hasConstantValue will soon return instructions that don't dominate the PHI node,
[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/Dominators.h"
41 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
42 #include "llvm/Support/CFG.h"
43 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
44 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
45 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
46 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
47 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
48 using namespace llvm;
49
50 namespace {
51   Statistic<>
52   NumInserted("loopsimplify", "Number of pre-header or exit blocks inserted");
53   Statistic<>
54   NumNested("loopsimplify", "Number of nested loops split out");
55
56   struct LoopSimplify : public FunctionPass {
57     virtual bool runOnFunction(Function &F);
58     
59     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
60       // We need loop information to identify the loops...
61       AU.addRequired<LoopInfo>();
62       AU.addRequired<DominatorSet>();
63       AU.addRequired<DominatorTree>();
64
65       AU.addPreserved<LoopInfo>();
66       AU.addPreserved<DominatorSet>();
67       AU.addPreserved<ImmediateDominators>();
68       AU.addPreserved<DominatorTree>();
69       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
70       AU.addPreservedID(BreakCriticalEdgesID);  // No crit edges added....
71     }
72   private:
73     bool ProcessLoop(Loop *L);
74     BasicBlock *SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB, const char *Suffix,
75                                        const std::vector<BasicBlock*> &Preds);
76     BasicBlock *RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit);
77     void InsertPreheaderForLoop(Loop *L);
78     Loop *SeparateNestedLoop(Loop *L);
79     void InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L);
80
81     void UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BasicBlock *NewBB,
82                                          std::vector<BasicBlock*> &PredBlocks);
83   };
84
85   RegisterOpt<LoopSimplify>
86   X("loopsimplify", "Canonicalize natural loops", true);
87 }
88
89 // Publically exposed interface to pass...
90 const PassInfo *llvm::LoopSimplifyID = X.getPassInfo();
91 FunctionPass *llvm::createLoopSimplifyPass() { return new LoopSimplify(); }
92
93 /// runOnFunction - Run down all loops in the CFG (recursively, but we could do
94 /// it in any convenient order) inserting preheaders...
95 ///
96 bool LoopSimplify::runOnFunction(Function &F) {
97   bool Changed = false;
98   LoopInfo &LI = getAnalysis<LoopInfo>();
99
100   for (LoopInfo::iterator I = LI.begin(), E = LI.end(); I != E; ++I)
101     Changed |= ProcessLoop(*I);
102
103   return Changed;
104 }
105
106
107 /// ProcessLoop - Walk the loop structure in depth first order, ensuring that
108 /// all loops have preheaders.
109 ///
110 bool LoopSimplify::ProcessLoop(Loop *L) {
111   bool Changed = false;
112
113   // Check to see that no blocks (other than the header) in the loop have
114   // predecessors that are not in the loop.  This is not valid for natural
115   // loops, but can occur if the blocks are unreachable.  Since they are
116   // unreachable we can just shamelessly destroy their terminators to make them
117   // not branch into the loop!
118   assert(L->getBlocks()[0] == L->getHeader() &&
119          "Header isn't first block in loop?");
120   for (unsigned i = 1, e = L->getBlocks().size(); i != e; ++i) {
121     BasicBlock *LoopBB = L->getBlocks()[i];
122   Retry:
123     for (pred_iterator PI = pred_begin(LoopBB), E = pred_end(LoopBB);
124          PI != E; ++PI)
125       if (!L->contains(*PI)) {
126         // This predecessor is not in the loop.  Kill its terminator!
127         BasicBlock *DeadBlock = *PI;
128         for (succ_iterator SI = succ_begin(DeadBlock), E = succ_end(DeadBlock);
129              SI != E; ++SI)
130           (*SI)->removePredecessor(DeadBlock);  // Remove PHI node entries
131
132         // Delete the dead terminator.
133         DeadBlock->getInstList().pop_back();
134
135         Value *RetVal = 0;
136         if (LoopBB->getParent()->getReturnType() != Type::VoidTy)
137           RetVal = Constant::getNullValue(LoopBB->getParent()->getReturnType());
138         new ReturnInst(RetVal, DeadBlock);
139         goto Retry;  // We just invalidated the pred_iterator.  Retry.
140       }
141   }
142
143   // Does the loop already have a preheader?  If so, don't modify the loop...
144   if (L->getLoopPreheader() == 0) {
145     InsertPreheaderForLoop(L);
146     NumInserted++;
147     Changed = true;
148   }
149
150   // Next, check to make sure that all exit nodes of the loop only have
151   // predecessors that are inside of the loop.  This check guarantees that the
152   // loop preheader/header will dominate the exit blocks.  If the exit block has
153   // predecessors from outside of the loop, split the edge now.
154   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
155   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
156
157   SetVector<BasicBlock*> ExitBlockSet(ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end());
158   for (SetVector<BasicBlock*>::iterator I = ExitBlockSet.begin(),
159          E = ExitBlockSet.end(); I != E; ++I) {
160     BasicBlock *ExitBlock = *I;
161     for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), PE = pred_end(ExitBlock);
162          PI != PE; ++PI)
163       if (!L->contains(*PI)) {
164         RewriteLoopExitBlock(L, ExitBlock);
165         NumInserted++;
166         Changed = true;
167         break;
168       }
169   }
170
171   // If the header has more than two predecessors at this point (from the
172   // preheader and from multiple backedges), we must adjust the loop.
173   if (L->getNumBackEdges() != 1) {
174     // If this is really a nested loop, rip it out into a child loop.
175     if (Loop *NL = SeparateNestedLoop(L)) {
176       ++NumNested;
177       // This is a big restructuring change, reprocess the whole loop.
178       ProcessLoop(NL);
179       return true;
180     }
181
182     InsertUniqueBackedgeBlock(L);
183     NumInserted++;
184     Changed = true;
185   }
186
187   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
188     Changed |= ProcessLoop(*I);
189   return Changed;
190 }
191
192 /// SplitBlockPredecessors - Split the specified block into two blocks.  We want
193 /// to move the predecessors specified in the Preds list to point to the new
194 /// block, leaving the remaining predecessors pointing to BB.  This method
195 /// updates the SSA PHINode's, but no other analyses.
196 ///
197 BasicBlock *LoopSimplify::SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB,
198                                                  const char *Suffix,
199                                        const std::vector<BasicBlock*> &Preds) {
200   
201   // Create new basic block, insert right before the original block...
202   BasicBlock *NewBB = new BasicBlock(BB->getName()+Suffix, BB->getParent(), BB);
203
204   // The preheader first gets an unconditional branch to the loop header...
205   BranchInst *BI = new BranchInst(BB, NewBB);
206   
207   // For every PHI node in the block, insert a PHI node into NewBB where the
208   // incoming values from the out of loop edges are moved to NewBB.  We have two
209   // possible cases here.  If the loop is dead, we just insert dummy entries
210   // into the PHI nodes for the new edge.  If the loop is not dead, we move the
211   // incoming edges in BB into new PHI nodes in NewBB.
212   //
213   if (!Preds.empty()) {  // Is the loop not obviously dead?
214     // Check to see if the values being merged into the new block need PHI
215     // nodes.  If so, insert them.
216     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
217       PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
218       ++I;
219
220       // Check to see if all of the values coming in are the same.  If so, we
221       // don't need to create a new PHI node.
222       Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(Preds[0]);
223       for (unsigned i = 1, e = Preds.size(); i != e; ++i)
224         if (InVal != PN->getIncomingValueForBlock(Preds[i])) {
225           InVal = 0;
226           break;
227         }
228       
229       // If the values coming into the block are not the same, we need a PHI.
230       if (InVal == 0) {
231         // Create the new PHI node, insert it into NewBB at the end of the block
232         PHINode *NewPHI = new PHINode(PN->getType(), PN->getName()+".ph", BI);
233         
234         // Move all of the edges from blocks outside the loop to the new PHI
235         for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
236           Value *V = PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
237           NewPHI->addIncoming(V, Preds[i]);
238         }
239         InVal = NewPHI;
240       } else {
241         // Remove all of the edges coming into the PHI nodes from outside of the
242         // block.
243         for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i)
244           PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
245       }
246
247       // Add an incoming value to the PHI node in the loop for the preheader
248       // edge.
249       PN->addIncoming(InVal, NewBB);
250
251       // Can we eliminate this phi node now?
252       if (Value *V = hasConstantValue(PN)) {
253         if (!isa<Instruction>(V) ||
254             getAnalysis<DominatorSet>().dominates(cast<Instruction>(V), PN)) {
255           PN->replaceAllUsesWith(V);
256           BB->getInstList().erase(PN);
257         }
258       }
259     }
260     
261     // Now that the PHI nodes are updated, actually move the edges from
262     // Preds to point to NewBB instead of BB.
263     //
264     for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
265       TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
266       for (unsigned s = 0, e = TI->getNumSuccessors(); s != e; ++s)
267         if (TI->getSuccessor(s) == BB)
268           TI->setSuccessor(s, NewBB);
269     }
270     
271   } else {                       // Otherwise the loop is dead...
272     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
273       PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
274       // Insert dummy values as the incoming value...
275       PN->addIncoming(Constant::getNullValue(PN->getType()), NewBB);
276     }
277   }  
278   return NewBB;
279 }
280
281 /// InsertPreheaderForLoop - Once we discover that a loop doesn't have a
282 /// preheader, this method is called to insert one.  This method has two phases:
283 /// preheader insertion and analysis updating.
284 ///
285 void LoopSimplify::InsertPreheaderForLoop(Loop *L) {
286   BasicBlock *Header = L->getHeader();
287
288   // Compute the set of predecessors of the loop that are not in the loop.
289   std::vector<BasicBlock*> OutsideBlocks;
290   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), PE = pred_end(Header);
291        PI != PE; ++PI)
292       if (!L->contains(*PI))           // Coming in from outside the loop?
293         OutsideBlocks.push_back(*PI);  // Keep track of it...
294   
295   // Split out the loop pre-header
296   BasicBlock *NewBB =
297     SplitBlockPredecessors(Header, ".preheader", OutsideBlocks);
298   
299   //===--------------------------------------------------------------------===//
300   //  Update analysis results now that we have performed the transformation
301   //
302   
303   // We know that we have loop information to update... update it now.
304   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
305     Parent->addBasicBlockToLoop(NewBB, getAnalysis<LoopInfo>());
306
307   // If the header for the loop used to be an exit node for another loop, then
308   // we need to update this to know that the loop-preheader is now the exit
309   // node.  Note that the only loop that could have our header as an exit node
310   // is a sibling loop, ie, one with the same parent loop, or one if it's
311   // children.
312   //
313   LoopInfo::iterator ParentLoops, ParentLoopsE;
314   if (Loop *Parent = L->getParentLoop()) {
315     ParentLoops = Parent->begin();
316     ParentLoopsE = Parent->end();
317   } else {      // Must check top-level loops...
318     ParentLoops = getAnalysis<LoopInfo>().begin();
319     ParentLoopsE = getAnalysis<LoopInfo>().end();
320   }
321
322   DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();  // Update dominator info
323   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
324     
325
326   // Update the dominator tree information.
327   // The immediate dominator of the preheader is the immediate dominator of
328   // the old header.
329   DominatorTree::Node *PHDomTreeNode =
330     DT.createNewNode(NewBB, DT.getNode(Header)->getIDom());
331
332   // Change the header node so that PNHode is the new immediate dominator
333   DT.changeImmediateDominator(DT.getNode(Header), PHDomTreeNode);
334
335   {
336     // The blocks that dominate NewBB are the blocks that dominate Header,
337     // minus Header, plus NewBB.
338     DominatorSet::DomSetType DomSet = DS.getDominators(Header);
339     DomSet.erase(Header);  // Header does not dominate us...
340     DS.addBasicBlock(NewBB, DomSet);
341
342     // The newly created basic block dominates all nodes dominated by Header.
343     for (df_iterator<DominatorTree::Node*> DFI = df_begin(PHDomTreeNode),
344            E = df_end(PHDomTreeNode); DFI != E; ++DFI)
345       DS.addDominator((*DFI)->getBlock(), NewBB);
346   }
347   
348   // Update immediate dominator information if we have it...
349   if (ImmediateDominators *ID = getAnalysisToUpdate<ImmediateDominators>()) {
350     // Whatever i-dominated the header node now immediately dominates NewBB
351     ID->addNewBlock(NewBB, ID->get(Header));
352     
353     // The preheader now is the immediate dominator for the header node...
354     ID->setImmediateDominator(Header, NewBB);
355   }
356   
357   // Update dominance frontier information...
358   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>()) {
359     // The DF(NewBB) is just (DF(Header)-Header), because NewBB dominates
360     // everything that Header does, and it strictly dominates Header in
361     // addition.
362     assert(DF->find(Header) != DF->end() && "Header node doesn't have DF set?");
363     DominanceFrontier::DomSetType NewDFSet = DF->find(Header)->second;
364     NewDFSet.erase(Header);
365     DF->addBasicBlock(NewBB, NewDFSet);
366
367     // Now we must loop over all of the dominance frontiers in the function,
368     // replacing occurrences of Header with NewBB in some cases.  If a block
369     // dominates a (now) predecessor of NewBB, but did not strictly dominate
370     // Header, it will have Header in it's DF set, but should now have NewBB in
371     // its set.
372     for (unsigned i = 0, e = OutsideBlocks.size(); i != e; ++i) {
373       // Get all of the dominators of the predecessor...
374       const DominatorSet::DomSetType &PredDoms =
375         DS.getDominators(OutsideBlocks[i]);
376       for (DominatorSet::DomSetType::const_iterator PDI = PredDoms.begin(),
377              PDE = PredDoms.end(); PDI != PDE; ++PDI) {
378         BasicBlock *PredDom = *PDI;
379         // If the loop header is in DF(PredDom), then PredDom didn't dominate
380         // the header but did dominate a predecessor outside of the loop.  Now
381         // we change this entry to include the preheader in the DF instead of
382         // the header.
383         DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(PredDom);
384         assert(DFI != DF->end() && "No dominance frontier for node?");
385         if (DFI->second.count(Header)) {
386           DF->removeFromFrontier(DFI, Header);
387           DF->addToFrontier(DFI, NewBB);
388         }
389       }
390     }
391   }
392 }
393
394 /// RewriteLoopExitBlock - Ensure that the loop preheader dominates all exit
395 /// blocks.  This method is used to split exit blocks that have predecessors
396 /// outside of the loop.
397 BasicBlock *LoopSimplify::RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit) {
398   DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();
399   
400   std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks;
401   for (pred_iterator I = pred_begin(Exit), E = pred_end(Exit); I != E; ++I)
402     if (L->contains(*I))
403       LoopBlocks.push_back(*I);
404
405   assert(!LoopBlocks.empty() && "No edges coming in from outside the loop?");
406   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Exit, ".loopexit", LoopBlocks);
407
408   // Update Loop Information - we know that the new block will be in the parent
409   // loop of L.
410   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
411     Parent->addBasicBlockToLoop(NewBB, getAnalysis<LoopInfo>());
412
413   // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
414   UpdateDomInfoForRevectoredPreds(NewBB, LoopBlocks);
415   return NewBB;
416 }
417
418 /// AddBlockAndPredsToSet - Add the specified block, and all of its
419 /// predecessors, to the specified set, if it's not already in there.  Stop
420 /// predecessor traversal when we reach StopBlock.
421 static void AddBlockAndPredsToSet(BasicBlock *BB, BasicBlock *StopBlock,
422                                   std::set<BasicBlock*> &Blocks) {
423   if (!Blocks.insert(BB).second) return;  // already processed.
424   if (BB == StopBlock) return;  // Stop here!
425
426   for (pred_iterator I = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); I != E; ++I)
427     AddBlockAndPredsToSet(*I, StopBlock, Blocks);
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, DominatorSet &DS) {
433   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
434     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
435     ++I;
436     if (Value *V = hasConstantValue(PN))
437       if (!isa<Instruction>(V) || DS.dominates(cast<Instruction>(V), PN)) {
438         // This is a degenerate PHI already, don't modify it!
439         PN->replaceAllUsesWith(V);
440         PN->getParent()->getInstList().erase(PN);
441         continue;
442       }
443
444     // Scan this PHI node looking for a use of the PHI node by itself.
445     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
446       if (PN->getIncomingValue(i) == PN &&
447           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
448         // We found something tasty to remove.
449         return PN;
450   }
451   return 0;
452 }
453
454 /// SeparateNestedLoop - If this loop has multiple backedges, try to pull one of
455 /// them out into a nested loop.  This is important for code that looks like
456 /// this:
457 ///
458 ///  Loop:
459 ///     ...
460 ///     br cond, Loop, Next
461 ///     ...
462 ///     br cond2, Loop, Out
463 ///
464 /// To identify this common case, we look at the PHI nodes in the header of the
465 /// loop.  PHI nodes with unchanging values on one backedge correspond to values
466 /// that change in the "outer" loop, but not in the "inner" loop.
467 ///
468 /// If we are able to separate out a loop, return the new outer loop that was
469 /// created.
470 ///
471 Loop *LoopSimplify::SeparateNestedLoop(Loop *L) {
472   PHINode *PN = FindPHIToPartitionLoops(L, getAnalysis<DominatorSet>());
473   if (PN == 0) return 0;  // No known way to partition.
474
475   // Pull out all predecessors that have varying values in the loop.  This
476   // handles the case when a PHI node has multiple instances of itself as
477   // arguments.
478   std::vector<BasicBlock*> OuterLoopPreds;
479   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
480     if (PN->getIncomingValue(i) != PN ||
481         !L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
482       OuterLoopPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
483
484   BasicBlock *Header = L->getHeader();
485   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Header, ".outer", OuterLoopPreds);
486
487   // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
488   UpdateDomInfoForRevectoredPreds(NewBB, OuterLoopPreds);
489
490   // Create the new outer loop.
491   Loop *NewOuter = new Loop();
492
493   LoopInfo &LI = getAnalysis<LoopInfo>();
494
495   // Change the parent loop to use the outer loop as its child now.
496   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
497     Parent->replaceChildLoopWith(L, NewOuter);
498   else
499     LI.changeTopLevelLoop(L, NewOuter);
500
501   // This block is going to be our new header block: add it to this loop and all
502   // parent loops.
503   NewOuter->addBasicBlockToLoop(NewBB, getAnalysis<LoopInfo>());
504
505   // L is now a subloop of our outer loop.
506   NewOuter->addChildLoop(L);
507
508   for (unsigned i = 0, e = L->getBlocks().size(); i != e; ++i)
509     NewOuter->addBlockEntry(L->getBlocks()[i]);
510
511   // Determine which blocks should stay in L and which should be moved out to
512   // the Outer loop now.
513   DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();
514   std::set<BasicBlock*> BlocksInL;
515   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); PI!=E; ++PI)
516     if (DS.dominates(Header, *PI))
517       AddBlockAndPredsToSet(*PI, Header, BlocksInL);
518
519
520   // Scan all of the loop children of L, moving them to OuterLoop if they are
521   // not part of the inner loop.
522   for (Loop::iterator I = L->begin(); I != L->end(); )
523     if (BlocksInL.count((*I)->getHeader()))
524       ++I;   // Loop remains in L
525     else
526       NewOuter->addChildLoop(L->removeChildLoop(I));
527
528   // Now that we know which blocks are in L and which need to be moved to
529   // OuterLoop, move any blocks that need it.
530   for (unsigned i = 0; i != L->getBlocks().size(); ++i) {
531     BasicBlock *BB = L->getBlocks()[i];
532     if (!BlocksInL.count(BB)) {
533       // Move this block to the parent, updating the exit blocks sets
534       L->removeBlockFromLoop(BB);
535       if (LI[BB] == L)
536         LI.changeLoopFor(BB, NewOuter);
537       --i;
538     }
539   }
540
541   return NewOuter;
542 }
543
544
545
546 /// InsertUniqueBackedgeBlock - This method is called when the specified loop
547 /// has more than one backedge in it.  If this occurs, revector all of these
548 /// backedges to target a new basic block and have that block branch to the loop
549 /// header.  This ensures that loops have exactly one backedge.
550 ///
551 void LoopSimplify::InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L) {
552   assert(L->getNumBackEdges() > 1 && "Must have > 1 backedge!");
553
554   // Get information about the loop
555   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
556   BasicBlock *Header = L->getHeader();
557   Function *F = Header->getParent();
558
559   // Figure out which basic blocks contain back-edges to the loop header.
560   std::vector<BasicBlock*> BackedgeBlocks;
561   for (pred_iterator I = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); I != E; ++I)
562     if (*I != Preheader) BackedgeBlocks.push_back(*I);
563
564   // Create and insert the new backedge block...
565   BasicBlock *BEBlock = new BasicBlock(Header->getName()+".backedge", F);
566   BranchInst *BETerminator = new BranchInst(Header, BEBlock);
567
568   // Move the new backedge block to right after the last backedge block.
569   Function::iterator InsertPos = BackedgeBlocks.back(); ++InsertPos;
570   F->getBasicBlockList().splice(InsertPos, F->getBasicBlockList(), BEBlock);
571   
572   // Now that the block has been inserted into the function, create PHI nodes in
573   // the backedge block which correspond to any PHI nodes in the header block.
574   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
575     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
576     PHINode *NewPN = new PHINode(PN->getType(), PN->getName()+".be",
577                                  BETerminator);
578     NewPN->op_reserve(2*BackedgeBlocks.size());
579
580     // Loop over the PHI node, moving all entries except the one for the
581     // preheader over to the new PHI node.
582     unsigned PreheaderIdx = ~0U;
583     bool HasUniqueIncomingValue = true;
584     Value *UniqueValue = 0;
585     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
586       BasicBlock *IBB = PN->getIncomingBlock(i);
587       Value *IV = PN->getIncomingValue(i);
588       if (IBB == Preheader) {
589         PreheaderIdx = i;
590       } else {
591         NewPN->addIncoming(IV, IBB);
592         if (HasUniqueIncomingValue) {
593           if (UniqueValue == 0)
594             UniqueValue = IV;
595           else if (UniqueValue != IV)
596             HasUniqueIncomingValue = false;
597         }
598       }
599     }
600       
601     // Delete all of the incoming values from the old PN except the preheader's
602     assert(PreheaderIdx != ~0U && "PHI has no preheader entry??");
603     if (PreheaderIdx != 0) {
604       PN->setIncomingValue(0, PN->getIncomingValue(PreheaderIdx));
605       PN->setIncomingBlock(0, PN->getIncomingBlock(PreheaderIdx));
606     }
607     PN->op_erase(PN->op_begin()+2, PN->op_end());
608
609     // Finally, add the newly constructed PHI node as the entry for the BEBlock.
610     PN->addIncoming(NewPN, BEBlock);
611
612     // As an optimization, if all incoming values in the new PhiNode (which is a
613     // subset of the incoming values of the old PHI node) have the same value,
614     // eliminate the PHI Node.
615     if (HasUniqueIncomingValue) {
616       NewPN->replaceAllUsesWith(UniqueValue);
617       BEBlock->getInstList().erase(NewPN);
618     }
619   }
620
621   // Now that all of the PHI nodes have been inserted and adjusted, modify the
622   // backedge blocks to just to the BEBlock instead of the header.
623   for (unsigned i = 0, e = BackedgeBlocks.size(); i != e; ++i) {
624     TerminatorInst *TI = BackedgeBlocks[i]->getTerminator();
625     for (unsigned Op = 0, e = TI->getNumSuccessors(); Op != e; ++Op)
626       if (TI->getSuccessor(Op) == Header)
627         TI->setSuccessor(Op, BEBlock);
628   }
629
630   //===--- Update all analyses which we must preserve now -----------------===//
631
632   // Update Loop Information - we know that this block is now in the current
633   // loop and all parent loops.
634   L->addBasicBlockToLoop(BEBlock, getAnalysis<LoopInfo>());
635
636   // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
637   UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BEBlock, BackedgeBlocks);
638 }
639
640 /// UpdateDomInfoForRevectoredPreds - This method is used to update the four
641 /// different kinds of dominator information (dominator sets, immediate
642 /// dominators, dominator trees, and dominance frontiers) after a new block has
643 /// been added to the CFG.
644 ///
645 /// This only supports the case when an existing block (known as "NewBBSucc"),
646 /// had some of its predecessors factored into a new basic block.  This
647 /// transformation inserts a new basic block ("NewBB"), with a single
648 /// unconditional branch to NewBBSucc, and moves some predecessors of
649 /// "NewBBSucc" to now branch to NewBB.  These predecessors are listed in
650 /// PredBlocks, even though they are the same as
651 /// pred_begin(NewBB)/pred_end(NewBB).
652 ///
653 void LoopSimplify::UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BasicBlock *NewBB,
654                                          std::vector<BasicBlock*> &PredBlocks) {
655   assert(!PredBlocks.empty() && "No predblocks??");
656   assert(succ_begin(NewBB) != succ_end(NewBB) &&
657          ++succ_begin(NewBB) == succ_end(NewBB) &&
658          "NewBB should have a single successor!");
659   BasicBlock *NewBBSucc = *succ_begin(NewBB);
660   DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();
661
662   // Update dominator information...  The blocks that dominate NewBB are the
663   // intersection of the dominators of predecessors, plus the block itself.
664   //
665   DominatorSet::DomSetType NewBBDomSet = DS.getDominators(PredBlocks[0]);
666   for (unsigned i = 1, e = PredBlocks.size(); i != e; ++i)
667     set_intersect(NewBBDomSet, DS.getDominators(PredBlocks[i]));
668   NewBBDomSet.insert(NewBB);  // All blocks dominate themselves...
669   DS.addBasicBlock(NewBB, NewBBDomSet);
670
671   // The newly inserted basic block will dominate existing basic blocks iff the
672   // PredBlocks dominate all of the non-pred blocks.  If all predblocks dominate
673   // the non-pred blocks, then they all must be the same block!
674   //
675   bool NewBBDominatesNewBBSucc = true;
676   {
677     BasicBlock *OnePred = PredBlocks[0];
678     for (unsigned i = 1, e = PredBlocks.size(); i != e; ++i)
679       if (PredBlocks[i] != OnePred) {
680         NewBBDominatesNewBBSucc = false;
681         break;
682       }
683
684     if (NewBBDominatesNewBBSucc)
685       for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc), E = pred_end(NewBBSucc);
686            PI != E; ++PI)
687         if (*PI != NewBB && !DS.dominates(NewBBSucc, *PI)) {
688           NewBBDominatesNewBBSucc = false;
689           break;
690         }
691   }
692
693   // The other scenario where the new block can dominate its successors are when
694   // all predecessors of NewBBSucc that are not NewBB are dominated by NewBBSucc
695   // already.
696   if (!NewBBDominatesNewBBSucc) {
697     NewBBDominatesNewBBSucc = true;
698     for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc), E = pred_end(NewBBSucc);
699          PI != E; ++PI)
700       if (*PI != NewBB && !DS.dominates(NewBBSucc, *PI)) {
701         NewBBDominatesNewBBSucc = false;
702         break;
703       }
704   }
705
706   // If NewBB dominates some blocks, then it will dominate all blocks that
707   // NewBBSucc does.
708   if (NewBBDominatesNewBBSucc) {
709     BasicBlock *PredBlock = PredBlocks[0];
710     Function *F = NewBB->getParent();
711     for (Function::iterator I = F->begin(), E = F->end(); I != E; ++I)
712       if (DS.dominates(NewBBSucc, I))
713         DS.addDominator(I, NewBB);
714   }
715
716   // Update immediate dominator information if we have it...
717   BasicBlock *NewBBIDom = 0;
718   if (ImmediateDominators *ID = getAnalysisToUpdate<ImmediateDominators>()) {
719     // To find the immediate dominator of the new exit node, we trace up the
720     // immediate dominators of a predecessor until we find a basic block that
721     // dominates the exit block.
722     //
723     BasicBlock *Dom = PredBlocks[0];  // Some random predecessor...
724     while (!NewBBDomSet.count(Dom)) {  // Loop until we find a dominator...
725       assert(Dom != 0 && "No shared dominator found???");
726       Dom = ID->get(Dom);
727     }
728
729     // Set the immediate dominator now...
730     ID->addNewBlock(NewBB, Dom);
731     NewBBIDom = Dom;   // Reuse this if calculating DominatorTree info...
732
733     // If NewBB strictly dominates other blocks, we need to update their idom's
734     // now.  The only block that need adjustment is the NewBBSucc block, whose
735     // idom should currently be set to PredBlocks[0].
736     if (NewBBDominatesNewBBSucc)
737       ID->setImmediateDominator(NewBBSucc, NewBB);
738   }
739
740   // Update DominatorTree information if it is active.
741   if (DominatorTree *DT = getAnalysisToUpdate<DominatorTree>()) {
742     // If we don't have ImmediateDominator info around, calculate the idom as
743     // above.
744     DominatorTree::Node *NewBBIDomNode;
745     if (NewBBIDom) {
746       NewBBIDomNode = DT->getNode(NewBBIDom);
747     } else {
748       NewBBIDomNode = DT->getNode(PredBlocks[0]); // Random pred
749       while (!NewBBDomSet.count(NewBBIDomNode->getBlock())) {
750         NewBBIDomNode = NewBBIDomNode->getIDom();
751         assert(NewBBIDomNode && "No shared dominator found??");
752       }
753     }
754
755     // Create the new dominator tree node... and set the idom of NewBB.
756     DominatorTree::Node *NewBBNode = DT->createNewNode(NewBB, NewBBIDomNode);
757
758     // If NewBB strictly dominates other blocks, then it is now the immediate
759     // dominator of NewBBSucc.  Update the dominator tree as appropriate.
760     if (NewBBDominatesNewBBSucc) {
761       DominatorTree::Node *NewBBSuccNode = DT->getNode(NewBBSucc);
762       DT->changeImmediateDominator(NewBBSuccNode, NewBBNode);
763     }
764   }
765
766   // Update dominance frontier information...
767   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>()) {
768     // If NewBB dominates NewBBSucc, then DF(NewBB) is now going to be the
769     // DF(PredBlocks[0]) without the stuff that the new block does not dominate
770     // a predecessor of.
771     if (NewBBDominatesNewBBSucc) {
772       DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(PredBlocks[0]);
773       if (DFI != DF->end()) {
774         DominanceFrontier::DomSetType Set = DFI->second;
775         // Filter out stuff in Set that we do not dominate a predecessor of.
776         for (DominanceFrontier::DomSetType::iterator SetI = Set.begin(),
777                E = Set.end(); SetI != E;) {
778           bool DominatesPred = false;
779           for (pred_iterator PI = pred_begin(*SetI), E = pred_end(*SetI);
780                PI != E; ++PI)
781             if (DS.dominates(NewBB, *PI))
782               DominatesPred = true;
783           if (!DominatesPred)
784             Set.erase(SetI++);
785           else
786             ++SetI;
787         }
788
789         DF->addBasicBlock(NewBB, Set);
790       }
791
792     } else {
793       // DF(NewBB) is {NewBBSucc} because NewBB does not strictly dominate
794       // NewBBSucc, but it does dominate itself (and there is an edge (NewBB ->
795       // NewBBSucc)).  NewBBSucc is the single successor of NewBB.
796       DominanceFrontier::DomSetType NewDFSet;
797       NewDFSet.insert(NewBBSucc);
798       DF->addBasicBlock(NewBB, NewDFSet);
799     }
800
801     // Now we must loop over all of the dominance frontiers in the function,
802     // replacing occurrences of NewBBSucc with NewBB in some cases.  All
803     // blocks that dominate a block in PredBlocks and contained NewBBSucc in
804     // their dominance frontier must be updated to contain NewBB instead.
805     //
806     for (unsigned i = 0, e = PredBlocks.size(); i != e; ++i) {
807       BasicBlock *Pred = PredBlocks[i];
808       // Get all of the dominators of the predecessor...
809       const DominatorSet::DomSetType &PredDoms = DS.getDominators(Pred);
810       for (DominatorSet::DomSetType::const_iterator PDI = PredDoms.begin(),
811              PDE = PredDoms.end(); PDI != PDE; ++PDI) {
812         BasicBlock *PredDom = *PDI;
813         
814         // If the NewBBSucc node is in DF(PredDom), then PredDom didn't
815         // dominate NewBBSucc but did dominate a predecessor of it.  Now we
816         // change this entry to include NewBB in the DF instead of NewBBSucc.
817         DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(PredDom);
818         assert(DFI != DF->end() && "No dominance frontier for node?");
819         if (DFI->second.count(NewBBSucc)) {
820           // If NewBBSucc should not stay in our dominator frontier, remove it.
821           // We remove it unless there is a predecessor of NewBBSucc that we
822           // dominate, but we don't strictly dominate NewBBSucc.
823           bool ShouldRemove = true;
824           if (PredDom == NewBBSucc || !DS.dominates(PredDom, NewBBSucc)) {
825             // Okay, we know that PredDom does not strictly dominate NewBBSucc.
826             // Check to see if it dominates any predecessors of NewBBSucc.
827             for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc),
828                    E = pred_end(NewBBSucc); PI != E; ++PI)
829               if (DS.dominates(PredDom, *PI)) {
830                 ShouldRemove = false;
831                 break;
832               }
833           }
834             
835           if (ShouldRemove)
836             DF->removeFromFrontier(DFI, NewBBSucc);
837           DF->addToFrontier(DFI, NewBB);
838         }
839       }
840     }
841   }
842 }
843