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