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