* Add support for different "PassType's"
[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/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   inline void markInstructionLive(Instruction *I) {
75     if (LiveSet.count(I)) return;
76     DEBUG(cerr << "Insn Live: " << I);
77     LiveSet.insert(I);
78     WorkList.push_back(I);
79   }
80
81   inline void markTerminatorLive(const BasicBlock *BB) {
82     DEBUG(cerr << "Terminat Live: " << BB->getTerminator());
83     markInstructionLive((Instruction*)BB->getTerminator());
84   }
85 };
86
87   RegisterOpt<ADCE> X("adce", "Aggressive Dead Code Elimination");
88 } // End of anonymous namespace
89
90 Pass *createAggressiveDCEPass() { return new ADCE(); }
91
92 void ADCE::markBlockAlive(BasicBlock *BB) {
93   // Mark the basic block as being newly ALIVE... and mark all branches that
94   // this block is control dependant on as being alive also...
95   //
96   PostDominanceFrontier &CDG = getAnalysis<PostDominanceFrontier>();
97
98   PostDominanceFrontier::const_iterator It = CDG.find(BB);
99   if (It != CDG.end()) {
100     // Get the blocks that this node is control dependant on...
101     const PostDominanceFrontier::DomSetType &CDB = It->second;
102     for_each(CDB.begin(), CDB.end(),   // Mark all their terminators as live
103              bind_obj(this, &ADCE::markTerminatorLive));
104   }
105   
106   // If this basic block is live, then the terminator must be as well!
107   markTerminatorLive(BB);
108 }
109
110
111 // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
112 // true if the function was modified.
113 //
114 bool ADCE::doADCE() {
115   bool MadeChanges = false;
116
117   // Iterate over all of the instructions in the function, eliminating trivially
118   // dead instructions, and marking instructions live that are known to be 
119   // needed.  Perform the walk in depth first order so that we avoid marking any
120   // instructions live in basic blocks that are unreachable.  These blocks will
121   // be eliminated later, along with the instructions inside.
122   //
123   for (df_iterator<Function*> BBI = df_begin(Func), BBE = df_end(Func);
124        BBI != BBE; ++BBI) {
125     BasicBlock *BB = *BBI;
126     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), EI = BB->end(); II != EI; ) {
127       if (II->hasSideEffects() || II->getOpcode() == Instruction::Ret) {
128         markInstructionLive(II);
129         ++II;  // Increment the inst iterator if the inst wasn't deleted
130       } else if (isInstructionTriviallyDead(II)) {
131         // Remove the instruction from it's basic block...
132         II = BB->getInstList().erase(II);
133         ++NumInstRemoved;
134         MadeChanges = true;
135       } else {
136         ++II;  // Increment the inst iterator if the inst wasn't deleted
137       }
138     }
139   }
140
141   DEBUG(cerr << "Processing work list\n");
142
143   // AliveBlocks - Set of basic blocks that we know have instructions that are
144   // alive in them...
145   //
146   std::set<BasicBlock*> AliveBlocks;
147
148   // Process the work list of instructions that just became live... if they
149   // became live, then that means that all of their operands are neccesary as
150   // well... make them live as well.
151   //
152   while (!WorkList.empty()) {
153     Instruction *I = WorkList.back(); // Get an instruction that became live...
154     WorkList.pop_back();
155
156     BasicBlock *BB = I->getParent();
157     if (!AliveBlocks.count(BB)) {     // Basic block not alive yet...
158       AliveBlocks.insert(BB);         // Block is now ALIVE!
159       markBlockAlive(BB);             // Make it so now!
160     }
161
162     // PHI nodes are a special case, because the incoming values are actually
163     // defined in the predecessor nodes of this block, meaning that the PHI
164     // makes the predecessors alive.
165     //
166     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
167       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE; ++PI)
168         if (!AliveBlocks.count(*PI)) {
169           AliveBlocks.insert(BB);         // Block is now ALIVE!
170           markBlockAlive(*PI);
171         }
172
173     // Loop over all of the operands of the live instruction, making sure that
174     // they are known to be alive as well...
175     //
176     for (unsigned op = 0, End = I->getNumOperands(); op != End; ++op)
177       if (Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(op)))
178         markInstructionLive(Operand);
179   }
180
181   if (DebugFlag) {
182     cerr << "Current Function: X = Live\n";
183     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
184       for (BasicBlock::iterator BI = I->begin(), BE = I->end(); BI != BE; ++BI){
185         if (LiveSet.count(BI)) cerr << "X ";
186         cerr << *BI;
187       }
188   }
189
190   // Find the first postdominator of the entry node that is alive.  Make it the
191   // new entry node...
192   //
193   PostDominatorTree &DT = getAnalysis<PostDominatorTree>();
194
195   // If there are some blocks dead...
196   if (AliveBlocks.size() != Func->size()) {
197     // Insert a new entry node to eliminate the entry node as a special case.
198     BasicBlock *NewEntry = new BasicBlock();
199     NewEntry->getInstList().push_back(new BranchInst(&Func->front()));
200     Func->getBasicBlockList().push_front(NewEntry);
201     AliveBlocks.insert(NewEntry);    // This block is always alive!
202     
203     // Loop over all of the alive blocks in the function.  If any successor
204     // blocks are not alive, we adjust the outgoing branches to branch to the
205     // first live postdominator of the live block, adjusting any PHI nodes in
206     // the block to reflect this.
207     //
208     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
209       if (AliveBlocks.count(I)) {
210         BasicBlock *BB = I;
211         TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
212       
213         // Loop over all of the successors, looking for ones that are not alive
214         for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
215           if (!AliveBlocks.count(TI->getSuccessor(i))) {
216             // Scan up the postdominator tree, looking for the first
217             // postdominator that is alive, and the last postdominator that is
218             // dead...
219             //
220             PostDominatorTree::Node *LastNode = DT[TI->getSuccessor(i)];
221             PostDominatorTree::Node *NextNode = LastNode->getIDom();
222             while (!AliveBlocks.count(NextNode->getNode())) {
223               LastNode = NextNode;
224               NextNode = NextNode->getIDom();
225             }
226             
227             // Get the basic blocks that we need...
228             BasicBlock *LastDead = LastNode->getNode();
229             BasicBlock *NextAlive = NextNode->getNode();
230             
231             // Make the conditional branch now go to the next alive block...
232             TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
233             TI->setSuccessor(i, NextAlive);
234             
235             // If there are PHI nodes in NextAlive, we need to add entries to
236             // the PHI nodes for the new incoming edge.  The incoming values
237             // should be identical to the incoming values for LastDead.
238             //
239             for (BasicBlock::iterator II = NextAlive->begin();
240                  PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&*II); ++II) {
241               // Get the incoming value for LastDead...
242               int OldIdx = PN->getBasicBlockIndex(LastDead);
243               assert(OldIdx != -1 && "LastDead is not a pred of NextAlive!");
244               Value *InVal = PN->getIncomingValue(OldIdx);
245               
246               // Add an incoming value for BB now...
247               PN->addIncoming(InVal, BB);
248             }
249           }
250
251         // Now loop over all of the instructions in the basic block, telling
252         // dead instructions to drop their references.  This is so that the next
253         // sweep over the program can safely delete dead instructions without
254         // other dead instructions still refering to them.
255         //
256         for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = --BB->end(); I != E; ++I)
257           if (!LiveSet.count(I))                // Is this instruction alive?
258             I->dropAllReferences();             // Nope, drop references... 
259       }
260   }
261
262   // Loop over all of the basic blocks in the function, dropping references of
263   // the dead basic blocks
264   //
265   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB) {
266     if (!AliveBlocks.count(BB)) {
267       // Remove all outgoing edges from this basic block and convert the
268       // terminator into a return instruction.
269       vector<BasicBlock*> Succs(succ_begin(BB), succ_end(BB));
270       
271       if (!Succs.empty()) {
272         // Loop over all of the successors, removing this block from PHI node
273         // entries that might be in the block...
274         while (!Succs.empty()) {
275           Succs.back()->removePredecessor(BB);
276           Succs.pop_back();
277         }
278         
279         // Delete the old terminator instruction...
280         BB->getInstList().pop_back();
281         const Type *RetTy = Func->getReturnType();
282         Instruction *New = new ReturnInst(RetTy != Type::VoidTy ?
283                                           Constant::getNullValue(RetTy) : 0);
284         BB->getInstList().push_back(New);
285       }
286
287       BB->dropAllReferences();
288       ++NumBlockRemoved;
289       MadeChanges = true;
290     }
291   }
292
293   // Now loop through all of the blocks and delete the dead ones.  We can safely
294   // do this now because we know that there are no references to dead blocks
295   // (because they have dropped all of their references...  we also remove dead
296   // instructions from alive blocks.
297   //
298   for (Function::iterator BI = Func->begin(); BI != Func->end(); )
299     if (!AliveBlocks.count(BI))
300       BI = Func->getBasicBlockList().erase(BI);
301     else {
302       for (BasicBlock::iterator II = BI->begin(); II != --BI->end(); )
303         if (!LiveSet.count(II)) {             // Is this instruction alive?
304           // Nope... remove the instruction from it's basic block...
305           II = BI->getInstList().erase(II);
306           ++NumInstRemoved;
307           MadeChanges = true;
308         } else {
309           ++II;
310         }
311
312       ++BI;                                           // Increment iterator...
313     }
314
315   return MadeChanges;
316 }