Remove useless check.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / TailDuplication.cpp
index e736f970af5ee0ea50a8df06287fa3d282639f2a..8cb28a3b06c4a87da75bba365b9bc60d553afd02 100644 (file)
@@ -1,5 +1,12 @@
 //===- TailDuplication.cpp - Simplify CFG through tail duplication --------===//
 //
+//                     The LLVM Compiler Infrastructure
+//
+// This file is distributed under the University of Illinois Open Source
+// License. See LICENSE.TXT for details.
+//
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//
 // This pass performs a limited form of tail duplication, intended to simplify
 // CFGs by removing some unconditional branches.  This pass is necessary to
 // straighten out loops created by the C front-end, but also is capable of
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
+#define DEBUG_TYPE "tailduplicate"
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
+#include "llvm/Constant.h"
 #include "llvm/Function.h"
-#include "llvm/iPHINode.h"
-#include "llvm/iTerminators.h"
+#include "llvm/Instructions.h"
+#include "llvm/IntrinsicInst.h"
 #include "llvm/Pass.h"
 #include "llvm/Type.h"
 #include "llvm/Support/CFG.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
-#include "Support/Statistic.h"
+#include "llvm/Support/CommandLine.h"
+#include "llvm/Support/Compiler.h"
+#include "llvm/Support/Debug.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
+#include <map>
+using namespace llvm;
 
-namespace {
-  Statistic<> NumEliminated("tailduplicate",
-                            "Number of unconditional branches eliminated");
-  Statistic<> NumPHINodes("tailduplicate", "Number of phi nodes inserted");
+STATISTIC(NumEliminated, "Number of unconditional branches eliminated");
 
-  class TailDup : public FunctionPass {
+static cl::opt<unsigned>
+Threshold("taildup-threshold", cl::desc("Max block size to tail duplicate"),
+          cl::init(6), cl::Hidden);
+
+namespace {
+  class VISIBILITY_HIDDEN TailDup : public FunctionPass {
     bool runOnFunction(Function &F);
+  public:
+    static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
+    TailDup() : FunctionPass((intptr_t)&ID) {}
+
   private:
     inline bool shouldEliminateUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI);
     inline void eliminateUnconditionalBranch(BranchInst *BI);
-    inline void InsertPHINodesIfNecessary(Instruction *OrigInst, Value *NewInst,
-                                          BasicBlock *NewBlock);
-    inline Value *GetValueInBlock(BasicBlock *BB, Value *OrigVal,
-                                  std::map<BasicBlock*, Value*> &ValueMap,
-                                  std::map<BasicBlock*, Value*> &OutValueMap);
-    inline Value *GetValueOutBlock(BasicBlock *BB, Value *OrigVal,
-                                   std::map<BasicBlock*, Value*> &ValueMap,
-                                   std::map<BasicBlock*, Value*> &OutValueMap);
+    SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> CycleDetector;
   };
-  RegisterOpt<TailDup> X("tailduplicate", "Tail Duplication");
 }
 
-Pass *createTailDuplicationPass() { return new TailDup(); }
+char TailDup::ID = 0;
+static RegisterPass<TailDup> X("tailduplicate", "Tail Duplication");
+
+// Public interface to the Tail Duplication pass
+FunctionPass *llvm::createTailDuplicationPass() { return new TailDup(); }
 
 /// runOnFunction - Top level algorithm - Loop over each unconditional branch in
-/// the function, eliminating it if it looks attractive enough.
-///
+/// the function, eliminating it if it looks attractive enough.  CycleDetector
+/// prevents infinite loops by checking that we aren't redirecting a branch to
+/// a place it already pointed to earlier; see PR 2323.
 bool TailDup::runOnFunction(Function &F) {
   bool Changed = false;
-  for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; )
+  CycleDetector.clear();
+  for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ) {
     if (shouldEliminateUnconditionalBranch(I->getTerminator())) {
       eliminateUnconditionalBranch(cast<BranchInst>(I->getTerminator()));
       Changed = true;
     } else {
       ++I;
+      CycleDetector.clear();
     }
+  }
   return Changed;
 }
 
@@ -76,22 +97,129 @@ bool TailDup::shouldEliminateUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI) {
   BasicBlock *Dest = BI->getSuccessor(0);
   if (Dest == BI->getParent()) return false;        // Do not loop infinitely!
 
-  // Do not bother working on dead blocks...
-  pred_iterator PI = pred_begin(Dest), PE = pred_end(Dest);
-  if (PI == PE && Dest != Dest->getParent()->begin())
-    return false;   // It's just a dead block, ignore it...
+  // Do not inline a block if we will just get another branch to the same block!
+  TerminatorInst *DTI = Dest->getTerminator();
+  if (BranchInst *DBI = dyn_cast<BranchInst>(DTI))
+    if (DBI->isUnconditional() && DBI->getSuccessor(0) == Dest)
+      return false;                                 // Do not loop infinitely!
 
-  // Also, do not bother with blocks with only a single predecessor: simplify
+  // FIXME: DemoteRegToStack cannot yet demote invoke instructions to the stack,
+  // because doing so would require breaking critical edges.  This should be
+  // fixed eventually.
+  if (!DTI->use_empty())
+    return false;
+
+  // Do not bother with blocks with only a single predecessor: simplify
   // CFG will fold these two blocks together!
+  pred_iterator PI = pred_begin(Dest), PE = pred_end(Dest);
   ++PI;
   if (PI == PE) return false;  // Exactly one predecessor!
 
   BasicBlock::iterator I = Dest->begin();
   while (isa<PHINode>(*I)) ++I;
 
-  for (unsigned Size = 0; I != Dest->end(); ++Size, ++I)
-    if (Size == 6) return false;  // The block is too large...
-  return true;  
+  for (unsigned Size = 0; I != Dest->end(); ++I) {
+    if (Size == Threshold) return false;  // The block is too large.
+    
+    // Don't tail duplicate call instructions.  They are very large compared to
+    // other instructions.
+    if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I)) return false;
+    
+    // Only count instructions that are not debugger intrinsics.
+    if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) ++Size;
+  }
+
+  // Do not tail duplicate a block that has thousands of successors into a block
+  // with a single successor if the block has many other predecessors.  This can
+  // cause an N^2 explosion in CFG edges (and PHI node entries), as seen in
+  // cases that have a large number of indirect gotos.
+  unsigned NumSuccs = DTI->getNumSuccessors();
+  if (NumSuccs > 8) {
+    unsigned TooMany = 128;
+    if (NumSuccs >= TooMany) return false;
+    TooMany = TooMany/NumSuccs;
+    for (; PI != PE; ++PI)
+      if (TooMany-- == 0) return false;
+  }
+  
+  // If this unconditional branch is a fall-through, be careful about
+  // tail duplicating it.  In particular, we don't want to taildup it if the
+  // original block will still be there after taildup is completed: doing so
+  // would eliminate the fall-through, requiring unconditional branches.
+  Function::iterator DestI = Dest;
+  if (&*--DestI == BI->getParent()) {
+    // The uncond branch is a fall-through.  Tail duplication of the block is
+    // will eliminate the fall-through-ness and end up cloning the terminator
+    // at the end of the Dest block.  Since the original Dest block will
+    // continue to exist, this means that one or the other will not be able to
+    // fall through.  One typical example that this helps with is code like:
+    // if (a)
+    //   foo();
+    // if (b)
+    //   foo();
+    // Cloning the 'if b' block into the end of the first foo block is messy.
+    
+    // The messy case is when the fall-through block falls through to other
+    // blocks.  This is what we would be preventing if we cloned the block.
+    DestI = Dest;
+    if (++DestI != Dest->getParent()->end()) {
+      BasicBlock *DestSucc = DestI;
+      // If any of Dest's successors are fall-throughs, don't do this xform.
+      for (succ_iterator SI = succ_begin(Dest), SE = succ_end(Dest);
+           SI != SE; ++SI)
+        if (*SI == DestSucc)
+          return false;
+    }
+  }
+
+  // Finally, check that we haven't redirected to this target block earlier;
+  // there are cases where we loop forever if we don't check this (PR 2323).
+  if (!CycleDetector.insert(Dest))
+    return false;
+
+  return true;
+}
+
+/// FindObviousSharedDomOf - We know there is a branch from SrcBlock to
+/// DestBlock, and that SrcBlock is not the only predecessor of DstBlock.  If we
+/// can find a predecessor of SrcBlock that is a dominator of both SrcBlock and
+/// DstBlock, return it.
+static BasicBlock *FindObviousSharedDomOf(BasicBlock *SrcBlock,
+                                          BasicBlock *DstBlock) {
+  // SrcBlock must have a single predecessor.
+  pred_iterator PI = pred_begin(SrcBlock), PE = pred_end(SrcBlock);
+  if (PI == PE || ++PI != PE) return 0;
+
+  BasicBlock *SrcPred = *pred_begin(SrcBlock);
+
+  // Look at the predecessors of DstBlock.  One of them will be SrcBlock.  If
+  // there is only one other pred, get it, otherwise we can't handle it.
+  PI = pred_begin(DstBlock); PE = pred_end(DstBlock);
+  BasicBlock *DstOtherPred = 0;
+  if (*PI == SrcBlock) {
+    if (++PI == PE) return 0;
+    DstOtherPred = *PI;
+    if (++PI != PE) return 0;
+  } else {
+    DstOtherPred = *PI;
+    if (++PI == PE || *PI != SrcBlock || ++PI != PE) return 0;
+  }
+
+  // We can handle two situations here: "if then" and "if then else" blocks.  An
+  // 'if then' situation is just where DstOtherPred == SrcPred.
+  if (DstOtherPred == SrcPred)
+    return SrcPred;
+
+  // Check to see if we have an "if then else" situation, which means that
+  // DstOtherPred will have a single predecessor and it will be SrcPred.
+  PI = pred_begin(DstOtherPred); PE = pred_end(DstOtherPred);
+  if (PI != PE && *PI == SrcPred) {
+    if (++PI != PE) return 0;  // Not a single pred.
+    return SrcPred;  // Otherwise, it's an "if then" situation.  Return the if.
+  }
+
+  // Otherwise, this is something we can't handle.
+  return 0;
 }
 
 
@@ -105,8 +233,51 @@ void TailDup::eliminateUnconditionalBranch(BranchInst *Branch) {
   BasicBlock *DestBlock = Branch->getSuccessor(0);
   assert(SourceBlock != DestBlock && "Our predicate is broken!");
 
-  DEBUG(std::cerr << "TailDuplication[" << SourceBlock->getParent()->getName()
-                  << "]: Eliminating branch: " << *Branch);
+  DOUT << "TailDuplication[" << SourceBlock->getParent()->getName()
+       << "]: Eliminating branch: " << *Branch;
+
+  // See if we can avoid duplicating code by moving it up to a dominator of both
+  // blocks.
+  if (BasicBlock *DomBlock = FindObviousSharedDomOf(SourceBlock, DestBlock)) {
+    DOUT << "Found shared dominator: " << DomBlock->getName() << "\n";
+
+    // If there are non-phi instructions in DestBlock that have no operands
+    // defined in DestBlock, and if the instruction has no side effects, we can
+    // move the instruction to DomBlock instead of duplicating it.
+    BasicBlock::iterator BBI = DestBlock->begin();
+    while (isa<PHINode>(BBI)) ++BBI;
+    while (!isa<TerminatorInst>(BBI)) {
+      Instruction *I = BBI++;
+
+      bool CanHoist = !I->isTrapping() && !I->mayWriteToMemory();
+      if (CanHoist) {
+        for (unsigned op = 0, e = I->getNumOperands(); op != e; ++op)
+          if (Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(op)))
+            if (OpI->getParent() == DestBlock ||
+                (isa<InvokeInst>(OpI) && OpI->getParent() == DomBlock)) {
+              CanHoist = false;
+              break;
+            }
+        if (CanHoist) {
+          // Remove from DestBlock, move right before the term in DomBlock.
+          DestBlock->getInstList().remove(I);
+          DomBlock->getInstList().insert(DomBlock->getTerminator(), I);
+          DOUT << "Hoisted: " << *I;
+        }
+      }
+    }
+  }
+
+  // Tail duplication can not update SSA properties correctly if the values
+  // defined in the duplicated tail are used outside of the tail itself.  For
+  // this reason, we spill all values that are used outside of the tail to the
+  // stack.
+  for (BasicBlock::iterator I = DestBlock->begin(); I != DestBlock->end(); ++I)
+    if (I->isUsedOutsideOfBlock(DestBlock)) {
+      // We found a use outside of the tail.  Create a new stack slot to
+      // break this inter-block usage pattern.
+      DemoteRegToStack(*I);
+    }
 
   // We are going to have to map operands from the original block B to the new
   // copy of the block B'.  If there are PHI nodes in the DestBlock, these PHI
@@ -146,180 +317,33 @@ void TailDup::eliminateUnconditionalBranch(BranchInst *Branch) {
   for (succ_iterator SI = succ_begin(DestBlock), SE = succ_end(DestBlock);
        SI != SE; ++SI) {
     BasicBlock *Succ = *SI;
-    for (BasicBlock::iterator PNI = Succ->begin();
-         PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PNI); ++PNI) {
+    for (BasicBlock::iterator PNI = Succ->begin(); isa<PHINode>(PNI); ++PNI) {
+      PHINode *PN = cast<PHINode>(PNI);
       // Ok, we have a PHI node.  Figure out what the incoming value was for the
       // DestBlock.
       Value *IV = PN->getIncomingValueForBlock(DestBlock);
-      
+
       // Remap the value if necessary...
       if (Value *MappedIV = ValueMapping[IV])
         IV = MappedIV;
       PN->addIncoming(IV, SourceBlock);
     }
   }
-  
-  // Now that all of the instructions are correctly copied into the SourceBlock,
-  // we have one more minor problem: the successors of the original DestBB may
-  // use the values computed in DestBB either directly (if DestBB dominated the
-  // block), or through a PHI node.  In either case, we need to insert PHI nodes
-  // into any successors of DestBB (which are now our successors) for each value
-  // that is computed in DestBB, but is used outside of it.  All of these uses
-  // we have to rewrite with the new PHI node.
-  //
-  if (succ_begin(SourceBlock) != succ_end(SourceBlock)) // Avoid wasting time...
-    for (BI = DestBlock->begin(); BI != DestBlock->end(); ++BI)
-      if (BI->getType() != Type::VoidTy)
-        InsertPHINodesIfNecessary(BI, ValueMapping[BI], SourceBlock);
+
+  // Next, remove the old branch instruction, and any PHI node entries that we
+  // had.
+  BI = Branch; ++BI;  // Get an iterator to the first new instruction
+  DestBlock->removePredecessor(SourceBlock); // Remove entries in PHI nodes...
+  SourceBlock->getInstList().erase(Branch);  // Destroy the uncond branch...
 
   // Final step: now that we have finished everything up, walk the cloned
   // instructions one last time, constant propagating and DCE'ing them, because
   // they may not be needed anymore.
   //
-  BI = Branch; ++BI;  // Get an iterator to the first new instruction
   if (HadPHINodes)
     while (BI != SourceBlock->end())
       if (!dceInstruction(BI) && !doConstantPropagation(BI))
         ++BI;
 
-  DestBlock->removePredecessor(SourceBlock); // Remove entries in PHI nodes...
-  SourceBlock->getInstList().erase(Branch);  // Destroy the uncond branch...
-  
   ++NumEliminated;  // We just killed a branch!
 }
-
-/// InsertPHINodesIfNecessary - So at this point, we cloned the OrigInst
-/// instruction into the NewBlock with the value of NewInst.  If OrigInst was
-/// used outside of its defining basic block, we need to insert a PHI nodes into
-/// the successors.
-///
-void TailDup::InsertPHINodesIfNecessary(Instruction *OrigInst, Value *NewInst,
-                                        BasicBlock *NewBlock) {
-  // Loop over all of the uses of OrigInst, rewriting them to be newly inserted
-  // PHI nodes, unless they are in the same basic block as OrigInst.
-  BasicBlock *OrigBlock = OrigInst->getParent();
-  std::vector<Instruction*> Users;
-  Users.reserve(OrigInst->use_size());
-  for (Value::use_iterator I = OrigInst->use_begin(), E = OrigInst->use_end();
-       I != E; ++I) {
-    Instruction *In = cast<Instruction>(*I);
-    if (In->getParent() != OrigBlock)  // Don't modify uses in the orig block!
-      Users.push_back(In);
-  }
-
-  // The common case is that the instruction is only used within the block that
-  // defines it.  If we have this case, quick exit.
-  //
-  if (Users.empty()) return; 
-
-  // Otherwise, we have a more complex case, handle it now.  This requires the
-  // construction of a mapping between a basic block and the value to use when
-  // in the scope of that basic block.  This map will map to the original and
-  // new values when in the original or new block, but will map to inserted PHI
-  // nodes when in other blocks.
-  //
-  std::map<BasicBlock*, Value*> ValueMap;
-  std::map<BasicBlock*, Value*> OutValueMap;   // The outgoing value map
-  OutValueMap[OrigBlock] = OrigInst;
-  OutValueMap[NewBlock ] = NewInst;    // Seed the initial values...
-
-  DEBUG(std::cerr << "  ** Inserting PHI nodes for " << OrigInst);
-  while (!Users.empty()) {
-    Instruction *User = Users.back(); Users.pop_back();
-
-    if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
-      // PHI nodes must be handled specially here, because their operands are
-      // actually defined in predecessor basic blocks, NOT in the block that the
-      // PHI node lives in.  Note that we have already added entries to PHI nods
-      // which are in blocks that are immediate successors of OrigBlock, so
-      // don't modify them again.
-      for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
-        if (PN->getIncomingValue(i) == OrigInst &&
-            PN->getIncomingBlock(i) != OrigBlock) {
-          Value *V = GetValueOutBlock(PN->getIncomingBlock(i), OrigInst,
-                                      ValueMap, OutValueMap);
-          PN->setIncomingValue(i, V);
-        }
-      
-    } else {
-      // Any other user of the instruction can just replace any uses with the
-      // new value defined in the block it resides in.
-      Value *V = GetValueInBlock(User->getParent(), OrigInst, ValueMap,
-                                 OutValueMap);
-      User->replaceUsesOfWith(OrigInst, V);
-    }
-  }
-}
-
-/// GetValueInBlock - This is a recursive method which inserts PHI nodes into
-/// the function until there is a value available in basic block BB.
-///
-Value *TailDup::GetValueInBlock(BasicBlock *BB, Value *OrigVal,
-                                std::map<BasicBlock*, Value*> &ValueMap,
-                                std::map<BasicBlock*, Value*> &OutValueMap) {
-  Value*& BBVal = ValueMap[BB];
-  if (BBVal) return BBVal;       // Value already computed for this block?
-
-  assert(pred_begin(BB) != pred_end(BB) &&
-         "Propagating PHI nodes to unreachable blocks?");
-
-  // If there is no value already available in this basic block, we need to
-  // either reuse a value from an incoming, dominating, basic block, or we need
-  // to create a new PHI node to merge in different incoming values.  Because we
-  // don't know if we're part of a loop at this point or not, we create a PHI
-  // node, even if we will ultimately eliminate it.
-  PHINode *PN = new PHINode(OrigVal->getType(), OrigVal->getName()+".pn",
-                            BB->begin());
-  BBVal = PN;   // Insert this into the BBVal slot in case of cycles...
-
-  Value*& BBOutVal = OutValueMap[BB];
-  if (BBOutVal == 0) BBOutVal = PN;
-
-  // Now that we have created the PHI node, loop over all of the predecessors of
-  // this block, computing an incoming value for the predecessor.
-  std::vector<BasicBlock*> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
-  for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i)
-    PN->addIncoming(GetValueOutBlock(Preds[i], OrigVal, ValueMap, OutValueMap),
-                    Preds[i]);
-
-  // The PHI node is complete.  In many cases, however the PHI node was
-  // ultimately unnecessary: we could have just reused a dominating incoming
-  // value.  If this is the case, nuke the PHI node and replace the map entry
-  // with the dominating value.
-  //
-  assert(PN->getNumIncomingValues() > 0 && "No predecessors?");
-
-  // Check to see if all of the elements in the PHI node are either the PHI node
-  // itself or ONE particular value.
-  unsigned i = 0;
-  Value *ReplVal = PN->getIncomingValue(i);
-  for (; ReplVal == PN && i != PN->getNumIncomingValues(); ++i)
-    ReplVal = PN->getIncomingValue(i);  // Skip values equal to the PN
-
-  for (; i != PN->getNumIncomingValues(); ++i)
-    if (PN->getIncomingValue(i) != PN && PN->getIncomingValue(i) != ReplVal) {
-      ReplVal = 0;
-      break;
-    }
-
-  // Found a value to replace the PHI node with?
-  if (ReplVal && ReplVal != PN) {
-    PN->replaceAllUsesWith(ReplVal);
-    BBVal = ReplVal;
-    if (BBOutVal == PN) BBOutVal = ReplVal;
-    BB->getInstList().erase(PN);   // Erase the PHI node...
-  } else {
-    ++NumPHINodes;
-  }
-
-  return BBVal;
-}
-
-Value *TailDup::GetValueOutBlock(BasicBlock *BB, Value *OrigVal,
-                                 std::map<BasicBlock*, Value*> &ValueMap,
-                                 std::map<BasicBlock*, Value*> &OutValueMap) {
-  Value*& BBVal = OutValueMap[BB];
-  if (BBVal) return BBVal;       // Value already computed for this block?
-
-  return BBVal = GetValueInBlock(BB, OrigVal, ValueMap, OutValueMap);
-}