40d33d15afc2fb394b7d4a901d191d2e9be4fe61
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / BasicBlockUtils.cpp
1 //===-- BasicBlockUtils.cpp - BasicBlock Utilities -------------------------==//
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 family of functions perform manipulations on basic blocks, and
11 // instructions contained within basic blocks.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
16 #include "llvm/Function.h"
17 #include "llvm/Instructions.h"
18 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
19 #include "llvm/Constant.h"
20 #include "llvm/Type.h"
21 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
22 #include "llvm/Analysis/DominanceFrontier.h"
23 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
24 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
25 #include "llvm/Target/TargetData.h"
26 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
27 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
28 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
29 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
30 #include <algorithm>
31 using namespace llvm;
32
33 /// DeleteDeadBlock - Delete the specified block, which must have no
34 /// predecessors.
35 void llvm::DeleteDeadBlock(BasicBlock *BB) {
36   assert((pred_begin(BB) == pred_end(BB) ||
37          // Can delete self loop.
38          BB->getSinglePredecessor() == BB) && "Block is not dead!");
39   TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
40   
41   // Loop through all of our successors and make sure they know that one
42   // of their predecessors is going away.
43   for (unsigned i = 0, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
44     BBTerm->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
45   
46   // Zap all the instructions in the block.
47   while (!BB->empty()) {
48     Instruction &I = BB->back();
49     // If this instruction is used, replace uses with an arbitrary value.
50     // Because control flow can't get here, we don't care what we replace the
51     // value with.  Note that since this block is unreachable, and all values
52     // contained within it must dominate their uses, that all uses will
53     // eventually be removed (they are themselves dead).
54     if (!I.use_empty())
55       I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
56     BB->getInstList().pop_back();
57   }
58   
59   // Zap the block!
60   BB->eraseFromParent();
61 }
62
63 /// FoldSingleEntryPHINodes - We know that BB has one predecessor.  If there are
64 /// any single-entry PHI nodes in it, fold them away.  This handles the case
65 /// when all entries to the PHI nodes in a block are guaranteed equal, such as
66 /// when the block has exactly one predecessor.
67 void llvm::FoldSingleEntryPHINodes(BasicBlock *BB, Pass *P) {
68   if (!isa<PHINode>(BB->begin())) return;
69   
70   AliasAnalysis *AA = 0;
71   MemoryDependenceAnalysis *MemDep = 0;
72   if (P) {
73     AA = P->getAnalysisIfAvailable<AliasAnalysis>();
74     MemDep = P->getAnalysisIfAvailable<MemoryDependenceAnalysis>();
75   }
76   
77   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
78     if (PN->getIncomingValue(0) != PN)
79       PN->replaceAllUsesWith(PN->getIncomingValue(0));
80     else
81       PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
82     
83     if (MemDep)
84       MemDep->removeInstruction(PN);  // Memdep updates AA itself.
85     else if (AA && isa<PointerType>(PN->getType()))
86       AA->deleteValue(PN);
87     
88     PN->eraseFromParent();
89   }
90 }
91
92
93 /// DeleteDeadPHIs - Examine each PHI in the given block and delete it if it
94 /// is dead. Also recursively delete any operands that become dead as
95 /// a result. This includes tracing the def-use list from the PHI to see if
96 /// it is ultimately unused or if it reaches an unused cycle.
97 bool llvm::DeleteDeadPHIs(BasicBlock *BB) {
98   // Recursively deleting a PHI may cause multiple PHIs to be deleted
99   // or RAUW'd undef, so use an array of WeakVH for the PHIs to delete.
100   SmallVector<WeakVH, 8> PHIs;
101   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin();
102        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
103     PHIs.push_back(PN);
104
105   bool Changed = false;
106   for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i)
107     if (PHINode *PN = dyn_cast_or_null<PHINode>(PHIs[i].operator Value*()))
108       Changed |= RecursivelyDeleteDeadPHINode(PN);
109
110   return Changed;
111 }
112
113 /// MergeBlockIntoPredecessor - Attempts to merge a block into its predecessor,
114 /// if possible.  The return value indicates success or failure.
115 bool llvm::MergeBlockIntoPredecessor(BasicBlock *BB, Pass *P) {
116   // Don't merge away blocks who have their address taken.
117   if (BB->hasAddressTaken()) return false;
118   
119   // Can't merge if there are multiple predecessors, or no predecessors.
120   BasicBlock *PredBB = BB->getUniquePredecessor();
121   if (!PredBB) return false;
122
123   // Don't break self-loops.
124   if (PredBB == BB) return false;
125   // Don't break invokes.
126   if (isa<InvokeInst>(PredBB->getTerminator())) return false;
127   
128   succ_iterator SI(succ_begin(PredBB)), SE(succ_end(PredBB));
129   BasicBlock *OnlySucc = BB;
130   for (; SI != SE; ++SI)
131     if (*SI != OnlySucc) {
132       OnlySucc = 0;     // There are multiple distinct successors!
133       break;
134     }
135   
136   // Can't merge if there are multiple successors.
137   if (!OnlySucc) return false;
138
139   // Can't merge if there is PHI loop.
140   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end(); BI != BE; ++BI) {
141     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI)) {
142       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
143         if (PN->getIncomingValue(i) == PN)
144           return false;
145     } else
146       break;
147   }
148
149   // Begin by getting rid of unneeded PHIs.
150   if (isa<PHINode>(BB->front()))
151     FoldSingleEntryPHINodes(BB, P);
152   
153   // Delete the unconditional branch from the predecessor...
154   PredBB->getInstList().pop_back();
155   
156   // Move all definitions in the successor to the predecessor...
157   PredBB->getInstList().splice(PredBB->end(), BB->getInstList());
158   
159   // Make all PHI nodes that referred to BB now refer to Pred as their
160   // source...
161   BB->replaceAllUsesWith(PredBB);
162   
163   // Inherit predecessors name if it exists.
164   if (!PredBB->hasName())
165     PredBB->takeName(BB);
166   
167   // Finally, erase the old block and update dominator info.
168   if (P) {
169     if (DominatorTree *DT = P->getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>()) {
170       if (DomTreeNode *DTN = DT->getNode(BB)) {
171         DomTreeNode *PredDTN = DT->getNode(PredBB);
172         SmallPtrSet<DomTreeNode*, 8> Children(DTN->begin(), DTN->end());
173         for (SmallPtrSet<DomTreeNode*, 8>::iterator DI = Children.begin(),
174              DE = Children.end(); DI != DE; ++DI)
175           DT->changeImmediateDominator(*DI, PredDTN);
176
177         DT->eraseNode(BB);
178       }
179       
180       if (LoopInfo *LI = P->getAnalysisIfAvailable<LoopInfo>())
181         LI->removeBlock(BB);
182     }
183   }
184   
185   BB->eraseFromParent();
186   return true;
187 }
188
189 /// ReplaceInstWithValue - Replace all uses of an instruction (specified by BI)
190 /// with a value, then remove and delete the original instruction.
191 ///
192 void llvm::ReplaceInstWithValue(BasicBlock::InstListType &BIL,
193                                 BasicBlock::iterator &BI, Value *V) {
194   Instruction &I = *BI;
195   // Replaces all of the uses of the instruction with uses of the value
196   I.replaceAllUsesWith(V);
197
198   // Make sure to propagate a name if there is one already.
199   if (I.hasName() && !V->hasName())
200     V->takeName(&I);
201
202   // Delete the unnecessary instruction now...
203   BI = BIL.erase(BI);
204 }
205
206
207 /// ReplaceInstWithInst - Replace the instruction specified by BI with the
208 /// instruction specified by I.  The original instruction is deleted and BI is
209 /// updated to point to the new instruction.
210 ///
211 void llvm::ReplaceInstWithInst(BasicBlock::InstListType &BIL,
212                                BasicBlock::iterator &BI, Instruction *I) {
213   assert(I->getParent() == 0 &&
214          "ReplaceInstWithInst: Instruction already inserted into basic block!");
215
216   // Insert the new instruction into the basic block...
217   BasicBlock::iterator New = BIL.insert(BI, I);
218
219   // Replace all uses of the old instruction, and delete it.
220   ReplaceInstWithValue(BIL, BI, I);
221
222   // Move BI back to point to the newly inserted instruction
223   BI = New;
224 }
225
226 /// ReplaceInstWithInst - Replace the instruction specified by From with the
227 /// instruction specified by To.
228 ///
229 void llvm::ReplaceInstWithInst(Instruction *From, Instruction *To) {
230   BasicBlock::iterator BI(From);
231   ReplaceInstWithInst(From->getParent()->getInstList(), BI, To);
232 }
233
234 /// GetSuccessorNumber - Search for the specified successor of basic block BB
235 /// and return its position in the terminator instruction's list of
236 /// successors.  It is an error to call this with a block that is not a
237 /// successor.
238 unsigned llvm::GetSuccessorNumber(BasicBlock *BB, BasicBlock *Succ) {
239   TerminatorInst *Term = BB->getTerminator();
240 #ifndef NDEBUG
241   unsigned e = Term->getNumSuccessors();
242 #endif
243   for (unsigned i = 0; ; ++i) {
244     assert(i != e && "Didn't find edge?");
245     if (Term->getSuccessor(i) == Succ)
246       return i;
247   }
248   return 0;
249 }
250
251 /// SplitEdge -  Split the edge connecting specified block. Pass P must 
252 /// not be NULL. 
253 BasicBlock *llvm::SplitEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *Succ, Pass *P) {
254   unsigned SuccNum = GetSuccessorNumber(BB, Succ);
255   
256   // If this is a critical edge, let SplitCriticalEdge do it.
257   TerminatorInst *LatchTerm = BB->getTerminator();
258   if (SplitCriticalEdge(LatchTerm, SuccNum, P))
259     return LatchTerm->getSuccessor(SuccNum);
260
261   // If the edge isn't critical, then BB has a single successor or Succ has a
262   // single pred.  Split the block.
263   BasicBlock::iterator SplitPoint;
264   if (BasicBlock *SP = Succ->getSinglePredecessor()) {
265     // If the successor only has a single pred, split the top of the successor
266     // block.
267     assert(SP == BB && "CFG broken");
268     SP = NULL;
269     return SplitBlock(Succ, Succ->begin(), P);
270   }
271   
272   // Otherwise, if BB has a single successor, split it at the bottom of the
273   // block.
274   assert(BB->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
275          "Should have a single succ!"); 
276   return SplitBlock(BB, BB->getTerminator(), P);
277 }
278
279 /// SplitBlock - Split the specified block at the specified instruction - every
280 /// thing before SplitPt stays in Old and everything starting with SplitPt moves
281 /// to a new block.  The two blocks are joined by an unconditional branch and
282 /// the loop info is updated.
283 ///
284 BasicBlock *llvm::SplitBlock(BasicBlock *Old, Instruction *SplitPt, Pass *P) {
285   BasicBlock::iterator SplitIt = SplitPt;
286   while (isa<PHINode>(SplitIt))
287     ++SplitIt;
288   BasicBlock *New = Old->splitBasicBlock(SplitIt, Old->getName()+".split");
289
290   // The new block lives in whichever loop the old one did. This preserves
291   // LCSSA as well, because we force the split point to be after any PHI nodes.
292   if (LoopInfo *LI = P->getAnalysisIfAvailable<LoopInfo>())
293     if (Loop *L = LI->getLoopFor(Old))
294       L->addBasicBlockToLoop(New, LI->getBase());
295
296   if (DominatorTree *DT = P->getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>()) {
297     // Old dominates New. New node dominates all other nodes dominated by Old.
298     DomTreeNode *OldNode = DT->getNode(Old);
299     std::vector<DomTreeNode *> Children;
300     for (DomTreeNode::iterator I = OldNode->begin(), E = OldNode->end();
301          I != E; ++I) 
302       Children.push_back(*I);
303
304       DomTreeNode *NewNode = DT->addNewBlock(New,Old);
305       for (std::vector<DomTreeNode *>::iterator I = Children.begin(),
306              E = Children.end(); I != E; ++I) 
307         DT->changeImmediateDominator(*I, NewNode);
308   }
309
310   if (DominanceFrontier *DF = P->getAnalysisIfAvailable<DominanceFrontier>())
311     DF->splitBlock(Old);
312     
313   return New;
314 }
315
316
317 /// SplitBlockPredecessors - This method transforms BB by introducing a new
318 /// basic block into the function, and moving some of the predecessors of BB to
319 /// be predecessors of the new block.  The new predecessors are indicated by the
320 /// Preds array, which has NumPreds elements in it.  The new block is given a
321 /// suffix of 'Suffix'.
322 ///
323 /// This currently updates the LLVM IR, AliasAnalysis, DominatorTree,
324 /// DominanceFrontier, LoopInfo, and LCCSA but no other analyses.
325 /// In particular, it does not preserve LoopSimplify (because it's
326 /// complicated to handle the case where one of the edges being split
327 /// is an exit of a loop with other exits).
328 ///
329 BasicBlock *llvm::SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB, 
330                                          BasicBlock *const *Preds,
331                                          unsigned NumPreds, const char *Suffix,
332                                          Pass *P) {
333   // Create new basic block, insert right before the original block.
334   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), BB->getName()+Suffix,
335                                          BB->getParent(), BB);
336   
337   // The new block unconditionally branches to the old block.
338   BranchInst *BI = BranchInst::Create(BB, NewBB);
339   
340   LoopInfo *LI = P ? P->getAnalysisIfAvailable<LoopInfo>() : 0;
341   Loop *L = LI ? LI->getLoopFor(BB) : 0;
342   bool PreserveLCSSA = P->mustPreserveAnalysisID(LCSSAID);
343
344   // Move the edges from Preds to point to NewBB instead of BB.
345   // While here, if we need to preserve loop analyses, collect
346   // some information about how this split will affect loops.
347   bool HasLoopExit = false;
348   bool IsLoopEntry = !!L;
349   bool SplitMakesNewLoopHeader = false;
350   for (unsigned i = 0; i != NumPreds; ++i) {
351     // This is slightly more strict than necessary; the minimum requirement
352     // is that there be no more than one indirectbr branching to BB. And
353     // all BlockAddress uses would need to be updated.
354     assert(!isa<IndirectBrInst>(Preds[i]->getTerminator()) &&
355            "Cannot split an edge from an IndirectBrInst");
356
357     Preds[i]->getTerminator()->replaceUsesOfWith(BB, NewBB);
358
359     if (LI) {
360       // If we need to preserve LCSSA, determine if any of
361       // the preds is a loop exit.
362       if (PreserveLCSSA)
363         if (Loop *PL = LI->getLoopFor(Preds[i]))
364           if (!PL->contains(BB))
365             HasLoopExit = true;
366       // If we need to preserve LoopInfo, note whether any of the
367       // preds crosses an interesting loop boundary.
368       if (L) {
369         if (L->contains(Preds[i]))
370           IsLoopEntry = false;
371         else
372           SplitMakesNewLoopHeader = true;
373       }
374     }
375   }
376
377   // Update dominator tree and dominator frontier if available.
378   DominatorTree *DT = P ? P->getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>() : 0;
379   if (DT)
380     DT->splitBlock(NewBB);
381   if (DominanceFrontier *DF =
382         P ? P->getAnalysisIfAvailable<DominanceFrontier>() : 0)
383     DF->splitBlock(NewBB);
384
385   // Insert a new PHI node into NewBB for every PHI node in BB and that new PHI
386   // node becomes an incoming value for BB's phi node.  However, if the Preds
387   // list is empty, we need to insert dummy entries into the PHI nodes in BB to
388   // account for the newly created predecessor.
389   if (NumPreds == 0) {
390     // Insert dummy values as the incoming value.
391     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
392       cast<PHINode>(I)->addIncoming(UndefValue::get(I->getType()), NewBB);
393     return NewBB;
394   }
395
396   AliasAnalysis *AA = P ? P->getAnalysisIfAvailable<AliasAnalysis>() : 0;
397
398   if (L) {
399     if (IsLoopEntry) {
400       // Add the new block to the nearest enclosing loop (and not an
401       // adjacent loop). To find this, examine each of the predecessors and
402       // determine which loops enclose them, and select the most-nested loop
403       // which contains the loop containing the block being split.
404       Loop *InnermostPredLoop = 0;
405       for (unsigned i = 0; i != NumPreds; ++i)
406         if (Loop *PredLoop = LI->getLoopFor(Preds[i])) {
407           // Seek a loop which actually contains the block being split (to
408           // avoid adjacent loops).
409           while (PredLoop && !PredLoop->contains(BB))
410             PredLoop = PredLoop->getParentLoop();
411           // Select the most-nested of these loops which contains the block.
412           if (PredLoop &&
413               PredLoop->contains(BB) &&
414               (!InnermostPredLoop ||
415                InnermostPredLoop->getLoopDepth() < PredLoop->getLoopDepth()))
416             InnermostPredLoop = PredLoop;
417         }
418       if (InnermostPredLoop)
419         InnermostPredLoop->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
420     } else {
421       L->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
422       if (SplitMakesNewLoopHeader)
423         L->moveToHeader(NewBB);
424     }
425   }
426   
427   // Otherwise, create a new PHI node in NewBB for each PHI node in BB.
428   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
429     PHINode *PN = cast<PHINode>(I++);
430     
431     // Check to see if all of the values coming in are the same.  If so, we
432     // don't need to create a new PHI node, unless it's needed for LCSSA.
433     Value *InVal = 0;
434     if (!HasLoopExit) {
435       InVal = PN->getIncomingValueForBlock(Preds[0]);
436       for (unsigned i = 1; i != NumPreds; ++i)
437         if (InVal != PN->getIncomingValueForBlock(Preds[i])) {
438           InVal = 0;
439           break;
440         }
441     }
442
443     if (InVal) {
444       // If all incoming values for the new PHI would be the same, just don't
445       // make a new PHI.  Instead, just remove the incoming values from the old
446       // PHI.
447       for (unsigned i = 0; i != NumPreds; ++i)
448         PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
449     } else {
450       // If the values coming into the block are not the same, we need a PHI.
451       // Create the new PHI node, insert it into NewBB at the end of the block
452       PHINode *NewPHI =
453         PHINode::Create(PN->getType(), PN->getName()+".ph", BI);
454       if (AA) AA->copyValue(PN, NewPHI);
455       
456       // Move all of the PHI values for 'Preds' to the new PHI.
457       for (unsigned i = 0; i != NumPreds; ++i) {
458         Value *V = PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
459         NewPHI->addIncoming(V, Preds[i]);
460       }
461       InVal = NewPHI;
462     }
463     
464     // Add an incoming value to the PHI node in the loop for the preheader
465     // edge.
466     PN->addIncoming(InVal, NewBB);
467   }
468   
469   return NewBB;
470 }
471
472 /// FindFunctionBackedges - Analyze the specified function to find all of the
473 /// loop backedges in the function and return them.  This is a relatively cheap
474 /// (compared to computing dominators and loop info) analysis.
475 ///
476 /// The output is added to Result, as pairs of <from,to> edge info.
477 void llvm::FindFunctionBackedges(const Function &F,
478      SmallVectorImpl<std::pair<const BasicBlock*,const BasicBlock*> > &Result) {
479   const BasicBlock *BB = &F.getEntryBlock();
480   if (succ_begin(BB) == succ_end(BB))
481     return;
482   
483   SmallPtrSet<const BasicBlock*, 8> Visited;
484   SmallVector<std::pair<const BasicBlock*, succ_const_iterator>, 8> VisitStack;
485   SmallPtrSet<const BasicBlock*, 8> InStack;
486   
487   Visited.insert(BB);
488   VisitStack.push_back(std::make_pair(BB, succ_begin(BB)));
489   InStack.insert(BB);
490   do {
491     std::pair<const BasicBlock*, succ_const_iterator> &Top = VisitStack.back();
492     const BasicBlock *ParentBB = Top.first;
493     succ_const_iterator &I = Top.second;
494     
495     bool FoundNew = false;
496     while (I != succ_end(ParentBB)) {
497       BB = *I++;
498       if (Visited.insert(BB)) {
499         FoundNew = true;
500         break;
501       }
502       // Successor is in VisitStack, it's a back edge.
503       if (InStack.count(BB))
504         Result.push_back(std::make_pair(ParentBB, BB));
505     }
506     
507     if (FoundNew) {
508       // Go down one level if there is a unvisited successor.
509       InStack.insert(BB);
510       VisitStack.push_back(std::make_pair(BB, succ_begin(BB)));
511     } else {
512       // Go up one level.
513       InStack.erase(VisitStack.pop_back_val().first);
514     }
515   } while (!VisitStack.empty());
516   
517   
518 }