lib/Transforms/Scalar/LoopDeletion.cpp

   1 //===- LoopDeletion.cpp - Dead Loop Deletion Pass ---------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file implements the Dead Loop Deletion Pass. This pass is responsible
  11 // for eliminating loops with non-infinite computable trip counts that have no
  12 // side effects or volatile instructions, and do not contribute to the
  13 // computation of the function's return value.
  14 //
  15 //===----------------------------------------------------------------------===//
  16
  17 #define DEBUG_TYPE "loop-delete"
  18 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  19 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
  20 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
  21 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  22 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  23 using namespace llvm;
  24
  25 STATISTIC(NumDeleted, "Number of loops deleted");
  26
  27 namespace {
  28   class LoopDeletion : public LoopPass {
  29   public:
  30     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
  31     LoopDeletion() : LoopPass(&ID) {}
  32
  33     // Possibly eliminate loop L if it is dead.
  34     bool runOnLoop(Loop* L, LPPassManager& LPM);
  35
  36     bool IsLoopDead(Loop* L, SmallVector<BasicBlock*, 4>& exitingBlocks,
  37                     SmallVector<BasicBlock*, 4>& exitBlocks,
  38                     bool &Changed, BasicBlock *Preheader);
  39
  40     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage& AU) const {
  41       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
  42       AU.addRequired<DominatorTree>();
  43       AU.addRequired<LoopInfo>();
  44       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
  45       AU.addRequiredID(LCSSAID);
  46
  47       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
  48       AU.addPreserved<DominatorTree>();
  49       AU.addPreserved<LoopInfo>();
  50       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
  51       AU.addPreservedID(LCSSAID);
  52       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
  53     }
  54   };
  55 }
  56
  57 char LoopDeletion::ID = 0;
  58 static RegisterPass<LoopDeletion> X("loop-deletion", "Delete dead loops");
  59
  60 Pass* llvm::createLoopDeletionPass() {
  61   return new LoopDeletion();
  62 }
  63
  64 /// IsLoopDead - Determined if a loop is dead.  This assumes that we've already
  65 /// checked for unique exit and exiting blocks, and that the code is in LCSSA
  66 /// form.
  67 bool LoopDeletion::IsLoopDead(Loop* L,
  68                               SmallVector<BasicBlock*, 4>& exitingBlocks,
  69                               SmallVector<BasicBlock*, 4>& exitBlocks,
  70                               bool &Changed, BasicBlock *Preheader) {
  71   BasicBlock* exitingBlock = exitingBlocks[0];
  72   BasicBlock* exitBlock = exitBlocks[0];
  73
  74   // Make sure that all PHI entries coming from the loop are loop invariant.
  75   // Because the code is in LCSSA form, any values used outside of the loop
  76   // must pass through a PHI in the exit block, meaning that this check is
  77   // sufficient to guarantee that no loop-variant values are used outside
  78   // of the loop.
  79   BasicBlock::iterator BI = exitBlock->begin();
  80   while (PHINode* P = dyn_cast<PHINode>(BI)) {
  81     Value* incoming = P->getIncomingValueForBlock(exitingBlock);
  82     if (Instruction* I = dyn_cast<Instruction>(incoming))
  83       if (!L->makeLoopInvariant(I, Changed, Preheader->getTerminator()))
  84         return false;
  85
  86     BI++;
  87   }
  88
  89   // Make sure that no instructions in the block have potential side-effects.
  90   // This includes instructions that could write to memory, and loads that are
  91   // marked volatile.  This could be made more aggressive by using aliasing
  92   // information to identify readonly and readnone calls.
  93   for (Loop::block_iterator LI = L->block_begin(), LE = L->block_end();
  94        LI != LE; ++LI) {
  95     for (BasicBlock::iterator BI = (*LI)->begin(), BE = (*LI)->end();
  96          BI != BE; ++BI) {
  97       if (BI->mayHaveSideEffects())
  98         return false;
  99     }
 100   }
 101
 102   return true;
 103 }
 104
 105 /// runOnLoop - Remove dead loops, by which we mean loops that do not impact the
 106 /// observable behavior of the program other than finite running time.  Note
 107 /// we do ensure that this never remove a loop that might be infinite, as doing
 108 /// so could change the halting/non-halting nature of a program.
 109 /// NOTE: This entire process relies pretty heavily on LoopSimplify and LCSSA
 110 /// in order to make various safety checks work.
 111 bool LoopDeletion::runOnLoop(Loop* L, LPPassManager& LPM) {
 112   // We can only remove the loop if there is a preheader that we can
 113   // branch from after removing it.
 114   BasicBlock* preheader = L->getLoopPreheader();
 115   if (!preheader)
 116     return false;
 117
 118   // We can't remove loops that contain subloops.  If the subloops were dead,
 119   // they would already have been removed in earlier executions of this pass.
 120   if (L->begin() != L->end())
 121     return false;
 122
 123   SmallVector<BasicBlock*, 4> exitingBlocks;
 124   L->getExitingBlocks(exitingBlocks);
 125
 126   SmallVector<BasicBlock*, 4> exitBlocks;
 127   L->getUniqueExitBlocks(exitBlocks);
 128
 129   // We require that the loop only have a single exit block.  Otherwise, we'd
 130   // be in the situation of needing to be able to solve statically which exit
 131   // block will be branched to, or trying to preserve the branching logic in
 132   // a loop invariant manner.
 133   if (exitBlocks.size() != 1)
 134     return false;
 135
 136   // Loops with multiple exits are too complicated to handle correctly.
 137   if (exitingBlocks.size() != 1)
 138     return false;
 139
 140   // Finally, we have to check that the loop really is dead.
 141   bool Changed = false;
 142   if (!IsLoopDead(L, exitingBlocks, exitBlocks, Changed, preheader))
 143     return Changed;
 144
 145   // Don't remove loops for which we can't solve the trip count.
 146   // They could be infinite, in which case we'd be changing program behavior.
 147   ScalarEvolution& SE = getAnalysis<ScalarEvolution>();
 148   const SCEV *S = SE.getMaxBackedgeTakenCount(L);
 149   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(S))
 150     return Changed;
 151
 152   // Now that we know the removal is safe, remove the loop by changing the
 153   // branch from the preheader to go to the single exit block.
 154   BasicBlock* exitBlock = exitBlocks[0];
 155   BasicBlock* exitingBlock = exitingBlocks[0];
 156
 157   // Because we're deleting a large chunk of code at once, the sequence in which
 158   // we remove things is very important to avoid invalidation issues.  Don't
 159   // mess with this unless you have good reason and know what you're doing.
 160
 161   // Tell ScalarEvolution that the loop is deleted. Do this before
 162   // deleting the loop so that ScalarEvolution can look at the loop
 163   // to determine what it needs to clean up.
 164   SE.forgetLoopBackedgeTakenCount(L);
 165
 166   // Connect the preheader directly to the exit block.
 167   TerminatorInst* TI = preheader->getTerminator();
 168   TI->replaceUsesOfWith(L->getHeader(), exitBlock);
 169
 170   // Rewrite phis in the exit block to get their inputs from
 171   // the preheader instead of the exiting block.
 172   BasicBlock::iterator BI = exitBlock->begin();
 173   while (PHINode* P = dyn_cast<PHINode>(BI)) {
 174     P->replaceUsesOfWith(exitingBlock, preheader);
 175     BI++;
 176   }
 177
 178   // Update the dominator tree and remove the instructions and blocks that will
 179   // be deleted from the reference counting scheme.
 180   DominatorTree& DT = getAnalysis<DominatorTree>();
 181   DominanceFrontier* DF = getAnalysisIfAvailable<DominanceFrontier>();
 182   SmallPtrSet<DomTreeNode*, 8> ChildNodes;
 183   for (Loop::block_iterator LI = L->block_begin(), LE = L->block_end();
 184        LI != LE; ++LI) {
 185     // Move all of the block's children to be children of the preheader, which
 186     // allows us to remove the domtree entry for the block.
 187     ChildNodes.insert(DT[*LI]->begin(), DT[*LI]->end());
 188     for (SmallPtrSet<DomTreeNode*, 8>::iterator DI = ChildNodes.begin(),
 189          DE = ChildNodes.end(); DI != DE; ++DI) {
 190       DT.changeImmediateDominator(*DI, DT[preheader]);
 191       if (DF) DF->changeImmediateDominator((*DI)->getBlock(), preheader, &DT);
 192     }
 193
 194     ChildNodes.clear();
 195     DT.eraseNode(*LI);
 196     if (DF) DF->removeBlock(*LI);
 197
 198     // Remove the block from the reference counting scheme, so that we can
 199     // delete it freely later.
 200     (*LI)->dropAllReferences();
 201   }
 202
 203   // Erase the instructions and the blocks without having to worry
 204   // about ordering because we already dropped the references.
 205   // NOTE: This iteration is safe because erasing the block does not remove its
 206   // entry from the loop's block list.  We do that in the next section.
 207   for (Loop::block_iterator LI = L->block_begin(), LE = L->block_end();
 208        LI != LE; ++LI)
 209     (*LI)->eraseFromParent();
 210
 211   // Finally, the blocks from loopinfo.  This has to happen late because
 212   // otherwise our loop iterators won't work.
 213   LoopInfo& loopInfo = getAnalysis<LoopInfo>();
 214   SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> blocks;
 215   blocks.insert(L->block_begin(), L->block_end());
 216   for (SmallPtrSet<BasicBlock*,8>::iterator I = blocks.begin(),
 217        E = blocks.end(); I != E; ++I)
 218     loopInfo.removeBlock(*I);
 219
 220   // The last step is to inform the loop pass manager that we've
 221   // eliminated this loop.
 222   LPM.deleteLoopFromQueue(L);
 223   Changed = true;
 224
 225   NumDeleted++;
 226
 227   return Changed;
 228 }