Remove ImmediateDominator analysis. The same information can be obtained from DomTre...
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / LoopSimplify.cpp
1 //===- LoopSimplify.cpp - Loop Canonicalization Pass ----------------------===//
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 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 // Note that the simplifycfg pass will clean up blocks which are split out but
27 // end up being unnecessary, so usage of this pass should not pessimize
28 // generated code.
29 //
30 // This pass obviously modifies the CFG, but updates loop information and
31 // dominator information.
32 //
33 //===----------------------------------------------------------------------===//
34
35 #define DEBUG_TYPE "loopsimplify"
36 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
37 #include "llvm/Constant.h"
38 #include "llvm/Instructions.h"
39 #include "llvm/Function.h"
40 #include "llvm/Type.h"
41 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
42 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
43 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
44 #include "llvm/Support/CFG.h"
45 #include "llvm/Support/Compiler.h"
46 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
47 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
48 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
49 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
50 using namespace llvm;
51
52 STATISTIC(NumInserted, "Number of pre-header or exit blocks inserted");
53 STATISTIC(NumNested  , "Number of nested loops split out");
54
55 namespace {
56   struct VISIBILITY_HIDDEN LoopSimplify : public FunctionPass {
57     // AA - If we have an alias analysis object to update, this is it, otherwise
58     // this is null.
59     AliasAnalysis *AA;
60     LoopInfo *LI;
61
62     virtual bool runOnFunction(Function &F);
63
64     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
65       // We need loop information to identify the loops...
66       AU.addRequired<LoopInfo>();
67       AU.addRequired<DominatorTree>();
68       AU.addRequired<ETForest>();
69
70       AU.addPreserved<LoopInfo>();
71       AU.addPreserved<ETForest>();
72       AU.addPreserved<DominatorTree>();
73       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
74       AU.addPreservedID(BreakCriticalEdgesID);  // No critical edges added.
75     }
76   private:
77     bool ProcessLoop(Loop *L);
78     BasicBlock *SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB, const char *Suffix,
79                                        const std::vector<BasicBlock*> &Preds);
80     BasicBlock *RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit);
81     void InsertPreheaderForLoop(Loop *L);
82     Loop *SeparateNestedLoop(Loop *L);
83     void InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L);
84     void PlaceSplitBlockCarefully(BasicBlock *NewBB,
85                                   std::vector<BasicBlock*> &SplitPreds,
86                                   Loop *L);
87       
88     void UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BasicBlock *NewBB,
89                                          std::vector<BasicBlock*> &PredBlocks);
90   };
91
92   RegisterPass<LoopSimplify>
93   X("loopsimplify", "Canonicalize natural loops", true);
94 }
95
96 // Publically exposed interface to pass...
97 const PassInfo *llvm::LoopSimplifyID = X.getPassInfo();
98 FunctionPass *llvm::createLoopSimplifyPass() { return new LoopSimplify(); }
99
100 /// runOnFunction - Run down all loops in the CFG (recursively, but we could do
101 /// it in any convenient order) inserting preheaders...
102 ///
103 bool LoopSimplify::runOnFunction(Function &F) {
104   bool Changed = false;
105   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
106   AA = getAnalysisToUpdate<AliasAnalysis>();
107
108   // Check to see that no blocks (other than the header) in loops have
109   // predecessors that are not in loops.  This is not valid for natural loops,
110   // but can occur if the blocks are unreachable.  Since they are unreachable we
111   // can just shamelessly destroy their terminators to make them not branch into
112   // the loop!
113   for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
114     // This case can only occur for unreachable blocks.  Blocks that are
115     // unreachable can't be in loops, so filter those blocks out.
116     if (LI->getLoopFor(BB)) continue;
117     
118     bool BlockUnreachable = false;
119     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
120
121     // Check to see if any successors of this block are non-loop-header loops
122     // that are not the header.
123     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
124       // If this successor is not in a loop, BB is clearly ok.
125       Loop *L = LI->getLoopFor(TI->getSuccessor(i));
126       if (!L) continue;
127       
128       // If the succ is the loop header, and if L is a top-level loop, then this
129       // is an entrance into a loop through the header, which is also ok.
130       if (L->getHeader() == TI->getSuccessor(i) && L->getParentLoop() == 0)
131         continue;
132       
133       // Otherwise, this is an entrance into a loop from some place invalid.
134       // Either the loop structure is invalid and this is not a natural loop (in
135       // which case the compiler is buggy somewhere else) or BB is unreachable.
136       BlockUnreachable = true;
137       break;
138     }
139     
140     // If this block is ok, check the next one.
141     if (!BlockUnreachable) continue;
142     
143     // Otherwise, this block is dead.  To clean up the CFG and to allow later
144     // loop transformations to ignore this case, we delete the edges into the
145     // loop by replacing the terminator.
146     
147     // Remove PHI entries from the successors.
148     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
149       TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
150    
151     // Add a new unreachable instruction.
152     new UnreachableInst(TI);
153     
154     // Delete the dead terminator.
155     if (AA) AA->deleteValue(&BB->back());
156     BB->getInstList().pop_back();
157     Changed |= true;
158   }
159   
160   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
161     Changed |= ProcessLoop(*I);
162
163   return Changed;
164 }
165
166 /// ProcessLoop - Walk the loop structure in depth first order, ensuring that
167 /// all loops have preheaders.
168 ///
169 bool LoopSimplify::ProcessLoop(Loop *L) {
170   bool Changed = false;
171 ReprocessLoop:
172   
173   // Canonicalize inner loops before outer loops.  Inner loop canonicalization
174   // can provide work for the outer loop to canonicalize.
175   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
176     Changed |= ProcessLoop(*I);
177   
178   assert(L->getBlocks()[0] == L->getHeader() &&
179          "Header isn't first block in loop?");
180
181   // Does the loop already have a preheader?  If so, don't insert one.
182   if (L->getLoopPreheader() == 0) {
183     InsertPreheaderForLoop(L);
184     NumInserted++;
185     Changed = true;
186   }
187
188   // Next, check to make sure that all exit nodes of the loop only have
189   // predecessors that are inside of the loop.  This check guarantees that the
190   // loop preheader/header will dominate the exit blocks.  If the exit block has
191   // predecessors from outside of the loop, split the edge now.
192   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
193   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
194     
195   SetVector<BasicBlock*> ExitBlockSet(ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end());
196   for (SetVector<BasicBlock*>::iterator I = ExitBlockSet.begin(),
197          E = ExitBlockSet.end(); I != E; ++I) {
198     BasicBlock *ExitBlock = *I;
199     for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), PE = pred_end(ExitBlock);
200          PI != PE; ++PI)
201       // Must be exactly this loop: no subloops, parent loops, or non-loop preds
202       // allowed.
203       if (!L->contains(*PI)) {
204         RewriteLoopExitBlock(L, ExitBlock);
205         NumInserted++;
206         Changed = true;
207         break;
208       }
209   }
210
211   // If the header has more than two predecessors at this point (from the
212   // preheader and from multiple backedges), we must adjust the loop.
213   unsigned NumBackedges = L->getNumBackEdges();
214   if (NumBackedges != 1) {
215     // If this is really a nested loop, rip it out into a child loop.  Don't do
216     // this for loops with a giant number of backedges, just factor them into a
217     // common backedge instead.
218     if (NumBackedges < 8) {
219       if (Loop *NL = SeparateNestedLoop(L)) {
220         ++NumNested;
221         // This is a big restructuring change, reprocess the whole loop.
222         ProcessLoop(NL);
223         Changed = true;
224         // GCC doesn't tail recursion eliminate this.
225         goto ReprocessLoop;
226       }
227     }
228
229     // If we either couldn't, or didn't want to, identify nesting of the loops,
230     // insert a new block that all backedges target, then make it jump to the
231     // loop header.
232     InsertUniqueBackedgeBlock(L);
233     NumInserted++;
234     Changed = true;
235   }
236
237   // Scan over the PHI nodes in the loop header.  Since they now have only two
238   // incoming values (the loop is canonicalized), we may have simplified the PHI
239   // down to 'X = phi [X, Y]', which should be replaced with 'Y'.
240   PHINode *PN;
241   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
242        (PN = dyn_cast<PHINode>(I++)); )
243     if (Value *V = PN->hasConstantValue()) {
244         PN->replaceAllUsesWith(V);
245         PN->eraseFromParent();
246       }
247
248   return Changed;
249 }
250
251 /// SplitBlockPredecessors - Split the specified block into two blocks.  We want
252 /// to move the predecessors specified in the Preds list to point to the new
253 /// block, leaving the remaining predecessors pointing to BB.  This method
254 /// updates the SSA PHINode's, but no other analyses.
255 ///
256 BasicBlock *LoopSimplify::SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB,
257                                                  const char *Suffix,
258                                        const std::vector<BasicBlock*> &Preds) {
259
260   // Create new basic block, insert right before the original block...
261   BasicBlock *NewBB = new BasicBlock(BB->getName()+Suffix, BB->getParent(), BB);
262
263   // The preheader first gets an unconditional branch to the loop header...
264   BranchInst *BI = new BranchInst(BB, NewBB);
265
266   // For every PHI node in the block, insert a PHI node into NewBB where the
267   // incoming values from the out of loop edges are moved to NewBB.  We have two
268   // possible cases here.  If the loop is dead, we just insert dummy entries
269   // into the PHI nodes for the new edge.  If the loop is not dead, we move the
270   // incoming edges in BB into new PHI nodes in NewBB.
271   //
272   if (!Preds.empty()) {  // Is the loop not obviously dead?
273     // Check to see if the values being merged into the new block need PHI
274     // nodes.  If so, insert them.
275     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
276       PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
277       ++I;
278
279       // Check to see if all of the values coming in are the same.  If so, we
280       // don't need to create a new PHI node.
281       Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(Preds[0]);
282       for (unsigned i = 1, e = Preds.size(); i != e; ++i)
283         if (InVal != PN->getIncomingValueForBlock(Preds[i])) {
284           InVal = 0;
285           break;
286         }
287
288       // If the values coming into the block are not the same, we need a PHI.
289       if (InVal == 0) {
290         // Create the new PHI node, insert it into NewBB at the end of the block
291         PHINode *NewPHI = new PHINode(PN->getType(), PN->getName()+".ph", BI);
292         if (AA) AA->copyValue(PN, NewPHI);
293
294         // Move all of the edges from blocks outside the loop to the new PHI
295         for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
296           Value *V = PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
297           NewPHI->addIncoming(V, Preds[i]);
298         }
299         InVal = NewPHI;
300       } else {
301         // Remove all of the edges coming into the PHI nodes from outside of the
302         // block.
303         for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i)
304           PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
305       }
306
307       // Add an incoming value to the PHI node in the loop for the preheader
308       // edge.
309       PN->addIncoming(InVal, NewBB);
310
311       // Can we eliminate this phi node now?
312       if (Value *V = PN->hasConstantValue(true)) {
313         Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
314         // If I is in NewBB, the ETForest call will fail, because NewBB isn't
315         // registered in ETForest yet.  Handle this case explicitly.
316         if (!I || (I->getParent() != NewBB &&
317                    getAnalysis<ETForest>().dominates(I, PN))) {
318           PN->replaceAllUsesWith(V);
319           if (AA) AA->deleteValue(PN);
320           BB->getInstList().erase(PN);
321         }
322       }
323     }
324
325     // Now that the PHI nodes are updated, actually move the edges from
326     // Preds to point to NewBB instead of BB.
327     //
328     for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
329       TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
330       for (unsigned s = 0, e = TI->getNumSuccessors(); s != e; ++s)
331         if (TI->getSuccessor(s) == BB)
332           TI->setSuccessor(s, NewBB);
333     }
334
335   } else {                       // Otherwise the loop is dead...
336     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
337       PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
338       // Insert dummy values as the incoming value...
339       PN->addIncoming(Constant::getNullValue(PN->getType()), NewBB);
340     }
341   }
342   return NewBB;
343 }
344
345 /// InsertPreheaderForLoop - Once we discover that a loop doesn't have a
346 /// preheader, this method is called to insert one.  This method has two phases:
347 /// preheader insertion and analysis updating.
348 ///
349 void LoopSimplify::InsertPreheaderForLoop(Loop *L) {
350   BasicBlock *Header = L->getHeader();
351
352   // Compute the set of predecessors of the loop that are not in the loop.
353   std::vector<BasicBlock*> OutsideBlocks;
354   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), PE = pred_end(Header);
355        PI != PE; ++PI)
356     if (!L->contains(*PI))           // Coming in from outside the loop?
357       OutsideBlocks.push_back(*PI);  // Keep track of it...
358
359   // Split out the loop pre-header.
360   BasicBlock *NewBB =
361     SplitBlockPredecessors(Header, ".preheader", OutsideBlocks);
362   
363
364   //===--------------------------------------------------------------------===//
365   //  Update analysis results now that we have performed the transformation
366   //
367
368   // We know that we have loop information to update... update it now.
369   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
370     Parent->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
371
372   UpdateDomInfoForRevectoredPreds(NewBB, OutsideBlocks);
373   
374   // Make sure that NewBB is put someplace intelligent, which doesn't mess up
375   // code layout too horribly.
376   PlaceSplitBlockCarefully(NewBB, OutsideBlocks, L);
377 }
378
379 /// RewriteLoopExitBlock - Ensure that the loop preheader dominates all exit
380 /// blocks.  This method is used to split exit blocks that have predecessors
381 /// outside of the loop.
382 BasicBlock *LoopSimplify::RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit) {
383   std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks;
384   for (pred_iterator I = pred_begin(Exit), E = pred_end(Exit); I != E; ++I)
385     if (L->contains(*I))
386       LoopBlocks.push_back(*I);
387
388   assert(!LoopBlocks.empty() && "No edges coming in from outside the loop?");
389   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Exit, ".loopexit", LoopBlocks);
390
391   // Update Loop Information - we know that the new block will be in whichever
392   // loop the Exit block is in.  Note that it may not be in that immediate loop,
393   // if the successor is some other loop header.  In that case, we continue 
394   // walking up the loop tree to find a loop that contains both the successor
395   // block and the predecessor block.
396   Loop *SuccLoop = LI->getLoopFor(Exit);
397   while (SuccLoop && !SuccLoop->contains(L->getHeader()))
398     SuccLoop = SuccLoop->getParentLoop();
399   if (SuccLoop)
400     SuccLoop->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
401
402   // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
403   UpdateDomInfoForRevectoredPreds(NewBB, LoopBlocks);
404   return NewBB;
405 }
406
407 /// AddBlockAndPredsToSet - Add the specified block, and all of its
408 /// predecessors, to the specified set, if it's not already in there.  Stop
409 /// predecessor traversal when we reach StopBlock.
410 static void AddBlockAndPredsToSet(BasicBlock *BB, BasicBlock *StopBlock,
411                                   std::set<BasicBlock*> &Blocks) {
412   if (!Blocks.insert(BB).second) return;  // already processed.
413   if (BB == StopBlock) return;  // Stop here!
414
415   for (pred_iterator I = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); I != E; ++I)
416     AddBlockAndPredsToSet(*I, StopBlock, Blocks);
417 }
418
419 /// FindPHIToPartitionLoops - The first part of loop-nestification is to find a
420 /// PHI node that tells us how to partition the loops.
421 static PHINode *FindPHIToPartitionLoops(Loop *L, ETForest *EF,
422                                         AliasAnalysis *AA) {
423   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
424     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
425     ++I;
426     if (Value *V = PN->hasConstantValue())
427       if (!isa<Instruction>(V) || EF->dominates(cast<Instruction>(V), PN)) {
428         // This is a degenerate PHI already, don't modify it!
429         PN->replaceAllUsesWith(V);
430         if (AA) AA->deleteValue(PN);
431         PN->eraseFromParent();
432         continue;
433       }
434
435     // Scan this PHI node looking for a use of the PHI node by itself.
436     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
437       if (PN->getIncomingValue(i) == PN &&
438           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
439         // We found something tasty to remove.
440         return PN;
441   }
442   return 0;
443 }
444
445 // PlaceSplitBlockCarefully - If the block isn't already, move the new block to
446 // right after some 'outside block' block.  This prevents the preheader from
447 // being placed inside the loop body, e.g. when the loop hasn't been rotated.
448 void LoopSimplify::PlaceSplitBlockCarefully(BasicBlock *NewBB,
449                                             std::vector<BasicBlock*>&SplitPreds,
450                                             Loop *L) {
451   // Check to see if NewBB is already well placed.
452   Function::iterator BBI = NewBB; --BBI;
453   for (unsigned i = 0, e = SplitPreds.size(); i != e; ++i) {
454     if (&*BBI == SplitPreds[i])
455       return;
456   }
457   
458   // If it isn't already after an outside block, move it after one.  This is
459   // always good as it makes the uncond branch from the outside block into a
460   // fall-through.
461   
462   // Figure out *which* outside block to put this after.  Prefer an outside
463   // block that neighbors a BB actually in the loop.
464   BasicBlock *FoundBB = 0;
465   for (unsigned i = 0, e = SplitPreds.size(); i != e; ++i) {
466     Function::iterator BBI = SplitPreds[i];
467     if (++BBI != NewBB->getParent()->end() && 
468         L->contains(BBI)) {
469       FoundBB = SplitPreds[i];
470       break;
471     }
472   }
473   
474   // If our heuristic for a *good* bb to place this after doesn't find
475   // anything, just pick something.  It's likely better than leaving it within
476   // the loop.
477   if (!FoundBB)
478     FoundBB = SplitPreds[0];
479   NewBB->moveAfter(FoundBB);
480 }
481
482
483 /// SeparateNestedLoop - If this loop has multiple backedges, try to pull one of
484 /// them out into a nested loop.  This is important for code that looks like
485 /// this:
486 ///
487 ///  Loop:
488 ///     ...
489 ///     br cond, Loop, Next
490 ///     ...
491 ///     br cond2, Loop, Out
492 ///
493 /// To identify this common case, we look at the PHI nodes in the header of the
494 /// loop.  PHI nodes with unchanging values on one backedge correspond to values
495 /// that change in the "outer" loop, but not in the "inner" loop.
496 ///
497 /// If we are able to separate out a loop, return the new outer loop that was
498 /// created.
499 ///
500 Loop *LoopSimplify::SeparateNestedLoop(Loop *L) {
501   ETForest *EF = getAnalysisToUpdate<ETForest>();
502   PHINode *PN = FindPHIToPartitionLoops(L, EF, AA);
503   if (PN == 0) return 0;  // No known way to partition.
504
505   // Pull out all predecessors that have varying values in the loop.  This
506   // handles the case when a PHI node has multiple instances of itself as
507   // arguments.
508   std::vector<BasicBlock*> OuterLoopPreds;
509   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
510     if (PN->getIncomingValue(i) != PN ||
511         !L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
512       OuterLoopPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
513
514   BasicBlock *Header = L->getHeader();
515   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Header, ".outer", OuterLoopPreds);
516
517   // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
518   UpdateDomInfoForRevectoredPreds(NewBB, OuterLoopPreds);
519
520   // Make sure that NewBB is put someplace intelligent, which doesn't mess up
521   // code layout too horribly.
522   PlaceSplitBlockCarefully(NewBB, OuterLoopPreds, L);
523   
524   // Create the new outer loop.
525   Loop *NewOuter = new Loop();
526
527   // Change the parent loop to use the outer loop as its child now.
528   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
529     Parent->replaceChildLoopWith(L, NewOuter);
530   else
531     LI->changeTopLevelLoop(L, NewOuter);
532
533   // This block is going to be our new header block: add it to this loop and all
534   // parent loops.
535   NewOuter->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
536
537   // L is now a subloop of our outer loop.
538   NewOuter->addChildLoop(L);
539
540   for (unsigned i = 0, e = L->getBlocks().size(); i != e; ++i)
541     NewOuter->addBlockEntry(L->getBlocks()[i]);
542
543   // Determine which blocks should stay in L and which should be moved out to
544   // the Outer loop now.
545   std::set<BasicBlock*> BlocksInL;
546   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); PI!=E; ++PI)
547     if (EF->dominates(Header, *PI))
548       AddBlockAndPredsToSet(*PI, Header, BlocksInL);
549
550
551   // Scan all of the loop children of L, moving them to OuterLoop if they are
552   // not part of the inner loop.
553   for (Loop::iterator I = L->begin(); I != L->end(); )
554     if (BlocksInL.count((*I)->getHeader()))
555       ++I;   // Loop remains in L
556     else
557       NewOuter->addChildLoop(L->removeChildLoop(I));
558
559   // Now that we know which blocks are in L and which need to be moved to
560   // OuterLoop, move any blocks that need it.
561   for (unsigned i = 0; i != L->getBlocks().size(); ++i) {
562     BasicBlock *BB = L->getBlocks()[i];
563     if (!BlocksInL.count(BB)) {
564       // Move this block to the parent, updating the exit blocks sets
565       L->removeBlockFromLoop(BB);
566       if ((*LI)[BB] == L)
567         LI->changeLoopFor(BB, NewOuter);
568       --i;
569     }
570   }
571
572   return NewOuter;
573 }
574
575
576
577 /// InsertUniqueBackedgeBlock - This method is called when the specified loop
578 /// has more than one backedge in it.  If this occurs, revector all of these
579 /// backedges to target a new basic block and have that block branch to the loop
580 /// header.  This ensures that loops have exactly one backedge.
581 ///
582 void LoopSimplify::InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L) {
583   assert(L->getNumBackEdges() > 1 && "Must have > 1 backedge!");
584
585   // Get information about the loop
586   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
587   BasicBlock *Header = L->getHeader();
588   Function *F = Header->getParent();
589
590   // Figure out which basic blocks contain back-edges to the loop header.
591   std::vector<BasicBlock*> BackedgeBlocks;
592   for (pred_iterator I = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); I != E; ++I)
593     if (*I != Preheader) BackedgeBlocks.push_back(*I);
594
595   // Create and insert the new backedge block...
596   BasicBlock *BEBlock = new BasicBlock(Header->getName()+".backedge", F);
597   BranchInst *BETerminator = new BranchInst(Header, BEBlock);
598
599   // Move the new backedge block to right after the last backedge block.
600   Function::iterator InsertPos = BackedgeBlocks.back(); ++InsertPos;
601   F->getBasicBlockList().splice(InsertPos, F->getBasicBlockList(), BEBlock);
602
603   // Now that the block has been inserted into the function, create PHI nodes in
604   // the backedge block which correspond to any PHI nodes in the header block.
605   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
606     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
607     PHINode *NewPN = new PHINode(PN->getType(), PN->getName()+".be",
608                                  BETerminator);
609     NewPN->reserveOperandSpace(BackedgeBlocks.size());
610     if (AA) AA->copyValue(PN, NewPN);
611
612     // Loop over the PHI node, moving all entries except the one for the
613     // preheader over to the new PHI node.
614     unsigned PreheaderIdx = ~0U;
615     bool HasUniqueIncomingValue = true;
616     Value *UniqueValue = 0;
617     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
618       BasicBlock *IBB = PN->getIncomingBlock(i);
619       Value *IV = PN->getIncomingValue(i);
620       if (IBB == Preheader) {
621         PreheaderIdx = i;
622       } else {
623         NewPN->addIncoming(IV, IBB);
624         if (HasUniqueIncomingValue) {
625           if (UniqueValue == 0)
626             UniqueValue = IV;
627           else if (UniqueValue != IV)
628             HasUniqueIncomingValue = false;
629         }
630       }
631     }
632
633     // Delete all of the incoming values from the old PN except the preheader's
634     assert(PreheaderIdx != ~0U && "PHI has no preheader entry??");
635     if (PreheaderIdx != 0) {
636       PN->setIncomingValue(0, PN->getIncomingValue(PreheaderIdx));
637       PN->setIncomingBlock(0, PN->getIncomingBlock(PreheaderIdx));
638     }
639     // Nuke all entries except the zero'th.
640     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues()-1; i != e; ++i)
641       PN->removeIncomingValue(e-i, false);
642
643     // Finally, add the newly constructed PHI node as the entry for the BEBlock.
644     PN->addIncoming(NewPN, BEBlock);
645
646     // As an optimization, if all incoming values in the new PhiNode (which is a
647     // subset of the incoming values of the old PHI node) have the same value,
648     // eliminate the PHI Node.
649     if (HasUniqueIncomingValue) {
650       NewPN->replaceAllUsesWith(UniqueValue);
651       if (AA) AA->deleteValue(NewPN);
652       BEBlock->getInstList().erase(NewPN);
653     }
654   }
655
656   // Now that all of the PHI nodes have been inserted and adjusted, modify the
657   // backedge blocks to just to the BEBlock instead of the header.
658   for (unsigned i = 0, e = BackedgeBlocks.size(); i != e; ++i) {
659     TerminatorInst *TI = BackedgeBlocks[i]->getTerminator();
660     for (unsigned Op = 0, e = TI->getNumSuccessors(); Op != e; ++Op)
661       if (TI->getSuccessor(Op) == Header)
662         TI->setSuccessor(Op, BEBlock);
663   }
664
665   //===--- Update all analyses which we must preserve now -----------------===//
666
667   // Update Loop Information - we know that this block is now in the current
668   // loop and all parent loops.
669   L->addBasicBlockToLoop(BEBlock, *LI);
670
671   // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
672   UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BEBlock, BackedgeBlocks);
673 }
674
675 // Returns true if BasicBlock A dominates at least one block in vector B
676 // Helper function for UpdateDomInfoForRevectoredPreds
677 static bool BlockDominatesAny(BasicBlock* A, const std::vector<BasicBlock*>& B,
678                               ETForest& ETF) {
679   for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator BI = B.begin(), BE = B.end();
680        BI != BE; ++BI) {
681     if (ETF.dominates(A, *BI))
682       return true;
683   }
684   return false;
685 }
686
687 /// UpdateDomInfoForRevectoredPreds - This method is used to update the four
688 /// different kinds of dominator information (immediate dominators,
689 /// dominator trees, et-forest and dominance frontiers) after a new block has
690 /// been added to the CFG.
691 ///
692 /// This only supports the case when an existing block (known as "NewBBSucc"),
693 /// had some of its predecessors factored into a new basic block.  This
694 /// transformation inserts a new basic block ("NewBB"), with a single
695 /// unconditional branch to NewBBSucc, and moves some predecessors of
696 /// "NewBBSucc" to now branch to NewBB.  These predecessors are listed in
697 /// PredBlocks, even though they are the same as
698 /// pred_begin(NewBB)/pred_end(NewBB).
699 ///
700 void LoopSimplify::UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BasicBlock *NewBB,
701                                          std::vector<BasicBlock*> &PredBlocks) {
702   assert(!PredBlocks.empty() && "No predblocks??");
703   assert(succ_begin(NewBB) != succ_end(NewBB) &&
704          ++succ_begin(NewBB) == succ_end(NewBB) &&
705          "NewBB should have a single successor!");
706   BasicBlock *NewBBSucc = *succ_begin(NewBB);
707   ETForest& ETF = getAnalysis<ETForest>();
708   
709   // The newly inserted basic block will dominate existing basic blocks iff the
710   // PredBlocks dominate all of the non-pred blocks.  If all predblocks dominate
711   // the non-pred blocks, then they all must be the same block!
712   //
713   bool NewBBDominatesNewBBSucc = true;
714   {
715     BasicBlock *OnePred = PredBlocks[0];
716     unsigned i = 1, e = PredBlocks.size();
717     for (i = 1; !ETF.isReachableFromEntry(OnePred); ++i) {
718       assert(i != e && "Didn't find reachable pred?");
719       OnePred = PredBlocks[i];
720     }
721     
722     for (; i != e; ++i)
723       if (PredBlocks[i] != OnePred && ETF.isReachableFromEntry(OnePred)){
724         NewBBDominatesNewBBSucc = false;
725         break;
726       }
727
728     if (NewBBDominatesNewBBSucc)
729       for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc), E = pred_end(NewBBSucc);
730            PI != E; ++PI)
731         if (*PI != NewBB && !ETF.dominates(NewBBSucc, *PI)) {
732           NewBBDominatesNewBBSucc = false;
733           break;
734         }
735   }
736
737   // The other scenario where the new block can dominate its successors are when
738   // all predecessors of NewBBSucc that are not NewBB are dominated by NewBBSucc
739   // already.
740   if (!NewBBDominatesNewBBSucc) {
741     NewBBDominatesNewBBSucc = true;
742     for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc), E = pred_end(NewBBSucc);
743          PI != E; ++PI)
744       if (*PI != NewBB && !ETF.dominates(NewBBSucc, *PI)) {
745         NewBBDominatesNewBBSucc = false;
746         break;
747       }
748   }
749
750   BasicBlock *NewBBIDom = 0;
751
752   // Update DominatorTree information if it is active.
753   if (DominatorTree *DT = getAnalysisToUpdate<DominatorTree>()) {
754     // If we don't have ImmediateDominator info around, calculate the idom as
755     // above.
756     if (!NewBBIDom) {
757       unsigned i = 0;
758       for (i = 0; i < PredBlocks.size(); ++i)
759         if (ETF.dominates(&PredBlocks[i]->getParent()->getEntryBlock(), PredBlocks[i])) {
760           NewBBIDom = PredBlocks[i];
761           break;
762         }
763       assert(i != PredBlocks.size() && "No reachable preds?");
764       for (i = i + 1; i < PredBlocks.size(); ++i) {
765         if (ETF.dominates(&PredBlocks[i]->getParent()->getEntryBlock(), PredBlocks[i]))
766           NewBBIDom = ETF.nearestCommonDominator(NewBBIDom, PredBlocks[i]);
767       }
768       assert(NewBBIDom && "No immediate dominator found??");
769     }
770     DominatorTree::Node *NewBBIDomNode = DT->getNode(NewBBIDom);
771
772     // Create the new dominator tree node... and set the idom of NewBB.
773     DominatorTree::Node *NewBBNode = DT->createNewNode(NewBB, NewBBIDomNode);
774
775     // If NewBB strictly dominates other blocks, then it is now the immediate
776     // dominator of NewBBSucc.  Update the dominator tree as appropriate.
777     if (NewBBDominatesNewBBSucc) {
778       DominatorTree::Node *NewBBSuccNode = DT->getNode(NewBBSucc);
779       DT->changeImmediateDominator(NewBBSuccNode, NewBBNode);
780     }
781   }
782
783   // Update ET-Forest information if it is active.
784   if (ETForest *EF = getAnalysisToUpdate<ETForest>()) {
785     EF->addNewBlock(NewBB, NewBBIDom);
786     if (NewBBDominatesNewBBSucc)
787       EF->setImmediateDominator(NewBBSucc, NewBB);
788   }
789
790   // Update dominance frontier information...
791   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>()) {
792     // If NewBB dominates NewBBSucc, then DF(NewBB) is now going to be the
793     // DF(PredBlocks[0]) without the stuff that the new block does not dominate
794     // a predecessor of.
795     if (NewBBDominatesNewBBSucc) {
796       DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(PredBlocks[0]);
797       if (DFI != DF->end()) {
798         DominanceFrontier::DomSetType Set = DFI->second;
799         // Filter out stuff in Set that we do not dominate a predecessor of.
800         for (DominanceFrontier::DomSetType::iterator SetI = Set.begin(),
801                E = Set.end(); SetI != E;) {
802           bool DominatesPred = false;
803           for (pred_iterator PI = pred_begin(*SetI), E = pred_end(*SetI);
804                PI != E; ++PI)
805             if (ETF.dominates(NewBB, *PI))
806               DominatesPred = true;
807           if (!DominatesPred)
808             Set.erase(SetI++);
809           else
810             ++SetI;
811         }
812
813         DF->addBasicBlock(NewBB, Set);
814       }
815
816     } else {
817       // DF(NewBB) is {NewBBSucc} because NewBB does not strictly dominate
818       // NewBBSucc, but it does dominate itself (and there is an edge (NewBB ->
819       // NewBBSucc)).  NewBBSucc is the single successor of NewBB.
820       DominanceFrontier::DomSetType NewDFSet;
821       NewDFSet.insert(NewBBSucc);
822       DF->addBasicBlock(NewBB, NewDFSet);
823     }
824
825     // Now we must loop over all of the dominance frontiers in the function,
826     // replacing occurrences of NewBBSucc with NewBB in some cases.  All
827     // blocks that dominate a block in PredBlocks and contained NewBBSucc in
828     // their dominance frontier must be updated to contain NewBB instead.
829     //
830     for (Function::iterator FI = NewBB->getParent()->begin(),
831          FE = NewBB->getParent()->end(); FI != FE; ++FI) {
832       DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(FI);
833       if (DFI == DF->end()) continue;  // unreachable block.
834       
835       // Only consider dominators of NewBBSucc
836       if (!DFI->second.count(NewBBSucc)) continue;
837       
838       if (BlockDominatesAny(FI, PredBlocks, ETF)) {
839         // If NewBBSucc should not stay in our dominator frontier, remove it.
840         // We remove it unless there is a predecessor of NewBBSucc that we
841         // dominate, but we don't strictly dominate NewBBSucc.
842         bool ShouldRemove = true;
843         if ((BasicBlock*)FI == NewBBSucc || !ETF.dominates(FI, NewBBSucc)) {
844           // Okay, we know that PredDom does not strictly dominate NewBBSucc.
845           // Check to see if it dominates any predecessors of NewBBSucc.
846           for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc),
847                E = pred_end(NewBBSucc); PI != E; ++PI)
848             if (ETF.dominates(FI, *PI)) {
849               ShouldRemove = false;
850               break;
851             }
852           
853           if (ShouldRemove)
854             DF->removeFromFrontier(DFI, NewBBSucc);
855           DF->addToFrontier(DFI, NewBB);
856           
857           break;
858         }
859       }
860     }
861   }
862 }
863
864