Changed the fundemental architecture of Operands for Instructions. Now
[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 //
13 // TODO: This should REALLY be worklist driven instead of iterative.  Right now,
14 // we scan linearly through values, removing unused ones as we go.  The problem
15 // is that this may cause other earlier values to become unused.  To make sure
16 // that we get them all, we iterate until things stop changing.  Instead, when 
17 // removing a value, recheck all of its operands to see if they are now unused.
18 // Piece of cake, and more efficient as well.  
19 //
20 // Note, this is not trivial, because we have to worry about invalidating 
21 // iterators.  :(
22 //
23 //===----------------------------------------------------------------------===//
24
25 #include "llvm/Optimizations/DCE.h"
26 #include "llvm/Tools/STLExtras.h"
27 #include "llvm/Module.h"
28 #include "llvm/Method.h"
29 #include "llvm/BasicBlock.h"
30 #include "llvm/iTerminators.h"
31 #include "llvm/iOther.h"
32 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
33 #include "llvm/CFG.h"
34 #include <algorithm>
35
36 using namespace cfg;
37
38 struct ConstPoolDCE { 
39   enum { EndOffs = 0 };
40   static bool isDCEable(const Value *) { return true; } 
41 };
42
43 struct BasicBlockDCE {
44   enum { EndOffs = 1 };
45   static bool isDCEable(const Instruction *I) {
46     return !I->hasSideEffects();
47   }
48 };
49
50
51 template<class ValueSubclass, class ItemParentType, class DCEController>
52 static bool RemoveUnusedDefs(ValueHolder<ValueSubclass, ItemParentType> &Vals, 
53                              DCEController DCEControl) {
54   bool Changed = false;
55   typedef ValueHolder<ValueSubclass, ItemParentType> Container;
56
57   int Offset = DCEController::EndOffs;
58   for (Container::iterator DI = Vals.begin(); DI != Vals.end()-Offset; ) {
59     // Look for un"used" definitions...
60     if ((*DI)->use_empty() && DCEController::isDCEable(*DI)) {
61       // Bye bye
62       //cerr << "Removing: " << *DI;
63       delete Vals.remove(DI);
64       Changed = true;
65     } else {
66       ++DI;
67     }
68   }
69   return Changed;
70 }
71
72 // RemoveSingularPHIs - This removes PHI nodes from basic blocks that have only
73 // a single predecessor.  This means that the PHI node must only have a single
74 // RHS value and can be eliminated.
75 //
76 // This routine is very simple because we know that PHI nodes must be the first
77 // things in a basic block, if they are present.
78 //
79 static bool RemoveSingularPHIs(BasicBlock *BB) {
80   pred_iterator PI(pred_begin(BB));
81   if (PI == pred_end(BB) || ++PI != pred_end(BB)) 
82     return false;   // More than one predecessor...
83
84   Instruction *I = BB->front();
85   if (!I->isPHINode()) return false;  // No PHI nodes
86
87   //cerr << "Killing PHIs from " << BB;
88   //cerr << "Pred #0 = " << *pred_begin(BB);
89
90   //cerr << "Method == " << BB->getParent();
91
92   do {
93     PHINode *PN = (PHINode*)I;
94     assert(PN->getNumOperands() == 2 && "PHI node should only have one value!");
95     Value *V = PN->getOperand(0);
96
97     PN->replaceAllUsesWith(V);      // Replace PHI node with its single value.
98     delete BB->getInstList().remove(BB->begin());
99
100     I = BB->front();
101   } while (I->isPHINode());
102         
103   return true;  // Yes, we nuked at least one phi node
104 }
105
106 bool opt::DoRemoveUnusedConstants(SymTabValue *S) {
107   bool Changed = false;
108   ConstantPool &CP = S->getConstantPool();
109   for (ConstantPool::plane_iterator PI = CP.begin(); PI != CP.end(); ++PI)
110     Changed |= RemoveUnusedDefs(**PI, ConstPoolDCE());
111   return Changed;
112 }
113
114 static void ReplaceUsesWithConstant(Instruction *I) {
115   // Get the method level constant pool
116   ConstantPool &CP = I->getParent()->getParent()->getConstantPool();
117
118   ConstPoolVal *CPV = 0;
119   ConstantPool::PlaneType *P;
120   if (!CP.getPlane(I->getType(), P)) {  // Does plane exist?
121     // Yes, is it empty?
122     if (!P->empty()) CPV = P->front();
123   }
124
125   if (CPV == 0) { // We don't have an existing constant to reuse.  Just add one.
126     CPV = ConstPoolVal::getNullConstant(I->getType());  // Create a new constant
127
128     // Add the new value to the constant pool...
129     CP.insert(CPV);
130   }
131   
132   // Make all users of this instruction reference the constant instead
133   I->replaceAllUsesWith(CPV);
134 }
135
136 // PropogatePredecessors - This gets "Succ" ready to have the predecessors from
137 // "BB".  This is a little tricky because "Succ" has PHI nodes, which need to
138 // have extra slots added to them to hold the merge edges from BB's
139 // predecessors.
140 //
141 // Assumption: BB is the single predecessor of Succ.
142 //
143 static void PropogatePredecessorsForPHIs(BasicBlock *BB, BasicBlock *Succ) {
144   assert(Succ->front()->isPHINode() && "Only works on PHId BBs!");
145
146   // If there is more than one predecessor, and there are PHI nodes in
147   // the successor, then we need to add incoming edges for the PHI nodes
148   //
149   const vector<BasicBlock*> BBPreds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
150
151   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
152   do {                     // Loop over all of the PHI nodes in the successor BB
153     PHINode *PN = (PHINode*)*I;
154     Value *OldVal = PN->removeIncomingValue(BB);
155     assert(OldVal && "No entry in PHI for Pred BB!");
156
157     for (vector<BasicBlock*>::const_iterator PredI = BBPreds.begin(), 
158            End = BBPreds.end(); PredI != End; ++PredI) {
159       // Add an incoming value for each of the new incoming values...
160       PN->addIncoming(OldVal, *PredI);
161     }
162
163     ++I;
164   } while ((*I)->isPHINode());
165 }
166
167
168 // SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
169 // example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
170 // eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
171 // of the CFG.  It returns true if a modification was made, and returns an 
172 // iterator that designates the first element remaining after the block that
173 // was deleted.
174 //
175 // WARNING:  The entry node of a method may not be simplified.
176 //
177 bool opt::SimplifyCFG(Method::iterator &BBIt) {
178   assert(*BBIt && (*BBIt)->getParent() && "Block not embedded in method!");
179   BasicBlock *BB = *BBIt;
180   Method *M = BB->getParent();
181   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
182   assert(BB->getParent()->front() != BB && "Can't Simplify entry block!");
183
184   // Remove basic blocks that have no predecessors... which are unreachable.
185   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
186       !BB->hasConstantPoolReferences()) {
187     //cerr << "Removing BB: \n" << BB;
188
189     // Loop through all of our successors and make sure they know that one
190     // of their predecessors is going away.
191     for_each(succ_begin(BB), succ_end(BB),
192              std::bind2nd(std::mem_fun(&BasicBlock::removePredecessor), BB));
193
194     while (!BB->empty()) {
195       Instruction *I = BB->back();
196       // If this instruction is used, replace uses with an arbitrary
197       // constant value.  Because control flow can't get here, we don't care
198       // what we replace the value with.  Note that since this block is 
199       // unreachable, and all values contained within it must dominate their
200       // uses, that all uses will eventually be removed.
201       if (!I->use_empty()) ReplaceUsesWithConstant(I);
202       
203       // Remove the instruction from the basic block
204       delete BB->getInstList().pop_back();
205     }
206     delete M->getBasicBlocks().remove(BBIt);
207     return true;
208   } 
209
210   // Check to see if this block has no instructions and only a single 
211   // successor.  If so, replace block references with successor.
212   succ_iterator SI(succ_begin(BB));
213   if (SI != succ_end(BB) && ++SI == succ_end(BB)) {  // One succ?
214     Instruction *I = BB->front();
215     if (I->isTerminator()) {   // Terminator is the only instruction!
216       BasicBlock *Succ = *succ_begin(BB); // There is exactly one successor
217       //cerr << "Killing Trivial BB: \n" << BB;
218       
219       if (Succ != BB) {   // Arg, don't hurt infinite loops!
220         if (Succ->front()->isPHINode()) {
221           // If our successor has PHI nodes, then we need to update them to
222           // include entries for BB's predecessors, not for BB itself.
223           //
224           PropogatePredecessorsForPHIs(BB, Succ);
225         }
226         
227         BB->replaceAllUsesWith(Succ);
228         BB = M->getBasicBlocks().remove(BBIt);
229         
230         if (BB->hasName() && !Succ->hasName())  // Transfer name if we can
231           Succ->setName(BB->getName());
232         delete BB;                              // Delete basic block
233         
234         //cerr << "Method after removal: \n" << M;
235         return true;
236       }
237     }
238   }
239
240   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one pred, 
241   // and if there is only one successor of the predecessor. 
242   pred_iterator PI(pred_begin(BB));
243   if (PI != pred_end(BB) && *PI != BB &&    // Not empty?  Not same BB?
244       ++PI == pred_end(BB) && !BB->hasConstantPoolReferences()) {
245     BasicBlock *Pred = *pred_begin(BB);
246     TerminatorInst *Term = Pred->getTerminator();
247     assert(Term != 0 && "malformed basic block without terminator!");
248     
249     // Does the predecessor block only have a single successor?
250     succ_iterator SI(succ_begin(Pred));
251     if (++SI == succ_end(Pred)) {
252       //cerr << "Merging: " << BB << "into: " << Pred;
253       
254       // Delete the unconditianal branch from the predecessor...
255       BasicBlock::iterator DI = Pred->end();
256       assert(Pred->getTerminator() && 
257              "Degenerate basic block encountered!");  // Empty bb???      
258       delete Pred->getInstList().remove(--DI);        // Destroy uncond branch
259       
260       // Move all definitions in the succecessor to the predecessor...
261       while (!BB->empty()) {
262         DI = BB->begin();
263         Instruction *Def = BB->getInstList().remove(DI); // Remove from front
264         Pred->getInstList().push_back(Def);              // Add to end...
265       }
266       
267       // Remove basic block from the method... and advance iterator to the
268       // next valid block...
269       BB = M->getBasicBlocks().remove(BBIt);
270
271       // Make all PHI nodes that refered to BB now refer to Pred as their
272       // source...
273       BB->replaceAllUsesWith(Pred);
274       
275       // Inherit predecessors name if it exists...
276       if (BB->hasName() && !Pred->hasName()) Pred->setName(BB->getName());
277       
278       delete BB; // You ARE the weakest link... goodbye
279       return true;
280     }
281   }
282   
283   return false;
284 }
285
286 static bool DoDCEPass(Method *M) {
287   Method::iterator BBIt, BBEnd = M->end();
288   if (M->begin() == BBEnd) return false;  // Nothing to do
289   bool Changed = false;
290
291   // Loop through now and remove instructions that have no uses...
292   for (BBIt = M->begin(); BBIt != BBEnd; ++BBIt) {
293     Changed |= RemoveUnusedDefs((*BBIt)->getInstList(), BasicBlockDCE());
294     Changed |= RemoveSingularPHIs(*BBIt);
295   }
296
297   // Loop over all of the basic blocks (except the first one) and remove them
298   // if they are unneeded...
299   //
300   for (BBIt = M->begin(), ++BBIt; BBIt != M->end(); ) {
301     if (opt::SimplifyCFG(BBIt)) {
302       Changed = true;
303     } else {
304       ++BBIt;
305     }
306   }
307
308   // Remove unused constants
309   return Changed | opt::DoRemoveUnusedConstants(M);
310 }
311
312
313 // It is possible that we may require multiple passes over the code to fully
314 // eliminate dead code.  Iterate until we are done.
315 //
316 bool opt::DoDeadCodeElimination(Method *M) {
317   bool Changed = false;
318   while (DoDCEPass(M)) Changed = true;
319   return Changed;
320 }
321
322 bool opt::DoDeadCodeElimination(Module *C) { 
323   bool Val = C->reduceApply(DoDeadCodeElimination);
324
325   while (DoRemoveUnusedConstants(C)) Val = true;
326   return Val;
327 }