Correctly update counters
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / ADCE.cpp
1 //===- ADCE.cpp - Code to perform aggressive dead code elimination --------===//
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 file implements "aggressive" dead code elimination.  ADCE is DCe where
11 // values are assumed to be dead until proven otherwise.  This is similar to 
12 // SCCP, except applied to the liveness of values.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
17 #include "llvm/Constant.h"
18 #include "llvm/Instructions.h"
19 #include "llvm/Type.h"
20 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
21 #include "llvm/Analysis/PostDominators.h"
22 #include "llvm/Support/CFG.h"
23 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
24 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
25 #include "llvm/Transforms/Utils/UnifyFunctionExitNodes.h"
26 #include "Support/Debug.h"
27 #include "Support/DepthFirstIterator.h"
28 #include "Support/Statistic.h"
29 #include "Support/STLExtras.h"
30 #include <algorithm>
31 using namespace llvm;
32
33 namespace {
34   Statistic<> NumBlockRemoved("adce", "Number of basic blocks removed");
35   Statistic<> NumInstRemoved ("adce", "Number of instructions removed");
36   Statistic<> NumCallRemoved ("adce", "Number of calls and invokes removed");
37
38 //===----------------------------------------------------------------------===//
39 // ADCE Class
40 //
41 // This class does all of the work of Aggressive Dead Code Elimination.
42 // It's public interface consists of a constructor and a doADCE() method.
43 //
44 class ADCE : public FunctionPass {
45   Function *Func;                       // The function that we are working on
46   AliasAnalysis *AA;                    // Current AliasAnalysis object
47   std::vector<Instruction*> WorkList;   // Instructions that just became live
48   std::set<Instruction*>    LiveSet;    // The set of live instructions
49
50   //===--------------------------------------------------------------------===//
51   // The public interface for this class
52   //
53 public:
54   // Execute the Aggressive Dead Code Elimination Algorithm
55   //
56   virtual bool runOnFunction(Function &F) {
57     Func = &F;
58     AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
59     bool Changed = doADCE();
60     assert(WorkList.empty());
61     LiveSet.clear();
62     return Changed;
63   }
64   // getAnalysisUsage - We require post dominance frontiers (aka Control
65   // Dependence Graph)
66   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
67     // We require that all function nodes are unified, because otherwise code
68     // can be marked live that wouldn't necessarily be otherwise.
69     AU.addRequired<UnifyFunctionExitNodes>();
70     AU.addRequired<AliasAnalysis>();
71     AU.addRequired<PostDominatorTree>();
72     AU.addRequired<PostDominanceFrontier>();
73   }
74
75
76   //===--------------------------------------------------------------------===//
77   // The implementation of this class
78   //
79 private:
80   // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
81   // true if the function was modified.
82   //
83   bool doADCE();
84
85   void markBlockAlive(BasicBlock *BB);
86
87
88   // dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the
89   // instructions in the specified basic block, dropping references on
90   // instructions that are dead according to LiveSet.
91   bool dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB);
92
93   TerminatorInst *convertToUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI);
94
95   inline void markInstructionLive(Instruction *I) {
96     if (LiveSet.count(I)) return;
97     DEBUG(std::cerr << "Insn Live: " << I);
98     LiveSet.insert(I);
99     WorkList.push_back(I);
100   }
101
102   inline void markTerminatorLive(const BasicBlock *BB) {
103     DEBUG(std::cerr << "Terminator Live: " << BB->getTerminator());
104     markInstructionLive(const_cast<TerminatorInst*>(BB->getTerminator()));
105   }
106 };
107
108   RegisterOpt<ADCE> X("adce", "Aggressive Dead Code Elimination");
109 } // End of anonymous namespace
110
111 Pass *llvm::createAggressiveDCEPass() { return new ADCE(); }
112
113 void ADCE::markBlockAlive(BasicBlock *BB) {
114   // Mark the basic block as being newly ALIVE... and mark all branches that
115   // this block is control dependent on as being alive also...
116   //
117   PostDominanceFrontier &CDG = getAnalysis<PostDominanceFrontier>();
118
119   PostDominanceFrontier::const_iterator It = CDG.find(BB);
120   if (It != CDG.end()) {
121     // Get the blocks that this node is control dependent on...
122     const PostDominanceFrontier::DomSetType &CDB = It->second;
123     for_each(CDB.begin(), CDB.end(),   // Mark all their terminators as live
124              bind_obj(this, &ADCE::markTerminatorLive));
125   }
126   
127   // If this basic block is live, and it ends in an unconditional branch, then
128   // the branch is alive as well...
129   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
130     if (BI->isUnconditional())
131       markTerminatorLive(BB);
132 }
133
134 // dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the
135 // instructions in the specified basic block, dropping references on
136 // instructions that are dead according to LiveSet.
137 bool ADCE::dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB) {
138   bool Changed = false;
139   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = --BB->end(); I != E; )
140     if (!LiveSet.count(I)) {              // Is this instruction alive?
141       I->dropAllReferences();             // Nope, drop references... 
142       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
143         // We don't want to leave PHI nodes in the program that have
144         // #arguments != #predecessors, so we remove them now.
145         //
146         PN->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(PN->getType()));
147
148       } else {
149         if (isa<CallInst>(I))
150           ++NumCallRemoved;
151         else
152           ++NumInstRemoved;
153         
154         // Delete the instruction...
155         BB->getInstList().erase(I++);
156         Changed = true;
157       }
158     } else {
159       ++I;
160     }
161   return Changed;
162 }
163
164
165 /// convertToUnconditionalBranch - Transform this conditional terminator
166 /// instruction into an unconditional branch because we don't care which of the
167 /// successors it goes to.  This eliminate a use of the condition as well.
168 ///
169 TerminatorInst *ADCE::convertToUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI) {
170   BranchInst *NB = new BranchInst(TI->getSuccessor(0), TI);
171   BasicBlock *BB = TI->getParent();
172
173   // Remove entries from PHI nodes to avoid confusing ourself later...
174   for (unsigned i = 1, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
175     TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
176   
177   // Delete the old branch itself...
178   BB->getInstList().erase(TI);
179   return NB;
180 }
181
182
183 // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
184 // true if the function was modified.
185 //
186 bool ADCE::doADCE() {
187   bool MadeChanges = false;
188
189   // Iterate over all of the instructions in the function, eliminating trivially
190   // dead instructions, and marking instructions live that are known to be 
191   // needed.  Perform the walk in depth first order so that we avoid marking any
192   // instructions live in basic blocks that are unreachable.  These blocks will
193   // be eliminated later, along with the instructions inside.
194   //
195   for (df_iterator<Function*> BBI = df_begin(Func), BBE = df_end(Func);
196        BBI != BBE; ++BBI) {
197     BasicBlock *BB = *BBI;
198     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), EI = BB->end(); II != EI; ) {
199       Instruction *I = II++;
200       if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
201         Function *F = CI->getCalledFunction();
202         if (F && AA->onlyReadsMemory(F)) {
203           if (CI->use_empty()) {
204             BB->getInstList().erase(CI);
205             ++NumCallRemoved;
206           }
207         } else {
208           markInstructionLive(I);
209         }
210       } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(I)) {
211         Function *F = II->getCalledFunction();
212         if (F && AA->onlyReadsMemory(F)) {
213           // The function cannot unwind.  Convert it to a call with a branch
214           // after it to the normal destination.
215           std::vector<Value*> Args(II->op_begin()+1, II->op_end());
216           std::string Name = II->getName(); II->setName("");
217           Instruction *NewCall = new CallInst(F, Args, Name, II);
218           II->replaceAllUsesWith(NewCall);
219           new BranchInst(II->getNormalDest(), II);
220           BB->getInstList().erase(II);
221
222           if (NewCall->use_empty()) {
223             BB->getInstList().erase(NewCall);
224             ++NumCallRemoved;
225           }
226         } else {
227           markInstructionLive(I);
228         }
229       } else if (I->mayWriteToMemory() || isa<ReturnInst>(I) ||
230                  isa<UnwindInst>(I)) {
231         markInstructionLive(I);
232       } else if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
233         // Remove the instruction from it's basic block...
234         BB->getInstList().erase(I);
235         ++NumInstRemoved;
236       }
237     }
238   }
239
240   // Check to ensure we have an exit node for this CFG.  If we don't, we won't
241   // have any post-dominance information, thus we cannot perform our
242   // transformations safely.
243   //
244   PostDominatorTree &DT = getAnalysis<PostDominatorTree>();
245   if (DT[&Func->getEntryBlock()] == 0) {
246     WorkList.clear();
247     return MadeChanges;
248   }
249
250   // Scan the function marking blocks without post-dominance information as
251   // live.  Blocks without post-dominance information occur when there is an
252   // infinite loop in the program.  Because the infinite loop could contain a
253   // function which unwinds, exits or has side-effects, we don't want to delete
254   // the infinite loop or those blocks leading up to it.
255   for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
256     if (DT[I] == 0)
257       for (pred_iterator PI = pred_begin(I), E = pred_end(I); PI != E; ++PI)
258         markInstructionLive((*PI)->getTerminator());
259
260
261
262   DEBUG(std::cerr << "Processing work list\n");
263
264   // AliveBlocks - Set of basic blocks that we know have instructions that are
265   // alive in them...
266   //
267   std::set<BasicBlock*> AliveBlocks;
268
269   // Process the work list of instructions that just became live... if they
270   // became live, then that means that all of their operands are necessary as
271   // well... make them live as well.
272   //
273   while (!WorkList.empty()) {
274     Instruction *I = WorkList.back(); // Get an instruction that became live...
275     WorkList.pop_back();
276
277     BasicBlock *BB = I->getParent();
278     if (!AliveBlocks.count(BB)) {     // Basic block not alive yet...
279       AliveBlocks.insert(BB);         // Block is now ALIVE!
280       markBlockAlive(BB);             // Make it so now!
281     }
282
283     // PHI nodes are a special case, because the incoming values are actually
284     // defined in the predecessor nodes of this block, meaning that the PHI
285     // makes the predecessors alive.
286     //
287     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
288       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE; ++PI)
289         if (!AliveBlocks.count(*PI)) {
290           AliveBlocks.insert(BB);         // Block is now ALIVE!
291           markBlockAlive(*PI);
292         }
293
294     // Loop over all of the operands of the live instruction, making sure that
295     // they are known to be alive as well...
296     //
297     for (unsigned op = 0, End = I->getNumOperands(); op != End; ++op)
298       if (Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(op)))
299         markInstructionLive(Operand);
300   }
301
302   DEBUG(
303     std::cerr << "Current Function: X = Live\n";
304     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I){
305       std::cerr << I->getName() << ":\t"
306                 << (AliveBlocks.count(I) ? "LIVE\n" : "DEAD\n");
307       for (BasicBlock::iterator BI = I->begin(), BE = I->end(); BI != BE; ++BI){
308         if (LiveSet.count(BI)) std::cerr << "X ";
309         std::cerr << *BI;
310       }
311     });
312
313   // Find the first postdominator of the entry node that is alive.  Make it the
314   // new entry node...
315   //
316   if (AliveBlocks.size() == Func->size()) {  // No dead blocks?
317     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I) {
318       // Loop over all of the instructions in the function, telling dead
319       // instructions to drop their references.  This is so that the next sweep
320       // over the program can safely delete dead instructions without other dead
321       // instructions still referring to them.
322       //
323       dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(I);
324
325       // Check to make sure the terminator instruction is live.  If it isn't,
326       // this means that the condition that it branches on (we know it is not an
327       // unconditional branch), is not needed to make the decision of where to
328       // go to, because all outgoing edges go to the same place.  We must remove
329       // the use of the condition (because it's probably dead), so we convert
330       // the terminator to a conditional branch.
331       //
332       TerminatorInst *TI = I->getTerminator();
333       if (!LiveSet.count(TI))
334         convertToUnconditionalBranch(TI);
335     }
336     
337   } else {                                   // If there are some blocks dead...
338     // If the entry node is dead, insert a new entry node to eliminate the entry
339     // node as a special case.
340     //
341     if (!AliveBlocks.count(&Func->front())) {
342       BasicBlock *NewEntry = new BasicBlock();
343       new BranchInst(&Func->front(), NewEntry);
344       Func->getBasicBlockList().push_front(NewEntry);
345       AliveBlocks.insert(NewEntry);    // This block is always alive!
346       LiveSet.insert(NewEntry->getTerminator());  // The branch is live
347     }
348     
349     // Loop over all of the alive blocks in the function.  If any successor
350     // blocks are not alive, we adjust the outgoing branches to branch to the
351     // first live postdominator of the live block, adjusting any PHI nodes in
352     // the block to reflect this.
353     //
354     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
355       if (AliveBlocks.count(I)) {
356         BasicBlock *BB = I;
357         TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
358       
359         // If the terminator instruction is alive, but the block it is contained
360         // in IS alive, this means that this terminator is a conditional branch
361         // on a condition that doesn't matter.  Make it an unconditional branch
362         // to ONE of the successors.  This has the side effect of dropping a use
363         // of the conditional value, which may also be dead.
364         if (!LiveSet.count(TI))
365           TI = convertToUnconditionalBranch(TI);
366
367         // Loop over all of the successors, looking for ones that are not alive.
368         // We cannot save the number of successors in the terminator instruction
369         // here because we may remove them if we don't have a postdominator...
370         //
371         for (unsigned i = 0; i != TI->getNumSuccessors(); ++i)
372           if (!AliveBlocks.count(TI->getSuccessor(i))) {
373             // Scan up the postdominator tree, looking for the first
374             // postdominator that is alive, and the last postdominator that is
375             // dead...
376             //
377             PostDominatorTree::Node *LastNode = DT[TI->getSuccessor(i)];
378
379             // There is a special case here... if there IS no post-dominator for
380             // the block we have no owhere to point our branch to.  Instead,
381             // convert it to a return.  This can only happen if the code
382             // branched into an infinite loop.  Note that this may not be
383             // desirable, because we _are_ altering the behavior of the code.
384             // This is a well known drawback of ADCE, so in the future if we
385             // choose to revisit the decision, this is where it should be.
386             //
387             if (LastNode == 0) {        // No postdominator!
388               // Call RemoveSuccessor to transmogrify the terminator instruction
389               // to not contain the outgoing branch, or to create a new
390               // terminator if the form fundamentally changes (i.e.,
391               // unconditional branch to return).  Note that this will change a
392               // branch into an infinite loop into a return instruction!
393               //
394               RemoveSuccessor(TI, i);
395
396               // RemoveSuccessor may replace TI... make sure we have a fresh
397               // pointer... and e variable.
398               //
399               TI = BB->getTerminator();
400
401               // Rescan this successor...
402               --i;
403             } else {
404               PostDominatorTree::Node *NextNode = LastNode->getIDom();
405
406               while (!AliveBlocks.count(NextNode->getBlock())) {
407                 LastNode = NextNode;
408                 NextNode = NextNode->getIDom();
409               }
410             
411               // Get the basic blocks that we need...
412               BasicBlock *LastDead = LastNode->getBlock();
413               BasicBlock *NextAlive = NextNode->getBlock();
414
415               // Make the conditional branch now go to the next alive block...
416               TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
417               TI->setSuccessor(i, NextAlive);
418
419               // If there are PHI nodes in NextAlive, we need to add entries to
420               // the PHI nodes for the new incoming edge.  The incoming values
421               // should be identical to the incoming values for LastDead.
422               //
423               for (BasicBlock::iterator II = NextAlive->begin();
424                    PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(II); ++II)
425                 if (LiveSet.count(PN)) {  // Only modify live phi nodes
426                   // Get the incoming value for LastDead...
427                   int OldIdx = PN->getBasicBlockIndex(LastDead);
428                   assert(OldIdx != -1 &&"LastDead is not a pred of NextAlive!");
429                   Value *InVal = PN->getIncomingValue(OldIdx);
430                   
431                   // Add an incoming value for BB now...
432                   PN->addIncoming(InVal, BB);
433                 }
434             }
435           }
436
437         // Now loop over all of the instructions in the basic block, telling
438         // dead instructions to drop their references.  This is so that the next
439         // sweep over the program can safely delete dead instructions without
440         // other dead instructions still referring to them.
441         //
442         dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(BB);
443       }
444   }
445
446   // We make changes if there are any dead blocks in the function...
447   if (unsigned NumDeadBlocks = Func->size() - AliveBlocks.size()) {
448     MadeChanges = true;
449     NumBlockRemoved += NumDeadBlocks;
450   }
451
452   // Loop over all of the basic blocks in the function, removing control flow
453   // edges to live blocks (also eliminating any entries in PHI functions in
454   // referenced blocks).
455   //
456   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB)
457     if (!AliveBlocks.count(BB)) {
458       // Remove all outgoing edges from this basic block and convert the
459       // terminator into a return instruction.
460       std::vector<BasicBlock*> Succs(succ_begin(BB), succ_end(BB));
461       
462       if (!Succs.empty()) {
463         // Loop over all of the successors, removing this block from PHI node
464         // entries that might be in the block...
465         while (!Succs.empty()) {
466           Succs.back()->removePredecessor(BB);
467           Succs.pop_back();
468         }
469         
470         // Delete the old terminator instruction...
471         const Type *TermTy = BB->getTerminator()->getType();
472         if (TermTy != Type::VoidTy)
473           BB->getTerminator()->replaceAllUsesWith(
474                                Constant::getNullValue(TermTy));
475         BB->getInstList().pop_back();
476         const Type *RetTy = Func->getReturnType();
477         new ReturnInst(RetTy != Type::VoidTy ?
478                        Constant::getNullValue(RetTy) : 0, BB);
479       }
480     }
481
482
483   // Loop over all of the basic blocks in the function, dropping references of
484   // the dead basic blocks.  We must do this after the previous step to avoid
485   // dropping references to PHIs which still have entries...
486   //
487   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB)
488     if (!AliveBlocks.count(BB))
489       BB->dropAllReferences();
490
491   // Now loop through all of the blocks and delete the dead ones.  We can safely
492   // do this now because we know that there are no references to dead blocks
493   // (because they have dropped all of their references...  we also remove dead
494   // instructions from alive blocks.
495   //
496   for (Function::iterator BI = Func->begin(); BI != Func->end(); )
497     if (!AliveBlocks.count(BI)) {                // Delete dead blocks...
498       BI = Func->getBasicBlockList().erase(BI);
499     } else {                                     // Scan alive blocks...
500       for (BasicBlock::iterator II = BI->begin(); II != --BI->end(); )
501         if (!LiveSet.count(II)) {             // Is this instruction alive?
502           // Nope... remove the instruction from it's basic block...
503           if (isa<CallInst>(II))
504             ++NumCallRemoved;
505           else
506             ++NumInstRemoved;
507           II = BI->getInstList().erase(II);
508           MadeChanges = true;
509         } else {
510           ++II;
511         }
512
513       ++BI;                                           // Increment iterator...
514     }
515
516   return MadeChanges;
517 }