* Fix bug: test/Regression/Transforms/ADCE/2002-07-17-AssertionFailure.ll
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / ADCE.cpp
1 //===- ADCE.cpp - Code to perform aggressive dead code elimination --------===//
2 //
3 // This file implements "aggressive" dead code elimination.  ADCE is DCe where
4 // values are assumed to be dead until proven otherwise.  This is similar to 
5 // SCCP, except applied to the liveness of values.
6 //
7 //===----------------------------------------------------------------------===//
8
9 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
10 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
11 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
12 #include "llvm/Type.h"
13 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
14 #include "llvm/iTerminators.h"
15 #include "llvm/iPHINode.h"
16 #include "llvm/Constant.h"
17 #include "llvm/Support/CFG.h"
18 #include "Support/STLExtras.h"
19 #include "Support/DepthFirstIterator.h"
20 #include "Support/StatisticReporter.h"
21 #include <algorithm>
22 #include <iostream>
23 using std::cerr;
24 using std::vector;
25
26 static Statistic<> NumBlockRemoved("adce\t\t- Number of basic blocks removed");
27 static Statistic<> NumInstRemoved ("adce\t\t- Number of instructions removed");
28
29 namespace {
30
31 //===----------------------------------------------------------------------===//
32 // ADCE Class
33 //
34 // This class does all of the work of Aggressive Dead Code Elimination.
35 // It's public interface consists of a constructor and a doADCE() method.
36 //
37 class ADCE : public FunctionPass {
38   Function *Func;                       // The function that we are working on
39   std::vector<Instruction*> WorkList;   // Instructions that just became live
40   std::set<Instruction*>    LiveSet;    // The set of live instructions
41
42   //===--------------------------------------------------------------------===//
43   // The public interface for this class
44   //
45 public:
46   // Execute the Aggressive Dead Code Elimination Algorithm
47   //
48   virtual bool runOnFunction(Function &F) {
49     Func = &F;
50     bool Changed = doADCE();
51     assert(WorkList.empty());
52     LiveSet.clear();
53     return Changed;
54   }
55   // getAnalysisUsage - We require post dominance frontiers (aka Control
56   // Dependence Graph)
57   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
58     AU.addRequired(PostDominatorTree::ID);
59     AU.addRequired(PostDominanceFrontier::ID);
60   }
61
62
63   //===--------------------------------------------------------------------===//
64   // The implementation of this class
65   //
66 private:
67   // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
68   // true if the function was modified.
69   //
70   bool doADCE();
71
72   void markBlockAlive(BasicBlock *BB);
73
74
75   // dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the
76   // instructions in the specified basic block, dropping references on
77   // instructions that are dead according to LiveSet.
78   bool dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB);
79
80   inline void markInstructionLive(Instruction *I) {
81     if (LiveSet.count(I)) return;
82     DEBUG(cerr << "Insn Live: " << I);
83     LiveSet.insert(I);
84     WorkList.push_back(I);
85   }
86
87   inline void markTerminatorLive(const BasicBlock *BB) {
88     DEBUG(cerr << "Terminat Live: " << BB->getTerminator());
89     markInstructionLive((Instruction*)BB->getTerminator());
90   }
91 };
92
93   RegisterOpt<ADCE> X("adce", "Aggressive Dead Code Elimination");
94 } // End of anonymous namespace
95
96 Pass *createAggressiveDCEPass() { return new ADCE(); }
97
98 void ADCE::markBlockAlive(BasicBlock *BB) {
99   // Mark the basic block as being newly ALIVE... and mark all branches that
100   // this block is control dependant on as being alive also...
101   //
102   PostDominanceFrontier &CDG = getAnalysis<PostDominanceFrontier>();
103
104   PostDominanceFrontier::const_iterator It = CDG.find(BB);
105   if (It != CDG.end()) {
106     // Get the blocks that this node is control dependant on...
107     const PostDominanceFrontier::DomSetType &CDB = It->second;
108     for_each(CDB.begin(), CDB.end(),   // Mark all their terminators as live
109              bind_obj(this, &ADCE::markTerminatorLive));
110   }
111   
112   // If this basic block is live, then the terminator must be as well!
113   markTerminatorLive(BB);
114 }
115
116 // dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the
117 // instructions in the specified basic block, dropping references on
118 // instructions that are dead according to LiveSet.
119 bool ADCE::dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB) {
120   bool Changed = false;
121   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = --BB->end(); I != E; )
122     if (!LiveSet.count(I)) {              // Is this instruction alive?
123       I->dropAllReferences();             // Nope, drop references... 
124       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&*I)) {
125         // We don't want to leave PHI nodes in the program that have
126         // #arguments != #predecessors, so we remove them now.
127         //
128         PN->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(PN->getType()));
129         
130         // Delete the instruction...
131         I = BB->getInstList().erase(I);
132         Changed = true;
133       } else {
134         ++I;
135       }
136     } else {
137       ++I;
138     }
139   return Changed;
140 }
141
142
143 // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
144 // true if the function was modified.
145 //
146 bool ADCE::doADCE() {
147   bool MadeChanges = false;
148
149   // Iterate over all of the instructions in the function, eliminating trivially
150   // dead instructions, and marking instructions live that are known to be 
151   // needed.  Perform the walk in depth first order so that we avoid marking any
152   // instructions live in basic blocks that are unreachable.  These blocks will
153   // be eliminated later, along with the instructions inside.
154   //
155   for (df_iterator<Function*> BBI = df_begin(Func), BBE = df_end(Func);
156        BBI != BBE; ++BBI) {
157     BasicBlock *BB = *BBI;
158     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), EI = BB->end(); II != EI; ) {
159       if (II->hasSideEffects() || II->getOpcode() == Instruction::Ret) {
160         markInstructionLive(II);
161         ++II;  // Increment the inst iterator if the inst wasn't deleted
162       } else if (isInstructionTriviallyDead(II)) {
163         // Remove the instruction from it's basic block...
164         II = BB->getInstList().erase(II);
165         ++NumInstRemoved;
166         MadeChanges = true;
167       } else {
168         ++II;  // Increment the inst iterator if the inst wasn't deleted
169       }
170     }
171   }
172
173   DEBUG(cerr << "Processing work list\n");
174
175   // AliveBlocks - Set of basic blocks that we know have instructions that are
176   // alive in them...
177   //
178   std::set<BasicBlock*> AliveBlocks;
179
180   // Process the work list of instructions that just became live... if they
181   // became live, then that means that all of their operands are neccesary as
182   // well... make them live as well.
183   //
184   while (!WorkList.empty()) {
185     Instruction *I = WorkList.back(); // Get an instruction that became live...
186     WorkList.pop_back();
187
188     BasicBlock *BB = I->getParent();
189     if (!AliveBlocks.count(BB)) {     // Basic block not alive yet...
190       AliveBlocks.insert(BB);         // Block is now ALIVE!
191       markBlockAlive(BB);             // Make it so now!
192     }
193
194     // PHI nodes are a special case, because the incoming values are actually
195     // defined in the predecessor nodes of this block, meaning that the PHI
196     // makes the predecessors alive.
197     //
198     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
199       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE; ++PI)
200         if (!AliveBlocks.count(*PI)) {
201           AliveBlocks.insert(BB);         // Block is now ALIVE!
202           markBlockAlive(*PI);
203         }
204
205     // Loop over all of the operands of the live instruction, making sure that
206     // they are known to be alive as well...
207     //
208     for (unsigned op = 0, End = I->getNumOperands(); op != End; ++op)
209       if (Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(op)))
210         markInstructionLive(Operand);
211   }
212
213   if (DebugFlag) {
214     cerr << "Current Function: X = Live\n";
215     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
216       for (BasicBlock::iterator BI = I->begin(), BE = I->end(); BI != BE; ++BI){
217         if (LiveSet.count(BI)) cerr << "X ";
218         cerr << *BI;
219       }
220   }
221
222   // Find the first postdominator of the entry node that is alive.  Make it the
223   // new entry node...
224   //
225   PostDominatorTree &DT = getAnalysis<PostDominatorTree>();
226
227
228   if (AliveBlocks.size() == Func->size()) {  // No dead blocks?
229     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
230       // Loop over all of the instructions in the function, telling dead
231       // instructions to drop their references.  This is so that the next sweep
232       // over the program can safely delete dead instructions without other dead
233       // instructions still refering to them.
234       //
235       dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(I);
236     
237   } else {                                   // If there are some blocks dead...
238     // Insert a new entry node to eliminate the entry node as a special case.
239     BasicBlock *NewEntry = new BasicBlock();
240     NewEntry->getInstList().push_back(new BranchInst(&Func->front()));
241     Func->getBasicBlockList().push_front(NewEntry);
242     AliveBlocks.insert(NewEntry);    // This block is always alive!
243     
244     // Loop over all of the alive blocks in the function.  If any successor
245     // blocks are not alive, we adjust the outgoing branches to branch to the
246     // first live postdominator of the live block, adjusting any PHI nodes in
247     // the block to reflect this.
248     //
249     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
250       if (AliveBlocks.count(I)) {
251         BasicBlock *BB = I;
252         TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
253       
254         // Loop over all of the successors, looking for ones that are not alive.
255         // We cannot save the number of successors in the terminator instruction
256         // here because we may remove them if we don't have a postdominator...
257         //
258         for (unsigned i = 0; i != TI->getNumSuccessors(); ++i)
259           if (!AliveBlocks.count(TI->getSuccessor(i))) {
260             // Scan up the postdominator tree, looking for the first
261             // postdominator that is alive, and the last postdominator that is
262             // dead...
263             //
264             PostDominatorTree::Node *LastNode = DT[TI->getSuccessor(i)];
265
266             // There is a special case here... if there IS no post-dominator for
267             // the block we have no owhere to point our branch to.  Instead,
268             // convert it to a return.  This can only happen if the code
269             // branched into an infinite loop.  Note that this may not be
270             // desirable, because we _are_ altering the behavior of the code.
271             // This is a well known drawback of ADCE, so in the future if we
272             // choose to revisit the decision, this is where it should be.
273             //
274             if (LastNode == 0) {        // No postdominator!
275               // Call RemoveSuccessor to transmogrify the terminator instruction
276               // to not contain the outgoing branch, or to create a new
277               // terminator if the form fundementally changes (ie unconditional
278               // branch to return).  Note that this will change a branch into an
279               // infinite loop into a return instruction!
280               //
281               RemoveSuccessor(TI, i);
282
283               // RemoveSuccessor may replace TI... make sure we have a fresh
284               // pointer... and e variable.
285               //
286               TI = BB->getTerminator();
287
288               // Rescan this successor...
289               --i;
290             } else {
291               PostDominatorTree::Node *NextNode = LastNode->getIDom();
292
293               while (!AliveBlocks.count(NextNode->getNode())) {
294                 LastNode = NextNode;
295                 NextNode = NextNode->getIDom();
296               }
297             
298               // Get the basic blocks that we need...
299               BasicBlock *LastDead = LastNode->getNode();
300               BasicBlock *NextAlive = NextNode->getNode();
301
302               // Make the conditional branch now go to the next alive block...
303               TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
304               TI->setSuccessor(i, NextAlive);
305
306               // If there are PHI nodes in NextAlive, we need to add entries to
307               // the PHI nodes for the new incoming edge.  The incoming values
308               // should be identical to the incoming values for LastDead.
309               //
310               for (BasicBlock::iterator II = NextAlive->begin();
311                    PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&*II); ++II) {
312                 // Get the incoming value for LastDead...
313                 int OldIdx = PN->getBasicBlockIndex(LastDead);
314                 assert(OldIdx != -1 && "LastDead is not a pred of NextAlive!");
315                 Value *InVal = PN->getIncomingValue(OldIdx);
316                 
317                 // Add an incoming value for BB now...
318                 PN->addIncoming(InVal, BB);
319               }
320             }
321           }
322
323         // Now loop over all of the instructions in the basic block, telling
324         // dead instructions to drop their references.  This is so that the next
325         // sweep over the program can safely delete dead instructions without
326         // other dead instructions still refering to them.
327         //
328         dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(BB);
329       }
330   }
331
332   // Loop over all of the basic blocks in the function, dropping references of
333   // the dead basic blocks
334   //
335   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB) {
336     if (!AliveBlocks.count(BB)) {
337       // Remove all outgoing edges from this basic block and convert the
338       // terminator into a return instruction.
339       vector<BasicBlock*> Succs(succ_begin(BB), succ_end(BB));
340       
341       if (!Succs.empty()) {
342         // Loop over all of the successors, removing this block from PHI node
343         // entries that might be in the block...
344         while (!Succs.empty()) {
345           Succs.back()->removePredecessor(BB);
346           Succs.pop_back();
347         }
348         
349         // Delete the old terminator instruction...
350         BB->getInstList().pop_back();
351         const Type *RetTy = Func->getReturnType();
352         Instruction *New = new ReturnInst(RetTy != Type::VoidTy ?
353                                           Constant::getNullValue(RetTy) : 0);
354         BB->getInstList().push_back(New);
355       }
356
357       BB->dropAllReferences();
358       ++NumBlockRemoved;
359       MadeChanges = true;
360     }
361   }
362
363   // Now loop through all of the blocks and delete the dead ones.  We can safely
364   // do this now because we know that there are no references to dead blocks
365   // (because they have dropped all of their references...  we also remove dead
366   // instructions from alive blocks.
367   //
368   for (Function::iterator BI = Func->begin(); BI != Func->end(); )
369     if (!AliveBlocks.count(BI)) {                // Delete dead blocks...
370       BI = Func->getBasicBlockList().erase(BI);
371     } else {                                     // Scan alive blocks...
372       for (BasicBlock::iterator II = BI->begin(); II != --BI->end(); )
373         if (!LiveSet.count(II)) {             // Is this instruction alive?
374           // Nope... remove the instruction from it's basic block...
375           II = BI->getInstList().erase(II);
376           ++NumInstRemoved;
377           MadeChanges = true;
378         } else {
379           ++II;
380         }
381
382       ++BI;                                           // Increment iterator...
383     }
384
385   return MadeChanges;
386 }