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/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
  22 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
  23 #include <cerrno>
  24 #include <cmath>
  25 using namespace llvm;
  26
  27 //===----------------------------------------------------------------------===//
  28 //  Local constant propagation...
  29 //
  30
  31 /// doConstantPropagation - If an instruction references constants, try to fold
  32 /// them together...
  33 ///
  34 bool llvm::doConstantPropagation(BasicBlock::iterator &II) {
  35   if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(II)) {
  36     // Replaces all of the uses of a variable with uses of the constant.
  37     II->replaceAllUsesWith(C);
  38
  39     // Remove the instruction from the basic block...
  40     II = II->getParent()->getInstList().erase(II);
  41     return true;
  42   }
  43
  44   return false;
  45 }
  46
  47 /// ConstantFoldInstruction - Attempt to constant fold the specified
  48 /// instruction.  If successful, the constant result is returned, if not, null
  49 /// is returned.  Note that this function can only fail when attempting to fold
  50 /// instructions like loads and stores, which have no constant expression form.
  51 ///
  52 Constant *llvm::ConstantFoldInstruction(Instruction *I) {
  53   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
  54     if (PN->getNumIncomingValues() == 0)
  55       return Constant::getNullValue(PN->getType());
  56
  57     Constant *Result = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(0));
  58     if (Result == 0) return 0;
  59
  60     // Handle PHI nodes specially here...
  61     for (unsigned i = 1, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
  62       if (PN->getIncomingValue(i) != Result && PN->getIncomingValue(i) != PN)
  63         return 0;   // Not all the same incoming constants...
  64
  65     // If we reach here, all incoming values are the same constant.
  66     return Result;
  67   } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
  68     if (Function *F = CI->getCalledFunction())
  69       if (canConstantFoldCallTo(F)) {
  70         std::vector<Constant*> Args;
  71         for (unsigned i = 1, e = CI->getNumOperands(); i != e; ++i)
  72           if (Constant *Op = dyn_cast<Constant>(CI->getOperand(i)))
  73             Args.push_back(Op);
  74           else
  75             return 0;
  76         return ConstantFoldCall(F, Args);
  77       }
  78     return 0;
  79   }
  80
  81   Constant *Op0 = 0, *Op1 = 0;
  82   switch (I->getNumOperands()) {
  83   default:
  84   case 2:
  85     Op1 = dyn_cast<Constant>(I->getOperand(1));
  86     if (Op1 == 0) return 0;        // Not a constant?, can't fold
  87   case 1:
  88     Op0 = dyn_cast<Constant>(I->getOperand(0));
  89     if (Op0 == 0) return 0;        // Not a constant?, can't fold
  90     break;
  91   case 0: return 0;
  92   }
  93
  94   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<ShiftInst>(I))
  95     return ConstantExpr::get(I->getOpcode(), Op0, Op1);
  96
  97   switch (I->getOpcode()) {
  98   default: return 0;
  99   case Instruction::Cast:
 100     return ConstantExpr::getCast(Op0, I->getType());
 101   case Instruction::Select:
 102     if (Constant *Op2 = dyn_cast<Constant>(I->getOperand(2)))
 103       return ConstantExpr::getSelect(Op0, Op1, Op2);
 104     return 0;
 105   case Instruction::ExtractElement:
 106     return ConstantExpr::getExtractElement(Op0, Op1);
 107   case Instruction::InsertElement:
 108     if (Constant *Op2 = dyn_cast<Constant>(I->getOperand(2)))
 109       return ConstantExpr::getInsertElement(Op0, Op1, Op2);
 110   case Instruction::GetElementPtr:
 111     std::vector<Constant*> IdxList;
 112     IdxList.reserve(I->getNumOperands()-1);
 113     if (Op1) IdxList.push_back(Op1);
 114     for (unsigned i = 2, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
 115       if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(I->getOperand(i)))
 116         IdxList.push_back(C);
 117       else
 118         return 0;  // Non-constant operand
 119     return ConstantExpr::getGetElementPtr(Op0, IdxList);
 120   }
 121 }
 122
 123 // ConstantFoldTerminator - If a terminator instruction is predicated on a
 124 // constant value, convert it into an unconditional branch to the constant
 125 // destination.
 126 //
 127 bool llvm::ConstantFoldTerminator(BasicBlock *BB) {
 128   TerminatorInst *T = BB->getTerminator();
 129
 130   // Branch - See if we are conditional jumping on constant
 131   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
 132     if (BI->isUnconditional()) return false;  // Can't optimize uncond branch
 133     BasicBlock *Dest1 = cast<BasicBlock>(BI->getOperand(0));
 134     BasicBlock *Dest2 = cast<BasicBlock>(BI->getOperand(1));
 135
 136     if (ConstantBool *Cond = dyn_cast<ConstantBool>(BI->getCondition())) {
 137       // Are we branching on constant?
 138       // YES.  Change to unconditional branch...
 139       BasicBlock *Destination = Cond->getValue() ? Dest1 : Dest2;
 140       BasicBlock *OldDest     = Cond->getValue() ? Dest2 : Dest1;
 141
 142       //cerr << "Function: " << T->getParent()->getParent()
 143       //     << "\nRemoving branch from " << T->getParent()
 144       //     << "\n\nTo: " << OldDest << endl;
 145
 146       // Let the basic block know that we are letting go of it.  Based on this,
 147       // it will adjust it's PHI nodes.
 148       assert(BI->getParent() && "Terminator not inserted in block!");
 149       OldDest->removePredecessor(BI->getParent());
 150
 151       // Set the unconditional destination, and change the insn to be an
 152       // unconditional branch.
 153       BI->setUnconditionalDest(Destination);
 154       return true;
 155     } else if (Dest2 == Dest1) {       // Conditional branch to same location?
 156       // This branch matches something like this:
 157       //     br bool %cond, label %Dest, label %Dest
 158       // and changes it into:  br label %Dest
 159
 160       // Let the basic block know that we are letting go of one copy of it.
 161       assert(BI->getParent() && "Terminator not inserted in block!");
 162       Dest1->removePredecessor(BI->getParent());
 163
 164       // Change a conditional branch to unconditional.
 165       BI->setUnconditionalDest(Dest1);
 166       return true;
 167     }
 168   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(T)) {
 169     // If we are switching on a constant, we can convert the switch into a
 170     // single branch instruction!
 171     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition());
 172     BasicBlock *TheOnlyDest = SI->getSuccessor(0);  // The default dest
 173     BasicBlock *DefaultDest = TheOnlyDest;
 174     assert(TheOnlyDest == SI->getDefaultDest() &&
 175            "Default destination is not successor #0?");
 176
 177     // Figure out which case it goes to...
 178     for (unsigned i = 1, e = SI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
 179       // Found case matching a constant operand?
 180       if (SI->getSuccessorValue(i) == CI) {
 181         TheOnlyDest = SI->getSuccessor(i);
 182         break;
 183       }
 184
 185       // Check to see if this branch is going to the same place as the default
 186       // dest.  If so, eliminate it as an explicit compare.
 187       if (SI->getSuccessor(i) == DefaultDest) {
 188         // Remove this entry...
 189         DefaultDest->removePredecessor(SI->getParent());
 190         SI->removeCase(i);
 191         --i; --e;  // Don't skip an entry...
 192         continue;
 193       }
 194
 195       // Otherwise, check to see if the switch only branches to one destination.
 196       // We do this by reseting "TheOnlyDest" to null when we find two non-equal
 197       // destinations.
 198       if (SI->getSuccessor(i) != TheOnlyDest) TheOnlyDest = 0;
 199     }
 200
 201     if (CI && !TheOnlyDest) {
 202       // Branching on a constant, but not any of the cases, go to the default
 203       // successor.
 204       TheOnlyDest = SI->getDefaultDest();
 205     }
 206
 207     // If we found a single destination that we can fold the switch into, do so
 208     // now.
 209     if (TheOnlyDest) {
 210       // Insert the new branch..
 211       new BranchInst(TheOnlyDest, SI);
 212       BasicBlock *BB = SI->getParent();
 213
 214       // Remove entries from PHI nodes which we no longer branch to...
 215       for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
 216         // Found case matching a constant operand?
 217         BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
 218         if (Succ == TheOnlyDest)
 219           TheOnlyDest = 0;  // Don't modify the first branch to TheOnlyDest
 220         else
 221           Succ->removePredecessor(BB);
 222       }
 223
 224       // Delete the old switch...
 225       BB->getInstList().erase(SI);
 226       return true;
 227     } else if (SI->getNumSuccessors() == 2) {
 228       // Otherwise, we can fold this switch into a conditional branch
 229       // instruction if it has only one non-default destination.
 230       Value *Cond = new SetCondInst(Instruction::SetEQ, SI->getCondition(),
 231                                     SI->getSuccessorValue(1), "cond", SI);
 232       // Insert the new branch...
 233       new BranchInst(SI->getSuccessor(1), SI->getSuccessor(0), Cond, SI);
 234
 235       // Delete the old switch...
 236       SI->getParent()->getInstList().erase(SI);
 237       return true;
 238     }
 239   }
 240   return false;
 241 }
 242
 243 /// ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr - Given a constant and a
 244 /// getelementptr constantexpr, return the constant value being addressed by the
 245 /// constant expression, or null if something is funny and we can't decide.
 246 Constant *llvm::ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Constant *C,
 247                                                        ConstantExpr *CE) {
 248   if (CE->getOperand(1) != Constant::getNullValue(CE->getOperand(1)->getType()))
 249     return 0;  // Do not allow stepping over the value!
 250
 251   // Loop over all of the operands, tracking down which value we are
 252   // addressing...
 253   gep_type_iterator I = gep_type_begin(CE), E = gep_type_end(CE);
 254   for (++I; I != E; ++I)
 255     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*I)) {
 256       ConstantUInt *CU = cast<ConstantUInt>(I.getOperand());
 257       assert(CU->getValue() < STy->getNumElements() &&
 258              "Struct index out of range!");
 259       unsigned El = (unsigned)CU->getValue();
 260       if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(C)) {
 261         C = CS->getOperand(El);
 262       } else if (isa<ConstantAggregateZero>(C)) {
 263         C = Constant::getNullValue(STy->getElementType(El));
 264       } else if (isa<UndefValue>(C)) {
 265         C = UndefValue::get(STy->getElementType(El));
 266       } else {
 267         return 0;
 268       }
 269     } else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I.getOperand())) {
 270       const ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(*I);
 271       if ((uint64_t)CI->getRawValue() >= ATy->getNumElements()) return 0;
 272       if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(C))
 273         C = CA->getOperand((unsigned)CI->getRawValue());
 274       else if (isa<ConstantAggregateZero>(C))
 275         C = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
 276       else if (isa<UndefValue>(C))
 277         C = UndefValue::get(ATy->getElementType());
 278       else
 279         return 0;
 280     } else {
 281       return 0;
 282     }
 283   return C;
 284 }
 285
 286
 287 //===----------------------------------------------------------------------===//
 288 //  Local dead code elimination...
 289 //
 290
 291 bool llvm::isInstructionTriviallyDead(Instruction *I) {
 292   if (!I->use_empty() || isa<TerminatorInst>(I)) return false;
 293
 294   if (!I->mayWriteToMemory()) return true;
 295
 296   if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
 297     if (Function *F = CI->getCalledFunction())
 298       switch (F->getIntrinsicID()) {
 299       default: break;
 300       case Intrinsic::returnaddress:
 301       case Intrinsic::frameaddress:
 302       case Intrinsic::stacksave:
 303       case Intrinsic::isunordered_f32:
 304       case Intrinsic::isunordered_f64:
 305       case Intrinsic::bswap_i16:
 306       case Intrinsic::bswap_i32:
 307       case Intrinsic::bswap_i64:
 308       case Intrinsic::ctpop_i8:
 309       case Intrinsic::ctpop_i16:
 310       case Intrinsic::ctpop_i32:
 311       case Intrinsic::ctpop_i64:
 312       case Intrinsic::ctlz_i8:
 313       case Intrinsic::ctlz_i16:
 314       case Intrinsic::ctlz_i32:
 315       case Intrinsic::ctlz_i64:
 316       case Intrinsic::cttz_i8:
 317       case Intrinsic::cttz_i16:
 318       case Intrinsic::cttz_i32:
 319       case Intrinsic::cttz_i64:
 320       case Intrinsic::sqrt_f32:
 321       case Intrinsic::sqrt_f64:
 322         return true;             // These intrinsics have no side effects.
 323       }
 324   return false;
 325 }
 326
 327 // dceInstruction - Inspect the instruction at *BBI and figure out if it's
 328 // [trivially] dead.  If so, remove the instruction and update the iterator
 329 // to point to the instruction that immediately succeeded the original
 330 // instruction.
 331 //
 332 bool llvm::dceInstruction(BasicBlock::iterator &BBI) {
 333   // Look for un"used" definitions...
 334   if (isInstructionTriviallyDead(BBI)) {
 335     BBI = BBI->getParent()->getInstList().erase(BBI);   // Bye bye
 336     return true;
 337   }
 338   return false;
 339 }