Detemplatize the Statistic class. The only type it is instantiated with
[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/Support/Compiler.h"
45 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
46 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
47 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
48 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
49 using namespace llvm;
50
51 namespace {
52   Statistic
53   NumInserted("loopsimplify", "Number of pre-header or exit blocks inserted");
54   Statistic
55   NumNested("loopsimplify", "Number of nested loops split out");
56
57   struct VISIBILITY_HIDDEN LoopSimplify : public FunctionPass {
58     // AA - If we have an alias analysis object to update, this is it, otherwise
59     // this is null.
60     AliasAnalysis *AA;
61     LoopInfo *LI;
62
63     virtual bool runOnFunction(Function &F);
64
65     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
66       // We need loop information to identify the loops...
67       AU.addRequired<LoopInfo>();
68       AU.addRequired<DominatorSet>();
69       AU.addRequired<DominatorTree>();
70
71       AU.addPreserved<LoopInfo>();
72       AU.addPreserved<DominatorSet>();
73       AU.addPreserved<ImmediateDominators>();
74       AU.addPreserved<ETForest>();
75       AU.addPreserved<DominatorTree>();
76       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
77       AU.addPreservedID(BreakCriticalEdgesID);  // No critical edges added.
78     }
79   private:
80     bool ProcessLoop(Loop *L);
81     BasicBlock *SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB, const char *Suffix,
82                                        const std::vector<BasicBlock*> &Preds);
83     BasicBlock *RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit);
84     void InsertPreheaderForLoop(Loop *L);
85     Loop *SeparateNestedLoop(Loop *L);
86     void InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L);
87     void PlaceSplitBlockCarefully(BasicBlock *NewBB,
88                                   std::vector<BasicBlock*> &SplitPreds,
89                                   Loop *L);
90       
91     void UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BasicBlock *NewBB,
92                                          std::vector<BasicBlock*> &PredBlocks);
93   };
94
95   RegisterPass<LoopSimplify>
96   X("loopsimplify", "Canonicalize natural loops", true);
97 }
98
99 // Publically exposed interface to pass...
100 const PassInfo *llvm::LoopSimplifyID = X.getPassInfo();
101 FunctionPass *llvm::createLoopSimplifyPass() { return new LoopSimplify(); }
102
103 /// runOnFunction - Run down all loops in the CFG (recursively, but we could do
104 /// it in any convenient order) inserting preheaders...
105 ///
106 bool LoopSimplify::runOnFunction(Function &F) {
107   bool Changed = false;
108   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
109   AA = getAnalysisToUpdate<AliasAnalysis>();
110
111   // Check to see that no blocks (other than the header) in loops have
112   // predecessors that are not in loops.  This is not valid for natural loops,
113   // but can occur if the blocks are unreachable.  Since they are unreachable we
114   // can just shamelessly destroy their terminators to make them not branch into
115   // the loop!
116   for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
117     // This case can only occur for unreachable blocks.  Blocks that are
118     // unreachable can't be in loops, so filter those blocks out.
119     if (LI->getLoopFor(BB)) continue;
120     
121     bool BlockUnreachable = false;
122     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
123
124     // Check to see if any successors of this block are non-loop-header loops
125     // that are not the header.
126     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
127       // If this successor is not in a loop, BB is clearly ok.
128       Loop *L = LI->getLoopFor(TI->getSuccessor(i));
129       if (!L) continue;
130       
131       // If the succ is the loop header, and if L is a top-level loop, then this
132       // is an entrance into a loop through the header, which is also ok.
133       if (L->getHeader() == TI->getSuccessor(i) && L->getParentLoop() == 0)
134         continue;
135       
136       // Otherwise, this is an entrance into a loop from some place invalid.
137       // Either the loop structure is invalid and this is not a natural loop (in
138       // which case the compiler is buggy somewhere else) or BB is unreachable.
139       BlockUnreachable = true;
140       break;
141     }
142     
143     // If this block is ok, check the next one.
144     if (!BlockUnreachable) continue;
145     
146     // Otherwise, this block is dead.  To clean up the CFG and to allow later
147     // loop transformations to ignore this case, we delete the edges into the
148     // loop by replacing the terminator.
149     
150     // Remove PHI entries from the successors.
151     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
152       TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
153    
154     // Add a new unreachable instruction.
155     new UnreachableInst(TI);
156     
157     // Delete the dead terminator.
158     if (AA) AA->deleteValue(&BB->back());
159     BB->getInstList().pop_back();
160     Changed |= true;
161   }
162   
163   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
164     Changed |= ProcessLoop(*I);
165
166   return Changed;
167 }
168
169 /// ProcessLoop - Walk the loop structure in depth first order, ensuring that
170 /// all loops have preheaders.
171 ///
172 bool LoopSimplify::ProcessLoop(Loop *L) {
173   bool Changed = false;
174 ReprocessLoop:
175   
176   // Canonicalize inner loops before outer loops.  Inner loop canonicalization
177   // can provide work for the outer loop to canonicalize.
178   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
179     Changed |= ProcessLoop(*I);
180   
181   assert(L->getBlocks()[0] == L->getHeader() &&
182          "Header isn't first block in loop?");
183
184   // Does the loop already have a preheader?  If so, don't insert one.
185   if (L->getLoopPreheader() == 0) {
186     InsertPreheaderForLoop(L);
187     NumInserted++;
188     Changed = true;
189   }
190
191   // Next, check to make sure that all exit nodes of the loop only have
192   // predecessors that are inside of the loop.  This check guarantees that the
193   // loop preheader/header will dominate the exit blocks.  If the exit block has
194   // predecessors from outside of the loop, split the edge now.
195   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
196   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
197     
198   SetVector<BasicBlock*> ExitBlockSet(ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end());
199   for (SetVector<BasicBlock*>::iterator I = ExitBlockSet.begin(),
200          E = ExitBlockSet.end(); I != E; ++I) {
201     BasicBlock *ExitBlock = *I;
202     for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), PE = pred_end(ExitBlock);
203          PI != PE; ++PI)
204       // Must be exactly this loop: no subloops, parent loops, or non-loop preds
205       // allowed.
206       if (!L->contains(*PI)) {
207         RewriteLoopExitBlock(L, ExitBlock);
208         NumInserted++;
209         Changed = true;
210         break;
211       }
212   }
213
214   // If the header has more than two predecessors at this point (from the
215   // preheader and from multiple backedges), we must adjust the loop.
216   unsigned NumBackedges = L->getNumBackEdges();
217   if (NumBackedges != 1) {
218     // If this is really a nested loop, rip it out into a child loop.  Don't do
219     // this for loops with a giant number of backedges, just factor them into a
220     // common backedge instead.
221     if (NumBackedges < 8) {
222       if (Loop *NL = SeparateNestedLoop(L)) {
223         ++NumNested;
224         // This is a big restructuring change, reprocess the whole loop.
225         ProcessLoop(NL);
226         Changed = true;
227         // GCC doesn't tail recursion eliminate this.
228         goto ReprocessLoop;
229       }
230     }
231
232     // If we either couldn't, or didn't want to, identify nesting of the loops,
233     // insert a new block that all backedges target, then make it jump to the
234     // loop header.
235     InsertUniqueBackedgeBlock(L);
236     NumInserted++;
237     Changed = true;
238   }
239
240   // Scan over the PHI nodes in the loop header.  Since they now have only two
241   // incoming values (the loop is canonicalized), we may have simplified the PHI
242   // down to 'X = phi [X, Y]', which should be replaced with 'Y'.
243   PHINode *PN;
244   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
245        (PN = dyn_cast<PHINode>(I++)); )
246     if (Value *V = PN->hasConstantValue()) {
247         PN->replaceAllUsesWith(V);
248         PN->eraseFromParent();
249       }
250
251   return Changed;
252 }
253
254 /// SplitBlockPredecessors - Split the specified block into two blocks.  We want
255 /// to move the predecessors specified in the Preds list to point to the new
256 /// block, leaving the remaining predecessors pointing to BB.  This method
257 /// updates the SSA PHINode's, but no other analyses.
258 ///
259 BasicBlock *LoopSimplify::SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB,
260                                                  const char *Suffix,
261                                        const std::vector<BasicBlock*> &Preds) {
262
263   // Create new basic block, insert right before the original block...
264   BasicBlock *NewBB = new BasicBlock(BB->getName()+Suffix, BB->getParent(), BB);
265
266   // The preheader first gets an unconditional branch to the loop header...
267   BranchInst *BI = new BranchInst(BB, NewBB);
268
269   // For every PHI node in the block, insert a PHI node into NewBB where the
270   // incoming values from the out of loop edges are moved to NewBB.  We have two
271   // possible cases here.  If the loop is dead, we just insert dummy entries
272   // into the PHI nodes for the new edge.  If the loop is not dead, we move the
273   // incoming edges in BB into new PHI nodes in NewBB.
274   //
275   if (!Preds.empty()) {  // Is the loop not obviously dead?
276     // Check to see if the values being merged into the new block need PHI
277     // nodes.  If so, insert them.
278     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
279       PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
280       ++I;
281
282       // Check to see if all of the values coming in are the same.  If so, we
283       // don't need to create a new PHI node.
284       Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(Preds[0]);
285       for (unsigned i = 1, e = Preds.size(); i != e; ++i)
286         if (InVal != PN->getIncomingValueForBlock(Preds[i])) {
287           InVal = 0;
288           break;
289         }
290
291       // If the values coming into the block are not the same, we need a PHI.
292       if (InVal == 0) {
293         // Create the new PHI node, insert it into NewBB at the end of the block
294         PHINode *NewPHI = new PHINode(PN->getType(), PN->getName()+".ph", BI);
295         if (AA) AA->copyValue(PN, NewPHI);
296
297         // Move all of the edges from blocks outside the loop to the new PHI
298         for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
299           Value *V = PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
300           NewPHI->addIncoming(V, Preds[i]);
301         }
302         InVal = NewPHI;
303       } else {
304         // Remove all of the edges coming into the PHI nodes from outside of the
305         // block.
306         for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i)
307           PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
308       }
309
310       // Add an incoming value to the PHI node in the loop for the preheader
311       // edge.
312       PN->addIncoming(InVal, NewBB);
313
314       // Can we eliminate this phi node now?
315       if (Value *V = PN->hasConstantValue(true)) {
316         if (!isa<Instruction>(V) ||
317             getAnalysis<DominatorSet>().dominates(cast<Instruction>(V), PN)) {
318           PN->replaceAllUsesWith(V);
319           if (AA) AA->deleteValue(PN);
320           BB->getInstList().erase(PN);
321         }
322       }
323     }
324
325     // Now that the PHI nodes are updated, actually move the edges from
326     // Preds to point to NewBB instead of BB.
327     //
328     for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
329       TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
330       for (unsigned s = 0, e = TI->getNumSuccessors(); s != e; ++s)
331         if (TI->getSuccessor(s) == BB)
332           TI->setSuccessor(s, NewBB);
333     }
334
335   } else {                       // Otherwise the loop is dead...
336     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
337       PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
338       // Insert dummy values as the incoming value...
339       PN->addIncoming(Constant::getNullValue(PN->getType()), NewBB);
340     }
341   }
342   return NewBB;
343 }
344
345 /// InsertPreheaderForLoop - Once we discover that a loop doesn't have a
346 /// preheader, this method is called to insert one.  This method has two phases:
347 /// preheader insertion and analysis updating.
348 ///
349 void LoopSimplify::InsertPreheaderForLoop(Loop *L) {
350   BasicBlock *Header = L->getHeader();
351
352   // Compute the set of predecessors of the loop that are not in the loop.
353   std::vector<BasicBlock*> OutsideBlocks;
354   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), PE = pred_end(Header);
355        PI != PE; ++PI)
356     if (!L->contains(*PI))           // Coming in from outside the loop?
357       OutsideBlocks.push_back(*PI);  // Keep track of it...
358
359   // Split out the loop pre-header.
360   BasicBlock *NewBB =
361     SplitBlockPredecessors(Header, ".preheader", OutsideBlocks);
362   
363
364   //===--------------------------------------------------------------------===//
365   //  Update analysis results now that we have performed the transformation
366   //
367
368   // We know that we have loop information to update... update it now.
369   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
370     Parent->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
371
372   UpdateDomInfoForRevectoredPreds(NewBB, OutsideBlocks);
373   
374   // Make sure that NewBB is put someplace intelligent, which doesn't mess up
375   // code layout too horribly.
376   PlaceSplitBlockCarefully(NewBB, OutsideBlocks, L);
377 }
378
379 /// RewriteLoopExitBlock - Ensure that the loop preheader dominates all exit
380 /// blocks.  This method is used to split exit blocks that have predecessors
381 /// outside of the loop.
382 BasicBlock *LoopSimplify::RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit) {
383   std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks;
384   for (pred_iterator I = pred_begin(Exit), E = pred_end(Exit); I != E; ++I)
385     if (L->contains(*I))
386       LoopBlocks.push_back(*I);
387
388   assert(!LoopBlocks.empty() && "No edges coming in from outside the loop?");
389   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Exit, ".loopexit", LoopBlocks);
390
391   // Update Loop Information - we know that the new block will be in whichever
392   // loop the Exit block is in.  Note that it may not be in that immediate loop,
393   // if the successor is some other loop header.  In that case, we continue 
394   // walking up the loop tree to find a loop that contains both the successor
395   // block and the predecessor block.
396   Loop *SuccLoop = LI->getLoopFor(Exit);
397   while (SuccLoop && !SuccLoop->contains(L->getHeader()))
398     SuccLoop = SuccLoop->getParentLoop();
399   if (SuccLoop)
400     SuccLoop->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
401
402   // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
403   UpdateDomInfoForRevectoredPreds(NewBB, LoopBlocks);
404   return NewBB;
405 }
406
407 /// AddBlockAndPredsToSet - Add the specified block, and all of its
408 /// predecessors, to the specified set, if it's not already in there.  Stop
409 /// predecessor traversal when we reach StopBlock.
410 static void AddBlockAndPredsToSet(BasicBlock *BB, BasicBlock *StopBlock,
411                                   std::set<BasicBlock*> &Blocks) {
412   if (!Blocks.insert(BB).second) return;  // already processed.
413   if (BB == StopBlock) return;  // Stop here!
414
415   for (pred_iterator I = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); I != E; ++I)
416     AddBlockAndPredsToSet(*I, StopBlock, Blocks);
417 }
418
419 /// FindPHIToPartitionLoops - The first part of loop-nestification is to find a
420 /// PHI node that tells us how to partition the loops.
421 static PHINode *FindPHIToPartitionLoops(Loop *L, DominatorSet &DS,
422                                         AliasAnalysis *AA) {
423   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
424     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
425     ++I;
426     if (Value *V = PN->hasConstantValue())
427       if (!isa<Instruction>(V) || DS.dominates(cast<Instruction>(V), PN)) {
428         // This is a degenerate PHI already, don't modify it!
429         PN->replaceAllUsesWith(V);
430         if (AA) AA->deleteValue(PN);
431         PN->eraseFromParent();
432         continue;
433       }
434
435     // Scan this PHI node looking for a use of the PHI node by itself.
436     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
437       if (PN->getIncomingValue(i) == PN &&
438           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
439         // We found something tasty to remove.
440         return PN;
441   }
442   return 0;
443 }
444
445 // PlaceSplitBlockCarefully - If the block isn't already, move the new block to
446 // right after some 'outside block' block.  This prevents the preheader from
447 // being placed inside the loop body, e.g. when the loop hasn't been rotated.
448 void LoopSimplify::PlaceSplitBlockCarefully(BasicBlock *NewBB,
449                                             std::vector<BasicBlock*>&SplitPreds,
450                                             Loop *L) {
451   // Check to see if NewBB is already well placed.
452   Function::iterator BBI = NewBB; --BBI;
453   for (unsigned i = 0, e = SplitPreds.size(); i != e; ++i) {
454     if (&*BBI == SplitPreds[i])
455       return;
456   }
457   
458   // If it isn't already after an outside block, move it after one.  This is
459   // always good as it makes the uncond branch from the outside block into a
460   // fall-through.
461   
462   // Figure out *which* outside block to put this after.  Prefer an outside
463   // block that neighbors a BB actually in the loop.
464   BasicBlock *FoundBB = 0;
465   for (unsigned i = 0, e = SplitPreds.size(); i != e; ++i) {
466     Function::iterator BBI = SplitPreds[i];
467     if (++BBI != NewBB->getParent()->end() && 
468         L->contains(BBI)) {
469       FoundBB = SplitPreds[i];
470       break;
471     }
472   }
473   
474   // If our heuristic for a *good* bb to place this after doesn't find
475   // anything, just pick something.  It's likely better than leaving it within
476   // the loop.
477   if (!FoundBB)
478     FoundBB = SplitPreds[0];
479   NewBB->moveAfter(FoundBB);
480 }
481
482
483 /// SeparateNestedLoop - If this loop has multiple backedges, try to pull one of
484 /// them out into a nested loop.  This is important for code that looks like
485 /// this:
486 ///
487 ///  Loop:
488 ///     ...
489 ///     br cond, Loop, Next
490 ///     ...
491 ///     br cond2, Loop, Out
492 ///
493 /// To identify this common case, we look at the PHI nodes in the header of the
494 /// loop.  PHI nodes with unchanging values on one backedge correspond to values
495 /// that change in the "outer" loop, but not in the "inner" loop.
496 ///
497 /// If we are able to separate out a loop, return the new outer loop that was
498 /// created.
499 ///
500 Loop *LoopSimplify::SeparateNestedLoop(Loop *L) {
501   PHINode *PN = FindPHIToPartitionLoops(L, getAnalysis<DominatorSet>(), AA);
502   if (PN == 0) return 0;  // No known way to partition.
503
504   // Pull out all predecessors that have varying values in the loop.  This
505   // handles the case when a PHI node has multiple instances of itself as
506   // arguments.
507   std::vector<BasicBlock*> OuterLoopPreds;
508   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
509     if (PN->getIncomingValue(i) != PN ||
510         !L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
511       OuterLoopPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
512
513   BasicBlock *Header = L->getHeader();
514   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Header, ".outer", OuterLoopPreds);
515
516   // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
517   UpdateDomInfoForRevectoredPreds(NewBB, OuterLoopPreds);
518
519   // Make sure that NewBB is put someplace intelligent, which doesn't mess up
520   // code layout too horribly.
521   PlaceSplitBlockCarefully(NewBB, OuterLoopPreds, L);
522   
523   // Create the new outer loop.
524   Loop *NewOuter = new Loop();
525
526   // Change the parent loop to use the outer loop as its child now.
527   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
528     Parent->replaceChildLoopWith(L, NewOuter);
529   else
530     LI->changeTopLevelLoop(L, NewOuter);
531
532   // This block is going to be our new header block: add it to this loop and all
533   // parent loops.
534   NewOuter->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
535
536   // L is now a subloop of our outer loop.
537   NewOuter->addChildLoop(L);
538
539   for (unsigned i = 0, e = L->getBlocks().size(); i != e; ++i)
540     NewOuter->addBlockEntry(L->getBlocks()[i]);
541
542   // Determine which blocks should stay in L and which should be moved out to
543   // the Outer loop now.
544   DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();
545   std::set<BasicBlock*> BlocksInL;
546   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); PI!=E; ++PI)
547     if (DS.dominates(Header, *PI))
548       AddBlockAndPredsToSet(*PI, Header, BlocksInL);
549
550
551   // Scan all of the loop children of L, moving them to OuterLoop if they are
552   // not part of the inner loop.
553   for (Loop::iterator I = L->begin(); I != L->end(); )
554     if (BlocksInL.count((*I)->getHeader()))
555       ++I;   // Loop remains in L
556     else
557       NewOuter->addChildLoop(L->removeChildLoop(I));
558
559   // Now that we know which blocks are in L and which need to be moved to
560   // OuterLoop, move any blocks that need it.
561   for (unsigned i = 0; i != L->getBlocks().size(); ++i) {
562     BasicBlock *BB = L->getBlocks()[i];
563     if (!BlocksInL.count(BB)) {
564       // Move this block to the parent, updating the exit blocks sets
565       L->removeBlockFromLoop(BB);
566       if ((*LI)[BB] == L)
567         LI->changeLoopFor(BB, NewOuter);
568       --i;
569     }
570   }
571
572   return NewOuter;
573 }
574
575
576
577 /// InsertUniqueBackedgeBlock - This method is called when the specified loop
578 /// has more than one backedge in it.  If this occurs, revector all of these
579 /// backedges to target a new basic block and have that block branch to the loop
580 /// header.  This ensures that loops have exactly one backedge.
581 ///
582 void LoopSimplify::InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L) {
583   assert(L->getNumBackEdges() > 1 && "Must have > 1 backedge!");
584
585   // Get information about the loop
586   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
587   BasicBlock *Header = L->getHeader();
588   Function *F = Header->getParent();
589
590   // Figure out which basic blocks contain back-edges to the loop header.
591   std::vector<BasicBlock*> BackedgeBlocks;
592   for (pred_iterator I = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); I != E; ++I)
593     if (*I != Preheader) BackedgeBlocks.push_back(*I);
594
595   // Create and insert the new backedge block...
596   BasicBlock *BEBlock = new BasicBlock(Header->getName()+".backedge", F);
597   BranchInst *BETerminator = new BranchInst(Header, BEBlock);
598
599   // Move the new backedge block to right after the last backedge block.
600   Function::iterator InsertPos = BackedgeBlocks.back(); ++InsertPos;
601   F->getBasicBlockList().splice(InsertPos, F->getBasicBlockList(), BEBlock);
602
603   // Now that the block has been inserted into the function, create PHI nodes in
604   // the backedge block which correspond to any PHI nodes in the header block.
605   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
606     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
607     PHINode *NewPN = new PHINode(PN->getType(), PN->getName()+".be",
608                                  BETerminator);
609     NewPN->reserveOperandSpace(BackedgeBlocks.size());
610     if (AA) AA->copyValue(PN, NewPN);
611
612     // Loop over the PHI node, moving all entries except the one for the
613     // preheader over to the new PHI node.
614     unsigned PreheaderIdx = ~0U;
615     bool HasUniqueIncomingValue = true;
616     Value *UniqueValue = 0;
617     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
618       BasicBlock *IBB = PN->getIncomingBlock(i);
619       Value *IV = PN->getIncomingValue(i);
620       if (IBB == Preheader) {
621         PreheaderIdx = i;
622       } else {
623         NewPN->addIncoming(IV, IBB);
624         if (HasUniqueIncomingValue) {
625           if (UniqueValue == 0)
626             UniqueValue = IV;
627           else if (UniqueValue != IV)
628             HasUniqueIncomingValue = false;
629         }
630       }
631     }
632
633     // Delete all of the incoming values from the old PN except the preheader's
634     assert(PreheaderIdx != ~0U && "PHI has no preheader entry??");
635     if (PreheaderIdx != 0) {
636       PN->setIncomingValue(0, PN->getIncomingValue(PreheaderIdx));
637       PN->setIncomingBlock(0, PN->getIncomingBlock(PreheaderIdx));
638     }
639     // Nuke all entries except the zero'th.
640     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues()-1; i != e; ++i)
641       PN->removeIncomingValue(e-i, false);
642
643     // Finally, add the newly constructed PHI node as the entry for the BEBlock.
644     PN->addIncoming(NewPN, BEBlock);
645
646     // As an optimization, if all incoming values in the new PhiNode (which is a
647     // subset of the incoming values of the old PHI node) have the same value,
648     // eliminate the PHI Node.
649     if (HasUniqueIncomingValue) {
650       NewPN->replaceAllUsesWith(UniqueValue);
651       if (AA) AA->deleteValue(NewPN);
652       BEBlock->getInstList().erase(NewPN);
653     }
654   }
655
656   // Now that all of the PHI nodes have been inserted and adjusted, modify the
657   // backedge blocks to just to the BEBlock instead of the header.
658   for (unsigned i = 0, e = BackedgeBlocks.size(); i != e; ++i) {
659     TerminatorInst *TI = BackedgeBlocks[i]->getTerminator();
660     for (unsigned Op = 0, e = TI->getNumSuccessors(); Op != e; ++Op)
661       if (TI->getSuccessor(Op) == Header)
662         TI->setSuccessor(Op, BEBlock);
663   }
664
665   //===--- Update all analyses which we must preserve now -----------------===//
666
667   // Update Loop Information - we know that this block is now in the current
668   // loop and all parent loops.
669   L->addBasicBlockToLoop(BEBlock, *LI);
670
671   // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
672   UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BEBlock, BackedgeBlocks);
673 }
674
675 /// UpdateDomInfoForRevectoredPreds - This method is used to update the four
676 /// different kinds of dominator information (dominator sets, immediate
677 /// dominators, dominator trees, and dominance frontiers) after a new block has
678 /// been added to the CFG.
679 ///
680 /// This only supports the case when an existing block (known as "NewBBSucc"),
681 /// had some of its predecessors factored into a new basic block.  This
682 /// transformation inserts a new basic block ("NewBB"), with a single
683 /// unconditional branch to NewBBSucc, and moves some predecessors of
684 /// "NewBBSucc" to now branch to NewBB.  These predecessors are listed in
685 /// PredBlocks, even though they are the same as
686 /// pred_begin(NewBB)/pred_end(NewBB).
687 ///
688 void LoopSimplify::UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BasicBlock *NewBB,
689                                          std::vector<BasicBlock*> &PredBlocks) {
690   assert(!PredBlocks.empty() && "No predblocks??");
691   assert(succ_begin(NewBB) != succ_end(NewBB) &&
692          ++succ_begin(NewBB) == succ_end(NewBB) &&
693          "NewBB should have a single successor!");
694   BasicBlock *NewBBSucc = *succ_begin(NewBB);
695   DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();
696
697   // Update dominator information...  The blocks that dominate NewBB are the
698   // intersection of the dominators of predecessors, plus the block itself.
699   //
700   DominatorSet::DomSetType NewBBDomSet = DS.getDominators(PredBlocks[0]);
701   {
702     unsigned i, e = PredBlocks.size();
703     // It is possible for some preds to not be reachable, and thus have empty
704     // dominator sets (all blocks must dom themselves, so no domset would
705     // otherwise be empty).  If we see any of these, don't intersect with them,
706     // as that would certainly leave the resultant set empty.
707     for (i = 1; NewBBDomSet.empty(); ++i) {
708       assert(i != e && "Didn't find reachable pred?");
709       NewBBDomSet = DS.getDominators(PredBlocks[i]);
710     }
711     
712     // Intersect the rest of the non-empty sets.
713     for (; i != e; ++i) {
714       const DominatorSet::DomSetType &PredDS = DS.getDominators(PredBlocks[i]);
715       if (!PredDS.empty())
716         set_intersect(NewBBDomSet, PredDS);
717     }
718     NewBBDomSet.insert(NewBB);  // All blocks dominate themselves.
719     DS.addBasicBlock(NewBB, NewBBDomSet);
720   }
721
722   // The newly inserted basic block will dominate existing basic blocks iff the
723   // PredBlocks dominate all of the non-pred blocks.  If all predblocks dominate
724   // the non-pred blocks, then they all must be the same block!
725   //
726   bool NewBBDominatesNewBBSucc = true;
727   {
728     BasicBlock *OnePred = PredBlocks[0];
729     unsigned i, e = PredBlocks.size();
730     for (i = 1; !DS.isReachable(OnePred); ++i) {
731       assert(i != e && "Didn't find reachable pred?");
732       OnePred = PredBlocks[i];
733     }
734     
735     for (; i != e; ++i)
736       if (PredBlocks[i] != OnePred && DS.isReachable(PredBlocks[i])) {
737         NewBBDominatesNewBBSucc = false;
738         break;
739       }
740
741     if (NewBBDominatesNewBBSucc)
742       for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc), E = pred_end(NewBBSucc);
743            PI != E; ++PI)
744         if (*PI != NewBB && !DS.dominates(NewBBSucc, *PI)) {
745           NewBBDominatesNewBBSucc = false;
746           break;
747         }
748   }
749
750   // The other scenario where the new block can dominate its successors are when
751   // all predecessors of NewBBSucc that are not NewBB are dominated by NewBBSucc
752   // already.
753   if (!NewBBDominatesNewBBSucc) {
754     NewBBDominatesNewBBSucc = true;
755     for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc), E = pred_end(NewBBSucc);
756          PI != E; ++PI)
757       if (*PI != NewBB && !DS.dominates(NewBBSucc, *PI)) {
758         NewBBDominatesNewBBSucc = false;
759         break;
760       }
761   }
762
763   // If NewBB dominates some blocks, then it will dominate all blocks that
764   // NewBBSucc does.
765   if (NewBBDominatesNewBBSucc) {
766     Function *F = NewBB->getParent();
767     for (Function::iterator I = F->begin(), E = F->end(); I != E; ++I)
768       if (DS.dominates(NewBBSucc, I))
769         DS.addDominator(I, NewBB);
770   }
771
772   // Update immediate dominator information if we have it.
773   BasicBlock *NewBBIDom = 0;
774   if (ImmediateDominators *ID = getAnalysisToUpdate<ImmediateDominators>()) {
775     // To find the immediate dominator of the new exit node, we trace up the
776     // immediate dominators of a predecessor until we find a basic block that
777     // dominates the exit block.
778     //
779     BasicBlock *Dom = PredBlocks[0];  // Some random predecessor.
780     
781     // Find a reachable pred.
782     for (unsigned i = 1; !DS.isReachable(Dom); ++i) {
783       assert(i != PredBlocks.size() && "Didn't find reachable pred!");
784       Dom = PredBlocks[i];
785     }
786     
787     while (!NewBBDomSet.count(Dom)) {  // Loop until we find a dominator.
788       assert(Dom != 0 && "No shared dominator found???");
789       Dom = ID->get(Dom);
790     }
791
792     // Set the immediate dominator now...
793     ID->addNewBlock(NewBB, Dom);
794     NewBBIDom = Dom;   // Reuse this if calculating DominatorTree info...
795
796     // If NewBB strictly dominates other blocks, we need to update their idom's
797     // now.  The only block that need adjustment is the NewBBSucc block, whose
798     // idom should currently be set to PredBlocks[0].
799     if (NewBBDominatesNewBBSucc)
800       ID->setImmediateDominator(NewBBSucc, NewBB);
801   }
802
803   // Update DominatorTree information if it is active.
804   if (DominatorTree *DT = getAnalysisToUpdate<DominatorTree>()) {
805     // If we don't have ImmediateDominator info around, calculate the idom as
806     // above.
807     DominatorTree::Node *NewBBIDomNode;
808     if (NewBBIDom) {
809       NewBBIDomNode = DT->getNode(NewBBIDom);
810     } else {
811       // Scan all the pred blocks that were pulled out.  Any individual one may
812       // actually be unreachable, which would mean it doesn't have dom info.
813       NewBBIDomNode = 0;
814       for (unsigned i = 0; !NewBBIDomNode; ++i) {
815         assert(i != PredBlocks.size() && "No reachable preds?");
816         NewBBIDomNode = DT->getNode(PredBlocks[i]);
817       }
818       
819       while (!NewBBDomSet.count(NewBBIDomNode->getBlock())) {
820         NewBBIDomNode = NewBBIDomNode->getIDom();
821         assert(NewBBIDomNode && "No shared dominator found??");
822       }
823       NewBBIDom = NewBBIDomNode->getBlock();
824     }
825
826     // Create the new dominator tree node... and set the idom of NewBB.
827     DominatorTree::Node *NewBBNode = DT->createNewNode(NewBB, NewBBIDomNode);
828
829     // If NewBB strictly dominates other blocks, then it is now the immediate
830     // dominator of NewBBSucc.  Update the dominator tree as appropriate.
831     if (NewBBDominatesNewBBSucc) {
832       DominatorTree::Node *NewBBSuccNode = DT->getNode(NewBBSucc);
833       DT->changeImmediateDominator(NewBBSuccNode, NewBBNode);
834     }
835   }
836
837   // Update ET-Forest information if it is active.
838   if (ETForest *EF = getAnalysisToUpdate<ETForest>()) {
839     EF->addNewBlock(NewBB, NewBBIDom);
840     if (NewBBDominatesNewBBSucc)
841       EF->setImmediateDominator(NewBBSucc, NewBB);
842   }
843
844   // Update dominance frontier information...
845   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>()) {
846     // If NewBB dominates NewBBSucc, then DF(NewBB) is now going to be the
847     // DF(PredBlocks[0]) without the stuff that the new block does not dominate
848     // a predecessor of.
849     if (NewBBDominatesNewBBSucc) {
850       DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(PredBlocks[0]);
851       if (DFI != DF->end()) {
852         DominanceFrontier::DomSetType Set = DFI->second;
853         // Filter out stuff in Set that we do not dominate a predecessor of.
854         for (DominanceFrontier::DomSetType::iterator SetI = Set.begin(),
855                E = Set.end(); SetI != E;) {
856           bool DominatesPred = false;
857           for (pred_iterator PI = pred_begin(*SetI), E = pred_end(*SetI);
858                PI != E; ++PI)
859             if (DS.dominates(NewBB, *PI))
860               DominatesPred = true;
861           if (!DominatesPred)
862             Set.erase(SetI++);
863           else
864             ++SetI;
865         }
866
867         DF->addBasicBlock(NewBB, Set);
868       }
869
870     } else {
871       // DF(NewBB) is {NewBBSucc} because NewBB does not strictly dominate
872       // NewBBSucc, but it does dominate itself (and there is an edge (NewBB ->
873       // NewBBSucc)).  NewBBSucc is the single successor of NewBB.
874       DominanceFrontier::DomSetType NewDFSet;
875       NewDFSet.insert(NewBBSucc);
876       DF->addBasicBlock(NewBB, NewDFSet);
877     }
878
879     // Now we must loop over all of the dominance frontiers in the function,
880     // replacing occurrences of NewBBSucc with NewBB in some cases.  All
881     // blocks that dominate a block in PredBlocks and contained NewBBSucc in
882     // their dominance frontier must be updated to contain NewBB instead.
883     //
884     for (unsigned i = 0, e = PredBlocks.size(); i != e; ++i) {
885       BasicBlock *Pred = PredBlocks[i];
886       // Get all of the dominators of the predecessor...
887       const DominatorSet::DomSetType &PredDoms = DS.getDominators(Pred);
888       for (DominatorSet::DomSetType::const_iterator PDI = PredDoms.begin(),
889              PDE = PredDoms.end(); PDI != PDE; ++PDI) {
890         BasicBlock *PredDom = *PDI;
891
892         // If the NewBBSucc node is in DF(PredDom), then PredDom didn't
893         // dominate NewBBSucc but did dominate a predecessor of it.  Now we
894         // change this entry to include NewBB in the DF instead of NewBBSucc.
895         DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(PredDom);
896         assert(DFI != DF->end() && "No dominance frontier for node?");
897         if (DFI->second.count(NewBBSucc)) {
898           // If NewBBSucc should not stay in our dominator frontier, remove it.
899           // We remove it unless there is a predecessor of NewBBSucc that we
900           // dominate, but we don't strictly dominate NewBBSucc.
901           bool ShouldRemove = true;
902           if (PredDom == NewBBSucc || !DS.dominates(PredDom, NewBBSucc)) {
903             // Okay, we know that PredDom does not strictly dominate NewBBSucc.
904             // Check to see if it dominates any predecessors of NewBBSucc.
905             for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc),
906                    E = pred_end(NewBBSucc); PI != E; ++PI)
907               if (DS.dominates(PredDom, *PI)) {
908                 ShouldRemove = false;
909                 break;
910               }
911           }
912
913           if (ShouldRemove)
914             DF->removeFromFrontier(DFI, NewBBSucc);
915           DF->addToFrontier(DFI, NewBB);
916         }
917       }
918     }
919   }
920 }
921