Rename Instruction::hasSideEffects() -> mayWriteToMemory()
[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 using std::cerr;
23 using std::vector;
24
25 namespace {
26   Statistic<> NumBlockRemoved("adce", "Number of basic blocks removed");
27   Statistic<> NumInstRemoved ("adce", "Number of instructions removed");
28
29 //===----------------------------------------------------------------------===//
30 // ADCE Class
31 //
32 // This class does all of the work of Aggressive Dead Code Elimination.
33 // It's public interface consists of a constructor and a doADCE() method.
34 //
35 class ADCE : public FunctionPass {
36   Function *Func;                       // The function that we are working on
37   std::vector<Instruction*> WorkList;   // Instructions that just became live
38   std::set<Instruction*>    LiveSet;    // The set of live instructions
39
40   //===--------------------------------------------------------------------===//
41   // The public interface for this class
42   //
43 public:
44   // Execute the Aggressive Dead Code Elimination Algorithm
45   //
46   virtual bool runOnFunction(Function &F) {
47     Func = &F;
48     bool Changed = doADCE();
49     assert(WorkList.empty());
50     LiveSet.clear();
51     return Changed;
52   }
53   // getAnalysisUsage - We require post dominance frontiers (aka Control
54   // Dependence Graph)
55   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
56     AU.addRequired<PostDominatorTree>();
57     AU.addRequired<PostDominanceFrontier>();
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   bool doADCE();
69
70   void markBlockAlive(BasicBlock *BB);
71
72
73   // dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the
74   // instructions in the specified basic block, dropping references on
75   // instructions that are dead according to LiveSet.
76   bool dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB);
77
78   inline void markInstructionLive(Instruction *I) {
79     if (LiveSet.count(I)) return;
80     DEBUG(cerr << "Insn Live: " << I);
81     LiveSet.insert(I);
82     WorkList.push_back(I);
83   }
84
85   inline void markTerminatorLive(const BasicBlock *BB) {
86     DEBUG(cerr << "Terminat Live: " << BB->getTerminator());
87     markInstructionLive((Instruction*)BB->getTerminator());
88   }
89 };
90
91   RegisterOpt<ADCE> X("adce", "Aggressive Dead Code Elimination");
92 } // End of anonymous namespace
93
94 Pass *createAggressiveDCEPass() { return new ADCE(); }
95
96 void ADCE::markBlockAlive(BasicBlock *BB) {
97   // Mark the basic block as being newly ALIVE... and mark all branches that
98   // this block is control dependant on as being alive also...
99   //
100   PostDominanceFrontier &CDG = getAnalysis<PostDominanceFrontier>();
101
102   PostDominanceFrontier::const_iterator It = CDG.find(BB);
103   if (It != CDG.end()) {
104     // Get the blocks that this node is control dependant on...
105     const PostDominanceFrontier::DomSetType &CDB = It->second;
106     for_each(CDB.begin(), CDB.end(),   // Mark all their terminators as live
107              bind_obj(this, &ADCE::markTerminatorLive));
108   }
109   
110   // If this basic block is live, then the terminator must be as well!
111   markTerminatorLive(BB);
112 }
113
114 // dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the
115 // instructions in the specified basic block, dropping references on
116 // instructions that are dead according to LiveSet.
117 bool ADCE::dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB) {
118   bool Changed = false;
119   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = --BB->end(); I != E; )
120     if (!LiveSet.count(I)) {              // Is this instruction alive?
121       I->dropAllReferences();             // Nope, drop references... 
122       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&*I)) {
123         // We don't want to leave PHI nodes in the program that have
124         // #arguments != #predecessors, so we remove them now.
125         //
126         PN->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(PN->getType()));
127         
128         // Delete the instruction...
129         I = BB->getInstList().erase(I);
130         Changed = true;
131       } else {
132         ++I;
133       }
134     } else {
135       ++I;
136     }
137   return Changed;
138 }
139
140
141 // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
142 // true if the function was modified.
143 //
144 bool ADCE::doADCE() {
145   bool MadeChanges = false;
146
147   // Iterate over all of the instructions in the function, eliminating trivially
148   // dead instructions, and marking instructions live that are known to be 
149   // needed.  Perform the walk in depth first order so that we avoid marking any
150   // instructions live in basic blocks that are unreachable.  These blocks will
151   // be eliminated later, along with the instructions inside.
152   //
153   for (df_iterator<Function*> BBI = df_begin(Func), BBE = df_end(Func);
154        BBI != BBE; ++BBI) {
155     BasicBlock *BB = *BBI;
156     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), EI = BB->end(); II != EI; ) {
157       if (II->mayWriteToMemory() || II->getOpcode() == Instruction::Ret) {
158         markInstructionLive(II);
159         ++II;  // Increment the inst iterator if the inst wasn't deleted
160       } else if (isInstructionTriviallyDead(II)) {
161         // Remove the instruction from it's basic block...
162         II = BB->getInstList().erase(II);
163         ++NumInstRemoved;
164         MadeChanges = true;
165       } else {
166         ++II;  // Increment the inst iterator if the inst wasn't deleted
167       }
168     }
169   }
170
171   DEBUG(cerr << "Processing work list\n");
172
173   // AliveBlocks - Set of basic blocks that we know have instructions that are
174   // alive in them...
175   //
176   std::set<BasicBlock*> AliveBlocks;
177
178   // Process the work list of instructions that just became live... if they
179   // became live, then that means that all of their operands are neccesary as
180   // well... make them live as well.
181   //
182   while (!WorkList.empty()) {
183     Instruction *I = WorkList.back(); // Get an instruction that became live...
184     WorkList.pop_back();
185
186     BasicBlock *BB = I->getParent();
187     if (!AliveBlocks.count(BB)) {     // Basic block not alive yet...
188       AliveBlocks.insert(BB);         // Block is now ALIVE!
189       markBlockAlive(BB);             // Make it so now!
190     }
191
192     // PHI nodes are a special case, because the incoming values are actually
193     // defined in the predecessor nodes of this block, meaning that the PHI
194     // makes the predecessors alive.
195     //
196     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
197       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE; ++PI)
198         if (!AliveBlocks.count(*PI)) {
199           AliveBlocks.insert(BB);         // Block is now ALIVE!
200           markBlockAlive(*PI);
201         }
202
203     // Loop over all of the operands of the live instruction, making sure that
204     // they are known to be alive as well...
205     //
206     for (unsigned op = 0, End = I->getNumOperands(); op != End; ++op)
207       if (Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(op)))
208         markInstructionLive(Operand);
209   }
210
211   if (DebugFlag) {
212     cerr << "Current Function: X = Live\n";
213     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
214       for (BasicBlock::iterator BI = I->begin(), BE = I->end(); BI != BE; ++BI){
215         if (LiveSet.count(BI)) cerr << "X ";
216         cerr << *BI;
217       }
218   }
219
220   // Find the first postdominator of the entry node that is alive.  Make it the
221   // new entry node...
222   //
223   PostDominatorTree &DT = getAnalysis<PostDominatorTree>();
224
225
226   if (AliveBlocks.size() == Func->size()) {  // No dead blocks?
227     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
228       // Loop over all of the instructions in the function, telling dead
229       // instructions to drop their references.  This is so that the next sweep
230       // over the program can safely delete dead instructions without other dead
231       // instructions still refering to them.
232       //
233       dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(I);
234     
235   } else {                                   // If there are some blocks dead...
236     // If the entry node is dead, insert a new entry node to eliminate the entry
237     // node as a special case.
238     //
239     if (!AliveBlocks.count(&Func->front())) {
240       BasicBlock *NewEntry = new BasicBlock();
241       NewEntry->getInstList().push_back(new BranchInst(&Func->front()));
242       Func->getBasicBlockList().push_front(NewEntry);
243       AliveBlocks.insert(NewEntry);    // This block is always alive!
244     }
245     
246     // Loop over all of the alive blocks in the function.  If any successor
247     // blocks are not alive, we adjust the outgoing branches to branch to the
248     // first live postdominator of the live block, adjusting any PHI nodes in
249     // the block to reflect this.
250     //
251     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
252       if (AliveBlocks.count(I)) {
253         BasicBlock *BB = I;
254         TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
255       
256         // Loop over all of the successors, looking for ones that are not alive.
257         // We cannot save the number of successors in the terminator instruction
258         // here because we may remove them if we don't have a postdominator...
259         //
260         for (unsigned i = 0; i != TI->getNumSuccessors(); ++i)
261           if (!AliveBlocks.count(TI->getSuccessor(i))) {
262             // Scan up the postdominator tree, looking for the first
263             // postdominator that is alive, and the last postdominator that is
264             // dead...
265             //
266             PostDominatorTree::Node *LastNode = DT[TI->getSuccessor(i)];
267
268             // There is a special case here... if there IS no post-dominator for
269             // the block we have no owhere to point our branch to.  Instead,
270             // convert it to a return.  This can only happen if the code
271             // branched into an infinite loop.  Note that this may not be
272             // desirable, because we _are_ altering the behavior of the code.
273             // This is a well known drawback of ADCE, so in the future if we
274             // choose to revisit the decision, this is where it should be.
275             //
276             if (LastNode == 0) {        // No postdominator!
277               // Call RemoveSuccessor to transmogrify the terminator instruction
278               // to not contain the outgoing branch, or to create a new
279               // terminator if the form fundementally changes (ie unconditional
280               // branch to return).  Note that this will change a branch into an
281               // infinite loop into a return instruction!
282               //
283               RemoveSuccessor(TI, i);
284
285               // RemoveSuccessor may replace TI... make sure we have a fresh
286               // pointer... and e variable.
287               //
288               TI = BB->getTerminator();
289
290               // Rescan this successor...
291               --i;
292             } else {
293               PostDominatorTree::Node *NextNode = LastNode->getIDom();
294
295               while (!AliveBlocks.count(NextNode->getNode())) {
296                 LastNode = NextNode;
297                 NextNode = NextNode->getIDom();
298               }
299             
300               // Get the basic blocks that we need...
301               BasicBlock *LastDead = LastNode->getNode();
302               BasicBlock *NextAlive = NextNode->getNode();
303
304               // Make the conditional branch now go to the next alive block...
305               TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
306               TI->setSuccessor(i, NextAlive);
307
308               // If there are PHI nodes in NextAlive, we need to add entries to
309               // the PHI nodes for the new incoming edge.  The incoming values
310               // should be identical to the incoming values for LastDead.
311               //
312               for (BasicBlock::iterator II = NextAlive->begin();
313                    PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&*II); ++II) {
314                 // Get the incoming value for LastDead...
315                 int OldIdx = PN->getBasicBlockIndex(LastDead);
316                 assert(OldIdx != -1 && "LastDead is not a pred of NextAlive!");
317                 Value *InVal = PN->getIncomingValue(OldIdx);
318                 
319                 // Add an incoming value for BB now...
320                 PN->addIncoming(InVal, BB);
321               }
322             }
323           }
324
325         // Now loop over all of the instructions in the basic block, telling
326         // dead instructions to drop their references.  This is so that the next
327         // sweep over the program can safely delete dead instructions without
328         // other dead instructions still refering to them.
329         //
330         dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(BB);
331       }
332   }
333
334   // We make changes if there are any dead blocks in the function...
335   if (unsigned NumDeadBlocks = Func->size() - AliveBlocks.size()) {
336     MadeChanges = true;
337     NumBlockRemoved += NumDeadBlocks;
338   }
339
340   // Loop over all of the basic blocks in the function, removing control flow
341   // edges to live blocks (also eliminating any entries in PHI functions in
342   // referenced blocks).
343   //
344   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB)
345     if (!AliveBlocks.count(BB)) {
346       // Remove all outgoing edges from this basic block and convert the
347       // terminator into a return instruction.
348       vector<BasicBlock*> Succs(succ_begin(BB), succ_end(BB));
349       
350       if (!Succs.empty()) {
351         // Loop over all of the successors, removing this block from PHI node
352         // entries that might be in the block...
353         while (!Succs.empty()) {
354           Succs.back()->removePredecessor(BB);
355           Succs.pop_back();
356         }
357         
358         // Delete the old terminator instruction...
359         BB->getInstList().pop_back();
360         const Type *RetTy = Func->getReturnType();
361         BB->getInstList().push_back(new ReturnInst(RetTy != Type::VoidTy ?
362                                            Constant::getNullValue(RetTy) : 0));
363       }
364     }
365
366
367   // Loop over all of the basic blocks in the function, dropping references of
368   // the dead basic blocks.  We must do this after the previous step to avoid
369   // dropping references to PHIs which still have entries...
370   //
371   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB)
372     if (!AliveBlocks.count(BB))
373       BB->dropAllReferences();
374
375   // Now loop through all of the blocks and delete the dead ones.  We can safely
376   // do this now because we know that there are no references to dead blocks
377   // (because they have dropped all of their references...  we also remove dead
378   // instructions from alive blocks.
379   //
380   for (Function::iterator BI = Func->begin(); BI != Func->end(); )
381     if (!AliveBlocks.count(BI)) {                // Delete dead blocks...
382       BI = Func->getBasicBlockList().erase(BI);
383     } else {                                     // Scan alive blocks...
384       for (BasicBlock::iterator II = BI->begin(); II != --BI->end(); )
385         if (!LiveSet.count(II)) {             // Is this instruction alive?
386           // Nope... remove the instruction from it's basic block...
387           II = BI->getInstList().erase(II);
388           ++NumInstRemoved;
389           MadeChanges = true;
390         } else {
391           ++II;
392         }
393
394       ++BI;                                           // Increment iterator...
395     }
396
397   return MadeChanges;
398 }