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