Remove using declarations
[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/PostDominators.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/Statistic.h"
21 #include <algorithm>
22
23 namespace {
24   Statistic<> NumBlockRemoved("adce", "Number of basic blocks removed");
25   Statistic<> NumInstRemoved ("adce", "Number of instructions removed");
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
38   //===--------------------------------------------------------------------===//
39   // The public interface for this class
40   //
41 public:
42   // Execute the Aggressive Dead Code Elimination Algorithm
43   //
44   virtual bool runOnFunction(Function &F) {
45     Func = &F;
46     bool Changed = doADCE();
47     assert(WorkList.empty());
48     LiveSet.clear();
49     return Changed;
50   }
51   // getAnalysisUsage - We require post dominance frontiers (aka Control
52   // Dependence Graph)
53   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
54     AU.addRequired<PostDominatorTree>();
55     AU.addRequired<PostDominanceFrontier>();
56   }
57
58
59   //===--------------------------------------------------------------------===//
60   // The implementation of this class
61   //
62 private:
63   // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
64   // true if the function was modified.
65   //
66   bool doADCE();
67
68   void markBlockAlive(BasicBlock *BB);
69
70
71   // dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the
72   // instructions in the specified basic block, dropping references on
73   // instructions that are dead according to LiveSet.
74   bool dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB);
75
76   inline void markInstructionLive(Instruction *I) {
77     if (LiveSet.count(I)) return;
78     DEBUG(std::cerr << "Insn Live: " << I);
79     LiveSet.insert(I);
80     WorkList.push_back(I);
81   }
82
83   inline void markTerminatorLive(const BasicBlock *BB) {
84     DEBUG(std::cerr << "Terminat Live: " << BB->getTerminator());
85     markInstructionLive((Instruction*)BB->getTerminator());
86   }
87 };
88
89   RegisterOpt<ADCE> X("adce", "Aggressive Dead Code Elimination");
90 } // End of anonymous namespace
91
92 Pass *createAggressiveDCEPass() { return new ADCE(); }
93
94 void ADCE::markBlockAlive(BasicBlock *BB) {
95   // Mark the basic block as being newly ALIVE... and mark all branches that
96   // this block is control dependant on as being alive also...
97   //
98   PostDominanceFrontier &CDG = getAnalysis<PostDominanceFrontier>();
99
100   PostDominanceFrontier::const_iterator It = CDG.find(BB);
101   if (It != CDG.end()) {
102     // Get the blocks that this node is control dependant on...
103     const PostDominanceFrontier::DomSetType &CDB = It->second;
104     for_each(CDB.begin(), CDB.end(),   // Mark all their terminators as live
105              bind_obj(this, &ADCE::markTerminatorLive));
106   }
107   
108   // If this basic block is live, then the terminator must be as well!
109   markTerminatorLive(BB);
110 }
111
112 // dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the
113 // instructions in the specified basic block, dropping references on
114 // instructions that are dead according to LiveSet.
115 bool ADCE::dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB) {
116   bool Changed = false;
117   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = --BB->end(); I != E; )
118     if (!LiveSet.count(I)) {              // Is this instruction alive?
119       I->dropAllReferences();             // Nope, drop references... 
120       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
121         // We don't want to leave PHI nodes in the program that have
122         // #arguments != #predecessors, so we remove them now.
123         //
124         PN->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(PN->getType()));
125         
126         // Delete the instruction...
127         I = BB->getInstList().erase(I);
128         Changed = true;
129       } else {
130         ++I;
131       }
132     } else {
133       ++I;
134     }
135   return Changed;
136 }
137
138
139 // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
140 // true if the function was modified.
141 //
142 bool ADCE::doADCE() {
143   bool MadeChanges = false;
144
145   // Iterate over all of the instructions in the function, eliminating trivially
146   // dead instructions, and marking instructions live that are known to be 
147   // needed.  Perform the walk in depth first order so that we avoid marking any
148   // instructions live in basic blocks that are unreachable.  These blocks will
149   // be eliminated later, along with the instructions inside.
150   //
151   for (df_iterator<Function*> BBI = df_begin(Func), BBE = df_end(Func);
152        BBI != BBE; ++BBI) {
153     BasicBlock *BB = *BBI;
154     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), EI = BB->end(); II != EI; ) {
155       if (II->mayWriteToMemory() || II->getOpcode() == Instruction::Ret) {
156         markInstructionLive(II);
157         ++II;  // Increment the inst iterator if the inst wasn't deleted
158       } else if (isInstructionTriviallyDead(II)) {
159         // Remove the instruction from it's basic block...
160         II = BB->getInstList().erase(II);
161         ++NumInstRemoved;
162         MadeChanges = true;
163       } else {
164         ++II;  // Increment the inst iterator if the inst wasn't deleted
165       }
166     }
167   }
168
169   DEBUG(std::cerr << "Processing work list\n");
170
171   // AliveBlocks - Set of basic blocks that we know have instructions that are
172   // alive in them...
173   //
174   std::set<BasicBlock*> AliveBlocks;
175
176   // Process the work list of instructions that just became live... if they
177   // became live, then that means that all of their operands are neccesary as
178   // well... make them live as well.
179   //
180   while (!WorkList.empty()) {
181     Instruction *I = WorkList.back(); // Get an instruction that became live...
182     WorkList.pop_back();
183
184     BasicBlock *BB = I->getParent();
185     if (!AliveBlocks.count(BB)) {     // Basic block not alive yet...
186       AliveBlocks.insert(BB);         // Block is now ALIVE!
187       markBlockAlive(BB);             // Make it so now!
188     }
189
190     // PHI nodes are a special case, because the incoming values are actually
191     // defined in the predecessor nodes of this block, meaning that the PHI
192     // makes the predecessors alive.
193     //
194     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
195       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE; ++PI)
196         if (!AliveBlocks.count(*PI)) {
197           AliveBlocks.insert(BB);         // Block is now ALIVE!
198           markBlockAlive(*PI);
199         }
200
201     // Loop over all of the operands of the live instruction, making sure that
202     // they are known to be alive as well...
203     //
204     for (unsigned op = 0, End = I->getNumOperands(); op != End; ++op)
205       if (Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(op)))
206         markInstructionLive(Operand);
207   }
208
209   DEBUG(
210     std::cerr << "Current Function: X = Live\n";
211     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
212       for (BasicBlock::iterator BI = I->begin(), BE = I->end(); BI != BE; ++BI){
213         if (LiveSet.count(BI)) std::cerr << "X ";
214         std::cerr << *BI;
215       }
216     );
217
218   // Find the first postdominator of the entry node that is alive.  Make it the
219   // new entry node...
220   //
221   PostDominatorTree &DT = getAnalysis<PostDominatorTree>();
222
223
224   if (AliveBlocks.size() == Func->size()) {  // No dead blocks?
225     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
226       // Loop over all of the instructions in the function, telling dead
227       // instructions to drop their references.  This is so that the next sweep
228       // over the program can safely delete dead instructions without other dead
229       // instructions still refering to them.
230       //
231       dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(I);
232     
233   } else {                                   // If there are some blocks dead...
234     // If the entry node is dead, insert a new entry node to eliminate the entry
235     // node as a special case.
236     //
237     if (!AliveBlocks.count(&Func->front())) {
238       BasicBlock *NewEntry = new BasicBlock();
239       NewEntry->getInstList().push_back(new BranchInst(&Func->front()));
240       Func->getBasicBlockList().push_front(NewEntry);
241       AliveBlocks.insert(NewEntry);    // This block is always alive!
242     }
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                 if (LiveSet.count(PN)) {  // Only modify live phi nodes
313                   // Get the incoming value for LastDead...
314                   int OldIdx = PN->getBasicBlockIndex(LastDead);
315                   assert(OldIdx != -1 &&"LastDead is not a pred of NextAlive!");
316                   Value *InVal = PN->getIncomingValue(OldIdx);
317                   
318                   // Add an incoming value for BB now...
319                   PN->addIncoming(InVal, BB);
320                 }
321             }
322           }
323
324         // Now loop over all of the instructions in the basic block, telling
325         // dead instructions to drop their references.  This is so that the next
326         // sweep over the program can safely delete dead instructions without
327         // other dead instructions still refering to them.
328         //
329         dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(BB);
330       }
331   }
332
333   // We make changes if there are any dead blocks in the function...
334   if (unsigned NumDeadBlocks = Func->size() - AliveBlocks.size()) {
335     MadeChanges = true;
336     NumBlockRemoved += NumDeadBlocks;
337   }
338
339   // Loop over all of the basic blocks in the function, removing control flow
340   // edges to live blocks (also eliminating any entries in PHI functions in
341   // referenced blocks).
342   //
343   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB)
344     if (!AliveBlocks.count(BB)) {
345       // Remove all outgoing edges from this basic block and convert the
346       // terminator into a return instruction.
347       std::vector<BasicBlock*> Succs(succ_begin(BB), succ_end(BB));
348       
349       if (!Succs.empty()) {
350         // Loop over all of the successors, removing this block from PHI node
351         // entries that might be in the block...
352         while (!Succs.empty()) {
353           Succs.back()->removePredecessor(BB);
354           Succs.pop_back();
355         }
356         
357         // Delete the old terminator instruction...
358         BB->getInstList().pop_back();
359         const Type *RetTy = Func->getReturnType();
360         BB->getInstList().push_back(new ReturnInst(RetTy != Type::VoidTy ?
361                                            Constant::getNullValue(RetTy) : 0));
362       }
363     }
364
365
366   // Loop over all of the basic blocks in the function, dropping references of
367   // the dead basic blocks.  We must do this after the previous step to avoid
368   // dropping references to PHIs which still have entries...
369   //
370   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB)
371     if (!AliveBlocks.count(BB))
372       BB->dropAllReferences();
373
374   // Now loop through all of the blocks and delete the dead ones.  We can safely
375   // do this now because we know that there are no references to dead blocks
376   // (because they have dropped all of their references...  we also remove dead
377   // instructions from alive blocks.
378   //
379   for (Function::iterator BI = Func->begin(); BI != Func->end(); )
380     if (!AliveBlocks.count(BI)) {                // Delete dead blocks...
381       BI = Func->getBasicBlockList().erase(BI);
382     } else {                                     // Scan alive blocks...
383       for (BasicBlock::iterator II = BI->begin(); II != --BI->end(); )
384         if (!LiveSet.count(II)) {             // Is this instruction alive?
385           // Nope... remove the instruction from it's basic block...
386           II = BI->getInstList().erase(II);
387           ++NumInstRemoved;
388           MadeChanges = true;
389         } else {
390           ++II;
391         }
392
393       ++BI;                                           // Increment iterator...
394     }
395
396   return MadeChanges;
397 }