remove dead expr
[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 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
36 #include "llvm/Constant.h"
37 #include "llvm/Instructions.h"
38 #include "llvm/Function.h"
39 #include "llvm/Type.h"
40 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
41 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
42 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
43 #include "llvm/Support/CFG.h"
44 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
45 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
46 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
47 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
48 using namespace llvm;
49
50 namespace {
51   Statistic<>
52   NumInserted("loopsimplify", "Number of pre-header or exit blocks inserted");
53   Statistic<>
54   NumNested("loopsimplify", "Number of nested loops split out");
55
56   struct 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
61     virtual bool runOnFunction(Function &F);
62
63     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
64       // We need loop information to identify the loops...
65       AU.addRequired<LoopInfo>();
66       AU.addRequired<DominatorSet>();
67       AU.addRequired<DominatorTree>();
68
69       AU.addPreserved<LoopInfo>();
70       AU.addPreserved<DominatorSet>();
71       AU.addPreserved<ImmediateDominators>();
72       AU.addPreserved<ETForest>();
73       AU.addPreserved<DominatorTree>();
74       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
75       AU.addPreservedID(BreakCriticalEdgesID);  // No critical edges added.
76     }
77   private:
78     bool ProcessLoop(Loop *L);
79     BasicBlock *SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB, const char *Suffix,
80                                        const std::vector<BasicBlock*> &Preds);
81     BasicBlock *RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit);
82     void InsertPreheaderForLoop(Loop *L);
83     Loop *SeparateNestedLoop(Loop *L);
84     void InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L);
85
86     void UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BasicBlock *NewBB,
87                                          std::vector<BasicBlock*> &PredBlocks);
88   };
89
90   RegisterOpt<LoopSimplify>
91   X("loopsimplify", "Canonicalize natural loops", true);
92 }
93
94 // Publically exposed interface to pass...
95 const PassInfo *llvm::LoopSimplifyID = X.getPassInfo();
96 FunctionPass *llvm::createLoopSimplifyPass() { return new LoopSimplify(); }
97
98 /// runOnFunction - Run down all loops in the CFG (recursively, but we could do
99 /// it in any convenient order) inserting preheaders...
100 ///
101 bool LoopSimplify::runOnFunction(Function &F) {
102   bool Changed = false;
103   LoopInfo &LI = getAnalysis<LoopInfo>();
104   AA = getAnalysisToUpdate<AliasAnalysis>();
105
106   for (LoopInfo::iterator I = LI.begin(), E = LI.end(); I != E; ++I)
107     Changed |= ProcessLoop(*I);
108
109   return Changed;
110 }
111
112
113 /// ProcessLoop - Walk the loop structure in depth first order, ensuring that
114 /// all loops have preheaders.
115 ///
116 bool LoopSimplify::ProcessLoop(Loop *L) {
117   bool Changed = false;
118
119   // Check to see that no blocks (other than the header) in the loop have
120   // predecessors that are not in the loop.  This is not valid for natural
121   // loops, but can occur if the blocks are unreachable.  Since they are
122   // unreachable we can just shamelessly destroy their terminators to make them
123   // not branch into the loop!
124   assert(L->getBlocks()[0] == L->getHeader() &&
125          "Header isn't first block in loop?");
126   for (unsigned i = 1, e = L->getBlocks().size(); i != e; ++i) {
127     BasicBlock *LoopBB = L->getBlocks()[i];
128   Retry:
129     for (pred_iterator PI = pred_begin(LoopBB), E = pred_end(LoopBB);
130          PI != E; ++PI)
131       if (!L->contains(*PI)) {
132         // This predecessor is not in the loop.  Kill its terminator!
133         BasicBlock *DeadBlock = *PI;
134         for (succ_iterator SI = succ_begin(DeadBlock), E = succ_end(DeadBlock);
135              SI != E; ++SI)
136           (*SI)->removePredecessor(DeadBlock);  // Remove PHI node entries
137
138         // Delete the dead terminator.
139         if (AA) AA->deleteValue(&DeadBlock->back());
140         DeadBlock->getInstList().pop_back();
141
142         Value *RetVal = 0;
143         if (LoopBB->getParent()->getReturnType() != Type::VoidTy)
144           RetVal = Constant::getNullValue(LoopBB->getParent()->getReturnType());
145         new ReturnInst(RetVal, DeadBlock);
146         goto Retry;  // We just invalidated the pred_iterator.  Retry.
147       }
148   }
149
150   // Does the loop already have a preheader?  If so, don't modify the loop...
151   if (L->getLoopPreheader() == 0) {
152     InsertPreheaderForLoop(L);
153     NumInserted++;
154     Changed = true;
155   }
156
157   // Next, check to make sure that all exit nodes of the loop only have
158   // predecessors that are inside of the loop.  This check guarantees that the
159   // loop preheader/header will dominate the exit blocks.  If the exit block has
160   // predecessors from outside of the loop, split the edge now.
161   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
162   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
163
164   SetVector<BasicBlock*> ExitBlockSet(ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end());
165   for (SetVector<BasicBlock*>::iterator I = ExitBlockSet.begin(),
166          E = ExitBlockSet.end(); I != E; ++I) {
167     BasicBlock *ExitBlock = *I;
168     for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), PE = pred_end(ExitBlock);
169          PI != PE; ++PI)
170       if (!L->contains(*PI)) {
171         RewriteLoopExitBlock(L, ExitBlock);
172         NumInserted++;
173         Changed = true;
174         break;
175       }
176   }
177
178   // If the header has more than two predecessors at this point (from the
179   // preheader and from multiple backedges), we must adjust the loop.
180   if (L->getNumBackEdges() != 1) {
181     // If this is really a nested loop, rip it out into a child loop.
182     if (Loop *NL = SeparateNestedLoop(L)) {
183       ++NumNested;
184       // This is a big restructuring change, reprocess the whole loop.
185       ProcessLoop(NL);
186       return true;
187     }
188
189     InsertUniqueBackedgeBlock(L);
190     NumInserted++;
191     Changed = true;
192   }
193
194   // Scan over the PHI nodes in the loop header.  Since they now have only two
195   // incoming values (the loop is canonicalized), we may have simplified the PHI
196   // down to 'X = phi [X, Y]', which should be replaced with 'Y'.
197   PHINode *PN;
198   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
199        (PN = dyn_cast<PHINode>(I++)); )
200     if (Value *V = PN->hasConstantValue()) {
201         PN->replaceAllUsesWith(V);
202         PN->eraseFromParent();
203       }
204
205   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
206     Changed |= ProcessLoop(*I);
207
208   return Changed;
209 }
210
211 /// SplitBlockPredecessors - Split the specified block into two blocks.  We want
212 /// to move the predecessors specified in the Preds list to point to the new
213 /// block, leaving the remaining predecessors pointing to BB.  This method
214 /// updates the SSA PHINode's, but no other analyses.
215 ///
216 BasicBlock *LoopSimplify::SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB,
217                                                  const char *Suffix,
218                                        const std::vector<BasicBlock*> &Preds) {
219
220   // Create new basic block, insert right before the original block...
221   BasicBlock *NewBB = new BasicBlock(BB->getName()+Suffix, BB->getParent(), BB);
222
223   // The preheader first gets an unconditional branch to the loop header...
224   BranchInst *BI = new BranchInst(BB, NewBB);
225
226   // For every PHI node in the block, insert a PHI node into NewBB where the
227   // incoming values from the out of loop edges are moved to NewBB.  We have two
228   // possible cases here.  If the loop is dead, we just insert dummy entries
229   // into the PHI nodes for the new edge.  If the loop is not dead, we move the
230   // incoming edges in BB into new PHI nodes in NewBB.
231   //
232   if (!Preds.empty()) {  // Is the loop not obviously dead?
233     // Check to see if the values being merged into the new block need PHI
234     // nodes.  If so, insert them.
235     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
236       PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
237       ++I;
238
239       // Check to see if all of the values coming in are the same.  If so, we
240       // don't need to create a new PHI node.
241       Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(Preds[0]);
242       for (unsigned i = 1, e = Preds.size(); i != e; ++i)
243         if (InVal != PN->getIncomingValueForBlock(Preds[i])) {
244           InVal = 0;
245           break;
246         }
247
248       // If the values coming into the block are not the same, we need a PHI.
249       if (InVal == 0) {
250         // Create the new PHI node, insert it into NewBB at the end of the block
251         PHINode *NewPHI = new PHINode(PN->getType(), PN->getName()+".ph", BI);
252         if (AA) AA->copyValue(PN, NewPHI);
253
254         // Move all of the edges from blocks outside the loop to the new PHI
255         for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
256           Value *V = PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
257           NewPHI->addIncoming(V, Preds[i]);
258         }
259         InVal = NewPHI;
260       } else {
261         // Remove all of the edges coming into the PHI nodes from outside of the
262         // block.
263         for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i)
264           PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
265       }
266
267       // Add an incoming value to the PHI node in the loop for the preheader
268       // edge.
269       PN->addIncoming(InVal, NewBB);
270
271       // Can we eliminate this phi node now?
272       if (Value *V = PN->hasConstantValue(true)) {
273         if (!isa<Instruction>(V) ||
274             getAnalysis<DominatorSet>().dominates(cast<Instruction>(V), PN)) {
275           PN->replaceAllUsesWith(V);
276           if (AA) AA->deleteValue(PN);
277           BB->getInstList().erase(PN);
278         }
279       }
280     }
281
282     // Now that the PHI nodes are updated, actually move the edges from
283     // Preds to point to NewBB instead of BB.
284     //
285     for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
286       TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
287       for (unsigned s = 0, e = TI->getNumSuccessors(); s != e; ++s)
288         if (TI->getSuccessor(s) == BB)
289           TI->setSuccessor(s, NewBB);
290     }
291
292   } else {                       // Otherwise the loop is dead...
293     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
294       PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
295       // Insert dummy values as the incoming value...
296       PN->addIncoming(Constant::getNullValue(PN->getType()), NewBB);
297     }
298   }
299   return NewBB;
300 }
301
302 /// InsertPreheaderForLoop - Once we discover that a loop doesn't have a
303 /// preheader, this method is called to insert one.  This method has two phases:
304 /// preheader insertion and analysis updating.
305 ///
306 void LoopSimplify::InsertPreheaderForLoop(Loop *L) {
307   BasicBlock *Header = L->getHeader();
308
309   // Compute the set of predecessors of the loop that are not in the loop.
310   std::vector<BasicBlock*> OutsideBlocks;
311   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), PE = pred_end(Header);
312        PI != PE; ++PI)
313       if (!L->contains(*PI))           // Coming in from outside the loop?
314         OutsideBlocks.push_back(*PI);  // Keep track of it...
315
316   // Split out the loop pre-header
317   BasicBlock *NewBB =
318     SplitBlockPredecessors(Header, ".preheader", OutsideBlocks);
319
320   //===--------------------------------------------------------------------===//
321   //  Update analysis results now that we have performed the transformation
322   //
323
324   // We know that we have loop information to update... update it now.
325   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
326     Parent->addBasicBlockToLoop(NewBB, getAnalysis<LoopInfo>());
327
328   DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();  // Update dominator info
329   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
330
331
332   // Update the dominator tree information.
333   // The immediate dominator of the preheader is the immediate dominator of
334   // the old header.
335   DominatorTree::Node *PHDomTreeNode =
336     DT.createNewNode(NewBB, DT.getNode(Header)->getIDom());
337   BasicBlock *oldHeaderIDom = DT.getNode(Header)->getIDom()->getBlock();
338
339   // Change the header node so that PNHode is the new immediate dominator
340   DT.changeImmediateDominator(DT.getNode(Header), PHDomTreeNode);
341
342   {
343     // The blocks that dominate NewBB are the blocks that dominate Header,
344     // minus Header, plus NewBB.
345     DominatorSet::DomSetType DomSet = DS.getDominators(Header);
346     DomSet.erase(Header);  // Header does not dominate us...
347     DS.addBasicBlock(NewBB, DomSet);
348
349     // The newly created basic block dominates all nodes dominated by Header.
350     for (df_iterator<DominatorTree::Node*> DFI = df_begin(PHDomTreeNode),
351            E = df_end(PHDomTreeNode); DFI != E; ++DFI)
352       DS.addDominator((*DFI)->getBlock(), NewBB);
353   }
354
355   // Update immediate dominator information if we have it...
356   if (ImmediateDominators *ID = getAnalysisToUpdate<ImmediateDominators>()) {
357     // Whatever i-dominated the header node now immediately dominates NewBB
358     ID->addNewBlock(NewBB, ID->get(Header));
359
360     // The preheader now is the immediate dominator for the header node...
361     ID->setImmediateDominator(Header, NewBB);
362   }
363   
364   // Update ET Forest information if we have it...
365   if (ETForest *EF = getAnalysisToUpdate<ETForest>()) {
366     // Whatever i-dominated the header node now immediately dominates NewBB
367     EF->addNewBlock(NewBB, oldHeaderIDom);
368
369     // The preheader now is the immediate dominator for the header node...
370     EF->setImmediateDominator(Header, NewBB);
371   }
372
373   // Update dominance frontier information...
374   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>()) {
375     // The DF(NewBB) is just (DF(Header)-Header), because NewBB dominates
376     // everything that Header does, and it strictly dominates Header in
377     // addition.
378     assert(DF->find(Header) != DF->end() && "Header node doesn't have DF set?");
379     DominanceFrontier::DomSetType NewDFSet = DF->find(Header)->second;
380     NewDFSet.erase(Header);
381     DF->addBasicBlock(NewBB, NewDFSet);
382
383     // Now we must loop over all of the dominance frontiers in the function,
384     // replacing occurrences of Header with NewBB in some cases.  If a block
385     // dominates a (now) predecessor of NewBB, but did not strictly dominate
386     // Header, it will have Header in it's DF set, but should now have NewBB in
387     // its set.
388     for (unsigned i = 0, e = OutsideBlocks.size(); i != e; ++i) {
389       // Get all of the dominators of the predecessor...
390       const DominatorSet::DomSetType &PredDoms =
391         DS.getDominators(OutsideBlocks[i]);
392       for (DominatorSet::DomSetType::const_iterator PDI = PredDoms.begin(),
393              PDE = PredDoms.end(); PDI != PDE; ++PDI) {
394         BasicBlock *PredDom = *PDI;
395         // If the loop header is in DF(PredDom), then PredDom didn't dominate
396         // the header but did dominate a predecessor outside of the loop.  Now
397         // we change this entry to include the preheader in the DF instead of
398         // the header.
399         DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(PredDom);
400         assert(DFI != DF->end() && "No dominance frontier for node?");
401         if (DFI->second.count(Header)) {
402           DF->removeFromFrontier(DFI, Header);
403           DF->addToFrontier(DFI, NewBB);
404         }
405       }
406     }
407   }
408 }
409
410 /// RewriteLoopExitBlock - Ensure that the loop preheader dominates all exit
411 /// blocks.  This method is used to split exit blocks that have predecessors
412 /// outside of the loop.
413 BasicBlock *LoopSimplify::RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit) {
414   DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();
415
416   std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks;
417   for (pred_iterator I = pred_begin(Exit), E = pred_end(Exit); I != E; ++I)
418     if (L->contains(*I))
419       LoopBlocks.push_back(*I);
420
421   assert(!LoopBlocks.empty() && "No edges coming in from outside the loop?");
422   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Exit, ".loopexit", LoopBlocks);
423
424   // Update Loop Information - we know that the new block will be in the parent
425   // loop of L.
426   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
427     Parent->addBasicBlockToLoop(NewBB, getAnalysis<LoopInfo>());
428
429   // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
430   UpdateDomInfoForRevectoredPreds(NewBB, LoopBlocks);
431   return NewBB;
432 }
433
434 /// AddBlockAndPredsToSet - Add the specified block, and all of its
435 /// predecessors, to the specified set, if it's not already in there.  Stop
436 /// predecessor traversal when we reach StopBlock.
437 static void AddBlockAndPredsToSet(BasicBlock *BB, BasicBlock *StopBlock,
438                                   std::set<BasicBlock*> &Blocks) {
439   if (!Blocks.insert(BB).second) return;  // already processed.
440   if (BB == StopBlock) return;  // Stop here!
441
442   for (pred_iterator I = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); I != E; ++I)
443     AddBlockAndPredsToSet(*I, StopBlock, Blocks);
444 }
445
446 /// FindPHIToPartitionLoops - The first part of loop-nestification is to find a
447 /// PHI node that tells us how to partition the loops.
448 static PHINode *FindPHIToPartitionLoops(Loop *L, DominatorSet &DS,
449                                         AliasAnalysis *AA) {
450   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
451     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
452     ++I;
453     if (Value *V = PN->hasConstantValue())
454       if (!isa<Instruction>(V) || DS.dominates(cast<Instruction>(V), PN)) {
455         // This is a degenerate PHI already, don't modify it!
456         PN->replaceAllUsesWith(V);
457         if (AA) AA->deleteValue(PN);
458         PN->eraseFromParent();
459         continue;
460       }
461
462     // Scan this PHI node looking for a use of the PHI node by itself.
463     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
464       if (PN->getIncomingValue(i) == PN &&
465           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
466         // We found something tasty to remove.
467         return PN;
468   }
469   return 0;
470 }
471
472 /// SeparateNestedLoop - If this loop has multiple backedges, try to pull one of
473 /// them out into a nested loop.  This is important for code that looks like
474 /// this:
475 ///
476 ///  Loop:
477 ///     ...
478 ///     br cond, Loop, Next
479 ///     ...
480 ///     br cond2, Loop, Out
481 ///
482 /// To identify this common case, we look at the PHI nodes in the header of the
483 /// loop.  PHI nodes with unchanging values on one backedge correspond to values
484 /// that change in the "outer" loop, but not in the "inner" loop.
485 ///
486 /// If we are able to separate out a loop, return the new outer loop that was
487 /// created.
488 ///
489 Loop *LoopSimplify::SeparateNestedLoop(Loop *L) {
490   PHINode *PN = FindPHIToPartitionLoops(L, getAnalysis<DominatorSet>(), AA);
491   if (PN == 0) return 0;  // No known way to partition.
492
493   // Pull out all predecessors that have varying values in the loop.  This
494   // handles the case when a PHI node has multiple instances of itself as
495   // arguments.
496   std::vector<BasicBlock*> OuterLoopPreds;
497   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
498     if (PN->getIncomingValue(i) != PN ||
499         !L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
500       OuterLoopPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
501
502   BasicBlock *Header = L->getHeader();
503   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Header, ".outer", OuterLoopPreds);
504
505   // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
506   UpdateDomInfoForRevectoredPreds(NewBB, OuterLoopPreds);
507
508   // Create the new outer loop.
509   Loop *NewOuter = new Loop();
510
511   LoopInfo &LI = getAnalysis<LoopInfo>();
512
513   // Change the parent loop to use the outer loop as its child now.
514   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
515     Parent->replaceChildLoopWith(L, NewOuter);
516   else
517     LI.changeTopLevelLoop(L, NewOuter);
518
519   // This block is going to be our new header block: add it to this loop and all
520   // parent loops.
521   NewOuter->addBasicBlockToLoop(NewBB, getAnalysis<LoopInfo>());
522
523   // L is now a subloop of our outer loop.
524   NewOuter->addChildLoop(L);
525
526   for (unsigned i = 0, e = L->getBlocks().size(); i != e; ++i)
527     NewOuter->addBlockEntry(L->getBlocks()[i]);
528
529   // Determine which blocks should stay in L and which should be moved out to
530   // the Outer loop now.
531   DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();
532   std::set<BasicBlock*> BlocksInL;
533   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); PI!=E; ++PI)
534     if (DS.dominates(Header, *PI))
535       AddBlockAndPredsToSet(*PI, Header, BlocksInL);
536
537
538   // Scan all of the loop children of L, moving them to OuterLoop if they are
539   // not part of the inner loop.
540   for (Loop::iterator I = L->begin(); I != L->end(); )
541     if (BlocksInL.count((*I)->getHeader()))
542       ++I;   // Loop remains in L
543     else
544       NewOuter->addChildLoop(L->removeChildLoop(I));
545
546   // Now that we know which blocks are in L and which need to be moved to
547   // OuterLoop, move any blocks that need it.
548   for (unsigned i = 0; i != L->getBlocks().size(); ++i) {
549     BasicBlock *BB = L->getBlocks()[i];
550     if (!BlocksInL.count(BB)) {
551       // Move this block to the parent, updating the exit blocks sets
552       L->removeBlockFromLoop(BB);
553       if (LI[BB] == L)
554         LI.changeLoopFor(BB, NewOuter);
555       --i;
556     }
557   }
558
559   return NewOuter;
560 }
561
562
563
564 /// InsertUniqueBackedgeBlock - This method is called when the specified loop
565 /// has more than one backedge in it.  If this occurs, revector all of these
566 /// backedges to target a new basic block and have that block branch to the loop
567 /// header.  This ensures that loops have exactly one backedge.
568 ///
569 void LoopSimplify::InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L) {
570   assert(L->getNumBackEdges() > 1 && "Must have > 1 backedge!");
571
572   // Get information about the loop
573   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
574   BasicBlock *Header = L->getHeader();
575   Function *F = Header->getParent();
576
577   // Figure out which basic blocks contain back-edges to the loop header.
578   std::vector<BasicBlock*> BackedgeBlocks;
579   for (pred_iterator I = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); I != E; ++I)
580     if (*I != Preheader) BackedgeBlocks.push_back(*I);
581
582   // Create and insert the new backedge block...
583   BasicBlock *BEBlock = new BasicBlock(Header->getName()+".backedge", F);
584   BranchInst *BETerminator = new BranchInst(Header, BEBlock);
585
586   // Move the new backedge block to right after the last backedge block.
587   Function::iterator InsertPos = BackedgeBlocks.back(); ++InsertPos;
588   F->getBasicBlockList().splice(InsertPos, F->getBasicBlockList(), BEBlock);
589
590   // Now that the block has been inserted into the function, create PHI nodes in
591   // the backedge block which correspond to any PHI nodes in the header block.
592   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
593     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
594     PHINode *NewPN = new PHINode(PN->getType(), PN->getName()+".be",
595                                  BETerminator);
596     NewPN->reserveOperandSpace(BackedgeBlocks.size());
597     if (AA) AA->copyValue(PN, NewPN);
598
599     // Loop over the PHI node, moving all entries except the one for the
600     // preheader over to the new PHI node.
601     unsigned PreheaderIdx = ~0U;
602     bool HasUniqueIncomingValue = true;
603     Value *UniqueValue = 0;
604     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
605       BasicBlock *IBB = PN->getIncomingBlock(i);
606       Value *IV = PN->getIncomingValue(i);
607       if (IBB == Preheader) {
608         PreheaderIdx = i;
609       } else {
610         NewPN->addIncoming(IV, IBB);
611         if (HasUniqueIncomingValue) {
612           if (UniqueValue == 0)
613             UniqueValue = IV;
614           else if (UniqueValue != IV)
615             HasUniqueIncomingValue = false;
616         }
617       }
618     }
619
620     // Delete all of the incoming values from the old PN except the preheader's
621     assert(PreheaderIdx != ~0U && "PHI has no preheader entry??");
622     if (PreheaderIdx != 0) {
623       PN->setIncomingValue(0, PN->getIncomingValue(PreheaderIdx));
624       PN->setIncomingBlock(0, PN->getIncomingBlock(PreheaderIdx));
625     }
626     // Nuke all entries except the zero'th.
627     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues()-1; i != e; ++i)
628       PN->removeIncomingValue(e-i, false);
629
630     // Finally, add the newly constructed PHI node as the entry for the BEBlock.
631     PN->addIncoming(NewPN, BEBlock);
632
633     // As an optimization, if all incoming values in the new PhiNode (which is a
634     // subset of the incoming values of the old PHI node) have the same value,
635     // eliminate the PHI Node.
636     if (HasUniqueIncomingValue) {
637       NewPN->replaceAllUsesWith(UniqueValue);
638       if (AA) AA->deleteValue(NewPN);
639       BEBlock->getInstList().erase(NewPN);
640     }
641   }
642
643   // Now that all of the PHI nodes have been inserted and adjusted, modify the
644   // backedge blocks to just to the BEBlock instead of the header.
645   for (unsigned i = 0, e = BackedgeBlocks.size(); i != e; ++i) {
646     TerminatorInst *TI = BackedgeBlocks[i]->getTerminator();
647     for (unsigned Op = 0, e = TI->getNumSuccessors(); Op != e; ++Op)
648       if (TI->getSuccessor(Op) == Header)
649         TI->setSuccessor(Op, BEBlock);
650   }
651
652   //===--- Update all analyses which we must preserve now -----------------===//
653
654   // Update Loop Information - we know that this block is now in the current
655   // loop and all parent loops.
656   L->addBasicBlockToLoop(BEBlock, getAnalysis<LoopInfo>());
657
658   // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
659   UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BEBlock, BackedgeBlocks);
660 }
661
662 /// UpdateDomInfoForRevectoredPreds - This method is used to update the four
663 /// different kinds of dominator information (dominator sets, immediate
664 /// dominators, dominator trees, and dominance frontiers) after a new block has
665 /// been added to the CFG.
666 ///
667 /// This only supports the case when an existing block (known as "NewBBSucc"),
668 /// had some of its predecessors factored into a new basic block.  This
669 /// transformation inserts a new basic block ("NewBB"), with a single
670 /// unconditional branch to NewBBSucc, and moves some predecessors of
671 /// "NewBBSucc" to now branch to NewBB.  These predecessors are listed in
672 /// PredBlocks, even though they are the same as
673 /// pred_begin(NewBB)/pred_end(NewBB).
674 ///
675 void LoopSimplify::UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BasicBlock *NewBB,
676                                          std::vector<BasicBlock*> &PredBlocks) {
677   assert(!PredBlocks.empty() && "No predblocks??");
678   assert(succ_begin(NewBB) != succ_end(NewBB) &&
679          ++succ_begin(NewBB) == succ_end(NewBB) &&
680          "NewBB should have a single successor!");
681   BasicBlock *NewBBSucc = *succ_begin(NewBB);
682   DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();
683
684   // Update dominator information...  The blocks that dominate NewBB are the
685   // intersection of the dominators of predecessors, plus the block itself.
686   //
687   DominatorSet::DomSetType NewBBDomSet = DS.getDominators(PredBlocks[0]);
688   for (unsigned i = 1, e = PredBlocks.size(); i != e; ++i)
689     set_intersect(NewBBDomSet, DS.getDominators(PredBlocks[i]));
690   NewBBDomSet.insert(NewBB);  // All blocks dominate themselves...
691   DS.addBasicBlock(NewBB, NewBBDomSet);
692
693   // The newly inserted basic block will dominate existing basic blocks iff the
694   // PredBlocks dominate all of the non-pred blocks.  If all predblocks dominate
695   // the non-pred blocks, then they all must be the same block!
696   //
697   bool NewBBDominatesNewBBSucc = true;
698   {
699     BasicBlock *OnePred = PredBlocks[0];
700     for (unsigned i = 1, e = PredBlocks.size(); i != e; ++i)
701       if (PredBlocks[i] != OnePred) {
702         NewBBDominatesNewBBSucc = false;
703         break;
704       }
705
706     if (NewBBDominatesNewBBSucc)
707       for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc), E = pred_end(NewBBSucc);
708            PI != E; ++PI)
709         if (*PI != NewBB && !DS.dominates(NewBBSucc, *PI)) {
710           NewBBDominatesNewBBSucc = false;
711           break;
712         }
713   }
714
715   // The other scenario where the new block can dominate its successors are when
716   // all predecessors of NewBBSucc that are not NewBB are dominated by NewBBSucc
717   // already.
718   if (!NewBBDominatesNewBBSucc) {
719     NewBBDominatesNewBBSucc = true;
720     for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc), E = pred_end(NewBBSucc);
721          PI != E; ++PI)
722       if (*PI != NewBB && !DS.dominates(NewBBSucc, *PI)) {
723         NewBBDominatesNewBBSucc = false;
724         break;
725       }
726   }
727
728   // If NewBB dominates some blocks, then it will dominate all blocks that
729   // NewBBSucc does.
730   if (NewBBDominatesNewBBSucc) {
731     BasicBlock *PredBlock = PredBlocks[0];
732     Function *F = NewBB->getParent();
733     for (Function::iterator I = F->begin(), E = F->end(); I != E; ++I)
734       if (DS.dominates(NewBBSucc, I))
735         DS.addDominator(I, NewBB);
736   }
737
738   // Update immediate dominator information if we have it...
739   BasicBlock *NewBBIDom = 0;
740   if (ImmediateDominators *ID = getAnalysisToUpdate<ImmediateDominators>()) {
741     // To find the immediate dominator of the new exit node, we trace up the
742     // immediate dominators of a predecessor until we find a basic block that
743     // dominates the exit block.
744     //
745     BasicBlock *Dom = PredBlocks[0];  // Some random predecessor...
746     while (!NewBBDomSet.count(Dom)) {  // Loop until we find a dominator...
747       assert(Dom != 0 && "No shared dominator found???");
748       Dom = ID->get(Dom);
749     }
750
751     // Set the immediate dominator now...
752     ID->addNewBlock(NewBB, Dom);
753     NewBBIDom = Dom;   // Reuse this if calculating DominatorTree info...
754
755     // If NewBB strictly dominates other blocks, we need to update their idom's
756     // now.  The only block that need adjustment is the NewBBSucc block, whose
757     // idom should currently be set to PredBlocks[0].
758     if (NewBBDominatesNewBBSucc)
759       ID->setImmediateDominator(NewBBSucc, NewBB);
760   }
761
762   // Update DominatorTree information if it is active.
763   if (DominatorTree *DT = getAnalysisToUpdate<DominatorTree>()) {
764     // If we don't have ImmediateDominator info around, calculate the idom as
765     // above.
766     DominatorTree::Node *NewBBIDomNode;
767     if (NewBBIDom) {
768       NewBBIDomNode = DT->getNode(NewBBIDom);
769     } else {
770       NewBBIDomNode = DT->getNode(PredBlocks[0]); // Random pred
771       while (!NewBBDomSet.count(NewBBIDomNode->getBlock())) {
772         NewBBIDomNode = NewBBIDomNode->getIDom();
773         assert(NewBBIDomNode && "No shared dominator found??");
774       }
775       NewBBIDom = NewBBIDomNode->getBlock();
776     }
777
778     // Create the new dominator tree node... and set the idom of NewBB.
779     DominatorTree::Node *NewBBNode = DT->createNewNode(NewBB, NewBBIDomNode);
780
781     // If NewBB strictly dominates other blocks, then it is now the immediate
782     // dominator of NewBBSucc.  Update the dominator tree as appropriate.
783     if (NewBBDominatesNewBBSucc) {
784       DominatorTree::Node *NewBBSuccNode = DT->getNode(NewBBSucc);
785       DT->changeImmediateDominator(NewBBSuccNode, NewBBNode);
786     }
787   }
788
789   // Update ET-Forest information if it is active.
790   if (ETForest *EF = getAnalysisToUpdate<ETForest>()) {
791     EF->addNewBlock(NewBB, NewBBIDom);
792     if (NewBBDominatesNewBBSucc)
793       EF->setImmediateDominator(NewBBSucc, NewBB);
794   }
795
796   // Update dominance frontier information...
797   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>()) {
798     // If NewBB dominates NewBBSucc, then DF(NewBB) is now going to be the
799     // DF(PredBlocks[0]) without the stuff that the new block does not dominate
800     // a predecessor of.
801     if (NewBBDominatesNewBBSucc) {
802       DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(PredBlocks[0]);
803       if (DFI != DF->end()) {
804         DominanceFrontier::DomSetType Set = DFI->second;
805         // Filter out stuff in Set that we do not dominate a predecessor of.
806         for (DominanceFrontier::DomSetType::iterator SetI = Set.begin(),
807                E = Set.end(); SetI != E;) {
808           bool DominatesPred = false;
809           for (pred_iterator PI = pred_begin(*SetI), E = pred_end(*SetI);
810                PI != E; ++PI)
811             if (DS.dominates(NewBB, *PI))
812               DominatesPred = true;
813           if (!DominatesPred)
814             Set.erase(SetI++);
815           else
816             ++SetI;
817         }
818
819         DF->addBasicBlock(NewBB, Set);
820       }
821
822     } else {
823       // DF(NewBB) is {NewBBSucc} because NewBB does not strictly dominate
824       // NewBBSucc, but it does dominate itself (and there is an edge (NewBB ->
825       // NewBBSucc)).  NewBBSucc is the single successor of NewBB.
826       DominanceFrontier::DomSetType NewDFSet;
827       NewDFSet.insert(NewBBSucc);
828       DF->addBasicBlock(NewBB, NewDFSet);
829     }
830
831     // Now we must loop over all of the dominance frontiers in the function,
832     // replacing occurrences of NewBBSucc with NewBB in some cases.  All
833     // blocks that dominate a block in PredBlocks and contained NewBBSucc in
834     // their dominance frontier must be updated to contain NewBB instead.
835     //
836     for (unsigned i = 0, e = PredBlocks.size(); i != e; ++i) {
837       BasicBlock *Pred = PredBlocks[i];
838       // Get all of the dominators of the predecessor...
839       const DominatorSet::DomSetType &PredDoms = DS.getDominators(Pred);
840       for (DominatorSet::DomSetType::const_iterator PDI = PredDoms.begin(),
841              PDE = PredDoms.end(); PDI != PDE; ++PDI) {
842         BasicBlock *PredDom = *PDI;
843
844         // If the NewBBSucc node is in DF(PredDom), then PredDom didn't
845         // dominate NewBBSucc but did dominate a predecessor of it.  Now we
846         // change this entry to include NewBB in the DF instead of NewBBSucc.
847         DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(PredDom);
848         assert(DFI != DF->end() && "No dominance frontier for node?");
849         if (DFI->second.count(NewBBSucc)) {
850           // If NewBBSucc should not stay in our dominator frontier, remove it.
851           // We remove it unless there is a predecessor of NewBBSucc that we
852           // dominate, but we don't strictly dominate NewBBSucc.
853           bool ShouldRemove = true;
854           if (PredDom == NewBBSucc || !DS.dominates(PredDom, NewBBSucc)) {
855             // Okay, we know that PredDom does not strictly dominate NewBBSucc.
856             // Check to see if it dominates any predecessors of NewBBSucc.
857             for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc),
858                    E = pred_end(NewBBSucc); PI != E; ++PI)
859               if (DS.dominates(PredDom, *PI)) {
860                 ShouldRemove = false;
861                 break;
862               }
863           }
864
865           if (ShouldRemove)
866             DF->removeFromFrontier(DFI, NewBBSucc);
867           DF->addToFrontier(DFI, NewBB);
868         }
869       }
870     }
871   }
872 }
873