Avoid recursion.
[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 *InputBB, BasicBlock *StopBlock,
411                                   std::set<BasicBlock*> &Blocks) {
412   std::vector<BasicBlock *> WorkList;
413   WorkList.push_back(InputBB);
414   do {
415     BasicBlock *BB = WorkList.back(); WorkList.pop_back();
416     if (Blocks.insert(BB).second && BB != StopBlock)
417       // If BB is not already processed and it is not a stop block then
418       // insert its predecessor in the work list
419       for (pred_iterator I = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); I != E; ++I) {
420         BasicBlock *WBB = *I;
421         WorkList.push_back(WBB);
422       }
423   } while(!WorkList.empty());
424 }
425
426 /// FindPHIToPartitionLoops - The first part of loop-nestification is to find a
427 /// PHI node that tells us how to partition the loops.
428 static PHINode *FindPHIToPartitionLoops(Loop *L, ETForest *EF,
429                                         AliasAnalysis *AA) {
430   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
431     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
432     ++I;
433     if (Value *V = PN->hasConstantValue())
434       if (!isa<Instruction>(V) || EF->dominates(cast<Instruction>(V), PN)) {
435         // This is a degenerate PHI already, don't modify it!
436         PN->replaceAllUsesWith(V);
437         if (AA) AA->deleteValue(PN);
438         PN->eraseFromParent();
439         continue;
440       }
441
442     // Scan this PHI node looking for a use of the PHI node by itself.
443     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
444       if (PN->getIncomingValue(i) == PN &&
445           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
446         // We found something tasty to remove.
447         return PN;
448   }
449   return 0;
450 }
451
452 // PlaceSplitBlockCarefully - If the block isn't already, move the new block to
453 // right after some 'outside block' block.  This prevents the preheader from
454 // being placed inside the loop body, e.g. when the loop hasn't been rotated.
455 void LoopSimplify::PlaceSplitBlockCarefully(BasicBlock *NewBB,
456                                             std::vector<BasicBlock*>&SplitPreds,
457                                             Loop *L) {
458   // Check to see if NewBB is already well placed.
459   Function::iterator BBI = NewBB; --BBI;
460   for (unsigned i = 0, e = SplitPreds.size(); i != e; ++i) {
461     if (&*BBI == SplitPreds[i])
462       return;
463   }
464   
465   // If it isn't already after an outside block, move it after one.  This is
466   // always good as it makes the uncond branch from the outside block into a
467   // fall-through.
468   
469   // Figure out *which* outside block to put this after.  Prefer an outside
470   // block that neighbors a BB actually in the loop.
471   BasicBlock *FoundBB = 0;
472   for (unsigned i = 0, e = SplitPreds.size(); i != e; ++i) {
473     Function::iterator BBI = SplitPreds[i];
474     if (++BBI != NewBB->getParent()->end() && 
475         L->contains(BBI)) {
476       FoundBB = SplitPreds[i];
477       break;
478     }
479   }
480   
481   // If our heuristic for a *good* bb to place this after doesn't find
482   // anything, just pick something.  It's likely better than leaving it within
483   // the loop.
484   if (!FoundBB)
485     FoundBB = SplitPreds[0];
486   NewBB->moveAfter(FoundBB);
487 }
488
489
490 /// SeparateNestedLoop - If this loop has multiple backedges, try to pull one of
491 /// them out into a nested loop.  This is important for code that looks like
492 /// this:
493 ///
494 ///  Loop:
495 ///     ...
496 ///     br cond, Loop, Next
497 ///     ...
498 ///     br cond2, Loop, Out
499 ///
500 /// To identify this common case, we look at the PHI nodes in the header of the
501 /// loop.  PHI nodes with unchanging values on one backedge correspond to values
502 /// that change in the "outer" loop, but not in the "inner" loop.
503 ///
504 /// If we are able to separate out a loop, return the new outer loop that was
505 /// created.
506 ///
507 Loop *LoopSimplify::SeparateNestedLoop(Loop *L) {
508   ETForest *EF = getAnalysisToUpdate<ETForest>();
509   PHINode *PN = FindPHIToPartitionLoops(L, EF, AA);
510   if (PN == 0) return 0;  // No known way to partition.
511
512   // Pull out all predecessors that have varying values in the loop.  This
513   // handles the case when a PHI node has multiple instances of itself as
514   // arguments.
515   std::vector<BasicBlock*> OuterLoopPreds;
516   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
517     if (PN->getIncomingValue(i) != PN ||
518         !L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
519       OuterLoopPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
520
521   BasicBlock *Header = L->getHeader();
522   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Header, ".outer", OuterLoopPreds);
523
524   // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
525   UpdateDomInfoForRevectoredPreds(NewBB, OuterLoopPreds);
526
527   // Make sure that NewBB is put someplace intelligent, which doesn't mess up
528   // code layout too horribly.
529   PlaceSplitBlockCarefully(NewBB, OuterLoopPreds, L);
530   
531   // Create the new outer loop.
532   Loop *NewOuter = new Loop();
533
534   // Change the parent loop to use the outer loop as its child now.
535   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
536     Parent->replaceChildLoopWith(L, NewOuter);
537   else
538     LI->changeTopLevelLoop(L, NewOuter);
539
540   // This block is going to be our new header block: add it to this loop and all
541   // parent loops.
542   NewOuter->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
543
544   // L is now a subloop of our outer loop.
545   NewOuter->addChildLoop(L);
546
547   for (unsigned i = 0, e = L->getBlocks().size(); i != e; ++i)
548     NewOuter->addBlockEntry(L->getBlocks()[i]);
549
550   // Determine which blocks should stay in L and which should be moved out to
551   // the Outer loop now.
552   std::set<BasicBlock*> BlocksInL;
553   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); PI!=E; ++PI)
554     if (EF->dominates(Header, *PI))
555       AddBlockAndPredsToSet(*PI, Header, BlocksInL);
556
557
558   // Scan all of the loop children of L, moving them to OuterLoop if they are
559   // not part of the inner loop.
560   for (Loop::iterator I = L->begin(); I != L->end(); )
561     if (BlocksInL.count((*I)->getHeader()))
562       ++I;   // Loop remains in L
563     else
564       NewOuter->addChildLoop(L->removeChildLoop(I));
565
566   // Now that we know which blocks are in L and which need to be moved to
567   // OuterLoop, move any blocks that need it.
568   for (unsigned i = 0; i != L->getBlocks().size(); ++i) {
569     BasicBlock *BB = L->getBlocks()[i];
570     if (!BlocksInL.count(BB)) {
571       // Move this block to the parent, updating the exit blocks sets
572       L->removeBlockFromLoop(BB);
573       if ((*LI)[BB] == L)
574         LI->changeLoopFor(BB, NewOuter);
575       --i;
576     }
577   }
578
579   return NewOuter;
580 }
581
582
583
584 /// InsertUniqueBackedgeBlock - This method is called when the specified loop
585 /// has more than one backedge in it.  If this occurs, revector all of these
586 /// backedges to target a new basic block and have that block branch to the loop
587 /// header.  This ensures that loops have exactly one backedge.
588 ///
589 void LoopSimplify::InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L) {
590   assert(L->getNumBackEdges() > 1 && "Must have > 1 backedge!");
591
592   // Get information about the loop
593   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
594   BasicBlock *Header = L->getHeader();
595   Function *F = Header->getParent();
596
597   // Figure out which basic blocks contain back-edges to the loop header.
598   std::vector<BasicBlock*> BackedgeBlocks;
599   for (pred_iterator I = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); I != E; ++I)
600     if (*I != Preheader) BackedgeBlocks.push_back(*I);
601
602   // Create and insert the new backedge block...
603   BasicBlock *BEBlock = new BasicBlock(Header->getName()+".backedge", F);
604   BranchInst *BETerminator = new BranchInst(Header, BEBlock);
605
606   // Move the new backedge block to right after the last backedge block.
607   Function::iterator InsertPos = BackedgeBlocks.back(); ++InsertPos;
608   F->getBasicBlockList().splice(InsertPos, F->getBasicBlockList(), BEBlock);
609
610   // Now that the block has been inserted into the function, create PHI nodes in
611   // the backedge block which correspond to any PHI nodes in the header block.
612   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
613     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
614     PHINode *NewPN = new PHINode(PN->getType(), PN->getName()+".be",
615                                  BETerminator);
616     NewPN->reserveOperandSpace(BackedgeBlocks.size());
617     if (AA) AA->copyValue(PN, NewPN);
618
619     // Loop over the PHI node, moving all entries except the one for the
620     // preheader over to the new PHI node.
621     unsigned PreheaderIdx = ~0U;
622     bool HasUniqueIncomingValue = true;
623     Value *UniqueValue = 0;
624     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
625       BasicBlock *IBB = PN->getIncomingBlock(i);
626       Value *IV = PN->getIncomingValue(i);
627       if (IBB == Preheader) {
628         PreheaderIdx = i;
629       } else {
630         NewPN->addIncoming(IV, IBB);
631         if (HasUniqueIncomingValue) {
632           if (UniqueValue == 0)
633             UniqueValue = IV;
634           else if (UniqueValue != IV)
635             HasUniqueIncomingValue = false;
636         }
637       }
638     }
639
640     // Delete all of the incoming values from the old PN except the preheader's
641     assert(PreheaderIdx != ~0U && "PHI has no preheader entry??");
642     if (PreheaderIdx != 0) {
643       PN->setIncomingValue(0, PN->getIncomingValue(PreheaderIdx));
644       PN->setIncomingBlock(0, PN->getIncomingBlock(PreheaderIdx));
645     }
646     // Nuke all entries except the zero'th.
647     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues()-1; i != e; ++i)
648       PN->removeIncomingValue(e-i, false);
649
650     // Finally, add the newly constructed PHI node as the entry for the BEBlock.
651     PN->addIncoming(NewPN, BEBlock);
652
653     // As an optimization, if all incoming values in the new PhiNode (which is a
654     // subset of the incoming values of the old PHI node) have the same value,
655     // eliminate the PHI Node.
656     if (HasUniqueIncomingValue) {
657       NewPN->replaceAllUsesWith(UniqueValue);
658       if (AA) AA->deleteValue(NewPN);
659       BEBlock->getInstList().erase(NewPN);
660     }
661   }
662
663   // Now that all of the PHI nodes have been inserted and adjusted, modify the
664   // backedge blocks to just to the BEBlock instead of the header.
665   for (unsigned i = 0, e = BackedgeBlocks.size(); i != e; ++i) {
666     TerminatorInst *TI = BackedgeBlocks[i]->getTerminator();
667     for (unsigned Op = 0, e = TI->getNumSuccessors(); Op != e; ++Op)
668       if (TI->getSuccessor(Op) == Header)
669         TI->setSuccessor(Op, BEBlock);
670   }
671
672   //===--- Update all analyses which we must preserve now -----------------===//
673
674   // Update Loop Information - we know that this block is now in the current
675   // loop and all parent loops.
676   L->addBasicBlockToLoop(BEBlock, *LI);
677
678   // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
679   UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BEBlock, BackedgeBlocks);
680 }
681
682 // Returns true if BasicBlock A dominates at least one block in vector B
683 // Helper function for UpdateDomInfoForRevectoredPreds
684 static bool BlockDominatesAny(BasicBlock* A, const std::vector<BasicBlock*>& B,
685                               ETForest& ETF) {
686   for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator BI = B.begin(), BE = B.end();
687        BI != BE; ++BI) {
688     if (ETF.dominates(A, *BI))
689       return true;
690   }
691   return false;
692 }
693
694 /// UpdateDomInfoForRevectoredPreds - This method is used to update the four
695 /// different kinds of dominator information (immediate dominators,
696 /// dominator trees, et-forest and dominance frontiers) after a new block has
697 /// been added to the CFG.
698 ///
699 /// This only supports the case when an existing block (known as "NewBBSucc"),
700 /// had some of its predecessors factored into a new basic block.  This
701 /// transformation inserts a new basic block ("NewBB"), with a single
702 /// unconditional branch to NewBBSucc, and moves some predecessors of
703 /// "NewBBSucc" to now branch to NewBB.  These predecessors are listed in
704 /// PredBlocks, even though they are the same as
705 /// pred_begin(NewBB)/pred_end(NewBB).
706 ///
707 void LoopSimplify::UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BasicBlock *NewBB,
708                                          std::vector<BasicBlock*> &PredBlocks) {
709   assert(!PredBlocks.empty() && "No predblocks??");
710   assert(succ_begin(NewBB) != succ_end(NewBB) &&
711          ++succ_begin(NewBB) == succ_end(NewBB) &&
712          "NewBB should have a single successor!");
713   BasicBlock *NewBBSucc = *succ_begin(NewBB);
714   ETForest& ETF = getAnalysis<ETForest>();
715   
716   // The newly inserted basic block will dominate existing basic blocks iff the
717   // PredBlocks dominate all of the non-pred blocks.  If all predblocks dominate
718   // the non-pred blocks, then they all must be the same block!
719   //
720   bool NewBBDominatesNewBBSucc = true;
721   {
722     BasicBlock *OnePred = PredBlocks[0];
723     unsigned i = 1, e = PredBlocks.size();
724     for (i = 1; !ETF.isReachableFromEntry(OnePred); ++i) {
725       assert(i != e && "Didn't find reachable pred?");
726       OnePred = PredBlocks[i];
727     }
728     
729     for (; i != e; ++i)
730       if (PredBlocks[i] != OnePred && ETF.isReachableFromEntry(OnePred)){
731         NewBBDominatesNewBBSucc = false;
732         break;
733       }
734
735     if (NewBBDominatesNewBBSucc)
736       for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc), E = pred_end(NewBBSucc);
737            PI != E; ++PI)
738         if (*PI != NewBB && !ETF.dominates(NewBBSucc, *PI)) {
739           NewBBDominatesNewBBSucc = false;
740           break;
741         }
742   }
743
744   // The other scenario where the new block can dominate its successors are when
745   // all predecessors of NewBBSucc that are not NewBB are dominated by NewBBSucc
746   // already.
747   if (!NewBBDominatesNewBBSucc) {
748     NewBBDominatesNewBBSucc = true;
749     for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc), E = pred_end(NewBBSucc);
750          PI != E; ++PI)
751       if (*PI != NewBB && !ETF.dominates(NewBBSucc, *PI)) {
752         NewBBDominatesNewBBSucc = false;
753         break;
754       }
755   }
756
757   BasicBlock *NewBBIDom = 0;
758
759   // Update DominatorTree information if it is active.
760   if (DominatorTree *DT = getAnalysisToUpdate<DominatorTree>()) {
761     // If we don't have ImmediateDominator info around, calculate the idom as
762     // above.
763     if (!NewBBIDom) {
764       unsigned i = 0;
765       for (i = 0; i < PredBlocks.size(); ++i)
766         if (ETF.dominates(&PredBlocks[i]->getParent()->getEntryBlock(), PredBlocks[i])) {
767           NewBBIDom = PredBlocks[i];
768           break;
769         }
770       assert(i != PredBlocks.size() && "No reachable preds?");
771       for (i = i + 1; i < PredBlocks.size(); ++i) {
772         if (ETF.dominates(&PredBlocks[i]->getParent()->getEntryBlock(), PredBlocks[i]))
773           NewBBIDom = ETF.nearestCommonDominator(NewBBIDom, PredBlocks[i]);
774       }
775       assert(NewBBIDom && "No immediate dominator found??");
776     }
777     DominatorTree::Node *NewBBIDomNode = DT->getNode(NewBBIDom);
778
779     // Create the new dominator tree node... and set the idom of NewBB.
780     DominatorTree::Node *NewBBNode = DT->createNewNode(NewBB, NewBBIDomNode);
781
782     // If NewBB strictly dominates other blocks, then it is now the immediate
783     // dominator of NewBBSucc.  Update the dominator tree as appropriate.
784     if (NewBBDominatesNewBBSucc) {
785       DominatorTree::Node *NewBBSuccNode = DT->getNode(NewBBSucc);
786       DT->changeImmediateDominator(NewBBSuccNode, NewBBNode);
787     }
788   }
789
790   // Update ET-Forest information if it is active.
791   if (ETForest *EF = getAnalysisToUpdate<ETForest>()) {
792     EF->addNewBlock(NewBB, NewBBIDom);
793     if (NewBBDominatesNewBBSucc)
794       EF->setImmediateDominator(NewBBSucc, NewBB);
795   }
796
797   // Update dominance frontier information...
798   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>()) {
799     // If NewBB dominates NewBBSucc, then DF(NewBB) is now going to be the
800     // DF(PredBlocks[0]) without the stuff that the new block does not dominate
801     // a predecessor of.
802     if (NewBBDominatesNewBBSucc) {
803       DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(PredBlocks[0]);
804       if (DFI != DF->end()) {
805         DominanceFrontier::DomSetType Set = DFI->second;
806         // Filter out stuff in Set that we do not dominate a predecessor of.
807         for (DominanceFrontier::DomSetType::iterator SetI = Set.begin(),
808                E = Set.end(); SetI != E;) {
809           bool DominatesPred = false;
810           for (pred_iterator PI = pred_begin(*SetI), E = pred_end(*SetI);
811                PI != E; ++PI)
812             if (ETF.dominates(NewBB, *PI))
813               DominatesPred = true;
814           if (!DominatesPred)
815             Set.erase(SetI++);
816           else
817             ++SetI;
818         }
819
820         DF->addBasicBlock(NewBB, Set);
821       }
822
823     } else {
824       // DF(NewBB) is {NewBBSucc} because NewBB does not strictly dominate
825       // NewBBSucc, but it does dominate itself (and there is an edge (NewBB ->
826       // NewBBSucc)).  NewBBSucc is the single successor of NewBB.
827       DominanceFrontier::DomSetType NewDFSet;
828       NewDFSet.insert(NewBBSucc);
829       DF->addBasicBlock(NewBB, NewDFSet);
830     }
831
832     // Now we must loop over all of the dominance frontiers in the function,
833     // replacing occurrences of NewBBSucc with NewBB in some cases.  All
834     // blocks that dominate a block in PredBlocks and contained NewBBSucc in
835     // their dominance frontier must be updated to contain NewBB instead.
836     //
837     for (Function::iterator FI = NewBB->getParent()->begin(),
838          FE = NewBB->getParent()->end(); FI != FE; ++FI) {
839       DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(FI);
840       if (DFI == DF->end()) continue;  // unreachable block.
841       
842       // Only consider dominators of NewBBSucc
843       if (!DFI->second.count(NewBBSucc)) continue;
844       
845       if (BlockDominatesAny(FI, PredBlocks, ETF)) {
846         // If NewBBSucc should not stay in our dominator frontier, remove it.
847         // We remove it unless there is a predecessor of NewBBSucc that we
848         // dominate, but we don't strictly dominate NewBBSucc.
849         bool ShouldRemove = true;
850         if ((BasicBlock*)FI == NewBBSucc || !ETF.dominates(FI, NewBBSucc)) {
851           // Okay, we know that PredDom does not strictly dominate NewBBSucc.
852           // Check to see if it dominates any predecessors of NewBBSucc.
853           for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc),
854                E = pred_end(NewBBSucc); PI != E; ++PI)
855             if (ETF.dominates(FI, *PI)) {
856               ShouldRemove = false;
857               break;
858             }
859           
860           if (ShouldRemove)
861             DF->removeFromFrontier(DFI, NewBBSucc);
862           DF->addToFrontier(DFI, NewBB);
863           
864           break;
865         }
866       }
867     }
868   }
869 }
870
871