lib/Transforms/Utils/Local.cpp

   1 //===-- Local.cpp - Functions to perform local transformations ------------===//
   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 family of functions perform various local transformations to the
  11 // program.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
  16 #include "llvm/Constants.h"
  17 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  18 #include "llvm/Instructions.h"
  19 #include "llvm/Intrinsics.h"
  20 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
  21 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  22 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
  23 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
  24 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  25 #include <cerrno>
  26 using namespace llvm;
  27
  28 //===----------------------------------------------------------------------===//
  29 //  Local constant propagation...
  30 //
  31
  32 /// doConstantPropagation - If an instruction references constants, try to fold
  33 /// them together...
  34 ///
  35 bool llvm::doConstantPropagation(BasicBlock::iterator &II,
  36                                  const TargetData *TD) {
  37   if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(II, TD)) {
  38     // Replaces all of the uses of a variable with uses of the constant.
  39     II->replaceAllUsesWith(C);
  40
  41     // Remove the instruction from the basic block...
  42     II = II->getParent()->getInstList().erase(II);
  43     return true;
  44   }
  45
  46   return false;
  47 }
  48
  49 /// ConstantFoldInstruction - Attempt to constant fold the specified
  50 /// instruction.  If successful, the constant result is returned, if not, null
  51 /// is returned.  Note that this function can only fail when attempting to fold
  52 /// instructions like loads and stores, which have no constant expression form.
  53 ///
  54 Constant *llvm::ConstantFoldInstruction(Instruction *I, const TargetData *TD) {
  55   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
  56     if (PN->getNumIncomingValues() == 0)
  57       return Constant::getNullValue(PN->getType());
  58
  59     Constant *Result = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(0));
  60     if (Result == 0) return 0;
  61
  62     // Handle PHI nodes specially here...
  63     for (unsigned i = 1, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
  64       if (PN->getIncomingValue(i) != Result && PN->getIncomingValue(i) != PN)
  65         return 0;   // Not all the same incoming constants...
  66
  67     // If we reach here, all incoming values are the same constant.
  68     return Result;
  69   }
  70
  71   // Scan the operand list, checking to see if they are all constants, if so,
  72   // hand off to ConstantFoldInstOperands.
  73   SmallVector<Constant*, 8> Ops;
  74   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
  75     if (Constant *Op = dyn_cast<Constant>(I->getOperand(i)))
  76       Ops.push_back(Op);
  77     else
  78       return 0;  // All operands not constant!
  79
  80   return ConstantFoldInstOperands(I, &Ops[0], Ops.size());
  81 }
  82
  83 /// ConstantFoldInstOperands - Attempt to constant fold an instruction with the
  84 /// specified opcode and operands.  If successful, the constant result is
  85 /// returned, if not, null is returned.  Note that this function can fail when
  86 /// attempting to fold instructions like loads and stores, which have no
  87 /// constant expression form.
  88 ///
  89 Constant *llvm::ConstantFoldInstOperands(const Instruction* I,
  90                                          Constant** Ops, unsigned NumOps,
  91                                          const TargetData *TD) {
  92   unsigned Opc = I->getOpcode();
  93   const Type *DestTy = I->getType();
  94
  95   // Handle easy binops first
  96   if (isa<BinaryOperator>(I))
  97     return ConstantExpr::get(Opc, Ops[0], Ops[1]);
  98
  99   switch (Opc) {
 100   default: return 0;
 101   case Instruction::Call:
 102     if (Function *F = dyn_cast<Function>(Ops[0]))
 103       if (canConstantFoldCallTo(F))
 104         return ConstantFoldCall(F, Ops+1, NumOps);
 105     return 0;
 106   case Instruction::ICmp:
 107   case Instruction::FCmp:
 108     return ConstantExpr::getCompare(cast<CmpInst>(I)->getPredicate(), Ops[0],
 109                                     Ops[1]);
 110   case Instruction::Shl:
 111   case Instruction::LShr:
 112   case Instruction::AShr:
 113     return ConstantExpr::get(Opc, Ops[0], Ops[1]);
 114   case Instruction::Trunc:
 115   case Instruction::ZExt:
 116   case Instruction::SExt:
 117   case Instruction::FPTrunc:
 118   case Instruction::FPExt:
 119   case Instruction::UIToFP:
 120   case Instruction::SIToFP:
 121   case Instruction::FPToUI:
 122   case Instruction::FPToSI:
 123   case Instruction::PtrToInt:
 124   case Instruction::IntToPtr:
 125   case Instruction::BitCast:
 126     return ConstantExpr::getCast(Opc, Ops[0], DestTy);
 127   case Instruction::Select:
 128     return ConstantExpr::getSelect(Ops[0], Ops[1], Ops[2]);
 129   case Instruction::ExtractElement:
 130     return ConstantExpr::getExtractElement(Ops[0], Ops[1]);
 131   case Instruction::InsertElement:
 132     return ConstantExpr::getInsertElement(Ops[0], Ops[1], Ops[2]);
 133   case Instruction::ShuffleVector:
 134     return ConstantExpr::getShuffleVector(Ops[0], Ops[1], Ops[2]);
 135   case Instruction::GetElementPtr:
 136     return ConstantExpr::getGetElementPtr(Ops[0],
 137                                           std::vector<Constant*>(Ops+1,
 138                                                                  Ops+NumOps));
 139   }
 140 }
 141
 142 // ConstantFoldTerminator - If a terminator instruction is predicated on a
 143 // constant value, convert it into an unconditional branch to the constant
 144 // destination.
 145 //
 146 bool llvm::ConstantFoldTerminator(BasicBlock *BB) {
 147   TerminatorInst *T = BB->getTerminator();
 148
 149   // Branch - See if we are conditional jumping on constant
 150   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
 151     if (BI->isUnconditional()) return false;  // Can't optimize uncond branch
 152     BasicBlock *Dest1 = cast<BasicBlock>(BI->getOperand(0));
 153     BasicBlock *Dest2 = cast<BasicBlock>(BI->getOperand(1));
 154
 155     if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
 156       // Are we branching on constant?
 157       // YES.  Change to unconditional branch...
 158       BasicBlock *Destination = Cond->getZExtValue() ? Dest1 : Dest2;
 159       BasicBlock *OldDest     = Cond->getZExtValue() ? Dest2 : Dest1;
 160
 161       //cerr << "Function: " << T->getParent()->getParent()
 162       //     << "\nRemoving branch from " << T->getParent()
 163       //     << "\n\nTo: " << OldDest << endl;
 164
 165       // Let the basic block know that we are letting go of it.  Based on this,
 166       // it will adjust it's PHI nodes.
 167       assert(BI->getParent() && "Terminator not inserted in block!");
 168       OldDest->removePredecessor(BI->getParent());
 169
 170       // Set the unconditional destination, and change the insn to be an
 171       // unconditional branch.
 172       BI->setUnconditionalDest(Destination);
 173       return true;
 174     } else if (Dest2 == Dest1) {       // Conditional branch to same location?
 175       // This branch matches something like this:
 176       //     br bool %cond, label %Dest, label %Dest
 177       // and changes it into:  br label %Dest
 178
 179       // Let the basic block know that we are letting go of one copy of it.
 180       assert(BI->getParent() && "Terminator not inserted in block!");
 181       Dest1->removePredecessor(BI->getParent());
 182
 183       // Change a conditional branch to unconditional.
 184       BI->setUnconditionalDest(Dest1);
 185       return true;
 186     }
 187   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(T)) {
 188     // If we are switching on a constant, we can convert the switch into a
 189     // single branch instruction!
 190     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition());
 191     BasicBlock *TheOnlyDest = SI->getSuccessor(0);  // The default dest
 192     BasicBlock *DefaultDest = TheOnlyDest;
 193     assert(TheOnlyDest == SI->getDefaultDest() &&
 194            "Default destination is not successor #0?");
 195
 196     // Figure out which case it goes to...
 197     for (unsigned i = 1, e = SI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
 198       // Found case matching a constant operand?
 199       if (SI->getSuccessorValue(i) == CI) {
 200         TheOnlyDest = SI->getSuccessor(i);
 201         break;
 202       }
 203
 204       // Check to see if this branch is going to the same place as the default
 205       // dest.  If so, eliminate it as an explicit compare.
 206       if (SI->getSuccessor(i) == DefaultDest) {
 207         // Remove this entry...
 208         DefaultDest->removePredecessor(SI->getParent());
 209         SI->removeCase(i);
 210         --i; --e;  // Don't skip an entry...
 211         continue;
 212       }
 213
 214       // Otherwise, check to see if the switch only branches to one destination.
 215       // We do this by reseting "TheOnlyDest" to null when we find two non-equal
 216       // destinations.
 217       if (SI->getSuccessor(i) != TheOnlyDest) TheOnlyDest = 0;
 218     }
 219
 220     if (CI && !TheOnlyDest) {
 221       // Branching on a constant, but not any of the cases, go to the default
 222       // successor.
 223       TheOnlyDest = SI->getDefaultDest();
 224     }
 225
 226     // If we found a single destination that we can fold the switch into, do so
 227     // now.
 228     if (TheOnlyDest) {
 229       // Insert the new branch..
 230       new BranchInst(TheOnlyDest, SI);
 231       BasicBlock *BB = SI->getParent();
 232
 233       // Remove entries from PHI nodes which we no longer branch to...
 234       for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
 235         // Found case matching a constant operand?
 236         BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
 237         if (Succ == TheOnlyDest)
 238           TheOnlyDest = 0;  // Don't modify the first branch to TheOnlyDest
 239         else
 240           Succ->removePredecessor(BB);
 241       }
 242
 243       // Delete the old switch...
 244       BB->getInstList().erase(SI);
 245       return true;
 246     } else if (SI->getNumSuccessors() == 2) {
 247       // Otherwise, we can fold this switch into a conditional branch
 248       // instruction if it has only one non-default destination.
 249       Value *Cond = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, SI->getCondition(),
 250                                  SI->getSuccessorValue(1), "cond", SI);
 251       // Insert the new branch...
 252       new BranchInst(SI->getSuccessor(1), SI->getSuccessor(0), Cond, SI);
 253
 254       // Delete the old switch...
 255       SI->getParent()->getInstList().erase(SI);
 256       return true;
 257     }
 258   }
 259   return false;
 260 }
 261
 262 /// ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr - Given a constant and a
 263 /// getelementptr constantexpr, return the constant value being addressed by the
 264 /// constant expression, or null if something is funny and we can't decide.
 265 Constant *llvm::ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Constant *C,
 266                                                        ConstantExpr *CE) {
 267   if (CE->getOperand(1) != Constant::getNullValue(CE->getOperand(1)->getType()))
 268     return 0;  // Do not allow stepping over the value!
 269
 270   // Loop over all of the operands, tracking down which value we are
 271   // addressing...
 272   gep_type_iterator I = gep_type_begin(CE), E = gep_type_end(CE);
 273   for (++I; I != E; ++I)
 274     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*I)) {
 275       ConstantInt *CU = cast<ConstantInt>(I.getOperand());
 276       assert(CU->getZExtValue() < STy->getNumElements() &&
 277              "Struct index out of range!");
 278       unsigned El = (unsigned)CU->getZExtValue();
 279       if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(C)) {
 280         C = CS->getOperand(El);
 281       } else if (isa<ConstantAggregateZero>(C)) {
 282         C = Constant::getNullValue(STy->getElementType(El));
 283       } else if (isa<UndefValue>(C)) {
 284         C = UndefValue::get(STy->getElementType(El));
 285       } else {
 286         return 0;
 287       }
 288     } else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I.getOperand())) {
 289       if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(*I)) {
 290         if (CI->getZExtValue() >= ATy->getNumElements())
 291          return 0;
 292         if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(C))
 293           C = CA->getOperand(CI->getZExtValue());
 294         else if (isa<ConstantAggregateZero>(C))
 295           C = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
 296         else if (isa<UndefValue>(C))
 297           C = UndefValue::get(ATy->getElementType());
 298         else
 299           return 0;
 300       } else if (const PackedType *PTy = dyn_cast<PackedType>(*I)) {
 301         if (CI->getZExtValue() >= PTy->getNumElements())
 302           return 0;
 303         if (ConstantPacked *CP = dyn_cast<ConstantPacked>(C))
 304           C = CP->getOperand(CI->getZExtValue());
 305         else if (isa<ConstantAggregateZero>(C))
 306           C = Constant::getNullValue(PTy->getElementType());
 307         else if (isa<UndefValue>(C))
 308           C = UndefValue::get(PTy->getElementType());
 309         else
 310           return 0;
 311       } else {
 312         return 0;
 313       }
 314     } else {
 315       return 0;
 316     }
 317   return C;
 318 }
 319
 320
 321 //===----------------------------------------------------------------------===//
 322 //  Local dead code elimination...
 323 //
 324
 325 bool llvm::isInstructionTriviallyDead(Instruction *I) {
 326   if (!I->use_empty() || isa<TerminatorInst>(I)) return false;
 327
 328   if (!I->mayWriteToMemory()) return true;
 329
 330   if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
 331     if (Function *F = CI->getCalledFunction()) {
 332       unsigned IntrinsicID = F->getIntrinsicID();
 333 #define GET_SIDE_EFFECT_INFO
 334 #include "llvm/Intrinsics.gen"
 335 #undef GET_SIDE_EFFECT_INFO
 336     }
 337   return false;
 338 }
 339
 340 // dceInstruction - Inspect the instruction at *BBI and figure out if it's
 341 // [trivially] dead.  If so, remove the instruction and update the iterator
 342 // to point to the instruction that immediately succeeded the original
 343 // instruction.
 344 //
 345 bool llvm::dceInstruction(BasicBlock::iterator &BBI) {
 346   // Look for un"used" definitions...
 347   if (isInstructionTriviallyDead(BBI)) {
 348     BBI = BBI->getParent()->getInstList().erase(BBI);   // Bye bye
 349     return true;
 350   }
 351   return false;
 352 }