703689e512ec9b7b905646ed337af2b34037f7a1
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / LoopSimplify.cpp
1 //===- LoopSimplify.cpp - Loop Canonicalization Pass ----------------------===//
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 pass performs several transformations to transform natural loops into a
11 // simpler form, which makes subsequent analyses and transformations simpler and
12 // more effective.
13 //
14 // Loop pre-header insertion guarantees that there is a single, non-critical
15 // entry edge from outside of the loop to the loop header.  This simplifies a
16 // number of analyses and transformations, such as LICM.
17 //
18 // Loop exit-block insertion guarantees that all exit blocks from the loop
19 // (blocks which are outside of the loop that have predecessors inside of the
20 // loop) only have predecessors from inside of the loop (and are thus dominated
21 // by the loop header).  This simplifies transformations such as store-sinking
22 // that are built into LICM.
23 //
24 // This pass also guarantees that loops will have exactly one backedge.
25 //
26 // Indirectbr instructions introduce several complications. If the loop
27 // contains or is entered by an indirectbr instruction, it may not be possible
28 // to transform the loop and make these guarantees. Client code should check
29 // that these conditions are true before relying on them.
30 //
31 // Note that the simplifycfg pass will clean up blocks which are split out but
32 // end up being unnecessary, so usage of this pass should not pessimize
33 // generated code.
34 //
35 // This pass obviously modifies the CFG, but updates loop information and
36 // dominator information.
37 //
38 //===----------------------------------------------------------------------===//
39
40 #define DEBUG_TYPE "loopsimplify"
41 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
42 #include "llvm/Constants.h"
43 #include "llvm/Instructions.h"
44 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
45 #include "llvm/Function.h"
46 #include "llvm/LLVMContext.h"
47 #include "llvm/Type.h"
48 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
49 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
50 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
51 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
52 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
53 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
54 #include "llvm/Support/CFG.h"
55 #include "llvm/Support/Debug.h"
56 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
57 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
58 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
59 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
60 using namespace llvm;
61
62 STATISTIC(NumInserted, "Number of pre-header or exit blocks inserted");
63 STATISTIC(NumNested  , "Number of nested loops split out");
64
65 namespace {
66   struct LoopSimplify : public LoopPass {
67     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
68     LoopSimplify() : LoopPass(&ID) {}
69
70     // AA - If we have an alias analysis object to update, this is it, otherwise
71     // this is null.
72     AliasAnalysis *AA;
73     LoopInfo *LI;
74     DominatorTree *DT;
75     Loop *L;
76     virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
77
78     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
79       // We need loop information to identify the loops...
80       AU.addRequiredTransitive<DominatorTree>();
81       AU.addPreserved<DominatorTree>();
82
83       // Request DominanceFrontier now, even though LoopSimplify does
84       // not use it. This allows Pass Manager to schedule Dominance
85       // Frontier early enough such that one LPPassManager can handle
86       // multiple loop transformation passes.
87       AU.addRequired<DominanceFrontier>();
88       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
89
90       AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
91       AU.addPreserved<LoopInfo>();
92
93       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
94       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
95       AU.addPreservedID(BreakCriticalEdgesID);  // No critical edges added.
96     }
97
98     /// verifyAnalysis() - Verify LoopSimplifyForm's guarantees.
99     void verifyAnalysis() const;
100
101   private:
102     bool ProcessLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
103     BasicBlock *RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit);
104     BasicBlock *InsertPreheaderForLoop(Loop *L);
105     Loop *SeparateNestedLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
106     BasicBlock *InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L, BasicBlock *Preheader);
107     void PlaceSplitBlockCarefully(BasicBlock *NewBB,
108                                   SmallVectorImpl<BasicBlock*> &SplitPreds,
109                                   Loop *L);
110   };
111 }
112
113 char LoopSimplify::ID = 0;
114 static RegisterPass<LoopSimplify>
115 X("loopsimplify", "Canonicalize natural loops", true);
116
117 // Publically exposed interface to pass...
118 const PassInfo *const llvm::LoopSimplifyID = &X;
119 Pass *llvm::createLoopSimplifyPass() { return new LoopSimplify(); }
120
121 /// runOnLoop - Run down all loops in the CFG (recursively, but we could do
122 /// it in any convenient order) inserting preheaders...
123 ///
124 bool LoopSimplify::runOnLoop(Loop *l, LPPassManager &LPM) {
125   L = l;
126   bool Changed = false;
127   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
128   AA = getAnalysisIfAvailable<AliasAnalysis>();
129   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
130
131   Changed |= ProcessLoop(L, LPM);
132
133   return Changed;
134 }
135
136 /// ProcessLoop - Walk the loop structure in depth first order, ensuring that
137 /// all loops have preheaders.
138 ///
139 bool LoopSimplify::ProcessLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
140   bool Changed = false;
141 ReprocessLoop:
142
143   // Check to see that no blocks (other than the header) in this loop have
144   // predecessors that are not in the loop.  This is not valid for natural
145   // loops, but can occur if the blocks are unreachable.  Since they are
146   // unreachable we can just shamelessly delete those CFG edges!
147   for (Loop::block_iterator BB = L->block_begin(), E = L->block_end();
148        BB != E; ++BB) {
149     if (*BB == L->getHeader()) continue;
150
151     SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> BadPreds;
152     for (pred_iterator PI = pred_begin(*BB), PE = pred_end(*BB); PI != PE; ++PI){
153       BasicBlock *P = *PI;
154       if (!L->contains(P))
155         BadPreds.insert(P);
156     }
157
158     // Delete each unique out-of-loop (and thus dead) predecessor.
159     for (SmallPtrSet<BasicBlock *, 4>::iterator I = BadPreds.begin(),
160          E = BadPreds.end(); I != E; ++I) {
161
162       DEBUG(dbgs() << "LoopSimplify: Deleting edge from dead predecessor ";
163             WriteAsOperand(dbgs(), *I, false);
164             dbgs() << "\n");
165
166       // Inform each successor of each dead pred.
167       for (succ_iterator SI = succ_begin(*I), SE = succ_end(*I); SI != SE; ++SI)
168         (*SI)->removePredecessor(*I);
169       // Zap the dead pred's terminator and replace it with unreachable.
170       TerminatorInst *TI = (*I)->getTerminator();
171        TI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(TI->getType()));
172       (*I)->getTerminator()->eraseFromParent();
173       new UnreachableInst((*I)->getContext(), *I);
174       Changed = true;
175     }
176   }
177
178   // If there are exiting blocks with branches on undef, resolve the undef in
179   // the direction which will exit the loop. This will help simplify loop
180   // trip count computations.
181   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
182   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
183   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::iterator I = ExitingBlocks.begin(),
184        E = ExitingBlocks.end(); I != E; ++I)
185     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>((*I)->getTerminator()))
186       if (BI->isConditional()) {
187         if (UndefValue *Cond = dyn_cast<UndefValue>(BI->getCondition())) {
188
189           DEBUG(dbgs() << "LoopSimplify: Resolving \"br i1 undef\" to exit in ";
190                 WriteAsOperand(dbgs(), *I, false);
191                 dbgs() << "\n");
192
193           BI->setCondition(ConstantInt::get(Cond->getType(),
194                                             !L->contains(BI->getSuccessor(0))));
195           Changed = true;
196         }
197       }
198
199   // Does the loop already have a preheader?  If so, don't insert one.
200   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
201   if (!Preheader) {
202     Preheader = InsertPreheaderForLoop(L);
203     if (Preheader) {
204       ++NumInserted;
205       Changed = true;
206     }
207   }
208
209   // Next, check to make sure that all exit nodes of the loop only have
210   // predecessors that are inside of the loop.  This check guarantees that the
211   // loop preheader/header will dominate the exit blocks.  If the exit block has
212   // predecessors from outside of the loop, split the edge now.
213   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
214   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
215     
216   SmallSetVector<BasicBlock *, 8> ExitBlockSet(ExitBlocks.begin(),
217                                                ExitBlocks.end());
218   for (SmallSetVector<BasicBlock *, 8>::iterator I = ExitBlockSet.begin(),
219          E = ExitBlockSet.end(); I != E; ++I) {
220     BasicBlock *ExitBlock = *I;
221     for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), PE = pred_end(ExitBlock);
222          PI != PE; ++PI)
223       // Must be exactly this loop: no subloops, parent loops, or non-loop preds
224       // allowed.
225       if (!L->contains(*PI)) {
226         if (RewriteLoopExitBlock(L, ExitBlock)) {
227           ++NumInserted;
228           Changed = true;
229         }
230         break;
231       }
232   }
233
234   // If the header has more than two predecessors at this point (from the
235   // preheader and from multiple backedges), we must adjust the loop.
236   BasicBlock *LoopLatch = L->getLoopLatch();
237   if (!LoopLatch) {
238     // If this is really a nested loop, rip it out into a child loop.  Don't do
239     // this for loops with a giant number of backedges, just factor them into a
240     // common backedge instead.
241     if (L->getNumBackEdges() < 8) {
242       if (SeparateNestedLoop(L, LPM)) {
243         ++NumNested;
244         // This is a big restructuring change, reprocess the whole loop.
245         Changed = true;
246         // GCC doesn't tail recursion eliminate this.
247         goto ReprocessLoop;
248       }
249     }
250
251     // If we either couldn't, or didn't want to, identify nesting of the loops,
252     // insert a new block that all backedges target, then make it jump to the
253     // loop header.
254     LoopLatch = InsertUniqueBackedgeBlock(L, Preheader);
255     if (LoopLatch) {
256       ++NumInserted;
257       Changed = true;
258     }
259   }
260
261   // Scan over the PHI nodes in the loop header.  Since they now have only two
262   // incoming values (the loop is canonicalized), we may have simplified the PHI
263   // down to 'X = phi [X, Y]', which should be replaced with 'Y'.
264   PHINode *PN;
265   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
266        (PN = dyn_cast<PHINode>(I++)); )
267     if (Value *V = PN->hasConstantValue(DT)) {
268       if (AA) AA->deleteValue(PN);
269       PN->replaceAllUsesWith(V);
270       PN->eraseFromParent();
271     }
272
273   // If this loop has multiple exits and the exits all go to the same
274   // block, attempt to merge the exits. This helps several passes, such
275   // as LoopRotation, which do not support loops with multiple exits.
276   // SimplifyCFG also does this (and this code uses the same utility
277   // function), however this code is loop-aware, where SimplifyCFG is
278   // not. That gives it the advantage of being able to hoist
279   // loop-invariant instructions out of the way to open up more
280   // opportunities, and the disadvantage of having the responsibility
281   // to preserve dominator information.
282   bool UniqueExit = true;
283   if (!ExitBlocks.empty())
284     for (unsigned i = 1, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
285       if (ExitBlocks[i] != ExitBlocks[0]) {
286         UniqueExit = false;
287         break;
288       }
289   if (UniqueExit) {
290     for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
291       BasicBlock *ExitingBlock = ExitingBlocks[i];
292       if (!ExitingBlock->getSinglePredecessor()) continue;
293       BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
294       if (!BI || !BI->isConditional()) continue;
295       CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(BI->getCondition());
296       if (!CI || CI->getParent() != ExitingBlock) continue;
297
298       // Attempt to hoist out all instructions except for the
299       // comparison and the branch.
300       bool AllInvariant = true;
301       for (BasicBlock::iterator I = ExitingBlock->begin(); &*I != BI; ) {
302         Instruction *Inst = I++;
303         // Skip debug info intrinsics.
304         if (isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst))
305           continue;
306         if (Inst == CI)
307           continue;
308         if (!L->makeLoopInvariant(Inst, Changed,
309                                   Preheader ? Preheader->getTerminator() : 0)) {
310           AllInvariant = false;
311           break;
312         }
313       }
314       if (!AllInvariant) continue;
315
316       // The block has now been cleared of all instructions except for
317       // a comparison and a conditional branch. SimplifyCFG may be able
318       // to fold it now.
319       if (!FoldBranchToCommonDest(BI)) continue;
320
321       // Success. The block is now dead, so remove it from the loop,
322       // update the dominator tree and dominance frontier, and delete it.
323
324       DEBUG(dbgs() << "LoopSimplify: Eliminating exiting block ";
325             WriteAsOperand(dbgs(), ExitingBlock, false);
326             dbgs() << "\n");
327
328       assert(pred_begin(ExitingBlock) == pred_end(ExitingBlock));
329       Changed = true;
330       LI->removeBlock(ExitingBlock);
331
332       DominanceFrontier *DF = getAnalysisIfAvailable<DominanceFrontier>();
333       DomTreeNode *Node = DT->getNode(ExitingBlock);
334       const std::vector<DomTreeNodeBase<BasicBlock> *> &Children =
335         Node->getChildren();
336       while (!Children.empty()) {
337         DomTreeNode *Child = Children.front();
338         DT->changeImmediateDominator(Child, Node->getIDom());
339         if (DF) DF->changeImmediateDominator(Child->getBlock(),
340                                              Node->getIDom()->getBlock(),
341                                              DT);
342       }
343       DT->eraseNode(ExitingBlock);
344       if (DF) DF->removeBlock(ExitingBlock);
345
346       BI->getSuccessor(0)->removePredecessor(ExitingBlock);
347       BI->getSuccessor(1)->removePredecessor(ExitingBlock);
348       ExitingBlock->eraseFromParent();
349     }
350   }
351
352   return Changed;
353 }
354
355 /// InsertPreheaderForLoop - Once we discover that a loop doesn't have a
356 /// preheader, this method is called to insert one.  This method has two phases:
357 /// preheader insertion and analysis updating.
358 ///
359 BasicBlock *LoopSimplify::InsertPreheaderForLoop(Loop *L) {
360   BasicBlock *Header = L->getHeader();
361
362   // Compute the set of predecessors of the loop that are not in the loop.
363   SmallVector<BasicBlock*, 8> OutsideBlocks;
364   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), PE = pred_end(Header);
365        PI != PE; ++PI) {
366     BasicBlock *P = *PI;
367     if (!L->contains(P)) {         // Coming in from outside the loop?
368       // If the loop is branched to from an indirect branch, we won't
369       // be able to fully transform the loop, because it prohibits
370       // edge splitting.
371       if (isa<IndirectBrInst>(P->getTerminator())) return 0;
372
373       // Keep track of it.
374       OutsideBlocks.push_back(P);
375     }
376   }
377
378   // Split out the loop pre-header.
379   BasicBlock *NewBB =
380     SplitBlockPredecessors(Header, &OutsideBlocks[0], OutsideBlocks.size(),
381                            ".preheader", this);
382
383   DEBUG(dbgs() << "LoopSimplify: Creating pre-header ";
384         WriteAsOperand(dbgs(), NewBB, false);
385         dbgs() << "\n");
386
387   // Make sure that NewBB is put someplace intelligent, which doesn't mess up
388   // code layout too horribly.
389   PlaceSplitBlockCarefully(NewBB, OutsideBlocks, L);
390
391   return NewBB;
392 }
393
394 /// RewriteLoopExitBlock - Ensure that the loop preheader dominates all exit
395 /// blocks.  This method is used to split exit blocks that have predecessors
396 /// outside of the loop.
397 BasicBlock *LoopSimplify::RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit) {
398   SmallVector<BasicBlock*, 8> LoopBlocks;
399   for (pred_iterator I = pred_begin(Exit), E = pred_end(Exit); I != E; ++I) {
400     BasicBlock *P = *I;
401     if (L->contains(P)) {
402       // Don't do this if the loop is exited via an indirect branch.
403       if (isa<IndirectBrInst>(P->getTerminator())) return 0;
404
405       LoopBlocks.push_back(P);
406     }
407   }
408
409   assert(!LoopBlocks.empty() && "No edges coming in from outside the loop?");
410   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Exit, &LoopBlocks[0], 
411                                              LoopBlocks.size(), ".loopexit",
412                                              this);
413
414   DEBUG(dbgs() << "LoopSimplify: Creating dedicated exit block ";
415         WriteAsOperand(dbgs(), NewBB, false);
416         dbgs() << "\n");
417
418   return NewBB;
419 }
420
421 /// AddBlockAndPredsToSet - Add the specified block, and all of its
422 /// predecessors, to the specified set, if it's not already in there.  Stop
423 /// predecessor traversal when we reach StopBlock.
424 static void AddBlockAndPredsToSet(BasicBlock *InputBB, BasicBlock *StopBlock,
425                                   std::set<BasicBlock*> &Blocks) {
426   std::vector<BasicBlock *> WorkList;
427   WorkList.push_back(InputBB);
428   do {
429     BasicBlock *BB = WorkList.back(); WorkList.pop_back();
430     if (Blocks.insert(BB).second && BB != StopBlock)
431       // If BB is not already processed and it is not a stop block then
432       // insert its predecessor in the work list
433       for (pred_iterator I = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); I != E; ++I) {
434         BasicBlock *WBB = *I;
435         WorkList.push_back(WBB);
436       }
437   } while(!WorkList.empty());
438 }
439
440 /// FindPHIToPartitionLoops - The first part of loop-nestification is to find a
441 /// PHI node that tells us how to partition the loops.
442 static PHINode *FindPHIToPartitionLoops(Loop *L, DominatorTree *DT,
443                                         AliasAnalysis *AA) {
444   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
445     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
446     ++I;
447     if (Value *V = PN->hasConstantValue(DT)) {
448       // This is a degenerate PHI already, don't modify it!
449       PN->replaceAllUsesWith(V);
450       if (AA) AA->deleteValue(PN);
451       PN->eraseFromParent();
452       continue;
453     }
454
455     // Scan this PHI node looking for a use of the PHI node by itself.
456     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
457       if (PN->getIncomingValue(i) == PN &&
458           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
459         // We found something tasty to remove.
460         return PN;
461   }
462   return 0;
463 }
464
465 // PlaceSplitBlockCarefully - If the block isn't already, move the new block to
466 // right after some 'outside block' block.  This prevents the preheader from
467 // being placed inside the loop body, e.g. when the loop hasn't been rotated.
468 void LoopSimplify::PlaceSplitBlockCarefully(BasicBlock *NewBB,
469                                        SmallVectorImpl<BasicBlock*> &SplitPreds,
470                                             Loop *L) {
471   // Check to see if NewBB is already well placed.
472   Function::iterator BBI = NewBB; --BBI;
473   for (unsigned i = 0, e = SplitPreds.size(); i != e; ++i) {
474     if (&*BBI == SplitPreds[i])
475       return;
476   }
477   
478   // If it isn't already after an outside block, move it after one.  This is
479   // always good as it makes the uncond branch from the outside block into a
480   // fall-through.
481   
482   // Figure out *which* outside block to put this after.  Prefer an outside
483   // block that neighbors a BB actually in the loop.
484   BasicBlock *FoundBB = 0;
485   for (unsigned i = 0, e = SplitPreds.size(); i != e; ++i) {
486     Function::iterator BBI = SplitPreds[i];
487     if (++BBI != NewBB->getParent()->end() && 
488         L->contains(BBI)) {
489       FoundBB = SplitPreds[i];
490       break;
491     }
492   }
493   
494   // If our heuristic for a *good* bb to place this after doesn't find
495   // anything, just pick something.  It's likely better than leaving it within
496   // the loop.
497   if (!FoundBB)
498     FoundBB = SplitPreds[0];
499   NewBB->moveAfter(FoundBB);
500 }
501
502
503 /// SeparateNestedLoop - If this loop has multiple backedges, try to pull one of
504 /// them out into a nested loop.  This is important for code that looks like
505 /// this:
506 ///
507 ///  Loop:
508 ///     ...
509 ///     br cond, Loop, Next
510 ///     ...
511 ///     br cond2, Loop, Out
512 ///
513 /// To identify this common case, we look at the PHI nodes in the header of the
514 /// loop.  PHI nodes with unchanging values on one backedge correspond to values
515 /// that change in the "outer" loop, but not in the "inner" loop.
516 ///
517 /// If we are able to separate out a loop, return the new outer loop that was
518 /// created.
519 ///
520 Loop *LoopSimplify::SeparateNestedLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
521   PHINode *PN = FindPHIToPartitionLoops(L, DT, AA);
522   if (PN == 0) return 0;  // No known way to partition.
523
524   // Pull out all predecessors that have varying values in the loop.  This
525   // handles the case when a PHI node has multiple instances of itself as
526   // arguments.
527   SmallVector<BasicBlock*, 8> OuterLoopPreds;
528   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
529     if (PN->getIncomingValue(i) != PN ||
530         !L->contains(PN->getIncomingBlock(i))) {
531       // We can't split indirectbr edges.
532       if (isa<IndirectBrInst>(PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator()))
533         return 0;
534
535       OuterLoopPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
536     }
537
538   DEBUG(dbgs() << "LoopSimplify: Splitting out a new outer loop\n");
539
540   BasicBlock *Header = L->getHeader();
541   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Header, &OuterLoopPreds[0],
542                                              OuterLoopPreds.size(),
543                                              ".outer", this);
544
545   // Make sure that NewBB is put someplace intelligent, which doesn't mess up
546   // code layout too horribly.
547   PlaceSplitBlockCarefully(NewBB, OuterLoopPreds, L);
548   
549   // Create the new outer loop.
550   Loop *NewOuter = new Loop();
551
552   // Change the parent loop to use the outer loop as its child now.
553   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
554     Parent->replaceChildLoopWith(L, NewOuter);
555   else
556     LI->changeTopLevelLoop(L, NewOuter);
557
558   // L is now a subloop of our outer loop.
559   NewOuter->addChildLoop(L);
560
561   // Add the new loop to the pass manager queue.
562   LPM.insertLoopIntoQueue(NewOuter);
563
564   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
565        I != E; ++I)
566     NewOuter->addBlockEntry(*I);
567
568   // Now reset the header in L, which had been moved by
569   // SplitBlockPredecessors for the outer loop.
570   L->moveToHeader(Header);
571
572   // Determine which blocks should stay in L and which should be moved out to
573   // the Outer loop now.
574   std::set<BasicBlock*> BlocksInL;
575   for (pred_iterator PI=pred_begin(Header), E = pred_end(Header); PI!=E; ++PI) {
576     BasicBlock *P = *PI;
577     if (DT->dominates(Header, P))
578       AddBlockAndPredsToSet(P, Header, BlocksInL);
579   }
580
581   // Scan all of the loop children of L, moving them to OuterLoop if they are
582   // not part of the inner loop.
583   const std::vector<Loop*> &SubLoops = L->getSubLoops();
584   for (size_t I = 0; I != SubLoops.size(); )
585     if (BlocksInL.count(SubLoops[I]->getHeader()))
586       ++I;   // Loop remains in L
587     else
588       NewOuter->addChildLoop(L->removeChildLoop(SubLoops.begin() + I));
589
590   // Now that we know which blocks are in L and which need to be moved to
591   // OuterLoop, move any blocks that need it.
592   for (unsigned i = 0; i != L->getBlocks().size(); ++i) {
593     BasicBlock *BB = L->getBlocks()[i];
594     if (!BlocksInL.count(BB)) {
595       // Move this block to the parent, updating the exit blocks sets
596       L->removeBlockFromLoop(BB);
597       if ((*LI)[BB] == L)
598         LI->changeLoopFor(BB, NewOuter);
599       --i;
600     }
601   }
602
603   return NewOuter;
604 }
605
606
607
608 /// InsertUniqueBackedgeBlock - This method is called when the specified loop
609 /// has more than one backedge in it.  If this occurs, revector all of these
610 /// backedges to target a new basic block and have that block branch to the loop
611 /// header.  This ensures that loops have exactly one backedge.
612 ///
613 BasicBlock *
614 LoopSimplify::InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L, BasicBlock *Preheader) {
615   assert(L->getNumBackEdges() > 1 && "Must have > 1 backedge!");
616
617   // Get information about the loop
618   BasicBlock *Header = L->getHeader();
619   Function *F = Header->getParent();
620
621   // Unique backedge insertion currently depends on having a preheader.
622   if (!Preheader)
623     return 0;
624
625   // Figure out which basic blocks contain back-edges to the loop header.
626   std::vector<BasicBlock*> BackedgeBlocks;
627   for (pred_iterator I = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); I != E; ++I){
628     BasicBlock *P = *I;
629     if (P != Preheader) BackedgeBlocks.push_back(P);
630   }
631
632   // Create and insert the new backedge block...
633   BasicBlock *BEBlock = BasicBlock::Create(Header->getContext(),
634                                            Header->getName()+".backedge", F);
635   BranchInst *BETerminator = BranchInst::Create(Header, BEBlock);
636
637   DEBUG(dbgs() << "LoopSimplify: Inserting unique backedge block ";
638         WriteAsOperand(dbgs(), BEBlock, false);
639         dbgs() << "\n");
640
641   // Move the new backedge block to right after the last backedge block.
642   Function::iterator InsertPos = BackedgeBlocks.back(); ++InsertPos;
643   F->getBasicBlockList().splice(InsertPos, F->getBasicBlockList(), BEBlock);
644
645   // Now that the block has been inserted into the function, create PHI nodes in
646   // the backedge block which correspond to any PHI nodes in the header block.
647   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
648     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
649     PHINode *NewPN = PHINode::Create(PN->getType(), PN->getName()+".be",
650                                      BETerminator);
651     NewPN->reserveOperandSpace(BackedgeBlocks.size());
652     if (AA) AA->copyValue(PN, NewPN);
653
654     // Loop over the PHI node, moving all entries except the one for the
655     // preheader over to the new PHI node.
656     unsigned PreheaderIdx = ~0U;
657     bool HasUniqueIncomingValue = true;
658     Value *UniqueValue = 0;
659     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
660       BasicBlock *IBB = PN->getIncomingBlock(i);
661       Value *IV = PN->getIncomingValue(i);
662       if (IBB == Preheader) {
663         PreheaderIdx = i;
664       } else {
665         NewPN->addIncoming(IV, IBB);
666         if (HasUniqueIncomingValue) {
667           if (UniqueValue == 0)
668             UniqueValue = IV;
669           else if (UniqueValue != IV)
670             HasUniqueIncomingValue = false;
671         }
672       }
673     }
674
675     // Delete all of the incoming values from the old PN except the preheader's
676     assert(PreheaderIdx != ~0U && "PHI has no preheader entry??");
677     if (PreheaderIdx != 0) {
678       PN->setIncomingValue(0, PN->getIncomingValue(PreheaderIdx));
679       PN->setIncomingBlock(0, PN->getIncomingBlock(PreheaderIdx));
680     }
681     // Nuke all entries except the zero'th.
682     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues()-1; i != e; ++i)
683       PN->removeIncomingValue(e-i, false);
684
685     // Finally, add the newly constructed PHI node as the entry for the BEBlock.
686     PN->addIncoming(NewPN, BEBlock);
687
688     // As an optimization, if all incoming values in the new PhiNode (which is a
689     // subset of the incoming values of the old PHI node) have the same value,
690     // eliminate the PHI Node.
691     if (HasUniqueIncomingValue) {
692       NewPN->replaceAllUsesWith(UniqueValue);
693       if (AA) AA->deleteValue(NewPN);
694       BEBlock->getInstList().erase(NewPN);
695     }
696   }
697
698   // Now that all of the PHI nodes have been inserted and adjusted, modify the
699   // backedge blocks to just to the BEBlock instead of the header.
700   for (unsigned i = 0, e = BackedgeBlocks.size(); i != e; ++i) {
701     TerminatorInst *TI = BackedgeBlocks[i]->getTerminator();
702     for (unsigned Op = 0, e = TI->getNumSuccessors(); Op != e; ++Op)
703       if (TI->getSuccessor(Op) == Header)
704         TI->setSuccessor(Op, BEBlock);
705   }
706
707   //===--- Update all analyses which we must preserve now -----------------===//
708
709   // Update Loop Information - we know that this block is now in the current
710   // loop and all parent loops.
711   L->addBasicBlockToLoop(BEBlock, LI->getBase());
712
713   // Update dominator information
714   DT->splitBlock(BEBlock);
715   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisIfAvailable<DominanceFrontier>())
716     DF->splitBlock(BEBlock);
717
718   return BEBlock;
719 }
720
721 void LoopSimplify::verifyAnalysis() const {
722   // It used to be possible to just assert L->isLoopSimplifyForm(), however
723   // with the introduction of indirectbr, there are now cases where it's
724   // not possible to transform a loop as necessary. We can at least check
725   // that there is an indirectbr near any time there's trouble.
726
727   // Indirectbr can interfere with preheader and unique backedge insertion.
728   if (!L->getLoopPreheader() || !L->getLoopLatch()) {
729     bool HasIndBrPred = false;
730     for (pred_iterator PI = pred_begin(L->getHeader()),
731          PE = pred_end(L->getHeader()); PI != PE; ++PI)
732       if (isa<IndirectBrInst>((*PI)->getTerminator())) {
733         HasIndBrPred = true;
734         break;
735       }
736     assert(HasIndBrPred &&
737            "LoopSimplify has no excuse for missing loop header info!");
738   }
739
740   // Indirectbr can interfere with exit block canonicalization.
741   if (!L->hasDedicatedExits()) {
742     bool HasIndBrExiting = false;
743     SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
744     L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
745     for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i)
746       if (isa<IndirectBrInst>((ExitingBlocks[i])->getTerminator())) {
747         HasIndBrExiting = true;
748         break;
749       }
750     assert(HasIndBrExiting &&
751            "LoopSimplify has no excuse for missing exit block info!");
752   }
753 }