Avoid calling getUniqueExitBlocks from within LoopSimplify, as it depends
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / LoopSimplify.cpp
1 //===- LoopSimplify.cpp - Loop Canonicalization Pass ----------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs several transformations to transform natural loops into a
11 // simpler form, which makes subsequent analyses and transformations simpler and
12 // more effective.
13 //
14 // Loop pre-header insertion guarantees that there is a single, non-critical
15 // entry edge from outside of the loop to the loop header.  This simplifies a
16 // number of analyses and transformations, such as LICM.
17 //
18 // Loop exit-block insertion guarantees that all exit blocks from the loop
19 // (blocks which are outside of the loop that have predecessors inside of the
20 // loop) only have predecessors from inside of the loop (and are thus dominated
21 // by the loop header).  This simplifies transformations such as store-sinking
22 // that are built into LICM.
23 //
24 // This pass also guarantees that loops will have exactly one backedge.
25 //
26 // Indirectbr instructions introduce several complications. If the loop
27 // contains or is entered by an indirectbr instruction, it may not be possible
28 // to transform the loop and make these guarantees. Client code should check
29 // that these conditions are true before relying on them.
30 //
31 // Note that the simplifycfg pass will clean up blocks which are split out but
32 // end up being unnecessary, so usage of this pass should not pessimize
33 // generated code.
34 //
35 // This pass obviously modifies the CFG, but updates loop information and
36 // dominator information.
37 //
38 //===----------------------------------------------------------------------===//
39
40 #define DEBUG_TYPE "loopsimplify"
41 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
42 #include "llvm/Constants.h"
43 #include "llvm/Instructions.h"
44 #include "llvm/Function.h"
45 #include "llvm/LLVMContext.h"
46 #include "llvm/Type.h"
47 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
48 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
49 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
50 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
51 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
52 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
53 #include "llvm/Support/CFG.h"
54 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
55 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
56 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
57 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
58 using namespace llvm;
59
60 STATISTIC(NumInserted, "Number of pre-header or exit blocks inserted");
61 STATISTIC(NumNested  , "Number of nested loops split out");
62
63 namespace {
64   struct LoopSimplify : public LoopPass {
65     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
66     LoopSimplify() : LoopPass(&ID) {}
67
68     // AA - If we have an alias analysis object to update, this is it, otherwise
69     // this is null.
70     AliasAnalysis *AA;
71     LoopInfo *LI;
72     DominatorTree *DT;
73     Loop *L;
74     virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
75
76     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
77       // We need loop information to identify the loops...
78       AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
79       AU.addRequiredTransitive<DominatorTree>();
80
81       AU.addPreserved<LoopInfo>();
82       AU.addPreserved<DominatorTree>();
83       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
84       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
85       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
86       AU.addPreservedID(BreakCriticalEdgesID);  // No critical edges added.
87     }
88
89     /// verifyAnalysis() - Verify LoopSimplifyForm's guarantees.
90     void verifyAnalysis() const;
91
92   private:
93     bool ProcessLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
94     BasicBlock *RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit);
95     BasicBlock *InsertPreheaderForLoop(Loop *L);
96     Loop *SeparateNestedLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
97     BasicBlock *InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L, BasicBlock *Preheader);
98     void PlaceSplitBlockCarefully(BasicBlock *NewBB,
99                                   SmallVectorImpl<BasicBlock*> &SplitPreds,
100                                   Loop *L);
101   };
102 }
103
104 char LoopSimplify::ID = 0;
105 static RegisterPass<LoopSimplify>
106 X("loopsimplify", "Canonicalize natural loops", true);
107
108 // Publically exposed interface to pass...
109 const PassInfo *const llvm::LoopSimplifyID = &X;
110 Pass *llvm::createLoopSimplifyPass() { return new LoopSimplify(); }
111
112 /// runOnFunction - Run down all loops in the CFG (recursively, but we could do
113 /// it in any convenient order) inserting preheaders...
114 ///
115 bool LoopSimplify::runOnLoop(Loop *l, LPPassManager &LPM) {
116   L = l;
117   bool Changed = false;
118   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
119   AA = getAnalysisIfAvailable<AliasAnalysis>();
120   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
121
122   Changed |= ProcessLoop(L, LPM);
123
124   return Changed;
125 }
126
127 /// ProcessLoop - Walk the loop structure in depth first order, ensuring that
128 /// all loops have preheaders.
129 ///
130 bool LoopSimplify::ProcessLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
131   bool Changed = false;
132 ReprocessLoop:
133
134   // Check to see that no blocks (other than the header) in this loop that has
135   // predecessors that are not in the loop.  This is not valid for natural
136   // loops, but can occur if the blocks are unreachable.  Since they are
137   // unreachable we can just shamelessly delete those CFG edges!
138   for (Loop::block_iterator BB = L->block_begin(), E = L->block_end();
139        BB != E; ++BB) {
140     if (*BB == L->getHeader()) continue;
141
142     SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> BadPreds;
143     for (pred_iterator PI = pred_begin(*BB), PE = pred_end(*BB); PI != PE; ++PI)
144       if (!L->contains(*PI))
145         BadPreds.insert(*PI);
146
147     // Delete each unique out-of-loop (and thus dead) predecessor.
148     for (SmallPtrSet<BasicBlock *, 4>::iterator I = BadPreds.begin(),
149          E = BadPreds.end(); I != E; ++I) {
150       // Inform each successor of each dead pred.
151       for (succ_iterator SI = succ_begin(*I), SE = succ_end(*I); SI != SE; ++SI)
152         (*SI)->removePredecessor(*I);
153       // Zap the dead pred's terminator and replace it with unreachable.
154       TerminatorInst *TI = (*I)->getTerminator();
155        TI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(TI->getType()));
156       (*I)->getTerminator()->eraseFromParent();
157       new UnreachableInst((*I)->getContext(), *I);
158       Changed = true;
159     }
160   }
161
162   // Does the loop already have a preheader?  If so, don't insert one.
163   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
164   if (!Preheader) {
165     Preheader = InsertPreheaderForLoop(L);
166     if (Preheader) {
167       NumInserted++;
168       Changed = true;
169     }
170   }
171
172   // Next, check to make sure that all exit nodes of the loop only have
173   // predecessors that are inside of the loop.  This check guarantees that the
174   // loop preheader/header will dominate the exit blocks.  If the exit block has
175   // predecessors from outside of the loop, split the edge now.
176   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
177   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
178     
179   SetVector<BasicBlock*> ExitBlockSet(ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end());
180   for (SetVector<BasicBlock*>::iterator I = ExitBlockSet.begin(),
181          E = ExitBlockSet.end(); I != E; ++I) {
182     BasicBlock *ExitBlock = *I;
183     for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), PE = pred_end(ExitBlock);
184          PI != PE; ++PI)
185       // Must be exactly this loop: no subloops, parent loops, or non-loop preds
186       // allowed.
187       if (!L->contains(*PI)) {
188         if (RewriteLoopExitBlock(L, ExitBlock)) {
189           NumInserted++;
190           Changed = true;
191         }
192         break;
193       }
194   }
195
196   // If the header has more than two predecessors at this point (from the
197   // preheader and from multiple backedges), we must adjust the loop.
198   BasicBlock *LoopLatch = L->getLoopLatch();
199   if (!LoopLatch) {
200     // If this is really a nested loop, rip it out into a child loop.  Don't do
201     // this for loops with a giant number of backedges, just factor them into a
202     // common backedge instead.
203     if (L->getNumBackEdges() < 8) {
204       if (SeparateNestedLoop(L, LPM)) {
205         ++NumNested;
206         // This is a big restructuring change, reprocess the whole loop.
207         Changed = true;
208         // GCC doesn't tail recursion eliminate this.
209         goto ReprocessLoop;
210       }
211     }
212
213     // If we either couldn't, or didn't want to, identify nesting of the loops,
214     // insert a new block that all backedges target, then make it jump to the
215     // loop header.
216     LoopLatch = InsertUniqueBackedgeBlock(L, Preheader);
217     if (LoopLatch) {
218       NumInserted++;
219       Changed = true;
220     }
221   }
222
223   // Scan over the PHI nodes in the loop header.  Since they now have only two
224   // incoming values (the loop is canonicalized), we may have simplified the PHI
225   // down to 'X = phi [X, Y]', which should be replaced with 'Y'.
226   PHINode *PN;
227   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
228        (PN = dyn_cast<PHINode>(I++)); )
229     if (Value *V = PN->hasConstantValue(DT)) {
230       if (AA) AA->deleteValue(PN);
231       PN->replaceAllUsesWith(V);
232       PN->eraseFromParent();
233     }
234
235   // If this loop has muliple exits and the exits all go to the same
236   // block, attempt to merge the exits. This helps several passes, such
237   // as LoopRotation, which do not support loops with multiple exits.
238   // SimplifyCFG also does this (and this code uses the same utility
239   // function), however this code is loop-aware, where SimplifyCFG is
240   // not. That gives it the advantage of being able to hoist
241   // loop-invariant instructions out of the way to open up more
242   // opportunities, and the disadvantage of having the responsibility
243   // to preserve dominator information.
244   bool UniqueExit = true;
245   if (!ExitBlocks.empty())
246     for (unsigned i = 1, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
247       if (ExitBlocks[i] != ExitBlocks[0]) {
248         UniqueExit = false;
249         break;
250       }
251   if (UniqueExit) {
252     SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
253     L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
254     for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
255       BasicBlock *ExitingBlock = ExitingBlocks[i];
256       if (!ExitingBlock->getSinglePredecessor()) continue;
257       BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
258       if (!BI || !BI->isConditional()) continue;
259       CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(BI->getCondition());
260       if (!CI || CI->getParent() != ExitingBlock) continue;
261
262       // Attempt to hoist out all instructions except for the
263       // comparison and the branch.
264       bool AllInvariant = true;
265       for (BasicBlock::iterator I = ExitingBlock->begin(); &*I != BI; ) {
266         Instruction *Inst = I++;
267         if (Inst == CI)
268           continue;
269         if (!L->makeLoopInvariant(Inst, Changed,
270                                   Preheader ? Preheader->getTerminator() : 0)) {
271           AllInvariant = false;
272           break;
273         }
274       }
275       if (!AllInvariant) continue;
276
277       // The block has now been cleared of all instructions except for
278       // a comparison and a conditional branch. SimplifyCFG may be able
279       // to fold it now.
280       if (!FoldBranchToCommonDest(BI)) continue;
281
282       // Success. The block is now dead, so remove it from the loop,
283       // update the dominator tree and dominance frontier, and delete it.
284       assert(pred_begin(ExitingBlock) == pred_end(ExitingBlock));
285       Changed = true;
286       LI->removeBlock(ExitingBlock);
287
288       DominanceFrontier *DF = getAnalysisIfAvailable<DominanceFrontier>();
289       DomTreeNode *Node = DT->getNode(ExitingBlock);
290       const std::vector<DomTreeNodeBase<BasicBlock> *> &Children =
291         Node->getChildren();
292       while (!Children.empty()) {
293         DomTreeNode *Child = Children.front();
294         DT->changeImmediateDominator(Child, Node->getIDom());
295         if (DF) DF->changeImmediateDominator(Child->getBlock(),
296                                              Node->getIDom()->getBlock(),
297                                              DT);
298       }
299       DT->eraseNode(ExitingBlock);
300       if (DF) DF->removeBlock(ExitingBlock);
301
302       BI->getSuccessor(0)->removePredecessor(ExitingBlock);
303       BI->getSuccessor(1)->removePredecessor(ExitingBlock);
304       ExitingBlock->eraseFromParent();
305     }
306   }
307
308   return Changed;
309 }
310
311 /// InsertPreheaderForLoop - Once we discover that a loop doesn't have a
312 /// preheader, this method is called to insert one.  This method has two phases:
313 /// preheader insertion and analysis updating.
314 ///
315 BasicBlock *LoopSimplify::InsertPreheaderForLoop(Loop *L) {
316   BasicBlock *Header = L->getHeader();
317
318   // Compute the set of predecessors of the loop that are not in the loop.
319   SmallVector<BasicBlock*, 8> OutsideBlocks;
320   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), PE = pred_end(Header);
321        PI != PE; ++PI)
322     if (!L->contains(*PI)) {         // Coming in from outside the loop?
323       // If the loop is branched to from an indirect branch, we won't
324       // be able to fully transform the loop, because it prohibits
325       // edge splitting.
326       if (isa<IndirectBrInst>((*PI)->getTerminator())) return 0;
327
328       // Keep track of it.
329       OutsideBlocks.push_back(*PI);
330     }
331
332   // Split out the loop pre-header.
333   BasicBlock *NewBB =
334     SplitBlockPredecessors(Header, &OutsideBlocks[0], OutsideBlocks.size(),
335                            ".preheader", this);
336
337   // Make sure that NewBB is put someplace intelligent, which doesn't mess up
338   // code layout too horribly.
339   PlaceSplitBlockCarefully(NewBB, OutsideBlocks, L);
340
341   return NewBB;
342 }
343
344 /// RewriteLoopExitBlock - Ensure that the loop preheader dominates all exit
345 /// blocks.  This method is used to split exit blocks that have predecessors
346 /// outside of the loop.
347 BasicBlock *LoopSimplify::RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit) {
348   SmallVector<BasicBlock*, 8> LoopBlocks;
349   for (pred_iterator I = pred_begin(Exit), E = pred_end(Exit); I != E; ++I)
350     if (L->contains(*I)) {
351       // Don't do this if the loop is exited via an indirect branch.
352       if (isa<IndirectBrInst>((*I)->getTerminator())) return 0;
353
354       LoopBlocks.push_back(*I);
355     }
356
357   assert(!LoopBlocks.empty() && "No edges coming in from outside the loop?");
358   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Exit, &LoopBlocks[0], 
359                                              LoopBlocks.size(), ".loopexit",
360                                              this);
361
362   return NewBB;
363 }
364
365 /// AddBlockAndPredsToSet - Add the specified block, and all of its
366 /// predecessors, to the specified set, if it's not already in there.  Stop
367 /// predecessor traversal when we reach StopBlock.
368 static void AddBlockAndPredsToSet(BasicBlock *InputBB, BasicBlock *StopBlock,
369                                   std::set<BasicBlock*> &Blocks) {
370   std::vector<BasicBlock *> WorkList;
371   WorkList.push_back(InputBB);
372   do {
373     BasicBlock *BB = WorkList.back(); WorkList.pop_back();
374     if (Blocks.insert(BB).second && BB != StopBlock)
375       // If BB is not already processed and it is not a stop block then
376       // insert its predecessor in the work list
377       for (pred_iterator I = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); I != E; ++I) {
378         BasicBlock *WBB = *I;
379         WorkList.push_back(WBB);
380       }
381   } while(!WorkList.empty());
382 }
383
384 /// FindPHIToPartitionLoops - The first part of loop-nestification is to find a
385 /// PHI node that tells us how to partition the loops.
386 static PHINode *FindPHIToPartitionLoops(Loop *L, DominatorTree *DT,
387                                         AliasAnalysis *AA) {
388   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
389     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
390     ++I;
391     if (Value *V = PN->hasConstantValue(DT)) {
392       // This is a degenerate PHI already, don't modify it!
393       PN->replaceAllUsesWith(V);
394       if (AA) AA->deleteValue(PN);
395       PN->eraseFromParent();
396       continue;
397     }
398
399     // Scan this PHI node looking for a use of the PHI node by itself.
400     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
401       if (PN->getIncomingValue(i) == PN &&
402           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
403         // We found something tasty to remove.
404         return PN;
405   }
406   return 0;
407 }
408
409 // PlaceSplitBlockCarefully - If the block isn't already, move the new block to
410 // right after some 'outside block' block.  This prevents the preheader from
411 // being placed inside the loop body, e.g. when the loop hasn't been rotated.
412 void LoopSimplify::PlaceSplitBlockCarefully(BasicBlock *NewBB,
413                                        SmallVectorImpl<BasicBlock*> &SplitPreds,
414                                             Loop *L) {
415   // Check to see if NewBB is already well placed.
416   Function::iterator BBI = NewBB; --BBI;
417   for (unsigned i = 0, e = SplitPreds.size(); i != e; ++i) {
418     if (&*BBI == SplitPreds[i])
419       return;
420   }
421   
422   // If it isn't already after an outside block, move it after one.  This is
423   // always good as it makes the uncond branch from the outside block into a
424   // fall-through.
425   
426   // Figure out *which* outside block to put this after.  Prefer an outside
427   // block that neighbors a BB actually in the loop.
428   BasicBlock *FoundBB = 0;
429   for (unsigned i = 0, e = SplitPreds.size(); i != e; ++i) {
430     Function::iterator BBI = SplitPreds[i];
431     if (++BBI != NewBB->getParent()->end() && 
432         L->contains(BBI)) {
433       FoundBB = SplitPreds[i];
434       break;
435     }
436   }
437   
438   // If our heuristic for a *good* bb to place this after doesn't find
439   // anything, just pick something.  It's likely better than leaving it within
440   // the loop.
441   if (!FoundBB)
442     FoundBB = SplitPreds[0];
443   NewBB->moveAfter(FoundBB);
444 }
445
446
447 /// SeparateNestedLoop - If this loop has multiple backedges, try to pull one of
448 /// them out into a nested loop.  This is important for code that looks like
449 /// this:
450 ///
451 ///  Loop:
452 ///     ...
453 ///     br cond, Loop, Next
454 ///     ...
455 ///     br cond2, Loop, Out
456 ///
457 /// To identify this common case, we look at the PHI nodes in the header of the
458 /// loop.  PHI nodes with unchanging values on one backedge correspond to values
459 /// that change in the "outer" loop, but not in the "inner" loop.
460 ///
461 /// If we are able to separate out a loop, return the new outer loop that was
462 /// created.
463 ///
464 Loop *LoopSimplify::SeparateNestedLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
465   PHINode *PN = FindPHIToPartitionLoops(L, DT, AA);
466   if (PN == 0) return 0;  // No known way to partition.
467
468   // Pull out all predecessors that have varying values in the loop.  This
469   // handles the case when a PHI node has multiple instances of itself as
470   // arguments.
471   SmallVector<BasicBlock*, 8> OuterLoopPreds;
472   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
473     if (PN->getIncomingValue(i) != PN ||
474         !L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
475       OuterLoopPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
476
477   BasicBlock *Header = L->getHeader();
478   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Header, &OuterLoopPreds[0],
479                                              OuterLoopPreds.size(),
480                                              ".outer", this);
481
482   // Make sure that NewBB is put someplace intelligent, which doesn't mess up
483   // code layout too horribly.
484   PlaceSplitBlockCarefully(NewBB, OuterLoopPreds, L);
485   
486   // Create the new outer loop.
487   Loop *NewOuter = new Loop();
488
489   // Change the parent loop to use the outer loop as its child now.
490   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
491     Parent->replaceChildLoopWith(L, NewOuter);
492   else
493     LI->changeTopLevelLoop(L, NewOuter);
494
495   // L is now a subloop of our outer loop.
496   NewOuter->addChildLoop(L);
497
498   // Add the new loop to the pass manager queue.
499   LPM.insertLoopIntoQueue(NewOuter);
500
501   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
502        I != E; ++I)
503     NewOuter->addBlockEntry(*I);
504
505   // Now reset the header in L, which had been moved by
506   // SplitBlockPredecessors for the outer loop.
507   L->moveToHeader(Header);
508
509   // Determine which blocks should stay in L and which should be moved out to
510   // the Outer loop now.
511   std::set<BasicBlock*> BlocksInL;
512   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); PI!=E; ++PI)
513     if (DT->dominates(Header, *PI))
514       AddBlockAndPredsToSet(*PI, Header, BlocksInL);
515
516
517   // Scan all of the loop children of L, moving them to OuterLoop if they are
518   // not part of the inner loop.
519   const std::vector<Loop*> &SubLoops = L->getSubLoops();
520   for (size_t I = 0; I != SubLoops.size(); )
521     if (BlocksInL.count(SubLoops[I]->getHeader()))
522       ++I;   // Loop remains in L
523     else
524       NewOuter->addChildLoop(L->removeChildLoop(SubLoops.begin() + I));
525
526   // Now that we know which blocks are in L and which need to be moved to
527   // OuterLoop, move any blocks that need it.
528   for (unsigned i = 0; i != L->getBlocks().size(); ++i) {
529     BasicBlock *BB = L->getBlocks()[i];
530     if (!BlocksInL.count(BB)) {
531       // Move this block to the parent, updating the exit blocks sets
532       L->removeBlockFromLoop(BB);
533       if ((*LI)[BB] == L)
534         LI->changeLoopFor(BB, NewOuter);
535       --i;
536     }
537   }
538
539   return NewOuter;
540 }
541
542
543
544 /// InsertUniqueBackedgeBlock - This method is called when the specified loop
545 /// has more than one backedge in it.  If this occurs, revector all of these
546 /// backedges to target a new basic block and have that block branch to the loop
547 /// header.  This ensures that loops have exactly one backedge.
548 ///
549 BasicBlock *
550 LoopSimplify::InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L, BasicBlock *Preheader) {
551   assert(L->getNumBackEdges() > 1 && "Must have > 1 backedge!");
552
553   // Get information about the loop
554   BasicBlock *Header = L->getHeader();
555   Function *F = Header->getParent();
556
557   // Unique backedge insertion currently depends on having a preheader.
558   if (!Preheader)
559     return 0;
560
561   // Figure out which basic blocks contain back-edges to the loop header.
562   std::vector<BasicBlock*> BackedgeBlocks;
563   for (pred_iterator I = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); I != E; ++I)
564     if (*I != Preheader) BackedgeBlocks.push_back(*I);
565
566   // Create and insert the new backedge block...
567   BasicBlock *BEBlock = BasicBlock::Create(Header->getContext(),
568                                            Header->getName()+".backedge", F);
569   BranchInst *BETerminator = BranchInst::Create(Header, BEBlock);
570
571   // Move the new backedge block to right after the last backedge block.
572   Function::iterator InsertPos = BackedgeBlocks.back(); ++InsertPos;
573   F->getBasicBlockList().splice(InsertPos, F->getBasicBlockList(), BEBlock);
574
575   // Now that the block has been inserted into the function, create PHI nodes in
576   // the backedge block which correspond to any PHI nodes in the header block.
577   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
578     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
579     PHINode *NewPN = PHINode::Create(PN->getType(), PN->getName()+".be",
580                                      BETerminator);
581     NewPN->reserveOperandSpace(BackedgeBlocks.size());
582     if (AA) AA->copyValue(PN, NewPN);
583
584     // Loop over the PHI node, moving all entries except the one for the
585     // preheader over to the new PHI node.
586     unsigned PreheaderIdx = ~0U;
587     bool HasUniqueIncomingValue = true;
588     Value *UniqueValue = 0;
589     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
590       BasicBlock *IBB = PN->getIncomingBlock(i);
591       Value *IV = PN->getIncomingValue(i);
592       if (IBB == Preheader) {
593         PreheaderIdx = i;
594       } else {
595         NewPN->addIncoming(IV, IBB);
596         if (HasUniqueIncomingValue) {
597           if (UniqueValue == 0)
598             UniqueValue = IV;
599           else if (UniqueValue != IV)
600             HasUniqueIncomingValue = false;
601         }
602       }
603     }
604
605     // Delete all of the incoming values from the old PN except the preheader's
606     assert(PreheaderIdx != ~0U && "PHI has no preheader entry??");
607     if (PreheaderIdx != 0) {
608       PN->setIncomingValue(0, PN->getIncomingValue(PreheaderIdx));
609       PN->setIncomingBlock(0, PN->getIncomingBlock(PreheaderIdx));
610     }
611     // Nuke all entries except the zero'th.
612     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues()-1; i != e; ++i)
613       PN->removeIncomingValue(e-i, false);
614
615     // Finally, add the newly constructed PHI node as the entry for the BEBlock.
616     PN->addIncoming(NewPN, BEBlock);
617
618     // As an optimization, if all incoming values in the new PhiNode (which is a
619     // subset of the incoming values of the old PHI node) have the same value,
620     // eliminate the PHI Node.
621     if (HasUniqueIncomingValue) {
622       NewPN->replaceAllUsesWith(UniqueValue);
623       if (AA) AA->deleteValue(NewPN);
624       BEBlock->getInstList().erase(NewPN);
625     }
626   }
627
628   // Now that all of the PHI nodes have been inserted and adjusted, modify the
629   // backedge blocks to just to the BEBlock instead of the header.
630   for (unsigned i = 0, e = BackedgeBlocks.size(); i != e; ++i) {
631     TerminatorInst *TI = BackedgeBlocks[i]->getTerminator();
632     for (unsigned Op = 0, e = TI->getNumSuccessors(); Op != e; ++Op)
633       if (TI->getSuccessor(Op) == Header)
634         TI->setSuccessor(Op, BEBlock);
635   }
636
637   //===--- Update all analyses which we must preserve now -----------------===//
638
639   // Update Loop Information - we know that this block is now in the current
640   // loop and all parent loops.
641   L->addBasicBlockToLoop(BEBlock, LI->getBase());
642
643   // Update dominator information
644   DT->splitBlock(BEBlock);
645   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisIfAvailable<DominanceFrontier>())
646     DF->splitBlock(BEBlock);
647
648   return BEBlock;
649 }
650
651 void LoopSimplify::verifyAnalysis() const {
652   // It used to be possible to just assert L->isLoopSimplifyForm(), however
653   // with the introduction of indirectbr, there are now cases where it's
654   // not possible to transform a loop as necessary. We can at least check
655   // that there is an indirectbr near any time there's trouble.
656
657   // Indirectbr can interfere with preheader and unique backedge insertion.
658   if (!L->getLoopPreheader() || !L->getLoopLatch()) {
659     bool HasIndBrPred = false;
660     for (pred_iterator PI = pred_begin(L->getHeader()),
661          PE = pred_end(L->getHeader()); PI != PE; ++PI)
662       if (isa<IndirectBrInst>((*PI)->getTerminator())) {
663         HasIndBrPred = true;
664         break;
665       }
666     assert(HasIndBrPred &&
667            "LoopSimplify has no excuse for missing loop header info!");
668   }
669
670   // Indirectbr can interfere with exit block canonicalization.
671   if (!L->hasDedicatedExits()) {
672     bool HasIndBrExiting = false;
673     SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
674     L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
675     for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i)
676       if (isa<IndirectBrInst>((ExitingBlocks[i])->getTerminator())) {
677         HasIndBrExiting = true;
678         break;
679       }
680     assert(HasIndBrExiting &&
681            "LoopSimplify has no excuse for missing exit block info!");
682   }
683 }