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