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