Fix some bugs, straighten stuff out, more work needs to be done.
[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/Type.h"
12 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
13 #include "llvm/Analysis/Writer.h"
14 #include "llvm/iTerminators.h"
15 #include "llvm/iPHINode.h"
16 #include "llvm/Support/CFG.h"
17 #include "Support/STLExtras.h"
18 #include "Support/DepthFirstIterator.h"
19 #include <algorithm>
20 #include <iostream>
21 using std::cerr;
22
23 #define DEBUG_ADCE 1
24
25 namespace {
26
27 //===----------------------------------------------------------------------===//
28 // ADCE Class
29 //
30 // This class does all of the work of Aggressive Dead Code Elimination.
31 // It's public interface consists of a constructor and a doADCE() method.
32 //
33 class ADCE : public FunctionPass {
34   Function *Func;                       // The function that we are working on
35   std::vector<Instruction*> WorkList;   // Instructions that just became live
36   std::set<Instruction*>    LiveSet;    // The set of live instructions
37   bool MadeChanges;
38
39   //===--------------------------------------------------------------------===//
40   // The public interface for this class
41   //
42 public:
43   const char *getPassName() const { return "Aggressive Dead Code Elimination"; }
44   
45   // doADCE - Execute the Aggressive Dead Code Elimination Algorithm
46   //
47   virtual bool runOnFunction(Function *F) {
48     Func = F; MadeChanges = false;
49     doADCE(getAnalysis<DominanceFrontier>(DominanceFrontier::PostDomID));
50     assert(WorkList.empty());
51     LiveSet.clear();
52     return MadeChanges;
53   }
54   // getAnalysisUsage - We require post dominance frontiers (aka Control
55   // Dependence Graph)
56   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
57     AU.addRequired(DominanceFrontier::PostDomID);
58   }
59
60
61   //===--------------------------------------------------------------------===//
62   // The implementation of this class
63   //
64 private:
65   // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
66   // true if the function was modified.
67   //
68   void doADCE(DominanceFrontier &CDG);
69
70   inline void markInstructionLive(Instruction *I) {
71     if (LiveSet.count(I)) return;
72 #ifdef DEBUG_ADCE
73     cerr << "Insn Live: " << I;
74 #endif
75     LiveSet.insert(I);
76     WorkList.push_back(I);
77   }
78
79   inline void markTerminatorLive(const BasicBlock *BB) {
80 #ifdef DEBUG_ADCE
81     cerr << "Terminat Live: " << BB->getTerminator();
82 #endif
83     markInstructionLive((Instruction*)BB->getTerminator());
84   }
85
86   // fixupCFG - Walk the CFG in depth first order, eliminating references to 
87   // dead blocks.
88   //
89   BasicBlock *fixupCFG(BasicBlock *Head, std::set<BasicBlock*> &VisitedBlocks,
90                        const std::set<BasicBlock*> &AliveBlocks);
91 };
92
93 } // End of anonymous namespace
94
95 Pass *createAggressiveDCEPass() {
96   return new ADCE();
97 }
98
99
100 // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
101 // true if the function was modified.
102 //
103 void ADCE::doADCE(DominanceFrontier &CDG) {
104 #ifdef DEBUG_ADCE
105   cerr << "Function: " << Func;
106 #endif
107
108   // Iterate over all of the instructions in the function, eliminating trivially
109   // dead instructions, and marking instructions live that are known to be 
110   // needed.  Perform the walk in depth first order so that we avoid marking any
111   // instructions live in basic blocks that are unreachable.  These blocks will
112   // be eliminated later, along with the instructions inside.
113   //
114   for (df_iterator<Function*> BBI = df_begin(Func), BBE = df_end(Func);
115        BBI != BBE; ++BBI) {
116     BasicBlock *BB = *BBI;
117     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), EI = BB->end(); II != EI; ) {
118       Instruction *I = *II;
119
120       if (I->hasSideEffects() || I->getOpcode() == Instruction::Ret) {
121         markInstructionLive(I);
122         ++II;  // Increment the inst iterator if the inst wasn't deleted
123       } else if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
124         // Remove the instruction from it's basic block...
125         delete BB->getInstList().remove(II);
126         MadeChanges = true;
127       } else {
128         ++II;  // Increment the inst iterator if the inst wasn't deleted
129       }
130     }
131   }
132
133 #ifdef DEBUG_ADCE
134   cerr << "Processing work list\n";
135 #endif
136
137   // AliveBlocks - Set of basic blocks that we know have instructions that are
138   // alive in them...
139   //
140   std::set<BasicBlock*> AliveBlocks;
141
142   // Process the work list of instructions that just became live... if they
143   // became live, then that means that all of their operands are neccesary as
144   // well... make them live as well.
145   //
146   while (!WorkList.empty()) {
147     Instruction *I = WorkList.back(); // Get an instruction that became live...
148     WorkList.pop_back();
149
150     BasicBlock *BB = I->getParent();
151     if (AliveBlocks.count(BB) == 0) {   // Basic block not alive yet...
152       // Mark the basic block as being newly ALIVE... and mark all branches that
153       // this block is control dependant on as being alive also...
154       //
155       AliveBlocks.insert(BB);   // Block is now ALIVE!
156       DominanceFrontier::const_iterator It = CDG.find(BB);
157       if (It != CDG.end()) {
158         // Get the blocks that this node is control dependant on...
159         const DominanceFrontier::DomSetType &CDB = It->second;
160         for_each(CDB.begin(), CDB.end(),   // Mark all their terminators as live
161                  bind_obj(this, &ADCE::markTerminatorLive));
162       }
163
164       // If this basic block is live, then the terminator must be as well!
165       markTerminatorLive(BB);
166     }
167
168     // Loop over all of the operands of the live instruction, making sure that
169     // they are known to be alive as well...
170     //
171     for (unsigned op = 0, End = I->getNumOperands(); op != End; ++op)
172       if (Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(op)))
173         markInstructionLive(Operand);
174   }
175
176 #ifdef DEBUG_ADCE
177   cerr << "Current Function: X = Live\n";
178   for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
179     for (BasicBlock::iterator BI = (*I)->begin(), BE = (*I)->end();
180          BI != BE; ++BI) {
181       if (LiveSet.count(*BI)) cerr << "X ";
182       cerr << *BI;
183     }
184 #endif
185
186   // After the worklist is processed, recursively walk the CFG in depth first
187   // order, patching up references to dead blocks...
188   //
189   std::set<BasicBlock*> VisitedBlocks;
190   BasicBlock *EntryBlock = fixupCFG(Func->front(), VisitedBlocks, AliveBlocks);
191
192   // Now go through and tell dead blocks to drop all of their references so they
193   // can be safely deleted.  Also, as we are doing so, if the block has
194   // successors that are still live (and that have PHI nodes in them), remove
195   // the entry for this block from the phi nodes.
196   //
197   for (Function::iterator BI = Func->begin(), BE = Func->end(); BI != BE; ++BI){
198     BasicBlock *BB = *BI;
199     if (!AliveBlocks.count(BB)) {
200       // Remove entries from successors PHI nodes if they are still alive...
201       for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), SE = succ_end(BB); SI != SE; ++SI)
202         if (AliveBlocks.count(*SI)) {  // Only if the successor is alive...
203           BasicBlock *Succ = *SI;
204           for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();// Loop over all PHI nodes
205                PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(*I); ++I)
206             PN->removeIncomingValue(BB);         // Remove value for this block
207         }
208
209       BB->dropAllReferences();
210     }
211   }
212
213   cerr << "Before Deleting Blocks: " << Func;
214
215   // Now loop through all of the blocks and delete them.  We can safely do this
216   // now because we know that there are no references to dead blocks (because
217   // they have dropped all of their references...
218   //
219   for (Function::iterator BI = Func->begin(); BI != Func->end();) {
220     if (!AliveBlocks.count(*BI)) {
221       delete Func->getBasicBlocks().remove(BI);
222       MadeChanges = true;
223       continue;                                     // Don't increment iterator
224     }
225     ++BI;                                           // Increment iterator...
226   }
227
228   if (EntryBlock && EntryBlock != Func->front()) {
229     // We need to move the new entry block to be the first bb of the function
230     Function::iterator EBI = find(Func->begin(), Func->end(), EntryBlock);
231     std::swap(*EBI, *Func->begin()); // Exchange old location with start of fn
232   }
233
234   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(EntryBlock->front())) {
235     assert(PN->getNumIncomingValues() == 1 &&
236            "Can only have a single incoming value at this point...");
237     // The incoming value must be outside of the scope of the function, a
238     // global variable, constant or parameter maybe...
239     //
240     PN->replaceAllUsesWith(PN->getIncomingValue(0));
241     
242     // Nuke the phi node...
243     delete EntryBlock->getInstList().remove(EntryBlock->begin());
244   }
245 }
246
247
248 // fixupCFG - Walk the CFG in depth first order, eliminating references to 
249 // dead blocks:
250 //  If the BB is alive (in AliveBlocks):
251 //   1. Eliminate all dead instructions in the BB
252 //   2. Recursively traverse all of the successors of the BB:
253 //      - If the returned successor is non-null, update our terminator to
254 //         reference the returned BB
255 //   3. Return 0 (no update needed)
256 //
257 //  If the BB is dead (not in AliveBlocks):
258 //   1. Add the BB to the dead set
259 //   2. Recursively traverse all of the successors of the block:
260 //      - Only one shall return a nonnull value (or else this block should have
261 //        been in the alive set).
262 //   3. Return the nonnull child, or 0 if no non-null children.
263 //
264 BasicBlock *ADCE::fixupCFG(BasicBlock *BB, std::set<BasicBlock*> &VisitedBlocks,
265                            const std::set<BasicBlock*> &AliveBlocks) {
266   if (VisitedBlocks.count(BB)) return 0;   // Revisiting a node? No update.
267   VisitedBlocks.insert(BB);                // We have now visited this node!
268
269 #ifdef DEBUG_ADCE
270   cerr << "Fixing up BB: " << BB;
271 #endif
272
273   if (AliveBlocks.count(BB)) {             // Is the block alive?
274     // Yes it's alive: loop through and eliminate all dead instructions in block
275     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); II != BB->end()-1; )
276       if (!LiveSet.count(*II)) {             // Is this instruction alive?
277         // Nope... remove the instruction from it's basic block...
278         delete BB->getInstList().remove(II);
279         MadeChanges = true;
280       } else {
281         ++II;
282       }
283
284     // Recursively traverse successors of this basic block.  
285     for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), SE = succ_end(BB); SI != SE; ++SI) {
286       BasicBlock *Succ = *SI;
287       BasicBlock *Repl = fixupCFG(Succ, VisitedBlocks, AliveBlocks);
288       if (Repl && Repl != Succ) {          // We have to replace the successor
289         Succ->replaceAllUsesWith(Repl);
290         MadeChanges = true;
291       }
292     }
293     return BB;
294   } else {                                 // Otherwise the block is dead...
295     BasicBlock *ReturnBB = 0;              // Default to nothing live down here
296     
297     // Recursively traverse successors of this basic block.  
298     for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), SE = succ_end(BB); SI != SE; ++SI) {
299       BasicBlock *RetBB = fixupCFG(*SI, VisitedBlocks, AliveBlocks);
300       if (RetBB) {
301         assert(ReturnBB == 0 && "At most one live child allowed!");
302         ReturnBB = RetBB;
303       }
304     }
305     return ReturnBB;                       // Return the result of traversal
306   }
307 }
308