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[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / GCSE.cpp
1 //===-- GCSE.cpp - SSA based Global Common Subexpr Elimination ------------===//
2 // 
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 // 
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass is designed to be a very quick global transformation that
11 // eliminates global common subexpressions from a function.  It does this by
12 // using an existing value numbering implementation to identify the common
13 // subexpressions, eliminating them when possible.
14 //
15 //===----------------------------------------------------------------------===//
16
17 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
18 #include "llvm/iMemory.h"
19 #include "llvm/Type.h"
20 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
21 #include "llvm/Analysis/ValueNumbering.h"
22 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
23 #include "Support/Statistic.h"
24 #include "Support/Debug.h"
25 #include <algorithm>
26 using namespace llvm;
27
28 namespace {
29   Statistic<> NumInstRemoved("gcse", "Number of instructions removed");
30   Statistic<> NumLoadRemoved("gcse", "Number of loads removed");
31   Statistic<> NumNonInsts   ("gcse", "Number of instructions removed due "
32                              "to non-instruction values");
33
34   class GCSE : public FunctionPass {
35     std::set<Instruction*>  WorkList;
36     DominatorSet           *DomSetInfo;
37     ValueNumbering         *VN;
38   public:
39     virtual bool runOnFunction(Function &F);
40
41   private:
42     bool EliminateRedundancies(Instruction *I,std::vector<Value*> &EqualValues);
43     Instruction *EliminateCSE(Instruction *I, Instruction *Other);
44     void ReplaceInstWithInst(Instruction *First, BasicBlock::iterator SI);
45
46     // This transformation requires dominator and immediate dominator info
47     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
48       AU.setPreservesCFG();
49       AU.addRequired<DominatorSet>();
50       AU.addRequired<ImmediateDominators>();
51       AU.addRequired<ValueNumbering>();
52     }
53   };
54
55   RegisterOpt<GCSE> X("gcse", "Global Common Subexpression Elimination");
56 }
57
58 // createGCSEPass - The public interface to this file...
59 FunctionPass *llvm::createGCSEPass() { return new GCSE(); }
60
61 // GCSE::runOnFunction - This is the main transformation entry point for a
62 // function.
63 //
64 bool GCSE::runOnFunction(Function &F) {
65   bool Changed = false;
66
67   // Get pointers to the analysis results that we will be using...
68   DomSetInfo = &getAnalysis<DominatorSet>();
69   VN = &getAnalysis<ValueNumbering>();
70
71   // Step #1: Add all instructions in the function to the worklist for
72   // processing.  All of the instructions are considered to be our
73   // subexpressions to eliminate if possible.
74   //
75   WorkList.insert(inst_begin(F), inst_end(F));
76
77   // Step #2: WorkList processing.  Iterate through all of the instructions,
78   // checking to see if there are any additionally defined subexpressions in the
79   // program.  If so, eliminate them!
80   //
81   while (!WorkList.empty()) {
82     Instruction &I = **WorkList.begin(); // Get an instruction from the worklist
83     WorkList.erase(WorkList.begin());
84
85     // If this instruction computes a value, try to fold together common
86     // instructions that compute it.
87     //
88     if (I.getType() != Type::VoidTy) {
89       std::vector<Value*> EqualValues;
90       VN->getEqualNumberNodes(&I, EqualValues);
91
92       if (!EqualValues.empty())
93         Changed |= EliminateRedundancies(&I, EqualValues);
94     }
95   }
96
97   // When the worklist is empty, return whether or not we changed anything...
98   return Changed;
99 }
100
101 bool GCSE::EliminateRedundancies(Instruction *I,
102                                  std::vector<Value*> &EqualValues) {
103   // If the EqualValues set contains any non-instruction values, then we know
104   // that all of the instructions can be replaced with the non-instruction value
105   // because it is guaranteed to dominate all of the instructions in the
106   // function.  We only have to do hard work if all we have are instructions.
107   //
108   for (unsigned i = 0, e = EqualValues.size(); i != e; ++i)
109     if (!isa<Instruction>(EqualValues[i])) {
110       // Found a non-instruction.  Replace all instructions with the
111       // non-instruction.
112       //
113       Value *Replacement = EqualValues[i];
114
115       // Make sure we get I as well...
116       EqualValues[i] = I;
117
118       // Replace all instructions with the Replacement value.
119       for (i = 0; i != e; ++i)
120         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(EqualValues[i])) {
121           // Change all users of I to use Replacement.
122           I->replaceAllUsesWith(Replacement);
123
124           if (isa<LoadInst>(I))
125             ++NumLoadRemoved; // Keep track of loads eliminated
126           ++NumInstRemoved;   // Keep track of number of instructions eliminated
127           ++NumNonInsts;      // Keep track of number of insts repl with values
128
129           // Erase the instruction from the program.
130           I->getParent()->getInstList().erase(I);
131           WorkList.erase(I);
132         }
133       
134       return true;
135     }
136   
137   // Remove duplicate entries from EqualValues...
138   std::sort(EqualValues.begin(), EqualValues.end());
139   EqualValues.erase(std::unique(EqualValues.begin(), EqualValues.end()),
140                     EqualValues.end());
141
142   // From this point on, EqualValues is logically a vector of instructions.
143   //
144   bool Changed = false;
145   EqualValues.push_back(I); // Make sure I is included...
146   while (EqualValues.size() > 1) {
147     // FIXME, this could be done better than simple iteration!
148     Instruction *Test = cast<Instruction>(EqualValues.back());
149     EqualValues.pop_back();
150     
151     for (unsigned i = 0, e = EqualValues.size(); i != e; ++i)
152       if (Instruction *Ret = EliminateCSE(Test,
153                                           cast<Instruction>(EqualValues[i]))) {
154         if (Ret == Test)          // Eliminated EqualValues[i]
155           EqualValues[i] = Test;  // Make sure that we reprocess I at some point
156         Changed = true;
157         break;
158       }
159   }
160   return Changed;
161 }
162
163
164 // ReplaceInstWithInst - Destroy the instruction pointed to by SI, making all
165 // uses of the instruction use First now instead.
166 //
167 void GCSE::ReplaceInstWithInst(Instruction *First, BasicBlock::iterator SI) {
168   Instruction &Second = *SI;
169
170   DEBUG(std::cerr << "GCSE: Substituting %" << First->getName() << " for: "
171                   << Second);
172   
173   //cerr << "DEL " << (void*)Second << Second;
174
175   // Add the first instruction back to the worklist
176   WorkList.insert(First);
177
178   // Add all uses of the second instruction to the worklist
179   for (Value::use_iterator UI = Second.use_begin(), UE = Second.use_end();
180        UI != UE; ++UI)
181     WorkList.insert(cast<Instruction>(*UI));
182     
183   // Make all users of 'Second' now use 'First'
184   Second.replaceAllUsesWith(First);
185
186   // Erase the second instruction from the program
187   Second.getParent()->getInstList().erase(SI);
188 }
189
190 // EliminateCSE - The two instruction I & Other have been found to be common
191 // subexpressions.  This function is responsible for eliminating one of them,
192 // and for fixing the worklist to be correct.  The instruction that is preserved
193 // is returned from the function if the other is eliminated, otherwise null is
194 // returned.
195 //
196 Instruction *GCSE::EliminateCSE(Instruction *I, Instruction *Other) {
197   assert(I != Other);
198
199   WorkList.erase(I);
200   WorkList.erase(Other); // Other may not actually be on the worklist anymore...
201
202   // Handle the easy case, where both instructions are in the same basic block
203   BasicBlock *BB1 = I->getParent(), *BB2 = Other->getParent();
204   Instruction *Ret = 0;
205
206   if (BB1 == BB2) {
207     // Eliminate the second occurring instruction.  Add all uses of the second
208     // instruction to the worklist.
209     //
210     // Scan the basic block looking for the "first" instruction
211     BasicBlock::iterator BI = BB1->begin();
212     while (&*BI != I && &*BI != Other) {
213       ++BI;
214       assert(BI != BB1->end() && "Instructions not found in parent BB!");
215     }
216
217     // Keep track of which instructions occurred first & second
218     Instruction *First = BI;
219     Instruction *Second = I != First ? I : Other; // Get iterator to second inst
220     BI = Second;
221
222     // Destroy Second, using First instead.
223     ReplaceInstWithInst(First, BI);
224     Ret = First;
225
226     // Otherwise, the two instructions are in different basic blocks.  If one
227     // dominates the other instruction, we can simply use it
228     //
229   } else if (DomSetInfo->dominates(BB1, BB2)) {    // I dom Other?
230     ReplaceInstWithInst(I, Other);
231     Ret = I;
232   } else if (DomSetInfo->dominates(BB2, BB1)) {    // Other dom I?
233     ReplaceInstWithInst(Other, I);
234     Ret = Other;
235   } else {
236     // This code is disabled because it has several problems:
237     // One, the actual assumption is wrong, as shown by this code:
238     // int "test"(int %X, int %Y) {
239     //         %Z = add int %X, %Y
240     //         ret int %Z
241     // Unreachable:
242     //         %Q = add int %X, %Y
243     //         ret int %Q
244     // }
245     //
246     // Here there are no shared dominators.  Additionally, this had the habit of
247     // moving computations where they were not always computed.  For example, in
248     // a case like this:
249     //  if (c) {
250     //    if (d)  ...
251     //    else ... X+Y ...
252     //  } else {
253     //    ... X+Y ...
254     //  }
255     // 
256     // In this case, the expression would be hoisted to outside the 'if' stmt,
257     // causing the expression to be evaluated, even for the if (d) path, which
258     // could cause problems, if, for example, it caused a divide by zero.  In
259     // general the problem this case is trying to solve is better addressed with
260     // PRE than GCSE.
261     //
262     return 0;
263   }
264
265   if (isa<LoadInst>(Ret))
266     ++NumLoadRemoved;  // Keep track of loads eliminated
267   ++NumInstRemoved;   // Keep track of number of instructions eliminated
268
269   // Add all users of Ret to the worklist...
270   for (Value::use_iterator I = Ret->use_begin(), E = Ret->use_end(); I != E;++I)
271     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(*I))
272       WorkList.insert(Inst);
273
274   return Ret;
275 }