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