Fix PR116
[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/Transforms/Utils/Local.h"
18 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
19 #include "llvm/Type.h"
20 #include "llvm/Analysis/PostDominators.h"
21 #include "llvm/iTerminators.h"
22 #include "llvm/iPHINode.h"
23 #include "llvm/Constant.h"
24 #include "llvm/Support/CFG.h"
25 #include "Support/Debug.h"
26 #include "Support/DepthFirstIterator.h"
27 #include "Support/Statistic.h"
28 #include "Support/STLExtras.h"
29 #include <algorithm>
30
31 namespace llvm {
32
33 namespace {
34   Statistic<> NumBlockRemoved("adce", "Number of basic blocks removed");
35   Statistic<> NumInstRemoved ("adce", "Number of instructions removed");
36
37 //===----------------------------------------------------------------------===//
38 // ADCE Class
39 //
40 // This class does all of the work of Aggressive Dead Code Elimination.
41 // It's public interface consists of a constructor and a doADCE() method.
42 //
43 class ADCE : public FunctionPass {
44   Function *Func;                       // The function that we are working on
45   std::vector<Instruction*> WorkList;   // Instructions that just became live
46   std::set<Instruction*>    LiveSet;    // The set of live instructions
47
48   //===--------------------------------------------------------------------===//
49   // The public interface for this class
50   //
51 public:
52   // Execute the Aggressive Dead Code Elimination Algorithm
53   //
54   virtual bool runOnFunction(Function &F) {
55     Func = &F;
56     bool Changed = doADCE();
57     assert(WorkList.empty());
58     LiveSet.clear();
59     return Changed;
60   }
61   // getAnalysisUsage - We require post dominance frontiers (aka Control
62   // Dependence Graph)
63   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
64     AU.addRequired<PostDominatorTree>();
65     AU.addRequired<PostDominanceFrontier>();
66   }
67
68
69   //===--------------------------------------------------------------------===//
70   // The implementation of this class
71   //
72 private:
73   // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
74   // true if the function was modified.
75   //
76   bool doADCE();
77
78   void markBlockAlive(BasicBlock *BB);
79
80
81   // dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the
82   // instructions in the specified basic block, dropping references on
83   // instructions that are dead according to LiveSet.
84   bool dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB);
85
86   TerminatorInst *convertToUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI);
87
88   inline void markInstructionLive(Instruction *I) {
89     if (LiveSet.count(I)) return;
90     DEBUG(std::cerr << "Insn Live: " << I);
91     LiveSet.insert(I);
92     WorkList.push_back(I);
93   }
94
95   inline void markTerminatorLive(const BasicBlock *BB) {
96     DEBUG(std::cerr << "Terminator Live: " << BB->getTerminator());
97     markInstructionLive(const_cast<TerminatorInst*>(BB->getTerminator()));
98   }
99 };
100
101   RegisterOpt<ADCE> X("adce", "Aggressive Dead Code Elimination");
102 } // End of anonymous namespace
103
104 Pass *createAggressiveDCEPass() { return new ADCE(); }
105
106 void ADCE::markBlockAlive(BasicBlock *BB) {
107   // Mark the basic block as being newly ALIVE... and mark all branches that
108   // this block is control dependent on as being alive also...
109   //
110   PostDominanceFrontier &CDG = getAnalysis<PostDominanceFrontier>();
111
112   PostDominanceFrontier::const_iterator It = CDG.find(BB);
113   if (It != CDG.end()) {
114     // Get the blocks that this node is control dependent on...
115     const PostDominanceFrontier::DomSetType &CDB = It->second;
116     for_each(CDB.begin(), CDB.end(),   // Mark all their terminators as live
117              bind_obj(this, &ADCE::markTerminatorLive));
118   }
119   
120   // If this basic block is live, and it ends in an unconditional branch, then
121   // the branch is alive as well...
122   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
123     if (BI->isUnconditional())
124       markTerminatorLive(BB);
125 }
126
127 // dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the
128 // instructions in the specified basic block, dropping references on
129 // instructions that are dead according to LiveSet.
130 bool ADCE::dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB) {
131   bool Changed = false;
132   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = --BB->end(); I != E; )
133     if (!LiveSet.count(I)) {              // Is this instruction alive?
134       I->dropAllReferences();             // Nope, drop references... 
135       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
136         // We don't want to leave PHI nodes in the program that have
137         // #arguments != #predecessors, so we remove them now.
138         //
139         PN->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(PN->getType()));
140         
141         // Delete the instruction...
142         I = BB->getInstList().erase(I);
143         Changed = true;
144       } else {
145         ++I;
146       }
147     } else {
148       ++I;
149     }
150   return Changed;
151 }
152
153
154 /// convertToUnconditionalBranch - Transform this conditional terminator
155 /// instruction into an unconditional branch because we don't care which of the
156 /// successors it goes to.  This eliminate a use of the condition as well.
157 ///
158 TerminatorInst *ADCE::convertToUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI) {
159   BranchInst *NB = new BranchInst(TI->getSuccessor(0), TI);
160   BasicBlock *BB = TI->getParent();
161
162   // Remove entries from PHI nodes to avoid confusing ourself later...
163   for (unsigned i = 1, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
164     TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
165   
166   // Delete the old branch itself...
167   BB->getInstList().erase(TI);
168   return NB;
169 }
170
171
172 // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
173 // true if the function was modified.
174 //
175 bool ADCE::doADCE() {
176   bool MadeChanges = false;
177
178   // Iterate over all of the instructions in the function, eliminating trivially
179   // dead instructions, and marking instructions live that are known to be 
180   // needed.  Perform the walk in depth first order so that we avoid marking any
181   // instructions live in basic blocks that are unreachable.  These blocks will
182   // be eliminated later, along with the instructions inside.
183   //
184   for (df_iterator<Function*> BBI = df_begin(Func), BBE = df_end(Func);
185        BBI != BBE; ++BBI) {
186     BasicBlock *BB = *BBI;
187     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), EI = BB->end(); II != EI; ) {
188       if (II->mayWriteToMemory() || isa<ReturnInst>(II) || isa<UnwindInst>(II)){
189         markInstructionLive(II);
190         ++II;  // Increment the inst iterator if the inst wasn't deleted
191       } else if (isInstructionTriviallyDead(II)) {
192         // Remove the instruction from it's basic block...
193         II = BB->getInstList().erase(II);
194         ++NumInstRemoved;
195         MadeChanges = true;
196       } else {
197         ++II;  // Increment the inst iterator if the inst wasn't deleted
198       }
199     }
200   }
201
202   // Check to ensure we have an exit node for this CFG.  If we don't, we won't
203   // have any post-dominance information, thus we cannot perform our
204   // transformations safely.
205   //
206   PostDominatorTree &DT = getAnalysis<PostDominatorTree>();
207   if (DT[&Func->getEntryBlock()] == 0) {
208     WorkList.clear();
209     return MadeChanges;
210   }
211
212   // Scan the function marking blocks without post-dominance information as
213   // live.  Blocks without post-dominance information occur when there is an
214   // infinite loop in the program.  Because the infinite loop could contain a
215   // function which unwinds, exits or has side-effects, we don't want to delete
216   // the infinite loop or those blocks leading up to it.
217   for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
218     if (DT[I] == 0)
219       for (pred_iterator PI = pred_begin(I), E = pred_end(I); PI != E; ++PI)
220         markInstructionLive((*PI)->getTerminator());
221
222
223
224   DEBUG(std::cerr << "Processing work list\n");
225
226   // AliveBlocks - Set of basic blocks that we know have instructions that are
227   // alive in them...
228   //
229   std::set<BasicBlock*> AliveBlocks;
230
231   // Process the work list of instructions that just became live... if they
232   // became live, then that means that all of their operands are necessary as
233   // well... make them live as well.
234   //
235   while (!WorkList.empty()) {
236     Instruction *I = WorkList.back(); // Get an instruction that became live...
237     WorkList.pop_back();
238
239     BasicBlock *BB = I->getParent();
240     if (!AliveBlocks.count(BB)) {     // Basic block not alive yet...
241       AliveBlocks.insert(BB);         // Block is now ALIVE!
242       markBlockAlive(BB);             // Make it so now!
243     }
244
245     // PHI nodes are a special case, because the incoming values are actually
246     // defined in the predecessor nodes of this block, meaning that the PHI
247     // makes the predecessors alive.
248     //
249     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
250       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE; ++PI)
251         if (!AliveBlocks.count(*PI)) {
252           AliveBlocks.insert(BB);         // Block is now ALIVE!
253           markBlockAlive(*PI);
254         }
255
256     // Loop over all of the operands of the live instruction, making sure that
257     // they are known to be alive as well...
258     //
259     for (unsigned op = 0, End = I->getNumOperands(); op != End; ++op)
260       if (Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(op)))
261         markInstructionLive(Operand);
262   }
263
264   DEBUG(
265     std::cerr << "Current Function: X = Live\n";
266     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I){
267       std::cerr << I->getName() << ":\t"
268                 << (AliveBlocks.count(I) ? "LIVE\n" : "DEAD\n");
269       for (BasicBlock::iterator BI = I->begin(), BE = I->end(); BI != BE; ++BI){
270         if (LiveSet.count(BI)) std::cerr << "X ";
271         std::cerr << *BI;
272       }
273     });
274
275   // Find the first postdominator of the entry node that is alive.  Make it the
276   // new entry node...
277   //
278   if (AliveBlocks.size() == Func->size()) {  // No dead blocks?
279     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I) {
280       // Loop over all of the instructions in the function, telling dead
281       // instructions to drop their references.  This is so that the next sweep
282       // over the program can safely delete dead instructions without other dead
283       // instructions still referring to them.
284       //
285       dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(I);
286
287       // Check to make sure the terminator instruction is live.  If it isn't,
288       // this means that the condition that it branches on (we know it is not an
289       // unconditional branch), is not needed to make the decision of where to
290       // go to, because all outgoing edges go to the same place.  We must remove
291       // the use of the condition (because it's probably dead), so we convert
292       // the terminator to a conditional branch.
293       //
294       TerminatorInst *TI = I->getTerminator();
295       if (!LiveSet.count(TI))
296         convertToUnconditionalBranch(TI);
297     }
298     
299   } else {                                   // If there are some blocks dead...
300     // If the entry node is dead, insert a new entry node to eliminate the entry
301     // node as a special case.
302     //
303     if (!AliveBlocks.count(&Func->front())) {
304       BasicBlock *NewEntry = new BasicBlock();
305       NewEntry->getInstList().push_back(new BranchInst(&Func->front()));
306       Func->getBasicBlockList().push_front(NewEntry);
307       AliveBlocks.insert(NewEntry);    // This block is always alive!
308       LiveSet.insert(NewEntry->getTerminator());  // The branch is live
309     }
310     
311     // Loop over all of the alive blocks in the function.  If any successor
312     // blocks are not alive, we adjust the outgoing branches to branch to the
313     // first live postdominator of the live block, adjusting any PHI nodes in
314     // the block to reflect this.
315     //
316     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
317       if (AliveBlocks.count(I)) {
318         BasicBlock *BB = I;
319         TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
320       
321         // If the terminator instruction is alive, but the block it is contained
322         // in IS alive, this means that this terminator is a conditional branch
323         // on a condition that doesn't matter.  Make it an unconditional branch
324         // to ONE of the successors.  This has the side effect of dropping a use
325         // of the conditional value, which may also be dead.
326         if (!LiveSet.count(TI))
327           TI = convertToUnconditionalBranch(TI);
328
329         // Loop over all of the successors, looking for ones that are not alive.
330         // We cannot save the number of successors in the terminator instruction
331         // here because we may remove them if we don't have a postdominator...
332         //
333         for (unsigned i = 0; i != TI->getNumSuccessors(); ++i)
334           if (!AliveBlocks.count(TI->getSuccessor(i))) {
335             // Scan up the postdominator tree, looking for the first
336             // postdominator that is alive, and the last postdominator that is
337             // dead...
338             //
339             PostDominatorTree::Node *LastNode = DT[TI->getSuccessor(i)];
340
341             // There is a special case here... if there IS no post-dominator for
342             // the block we have no owhere to point our branch to.  Instead,
343             // convert it to a return.  This can only happen if the code
344             // branched into an infinite loop.  Note that this may not be
345             // desirable, because we _are_ altering the behavior of the code.
346             // This is a well known drawback of ADCE, so in the future if we
347             // choose to revisit the decision, this is where it should be.
348             //
349             if (LastNode == 0) {        // No postdominator!
350               // Call RemoveSuccessor to transmogrify the terminator instruction
351               // to not contain the outgoing branch, or to create a new
352               // terminator if the form fundamentally changes (i.e.,
353               // unconditional branch to return).  Note that this will change a
354               // branch into an infinite loop into a return instruction!
355               //
356               RemoveSuccessor(TI, i);
357
358               // RemoveSuccessor may replace TI... make sure we have a fresh
359               // pointer... and e variable.
360               //
361               TI = BB->getTerminator();
362
363               // Rescan this successor...
364               --i;
365             } else {
366               PostDominatorTree::Node *NextNode = LastNode->getIDom();
367
368               while (!AliveBlocks.count(NextNode->getBlock())) {
369                 LastNode = NextNode;
370                 NextNode = NextNode->getIDom();
371               }
372             
373               // Get the basic blocks that we need...
374               BasicBlock *LastDead = LastNode->getBlock();
375               BasicBlock *NextAlive = NextNode->getBlock();
376
377               // Make the conditional branch now go to the next alive block...
378               TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
379               TI->setSuccessor(i, NextAlive);
380
381               // If there are PHI nodes in NextAlive, we need to add entries to
382               // the PHI nodes for the new incoming edge.  The incoming values
383               // should be identical to the incoming values for LastDead.
384               //
385               for (BasicBlock::iterator II = NextAlive->begin();
386                    PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(II); ++II)
387                 if (LiveSet.count(PN)) {  // Only modify live phi nodes
388                   // Get the incoming value for LastDead...
389                   int OldIdx = PN->getBasicBlockIndex(LastDead);
390                   assert(OldIdx != -1 &&"LastDead is not a pred of NextAlive!");
391                   Value *InVal = PN->getIncomingValue(OldIdx);
392                   
393                   // Add an incoming value for BB now...
394                   PN->addIncoming(InVal, BB);
395                 }
396             }
397           }
398
399         // Now loop over all of the instructions in the basic block, telling
400         // dead instructions to drop their references.  This is so that the next
401         // sweep over the program can safely delete dead instructions without
402         // other dead instructions still referring to them.
403         //
404         dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(BB);
405       }
406   }
407
408   // We make changes if there are any dead blocks in the function...
409   if (unsigned NumDeadBlocks = Func->size() - AliveBlocks.size()) {
410     MadeChanges = true;
411     NumBlockRemoved += NumDeadBlocks;
412   }
413
414   // Loop over all of the basic blocks in the function, removing control flow
415   // edges to live blocks (also eliminating any entries in PHI functions in
416   // referenced blocks).
417   //
418   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB)
419     if (!AliveBlocks.count(BB)) {
420       // Remove all outgoing edges from this basic block and convert the
421       // terminator into a return instruction.
422       std::vector<BasicBlock*> Succs(succ_begin(BB), succ_end(BB));
423       
424       if (!Succs.empty()) {
425         // Loop over all of the successors, removing this block from PHI node
426         // entries that might be in the block...
427         while (!Succs.empty()) {
428           Succs.back()->removePredecessor(BB);
429           Succs.pop_back();
430         }
431         
432         // Delete the old terminator instruction...
433         BB->getInstList().pop_back();
434         const Type *RetTy = Func->getReturnType();
435         BB->getInstList().push_back(new ReturnInst(RetTy != Type::VoidTy ?
436                                            Constant::getNullValue(RetTy) : 0));
437       }
438     }
439
440
441   // Loop over all of the basic blocks in the function, dropping references of
442   // the dead basic blocks.  We must do this after the previous step to avoid
443   // dropping references to PHIs which still have entries...
444   //
445   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB)
446     if (!AliveBlocks.count(BB))
447       BB->dropAllReferences();
448
449   // Now loop through all of the blocks and delete the dead ones.  We can safely
450   // do this now because we know that there are no references to dead blocks
451   // (because they have dropped all of their references...  we also remove dead
452   // instructions from alive blocks.
453   //
454   for (Function::iterator BI = Func->begin(); BI != Func->end(); )
455     if (!AliveBlocks.count(BI)) {                // Delete dead blocks...
456       BI = Func->getBasicBlockList().erase(BI);
457     } else {                                     // Scan alive blocks...
458       for (BasicBlock::iterator II = BI->begin(); II != --BI->end(); )
459         if (!LiveSet.count(II)) {             // Is this instruction alive?
460           // Nope... remove the instruction from it's basic block...
461           II = BI->getInstList().erase(II);
462           ++NumInstRemoved;
463           MadeChanges = true;
464         } else {
465           ++II;
466         }
467
468       ++BI;                                           // Increment iterator...
469     }
470
471   return MadeChanges;
472 }
473
474 } // End llvm namespace