Expose the low level DCE mechanism to external users
[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 (including unused constants)
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/Optimizations/DCE.h"
27 #include "llvm/Support/STLExtras.h"
28 #include "llvm/Module.h"
29 #include "llvm/GlobalVariable.h"
30 #include "llvm/Method.h"
31 #include "llvm/BasicBlock.h"
32 #include "llvm/iTerminators.h"
33 #include "llvm/iOther.h"
34 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
35 #include <algorithm>
36
37 // dceInstruction - Inspect the instruction at *BBI and figure out if it's
38 // [trivially] dead.  If so, remove the instruction and update the iterator
39 // to point to the instruction that immediately succeeded the original
40 // instruction.
41 //
42 bool opt::DeadCodeElimination::dceInstruction(BasicBlock::InstListType &BBIL,
43                                               BasicBlock::iterator &BBI) {
44   // Look for un"used" definitions...
45   if ((*BBI)->use_empty() && !(*BBI)->hasSideEffects() && 
46       !isa<TerminatorInst>(*BBI)) {
47     delete BBIL.remove(BBI);   // Bye bye
48     return true;
49   }
50   return false;
51 }
52
53 static inline bool RemoveUnusedDefs(BasicBlock::InstListType &Vals) {
54   bool Changed = false;
55   for (BasicBlock::InstListType::iterator DI = Vals.begin(); 
56        DI != Vals.end(); )
57     if (opt::DeadCodeElimination::dceInstruction(Vals, DI))
58       Changed = true;
59     else
60       ++DI;
61   return Changed;
62 }
63
64 // RemoveSingularPHIs - This removes PHI nodes from basic blocks that have only
65 // a single predecessor.  This means that the PHI node must only have a single
66 // RHS value and can be eliminated.
67 //
68 // This routine is very simple because we know that PHI nodes must be the first
69 // things in a basic block, if they are present.
70 //
71 static bool RemoveSingularPHIs(BasicBlock *BB) {
72   BasicBlock::pred_iterator PI(BB->pred_begin());
73   if (PI == BB->pred_end() || ++PI != BB->pred_end()) 
74     return false;   // More than one predecessor...
75
76   Instruction *I = BB->front();
77   if (!isa<PHINode>(I)) return false;  // No PHI nodes
78
79   //cerr << "Killing PHIs from " << BB;
80   //cerr << "Pred #0 = " << *BB->pred_begin();
81
82   //cerr << "Method == " << BB->getParent();
83
84   do {
85     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
86     assert(PN->getNumOperands() == 2 && "PHI node should only have one value!");
87     Value *V = PN->getOperand(0);
88
89     PN->replaceAllUsesWith(V);      // Replace PHI node with its single value.
90     delete BB->getInstList().remove(BB->begin());
91
92     I = BB->front();
93   } while (isa<PHINode>(I));
94         
95   return true;  // Yes, we nuked at least one phi node
96 }
97
98 static void ReplaceUsesWithConstant(Instruction *I) {
99   ConstPoolVal *CPV = ConstPoolVal::getNullConstant(I->getType());
100   
101   // Make all users of this instruction reference the constant instead
102   I->replaceAllUsesWith(CPV);
103 }
104
105 // PropogatePredecessors - This gets "Succ" ready to have the predecessors from
106 // "BB".  This is a little tricky because "Succ" has PHI nodes, which need to
107 // have extra slots added to them to hold the merge edges from BB's
108 // predecessors.
109 //
110 // Assumption: BB is the single predecessor of Succ.
111 //
112 static void PropogatePredecessorsForPHIs(BasicBlock *BB, BasicBlock *Succ) {
113   assert(isa<PHINode>(Succ->front()) && "Only works on PHId BBs!");
114
115   // If there is more than one predecessor, and there are PHI nodes in
116   // the successor, then we need to add incoming edges for the PHI nodes
117   //
118   const vector<BasicBlock*> BBPreds(BB->pred_begin(), BB->pred_end());
119
120   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
121   do {                     // Loop over all of the PHI nodes in the successor BB
122     PHINode *PN = cast<PHINode>(*I);
123     Value *OldVal = PN->removeIncomingValue(BB);
124     assert(OldVal && "No entry in PHI for Pred BB!");
125
126     for (vector<BasicBlock*>::const_iterator PredI = BBPreds.begin(), 
127            End = BBPreds.end(); PredI != End; ++PredI) {
128       // Add an incoming value for each of the new incoming values...
129       PN->addIncoming(OldVal, *PredI);
130     }
131
132     ++I;
133   } while (isa<PHINode>(*I));
134 }
135
136
137 // SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
138 // example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
139 // eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
140 // of the CFG.  It returns true if a modification was made, and returns an 
141 // iterator that designates the first element remaining after the block that
142 // was deleted.
143 //
144 // WARNING:  The entry node of a method may not be simplified.
145 //
146 bool opt::SimplifyCFG(Method::iterator &BBIt) {
147   BasicBlock *BB = *BBIt;
148   Method *M = BB->getParent();
149
150   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in method!");
151   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
152   assert(BB->getParent()->front() != BB && "Can't Simplify entry block!");
153
154
155   // Remove basic blocks that have no predecessors... which are unreachable.
156   if (BB->pred_begin() == BB->pred_end() &&
157       !BB->hasConstantPoolReferences()) {
158     //cerr << "Removing BB: \n" << BB;
159
160     // Loop through all of our successors and make sure they know that one
161     // of their predecessors is going away.
162     for_each(BB->succ_begin(), BB->succ_end(),
163              std::bind2nd(std::mem_fun(&BasicBlock::removePredecessor), BB));
164
165     while (!BB->empty()) {
166       Instruction *I = BB->back();
167       // If this instruction is used, replace uses with an arbitrary
168       // constant value.  Because control flow can't get here, we don't care
169       // what we replace the value with.  Note that since this block is 
170       // unreachable, and all values contained within it must dominate their
171       // uses, that all uses will eventually be removed.
172       if (!I->use_empty()) ReplaceUsesWithConstant(I);
173       
174       // Remove the instruction from the basic block
175       delete BB->getInstList().pop_back();
176     }
177     delete M->getBasicBlocks().remove(BBIt);
178     return true;
179   }
180
181   // Check to see if this block has no instructions and only a single 
182   // successor.  If so, replace block references with successor.
183   BasicBlock::succ_iterator SI(BB->succ_begin());
184   if (SI != BB->succ_end() && ++SI == BB->succ_end()) {  // One succ?
185     Instruction *I = BB->front();
186     if (I->isTerminator()) {   // Terminator is the only instruction!
187       BasicBlock *Succ = *BB->succ_begin(); // There is exactly one successor
188       //cerr << "Killing Trivial BB: \n" << BB;
189       
190       if (Succ != BB) {   // Arg, don't hurt infinite loops!
191         if (isa<PHINode>(Succ->front())) {
192           // If our successor has PHI nodes, then we need to update them to
193           // include entries for BB's predecessors, not for BB itself.
194           //
195           PropogatePredecessorsForPHIs(BB, Succ);
196         }
197         
198         BB->replaceAllUsesWith(Succ);
199         BB = M->getBasicBlocks().remove(BBIt);
200         
201         if (BB->hasName() && !Succ->hasName())  // Transfer name if we can
202           Succ->setName(BB->getName());
203         delete BB;                              // Delete basic block
204         
205         //cerr << "Method after removal: \n" << M;
206         return true;
207       }
208     }
209   }
210
211   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one pred, 
212   // and if there is only one successor of the predecessor. 
213   BasicBlock::pred_iterator PI(BB->pred_begin());
214   if (PI != BB->pred_end() && *PI != BB &&    // Not empty?  Not same BB?
215       ++PI == BB->pred_end() && !BB->hasConstantPoolReferences()) {
216     BasicBlock *Pred = *BB->pred_begin();
217     TerminatorInst *Term = Pred->getTerminator();
218     assert(Term != 0 && "malformed basic block without terminator!");
219     
220     // Does the predecessor block only have a single successor?
221     BasicBlock::succ_iterator SI(Pred->succ_begin());
222     if (++SI == Pred->succ_end()) {
223       //cerr << "Merging: " << BB << "into: " << Pred;
224       
225       // Delete the unconditianal branch from the predecessor...
226       BasicBlock::iterator DI = Pred->end();
227       assert(Pred->getTerminator() && 
228              "Degenerate basic block encountered!");  // Empty bb???      
229       delete Pred->getInstList().remove(--DI);        // Destroy uncond branch
230       
231       // Move all definitions in the succecessor to the predecessor...
232       while (!BB->empty()) {
233         DI = BB->begin();
234         Instruction *Def = BB->getInstList().remove(DI); // Remove from front
235         Pred->getInstList().push_back(Def);              // Add to end...
236       }
237       
238       // Remove basic block from the method... and advance iterator to the
239       // next valid block...
240       BB = M->getBasicBlocks().remove(BBIt);
241
242       // Make all PHI nodes that refered to BB now refer to Pred as their
243       // source...
244       BB->replaceAllUsesWith(Pred);
245       
246       // Inherit predecessors name if it exists...
247       if (BB->hasName() && !Pred->hasName()) Pred->setName(BB->getName());
248       
249       delete BB; // You ARE the weakest link... goodbye
250       return true;
251     }
252   }
253   
254   return false;
255 }
256
257 static bool DoDCEPass(Method *M) {
258   Method::iterator BBIt, BBEnd = M->end();
259   if (M->begin() == BBEnd) return false;  // Nothing to do
260   bool Changed = false;
261
262   // Loop through now and remove instructions that have no uses...
263   for (BBIt = M->begin(); BBIt != BBEnd; ++BBIt) {
264     Changed |= RemoveUnusedDefs((*BBIt)->getInstList());
265     Changed |= RemoveSingularPHIs(*BBIt);
266   }
267
268   // Loop over all of the basic blocks (except the first one) and remove them
269   // if they are unneeded...
270   //
271   for (BBIt = M->begin(), ++BBIt; BBIt != M->end(); ) {
272     if (opt::SimplifyCFG(BBIt)) {
273       Changed = true;
274     } else {
275       ++BBIt;
276     }
277   }
278
279   return Changed;
280 }
281
282
283 // It is possible that we may require multiple passes over the code to fully
284 // eliminate dead code.  Iterate until we are done.
285 //
286 bool opt::DeadCodeElimination::doDCE(Method *M) {
287   bool Changed = false;
288   while (DoDCEPass(M)) Changed = true;
289   return Changed;
290 }
291
292 bool opt::DeadCodeElimination::RemoveUnusedGlobalValues(Module *Mod) {
293   bool Changed = false;
294
295   for (Module::iterator MI = Mod->begin(); MI != Mod->end(); ) {
296     Method *Meth = *MI;
297     if (Meth->isExternal() && Meth->use_size() == 0) {
298       // No references to prototype?
299       //cerr << "Removing method proto: " << Meth->getName() << endl;
300       delete Mod->getMethodList().remove(MI);  // Remove prototype
301       // Remove moves iterator to point to the next one automatically
302       Changed = true;
303     } else {
304       ++MI;                                    // Skip prototype in use.
305     }
306   }
307
308   for (Module::giterator GI = Mod->gbegin(); GI != Mod->gend(); ) {
309     GlobalVariable *GV = *GI;
310     if (!GV->hasInitializer() && GV->use_size() == 0) {
311       // No references to uninitialized global variable?
312       //cerr << "Removing global var: " << GV->getName() << endl;
313       delete Mod->getGlobalList().remove(GI);
314       // Remove moves iterator to point to the next one automatically
315       Changed = true;
316     } else {
317       ++GI;
318     }
319   }
320
321   return Changed;
322 }