Add #includes to make up for #includes pruned out of header files.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / DCE.cpp
1 //===- DCE.cpp - Code to perform dead code elimination --------------------===//
2 //
3 // This file implements dead code elimination and basic block merging.
4 //
5 // Specifically, this:
6 //   * removes definitions with no uses
7 //   * removes basic blocks with no predecessors
8 //   * merges a basic block into its predecessor if there is only one and the
9 //     predecessor only has one successor.
10 //   * Eliminates PHI nodes for basic blocks with a single predecessor
11 //   * Eliminates a basic block that only contains an unconditional branch
12 //   * Eliminates method prototypes that are not referenced
13 //
14 // TODO: This should REALLY be worklist driven instead of iterative.  Right now,
15 // we scan linearly through values, removing unused ones as we go.  The problem
16 // is that this may cause other earlier values to become unused.  To make sure
17 // that we get them all, we iterate until things stop changing.  Instead, when 
18 // removing a value, recheck all of its operands to see if they are now unused.
19 // Piece of cake, and more efficient as well.  
20 //
21 // Note, this is not trivial, because we have to worry about invalidating 
22 // iterators.  :(
23 //
24 //===----------------------------------------------------------------------===//
25
26 #include "llvm/Transforms/Scalar/DCE.h"
27 #include "llvm/Module.h"
28 #include "llvm/GlobalVariable.h"
29 #include "llvm/Function.h"
30 #include "llvm/BasicBlock.h"
31 #include "llvm/iTerminators.h"
32 #include "llvm/iPHINode.h"
33 #include "llvm/ConstantVals.h"
34 #include "llvm/Support/CFG.h"
35 #include "llvm/Pass.h"
36 #include "Support/STLExtras.h"
37 #include <algorithm>
38
39 // dceInstruction - Inspect the instruction at *BBI and figure out if it's
40 // [trivially] dead.  If so, remove the instruction and update the iterator
41 // to point to the instruction that immediately succeeded the original
42 // instruction.
43 //
44 bool dceInstruction(BasicBlock::InstListType &BBIL,
45                     BasicBlock::iterator &BBI) {
46   // Look for un"used" definitions...
47   if ((*BBI)->use_empty() && !(*BBI)->hasSideEffects() && 
48       !isa<TerminatorInst>(*BBI)) {
49     delete BBIL.remove(BBI);   // Bye bye
50     return true;
51   }
52   return false;
53 }
54
55 static inline bool RemoveUnusedDefs(BasicBlock::InstListType &Vals) {
56   bool Changed = false;
57   for (BasicBlock::InstListType::iterator DI = Vals.begin(); 
58        DI != Vals.end(); )
59     if (dceInstruction(Vals, DI))
60       Changed = true;
61     else
62       ++DI;
63   return Changed;
64 }
65
66 struct DeadInstElimination : public BasicBlockPass {
67   virtual bool runOnBasicBlock(BasicBlock *BB) {
68     return RemoveUnusedDefs(BB->getInstList());
69   }
70 };
71
72 Pass *createDeadInstEliminationPass() {
73   return new DeadInstElimination();
74 }
75
76 // RemoveSingularPHIs - This removes PHI nodes from basic blocks that have only
77 // a single predecessor.  This means that the PHI node must only have a single
78 // RHS value and can be eliminated.
79 //
80 // This routine is very simple because we know that PHI nodes must be the first
81 // things in a basic block, if they are present.
82 //
83 static bool RemoveSingularPHIs(BasicBlock *BB) {
84   pred_iterator PI(pred_begin(BB));
85   if (PI == pred_end(BB) || ++PI != pred_end(BB)) 
86     return false;   // More than one predecessor...
87
88   Instruction *I = BB->front();
89   if (!isa<PHINode>(I)) return false;  // No PHI nodes
90
91   //cerr << "Killing PHIs from " << BB;
92   //cerr << "Pred #0 = " << *pred_begin(BB);
93
94   //cerr << "Function == " << BB->getParent();
95
96   do {
97     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
98     assert(PN->getNumOperands() == 2 && "PHI node should only have one value!");
99     Value *V = PN->getOperand(0);
100
101     PN->replaceAllUsesWith(V);      // Replace PHI node with its single value.
102     delete BB->getInstList().remove(BB->begin());
103
104     I = BB->front();
105   } while (isa<PHINode>(I));
106         
107   return true;  // Yes, we nuked at least one phi node
108 }
109
110 static void ReplaceUsesWithConstant(Instruction *I) {
111   Constant *CPV = Constant::getNullConstant(I->getType());
112   
113   // Make all users of this instruction reference the constant instead
114   I->replaceAllUsesWith(CPV);
115 }
116
117 // PropogatePredecessors - This gets "Succ" ready to have the predecessors from
118 // "BB".  This is a little tricky because "Succ" has PHI nodes, which need to
119 // have extra slots added to them to hold the merge edges from BB's
120 // predecessors.  This function returns true (failure) if the Succ BB already
121 // has a predecessor that is a predecessor of BB.
122 //
123 // Assumption: Succ is the single successor for BB.
124 //
125 static bool PropogatePredecessorsForPHIs(BasicBlock *BB, BasicBlock *Succ) {
126   assert(*succ_begin(BB) == Succ && "Succ is not successor of BB!");
127   assert(isa<PHINode>(Succ->front()) && "Only works on PHId BBs!");
128
129   // If there is more than one predecessor, and there are PHI nodes in
130   // the successor, then we need to add incoming edges for the PHI nodes
131   //
132   const std::vector<BasicBlock*> BBPreds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
133
134   // Check to see if one of the predecessors of BB is already a predecessor of
135   // Succ.  If so, we cannot do the transformation!
136   //
137   for (pred_iterator PI = pred_begin(Succ), PE = pred_end(Succ);
138        PI != PE; ++PI) {
139     if (find(BBPreds.begin(), BBPreds.end(), *PI) != BBPreds.end())
140       return true;
141   }
142
143   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
144   do {                     // Loop over all of the PHI nodes in the successor BB
145     PHINode *PN = cast<PHINode>(*I);
146     Value *OldVal = PN->removeIncomingValue(BB);
147     assert(OldVal && "No entry in PHI for Pred BB!");
148
149     for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator PredI = BBPreds.begin(), 
150            End = BBPreds.end(); PredI != End; ++PredI) {
151       // Add an incoming value for each of the new incoming values...
152       PN->addIncoming(OldVal, *PredI);
153     }
154
155     ++I;
156   } while (isa<PHINode>(*I));
157   return false;
158 }
159
160
161 // SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
162 // example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
163 // eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
164 // of the CFG.  It returns true if a modification was made, and returns an 
165 // iterator that designates the first element remaining after the block that
166 // was deleted.
167 //
168 // WARNING:  The entry node of a method may not be simplified.
169 //
170 bool SimplifyCFG(Function::iterator &BBIt) {
171   BasicBlock *BB = *BBIt;
172   Function *M = BB->getParent();
173
174   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in method!");
175   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
176   assert(BB->getParent()->front() != BB && "Can't Simplify entry block!");
177
178
179   // Remove basic blocks that have no predecessors... which are unreachable.
180   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
181       !BB->hasConstantReferences()) {
182     //cerr << "Removing BB: \n" << BB;
183
184     // Loop through all of our successors and make sure they know that one
185     // of their predecessors is going away.
186     for_each(succ_begin(BB), succ_end(BB),
187              std::bind2nd(std::mem_fun(&BasicBlock::removePredecessor), BB));
188
189     while (!BB->empty()) {
190       Instruction *I = BB->back();
191       // If this instruction is used, replace uses with an arbitrary
192       // constant value.  Because control flow can't get here, we don't care
193       // what we replace the value with.  Note that since this block is 
194       // unreachable, and all values contained within it must dominate their
195       // uses, that all uses will eventually be removed.
196       if (!I->use_empty()) ReplaceUsesWithConstant(I);
197       
198       // Remove the instruction from the basic block
199       delete BB->getInstList().pop_back();
200     }
201     delete M->getBasicBlocks().remove(BBIt);
202     return true;
203   }
204
205   // Check to see if this block has no instructions and only a single 
206   // successor.  If so, replace block references with successor.
207   succ_iterator SI(succ_begin(BB));
208   if (SI != succ_end(BB) && ++SI == succ_end(BB)) {  // One succ?
209     if (BB->front()->isTerminator()) {   // Terminator is the only instruction!
210       BasicBlock *Succ = *succ_begin(BB); // There is exactly one successor
211       //cerr << "Killing Trivial BB: \n" << BB;
212       
213       if (Succ != BB) {   // Arg, don't hurt infinite loops!
214         // If our successor has PHI nodes, then we need to update them to
215         // include entries for BB's predecessors, not for BB itself.
216         // Be careful though, if this transformation fails (returns true) then
217         // we cannot do this transformation!
218         //
219         if (!isa<PHINode>(Succ->front()) ||
220             !PropogatePredecessorsForPHIs(BB, Succ)) {
221           
222           BB->replaceAllUsesWith(Succ);
223           BB = M->getBasicBlocks().remove(BBIt);
224         
225           if (BB->hasName() && !Succ->hasName())  // Transfer name if we can
226             Succ->setName(BB->getName());
227           delete BB;                              // Delete basic block
228           
229           //cerr << "Function after removal: \n" << M;
230           return true;
231         }
232       }
233     }
234   }
235
236   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one pred, 
237   // and if there is only one successor of the predecessor. 
238   pred_iterator PI(pred_begin(BB));
239   if (PI != pred_end(BB) && *PI != BB &&    // Not empty?  Not same BB?
240       ++PI == pred_end(BB) && !BB->hasConstantReferences()) {
241     BasicBlock *Pred = *pred_begin(BB);
242     TerminatorInst *Term = Pred->getTerminator();
243     assert(Term != 0 && "malformed basic block without terminator!");
244     
245     // Does the predecessor block only have a single successor?
246     succ_iterator SI(succ_begin(Pred));
247     if (++SI == succ_end(Pred)) {
248       //cerr << "Merging: " << BB << "into: " << Pred;
249       
250       // Delete the unconditianal branch from the predecessor...
251       BasicBlock::iterator DI = Pred->end();
252       assert(Pred->getTerminator() && 
253              "Degenerate basic block encountered!");  // Empty bb???      
254       delete Pred->getInstList().remove(--DI);        // Destroy uncond branch
255       
256       // Move all definitions in the succecessor to the predecessor...
257       while (!BB->empty()) {
258         DI = BB->begin();
259         Instruction *Def = BB->getInstList().remove(DI); // Remove from front
260         Pred->getInstList().push_back(Def);              // Add to end...
261       }
262       
263       // Remove basic block from the method... and advance iterator to the
264       // next valid block...
265       BB = M->getBasicBlocks().remove(BBIt);
266
267       // Make all PHI nodes that refered to BB now refer to Pred as their
268       // source...
269       BB->replaceAllUsesWith(Pred);
270       
271       // Inherit predecessors name if it exists...
272       if (BB->hasName() && !Pred->hasName()) Pred->setName(BB->getName());
273       
274       delete BB; // You ARE the weakest link... goodbye
275       return true;
276     }
277   }
278   
279   return false;
280 }
281
282 static bool DoDCEPass(Function *F) {
283   Function::iterator BBIt, BBEnd = F->end();
284   if (F->begin() == BBEnd) return false;  // Nothing to do
285   bool Changed = false;
286
287   // Loop through now and remove instructions that have no uses...
288   for (BBIt = F->begin(); BBIt != BBEnd; ++BBIt) {
289     Changed |= RemoveUnusedDefs((*BBIt)->getInstList());
290     Changed |= RemoveSingularPHIs(*BBIt);
291   }
292
293   // Loop over all of the basic blocks (except the first one) and remove them
294   // if they are unneeded...
295   //
296   for (BBIt = F->begin(), ++BBIt; BBIt != F->end(); ) {
297     if (SimplifyCFG(BBIt)) {
298       Changed = true;
299     } else {
300       ++BBIt;
301     }
302   }
303
304   return Changed;
305 }
306
307 // Remove unused global values - This removes unused global values of no
308 // possible value.  This currently includes unused method prototypes and
309 // unitialized global variables.
310 //
311 static bool RemoveUnusedGlobalValues(Module *Mod) {
312   bool Changed = false;
313
314   for (Module::iterator MI = Mod->begin(); MI != Mod->end(); ) {
315     Function *Meth = *MI;
316     if (Meth->isExternal() && Meth->use_size() == 0) {
317       // No references to prototype?
318       //cerr << "Removing method proto: " << Meth->getName() << endl;
319       delete Mod->getFunctionList().remove(MI);  // Remove prototype
320       // Remove moves iterator to point to the next one automatically
321       Changed = true;
322     } else {
323       ++MI;                                    // Skip prototype in use.
324     }
325   }
326
327   for (Module::giterator GI = Mod->gbegin(); GI != Mod->gend(); ) {
328     GlobalVariable *GV = *GI;
329     if (!GV->hasInitializer() && GV->use_size() == 0) {
330       // No references to uninitialized global variable?
331       //cerr << "Removing global var: " << GV->getName() << endl;
332       delete Mod->getGlobalList().remove(GI);
333       // Remove moves iterator to point to the next one automatically
334       Changed = true;
335     } else {
336       ++GI;
337     }
338   }
339
340   return Changed;
341 }
342
343 namespace {
344   struct DeadCodeElimination : public MethodPass {
345
346     // Pass Interface...
347     virtual bool doInitialization(Module *M) {
348       return RemoveUnusedGlobalValues(M);
349     }
350     
351     // It is possible that we may require multiple passes over the code to fully
352     // eliminate dead code.  Iterate until we are done.
353     //
354     virtual bool runOnMethod(Function *F) {
355       bool Changed = false;
356       while (DoDCEPass(F)) Changed = true;
357       return Changed;
358     }
359     
360     virtual bool doFinalization(Module *M) {
361       return RemoveUnusedGlobalValues(M);
362     }
363   };
364 }
365
366 Pass *createDeadCodeEliminationPass() {
367   return new DeadCodeElimination();
368 }