Implement new DeadInstElmination pass
[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/Method.h"
30 #include "llvm/BasicBlock.h"
31 #include "llvm/iTerminators.h"
32 #include "llvm/iPHINode.h"
33 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
34 #include "Support/STLExtras.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 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 (DeadCodeElimination::dceInstruction(Vals, DI))
58       Changed = true;
59     else
60       ++DI;
61   return Changed;
62 }
63
64 bool DeadInstElimination::runOnBasicBlock(BasicBlock *BB) {
65   return RemoveUnusedDefs(BB->getInstList());
66 }
67
68 // RemoveSingularPHIs - This removes PHI nodes from basic blocks that have only
69 // a single predecessor.  This means that the PHI node must only have a single
70 // RHS value and can be eliminated.
71 //
72 // This routine is very simple because we know that PHI nodes must be the first
73 // things in a basic block, if they are present.
74 //
75 static bool RemoveSingularPHIs(BasicBlock *BB) {
76   BasicBlock::pred_iterator PI(BB->pred_begin());
77   if (PI == BB->pred_end() || ++PI != BB->pred_end()) 
78     return false;   // More than one predecessor...
79
80   Instruction *I = BB->front();
81   if (!isa<PHINode>(I)) return false;  // No PHI nodes
82
83   //cerr << "Killing PHIs from " << BB;
84   //cerr << "Pred #0 = " << *BB->pred_begin();
85
86   //cerr << "Method == " << BB->getParent();
87
88   do {
89     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
90     assert(PN->getNumOperands() == 2 && "PHI node should only have one value!");
91     Value *V = PN->getOperand(0);
92
93     PN->replaceAllUsesWith(V);      // Replace PHI node with its single value.
94     delete BB->getInstList().remove(BB->begin());
95
96     I = BB->front();
97   } while (isa<PHINode>(I));
98         
99   return true;  // Yes, we nuked at least one phi node
100 }
101
102 static void ReplaceUsesWithConstant(Instruction *I) {
103   Constant *CPV = Constant::getNullConstant(I->getType());
104   
105   // Make all users of this instruction reference the constant instead
106   I->replaceAllUsesWith(CPV);
107 }
108
109 // PropogatePredecessors - This gets "Succ" ready to have the predecessors from
110 // "BB".  This is a little tricky because "Succ" has PHI nodes, which need to
111 // have extra slots added to them to hold the merge edges from BB's
112 // predecessors.  This function returns true (failure) if the Succ BB already
113 // has a predecessor that is a predecessor of BB.
114 //
115 // Assumption: Succ is the single successor for BB.
116 //
117 static bool PropogatePredecessorsForPHIs(BasicBlock *BB, BasicBlock *Succ) {
118   assert(*BB->succ_begin() == Succ && "Succ is not successor of BB!");
119   assert(isa<PHINode>(Succ->front()) && "Only works on PHId BBs!");
120
121   // If there is more than one predecessor, and there are PHI nodes in
122   // the successor, then we need to add incoming edges for the PHI nodes
123   //
124   const std::vector<BasicBlock*> BBPreds(BB->pred_begin(), BB->pred_end());
125
126   // Check to see if one of the predecessors of BB is already a predecessor of
127   // Succ.  If so, we cannot do the transformation!
128   //
129   for (BasicBlock::pred_iterator PI = Succ->pred_begin(), PE = Succ->pred_end();
130          PI != PE; ++PI) {
131     if (find(BBPreds.begin(), BBPreds.end(), *PI) != BBPreds.end())
132       return true;
133   }
134
135   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
136   do {                     // Loop over all of the PHI nodes in the successor BB
137     PHINode *PN = cast<PHINode>(*I);
138     Value *OldVal = PN->removeIncomingValue(BB);
139     assert(OldVal && "No entry in PHI for Pred BB!");
140
141     for (std::vector<BasicBlock*>::const_iterator PredI = BBPreds.begin(), 
142            End = BBPreds.end(); PredI != End; ++PredI) {
143       // Add an incoming value for each of the new incoming values...
144       PN->addIncoming(OldVal, *PredI);
145     }
146
147     ++I;
148   } while (isa<PHINode>(*I));
149   return false;
150 }
151
152
153 // SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
154 // example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
155 // eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
156 // of the CFG.  It returns true if a modification was made, and returns an 
157 // iterator that designates the first element remaining after the block that
158 // was deleted.
159 //
160 // WARNING:  The entry node of a method may not be simplified.
161 //
162 bool SimplifyCFG(Method::iterator &BBIt) {
163   BasicBlock *BB = *BBIt;
164   Method *M = BB->getParent();
165
166   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in method!");
167   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
168   assert(BB->getParent()->front() != BB && "Can't Simplify entry block!");
169
170
171   // Remove basic blocks that have no predecessors... which are unreachable.
172   if (BB->pred_begin() == BB->pred_end() &&
173       !BB->hasConstantReferences()) {
174     //cerr << "Removing BB: \n" << BB;
175
176     // Loop through all of our successors and make sure they know that one
177     // of their predecessors is going away.
178     for_each(BB->succ_begin(), BB->succ_end(),
179              std::bind2nd(std::mem_fun(&BasicBlock::removePredecessor), BB));
180
181     while (!BB->empty()) {
182       Instruction *I = BB->back();
183       // If this instruction is used, replace uses with an arbitrary
184       // constant value.  Because control flow can't get here, we don't care
185       // what we replace the value with.  Note that since this block is 
186       // unreachable, and all values contained within it must dominate their
187       // uses, that all uses will eventually be removed.
188       if (!I->use_empty()) ReplaceUsesWithConstant(I);
189       
190       // Remove the instruction from the basic block
191       delete BB->getInstList().pop_back();
192     }
193     delete M->getBasicBlocks().remove(BBIt);
194     return true;
195   }
196
197   // Check to see if this block has no instructions and only a single 
198   // successor.  If so, replace block references with successor.
199   BasicBlock::succ_iterator SI(BB->succ_begin());
200   if (SI != BB->succ_end() && ++SI == BB->succ_end()) {  // One succ?
201     if (BB->front()->isTerminator()) {   // Terminator is the only instruction!
202       BasicBlock *Succ = *BB->succ_begin(); // There is exactly one successor
203       //cerr << "Killing Trivial BB: \n" << BB;
204       
205       if (Succ != BB) {   // Arg, don't hurt infinite loops!
206         // If our successor has PHI nodes, then we need to update them to
207         // include entries for BB's predecessors, not for BB itself.
208         // Be careful though, if this transformation fails (returns true) then
209         // we cannot do this transformation!
210         //
211         if (!isa<PHINode>(Succ->front()) ||
212             !PropogatePredecessorsForPHIs(BB, Succ)) {
213           
214           BB->replaceAllUsesWith(Succ);
215           BB = M->getBasicBlocks().remove(BBIt);
216         
217           if (BB->hasName() && !Succ->hasName())  // Transfer name if we can
218             Succ->setName(BB->getName());
219           delete BB;                              // Delete basic block
220           
221           //cerr << "Method after removal: \n" << M;
222           return true;
223         }
224       }
225     }
226   }
227
228   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one pred, 
229   // and if there is only one successor of the predecessor. 
230   BasicBlock::pred_iterator PI(BB->pred_begin());
231   if (PI != BB->pred_end() && *PI != BB &&    // Not empty?  Not same BB?
232       ++PI == BB->pred_end() && !BB->hasConstantReferences()) {
233     BasicBlock *Pred = *BB->pred_begin();
234     TerminatorInst *Term = Pred->getTerminator();
235     assert(Term != 0 && "malformed basic block without terminator!");
236     
237     // Does the predecessor block only have a single successor?
238     BasicBlock::succ_iterator SI(Pred->succ_begin());
239     if (++SI == Pred->succ_end()) {
240       //cerr << "Merging: " << BB << "into: " << Pred;
241       
242       // Delete the unconditianal branch from the predecessor...
243       BasicBlock::iterator DI = Pred->end();
244       assert(Pred->getTerminator() && 
245              "Degenerate basic block encountered!");  // Empty bb???      
246       delete Pred->getInstList().remove(--DI);        // Destroy uncond branch
247       
248       // Move all definitions in the succecessor to the predecessor...
249       while (!BB->empty()) {
250         DI = BB->begin();
251         Instruction *Def = BB->getInstList().remove(DI); // Remove from front
252         Pred->getInstList().push_back(Def);              // Add to end...
253       }
254       
255       // Remove basic block from the method... and advance iterator to the
256       // next valid block...
257       BB = M->getBasicBlocks().remove(BBIt);
258
259       // Make all PHI nodes that refered to BB now refer to Pred as their
260       // source...
261       BB->replaceAllUsesWith(Pred);
262       
263       // Inherit predecessors name if it exists...
264       if (BB->hasName() && !Pred->hasName()) Pred->setName(BB->getName());
265       
266       delete BB; // You ARE the weakest link... goodbye
267       return true;
268     }
269   }
270   
271   return false;
272 }
273
274 static bool DoDCEPass(Method *M) {
275   Method::iterator BBIt, BBEnd = M->end();
276   if (M->begin() == BBEnd) return false;  // Nothing to do
277   bool Changed = false;
278
279   // Loop through now and remove instructions that have no uses...
280   for (BBIt = M->begin(); BBIt != BBEnd; ++BBIt) {
281     Changed |= RemoveUnusedDefs((*BBIt)->getInstList());
282     Changed |= RemoveSingularPHIs(*BBIt);
283   }
284
285   // Loop over all of the basic blocks (except the first one) and remove them
286   // if they are unneeded...
287   //
288   for (BBIt = M->begin(), ++BBIt; BBIt != M->end(); ) {
289     if (SimplifyCFG(BBIt)) {
290       Changed = true;
291     } else {
292       ++BBIt;
293     }
294   }
295
296   return Changed;
297 }
298
299
300 // It is possible that we may require multiple passes over the code to fully
301 // eliminate dead code.  Iterate until we are done.
302 //
303 bool DeadCodeElimination::doDCE(Method *M) {
304   bool Changed = false;
305   while (DoDCEPass(M)) Changed = true;
306   return Changed;
307 }
308
309 bool DeadCodeElimination::RemoveUnusedGlobalValues(Module *Mod) {
310   bool Changed = false;
311
312   for (Module::iterator MI = Mod->begin(); MI != Mod->end(); ) {
313     Method *Meth = *MI;
314     if (Meth->isExternal() && Meth->use_size() == 0) {
315       // No references to prototype?
316       //cerr << "Removing method proto: " << Meth->getName() << endl;
317       delete Mod->getMethodList().remove(MI);  // Remove prototype
318       // Remove moves iterator to point to the next one automatically
319       Changed = true;
320     } else {
321       ++MI;                                    // Skip prototype in use.
322     }
323   }
324
325   for (Module::giterator GI = Mod->gbegin(); GI != Mod->gend(); ) {
326     GlobalVariable *GV = *GI;
327     if (!GV->hasInitializer() && GV->use_size() == 0) {
328       // No references to uninitialized global variable?
329       //cerr << "Removing global var: " << GV->getName() << endl;
330       delete Mod->getGlobalList().remove(GI);
331       // Remove moves iterator to point to the next one automatically
332       Changed = true;
333     } else {
334       ++GI;
335     }
336   }
337
338   return Changed;
339 }