the PHI node in the loop for the preheader
358     // edge.
359     PN->addIncoming(InVal, NewBB);
360     
361     // Check to see if we can eliminate this phi node.
362     if (Value *V = PN->hasConstantValue(DT != 0)) {
363       Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
364       if (!I || DT == 0 || DT->dominates(I, PN)) {
365         PN->replaceAllUsesWith(V);
366         if (AA) AA->deleteValue(PN);
367         PN->eraseFromParent();
368       }
369     }
370   }
371   
372   return NewBB;
373 }
374
375 /// FindAvailableLoadedValue - Scan the ScanBB block backwards (starting at the
376 /// instruction before ScanFrom) checking to see if we have the value at the
377 /// memory address *Ptr locally available within a small number of instructions.
378 /// If the value is available, return it.
379 ///
380 /// If not, return the iterator for the last validated instruction that the 
381 /// value would be live through.  If we scanned the entire block and didn't find
382 /// something that invalidates *Ptr or provides it, ScanFrom would be left at
383 /// begin() and this returns null.  ScanFrom could also be left 
384 ///
385 /// MaxInstsToScan specifies the maximum instructions to scan in the block.  If
386 /// it is set to 0, it will scan the whole block. You can also optionally
387 /// specify an alias analysis implementation, which makes this more precise.
388 Value *llvm::FindAvailableLoadedValue(Value *Ptr, BasicBlock *ScanBB,
389                                       BasicBlock::iterator &ScanFrom,
390                                       unsigned MaxInstsToScan,
391                                       AliasAnalysis *AA) {
392   if (MaxInstsToScan == 0) MaxInstsToScan = ~0U;
393   
394   while (ScanFrom != ScanBB->begin()) {
395     // Don't scan huge blocks.
396     if (MaxInstsToScan-- == 0) return 0;
397     
398     Instruction *Inst = --ScanFrom;
399     
400     // If this is a load of Ptr, the loaded value is available.
401     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
402       if (LI->getOperand(0) == Ptr)
403         return LI;
404     
405     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
406       // If this is a store through Ptr, the value is available!
407       if (SI->getOperand(1) == Ptr)
408         return SI->getOperand(0);
409       
410       // If Ptr is an alloca and this is a store to a different alloca, ignore
411       // the store.  This is a trivial form of alias analysis that is important
412       // for reg2mem'd code.
413       if ((isa<AllocaInst>(Ptr) || isa<GlobalVariable>(Ptr)) &&
414           (isa<AllocaInst>(SI->getOperand(1)) ||
415            isa<GlobalVariable>(SI->getOperand(1))))
416         continue;
417       
418       // Otherwise the store that may or may not alias the pointer, bail out.
419       ++ScanFrom;
420       return 0;
421     }
422     
423     
424     // If this is some other instruction that may clobber Ptr, bail out.
425     if (Inst->mayWriteToMemory()) {
426       // May modify the pointer, bail out.
427       ++ScanFrom;
428       return 0;
429     }
430   }
431   
432   // Got to the start of the block, we didn't find it, but are done for this
433   // block.
434   return 0;
435 }