Instruction counters must skip the bitcasts that
[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/LoopInfo.h"
23 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
24 #include "llvm/Target/TargetData.h"
25 #include <algorithm>
26 using namespace llvm;
27
28 /// DeleteDeadBlock - Delete the specified block, which must have no
29 /// predecessors.
30 void llvm::DeleteDeadBlock(BasicBlock *BB) {
31   assert((pred_begin(BB) == pred_end(BB) ||
32          // Can delete self loop.
33          BB->getSinglePredecessor() == BB) && "Block is not dead!");
34   TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
35   
36   // Loop through all of our successors and make sure they know that one
37   // of their predecessors is going away.
38   for (unsigned i = 0, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
39     BBTerm->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
40   
41   // Zap all the instructions in the block.
42   while (!BB->empty()) {
43     Instruction &I = BB->back();
44     // If this instruction is used, replace uses with an arbitrary value.
45     // Because control flow can't get here, we don't care what we replace the
46     // value with.  Note that since this block is unreachable, and all values
47     // contained within it must dominate their uses, that all uses will
48     // eventually be removed (they are themselves dead).
49     if (!I.use_empty())
50       I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
51     BB->getInstList().pop_back();
52   }
53   
54   // Zap the block!
55   BB->eraseFromParent();
56 }
57
58 /// FoldSingleEntryPHINodes - We know that BB has one predecessor.  If there are
59 /// any single-entry PHI nodes in it, fold them away.  This handles the case
60 /// when all entries to the PHI nodes in a block are guaranteed equal, such as
61 /// when the block has exactly one predecessor.
62 void llvm::FoldSingleEntryPHINodes(BasicBlock *BB) {
63   if (!isa<PHINode>(BB->begin()))
64     return;
65   
66   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
67     if (PN->getIncomingValue(0) != PN)
68       PN->replaceAllUsesWith(PN->getIncomingValue(0));
69     else
70       PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
71     PN->eraseFromParent();
72   }
73 }
74
75
76 /// MergeBlockIntoPredecessor - Attempts to merge a block into its predecessor,
77 /// if possible.  The return value indicates success or failure.
78 bool llvm::MergeBlockIntoPredecessor(BasicBlock* BB, Pass* P) {
79   pred_iterator PI(pred_begin(BB)), PE(pred_end(BB));
80   // Can't merge the entry block.
81   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB)) return false;
82   
83   BasicBlock *PredBB = *PI++;
84   for (; PI != PE; ++PI)  // Search all predecessors, see if they are all same
85     if (*PI != PredBB) {
86       PredBB = 0;       // There are multiple different predecessors...
87       break;
88     }
89   
90   // Can't merge if there are multiple predecessors.
91   if (!PredBB) return false;
92   // Don't break self-loops.
93   if (PredBB == BB) return false;
94   // Don't break invokes.
95   if (isa<InvokeInst>(PredBB->getTerminator())) return false;
96   
97   succ_iterator SI(succ_begin(PredBB)), SE(succ_end(PredBB));
98   BasicBlock* OnlySucc = BB;
99   for (; SI != SE; ++SI)
100     if (*SI != OnlySucc) {
101       OnlySucc = 0;     // There are multiple distinct successors!
102       break;
103     }
104   
105   // Can't merge if there are multiple successors.
106   if (!OnlySucc) return false;
107
108   // Can't merge if there is PHI loop.
109   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end(); BI != BE; ++BI) {
110     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI)) {
111       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
112         if (PN->getIncomingValue(i) == PN)
113           return false;
114     } else
115       break;
116   }
117
118   // Begin by getting rid of unneeded PHIs.
119   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&BB->front())) {
120     PN->replaceAllUsesWith(PN->getIncomingValue(0));
121     BB->getInstList().pop_front();  // Delete the phi node...
122   }
123   
124   // Delete the unconditional branch from the predecessor...
125   PredBB->getInstList().pop_back();
126   
127   // Move all definitions in the successor to the predecessor...
128   PredBB->getInstList().splice(PredBB->end(), BB->getInstList());
129   
130   // Make all PHI nodes that referred to BB now refer to Pred as their
131   // source...
132   BB->replaceAllUsesWith(PredBB);
133   
134   // Inherit predecessors name if it exists.
135   if (!PredBB->hasName())
136     PredBB->takeName(BB);
137   
138   // Finally, erase the old block and update dominator info.
139   if (P) {
140     if (DominatorTree* DT = P->getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>()) {
141       DomTreeNode* DTN = DT->getNode(BB);
142       DomTreeNode* PredDTN = DT->getNode(PredBB);
143   
144       if (DTN) {
145         SmallPtrSet<DomTreeNode*, 8> Children(DTN->begin(), DTN->end());
146         for (SmallPtrSet<DomTreeNode*, 8>::iterator DI = Children.begin(),
147              DE = Children.end(); DI != DE; ++DI)
148           DT->changeImmediateDominator(*DI, PredDTN);
149
150         DT->eraseNode(BB);
151       }
152     }
153   }
154   
155   BB->eraseFromParent();
156   
157   
158   return true;
159 }
160
161 /// ReplaceInstWithValue - Replace all uses of an instruction (specified by BI)
162 /// with a value, then remove and delete the original instruction.
163 ///
164 void llvm::ReplaceInstWithValue(BasicBlock::InstListType &BIL,
165                                 BasicBlock::iterator &BI, Value *V) {
166   Instruction &I = *BI;
167   // Replaces all of the uses of the instruction with uses of the value
168   I.replaceAllUsesWith(V);
169
170   // Make sure to propagate a name if there is one already.
171   if (I.hasName() && !V->hasName())
172     V->takeName(&I);
173
174   // Delete the unnecessary instruction now...
175   BI = BIL.erase(BI);
176 }
177
178
179 /// ReplaceInstWithInst - Replace the instruction specified by BI with the
180 /// instruction specified by I.  The original instruction is deleted and BI is
181 /// updated to point to the new instruction.
182 ///
183 void llvm::ReplaceInstWithInst(BasicBlock::InstListType &BIL,
184                                BasicBlock::iterator &BI, Instruction *I) {
185   assert(I->getParent() == 0 &&
186          "ReplaceInstWithInst: Instruction already inserted into basic block!");
187
188   // Insert the new instruction into the basic block...
189   BasicBlock::iterator New = BIL.insert(BI, I);
190
191   // Replace all uses of the old instruction, and delete it.
192   ReplaceInstWithValue(BIL, BI, I);
193
194   // Move BI back to point to the newly inserted instruction
195   BI = New;
196 }
197
198 /// ReplaceInstWithInst - Replace the instruction specified by From with the
199 /// instruction specified by To.
200 ///
201 void llvm::ReplaceInstWithInst(Instruction *From, Instruction *To) {
202   BasicBlock::iterator BI(From);
203   ReplaceInstWithInst(From->getParent()->getInstList(), BI, To);
204 }
205
206 /// RemoveSuccessor - Change the specified terminator instruction such that its
207 /// successor SuccNum no longer exists.  Because this reduces the outgoing
208 /// degree of the current basic block, the actual terminator instruction itself
209 /// may have to be changed.  In the case where the last successor of the block 
210 /// is deleted, a return instruction is inserted in its place which can cause a
211 /// surprising change in program behavior if it is not expected.
212 ///
213 void llvm::RemoveSuccessor(TerminatorInst *TI, unsigned SuccNum) {
214   assert(SuccNum < TI->getNumSuccessors() &&
215          "Trying to remove a nonexistant successor!");
216
217   // If our old successor block contains any PHI nodes, remove the entry in the
218   // PHI nodes that comes from this branch...
219   //
220   BasicBlock *BB = TI->getParent();
221   TI->getSuccessor(SuccNum)->removePredecessor(BB);
222
223   TerminatorInst *NewTI = 0;
224   switch (TI->getOpcode()) {
225   case Instruction::Br:
226     // If this is a conditional branch... convert to unconditional branch.
227     if (TI->getNumSuccessors() == 2) {
228       cast<BranchInst>(TI)->setUnconditionalDest(TI->getSuccessor(1-SuccNum));
229     } else {                    // Otherwise convert to a return instruction...
230       Value *RetVal = 0;
231
232       // Create a value to return... if the function doesn't return null...
233       if (BB->getParent()->getReturnType() != Type::VoidTy)
234         RetVal = Constant::getNullValue(BB->getParent()->getReturnType());
235
236       // Create the return...
237       NewTI = ReturnInst::Create(RetVal);
238     }
239     break;
240
241   case Instruction::Invoke:    // Should convert to call
242   case Instruction::Switch:    // Should remove entry
243   default:
244   case Instruction::Ret:       // Cannot happen, has no successors!
245     assert(0 && "Unhandled terminator instruction type in RemoveSuccessor!");
246     abort();
247   }
248
249   if (NewTI)   // If it's a different instruction, replace.
250     ReplaceInstWithInst(TI, NewTI);
251 }
252
253 /// SplitEdge -  Split the edge connecting specified block. Pass P must 
254 /// not be NULL. 
255 BasicBlock *llvm::SplitEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *Succ, Pass *P) {
256   TerminatorInst *LatchTerm = BB->getTerminator();
257   unsigned SuccNum = 0;
258 #ifndef NDEBUG
259   unsigned e = LatchTerm->getNumSuccessors();
260 #endif
261   for (unsigned i = 0; ; ++i) {
262     assert(i != e && "Didn't find edge?");
263     if (LatchTerm->getSuccessor(i) == Succ) {
264       SuccNum = i;
265       break;
266     }
267   }
268   
269   // If this is a critical edge, let SplitCriticalEdge do it.
270   if (SplitCriticalEdge(BB->getTerminator(), SuccNum, P))
271     return LatchTerm->getSuccessor(SuccNum);
272
273   // If the edge isn't critical, then BB has a single successor or Succ has a
274   // single pred.  Split the block.
275   BasicBlock::iterator SplitPoint;
276   if (BasicBlock *SP = Succ->getSinglePredecessor()) {
277     // If the successor only has a single pred, split the top of the successor
278     // block.
279     assert(SP == BB && "CFG broken");
280     SP = NULL;
281     return SplitBlock(Succ, Succ->begin(), P);
282   } else {
283     // Otherwise, if BB has a single successor, split it at the bottom of the
284     // block.
285     assert(BB->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
286            "Should have a single succ!"); 
287     return SplitBlock(BB, BB->getTerminator(), P);
288   }
289 }
290
291 /// SplitBlock - Split the specified block at the specified instruction - every
292 /// thing before SplitPt stays in Old and everything starting with SplitPt moves
293 /// to a new block.  The two blocks are joined by an unconditional branch and
294 /// the loop info is updated.
295 ///
296 BasicBlock *llvm::SplitBlock(BasicBlock *Old, Instruction *SplitPt, Pass *P) {
297   BasicBlock::iterator SplitIt = SplitPt;
298   while (isa<PHINode>(SplitIt))
299     ++SplitIt;
300   BasicBlock *New = Old->splitBasicBlock(SplitIt, Old->getName()+".split");
301
302   // The new block lives in whichever loop the old one did.
303   if (LoopInfo* LI = P->getAnalysisIfAvailable<LoopInfo>())
304     if (Loop *L = LI->getLoopFor(Old))
305       L->addBasicBlockToLoop(New, LI->getBase());
306
307   if (DominatorTree *DT = P->getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>())
308     {
309       // Old dominates New. New node domiantes all other nodes dominated by Old.
310       DomTreeNode *OldNode = DT->getNode(Old);
311       std::vector<DomTreeNode *> Children;
312       for (DomTreeNode::iterator I = OldNode->begin(), E = OldNode->end();
313            I != E; ++I) 
314         Children.push_back(*I);
315
316       DomTreeNode *NewNode =   DT->addNewBlock(New,Old);
317
318       for (std::vector<DomTreeNode *>::iterator I = Children.begin(),
319              E = Children.end(); I != E; ++I) 
320         DT->changeImmediateDominator(*I, NewNode);
321     }
322
323   if (DominanceFrontier *DF = P->getAnalysisIfAvailable<DominanceFrontier>())
324     DF->splitBlock(Old);
325     
326   return New;
327 }
328
329
330 /// SplitBlockPredecessors - This method transforms BB by introducing a new
331 /// basic block into the function, and moving some of the predecessors of BB to
332 /// be predecessors of the new block.  The new predecessors are indicated by the
333 /// Preds array, which has NumPreds elements in it.  The new block is given a
334 /// suffix of 'Suffix'.
335 ///
336 /// This currently updates the LLVM IR, AliasAnalysis, DominatorTree and
337 /// DominanceFrontier, but no other analyses.
338 BasicBlock *llvm::SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB, 
339                                          BasicBlock *const *Preds,
340                                          unsigned NumPreds, const char *Suffix,
341                                          Pass *P) {
342   // Create new basic block, insert right before the original block.
343   BasicBlock *NewBB =
344     BasicBlock::Create(BB->getName()+Suffix, BB->getParent(), BB);
345   
346   // The new block unconditionally branches to the old block.
347   BranchInst *BI = BranchInst::Create(BB, NewBB);
348   
349   // Move the edges from Preds to point to NewBB instead of BB.
350   for (unsigned i = 0; i != NumPreds; ++i)
351     Preds[i]->getTerminator()->replaceUsesOfWith(BB, NewBB);
352   
353   // Update dominator tree and dominator frontier if available.
354   DominatorTree *DT = P ? P->getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>() : 0;
355   if (DT)
356     DT->splitBlock(NewBB);
357   if (DominanceFrontier *DF = P ? P->getAnalysisIfAvailable<DominanceFrontier>():0)
358     DF->splitBlock(NewBB);
359   AliasAnalysis *AA = P ? P->getAnalysisIfAvailable<AliasAnalysis>() : 0;
360   
361   
362   // Insert a new PHI node into NewBB for every PHI node in BB and that new PHI
363   // node becomes an incoming value for BB's phi node.  However, if the Preds
364   // list is empty, we need to insert dummy entries into the PHI nodes in BB to
365   // account for the newly created predecessor.
366   if (NumPreds == 0) {
367     // Insert dummy values as the incoming value.
368     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
369       cast<PHINode>(I)->addIncoming(UndefValue::get(I->getType()), NewBB);
370     return NewBB;
371   }
372   
373   // Otherwise, create a new PHI node in NewBB for each PHI node in BB.
374   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
375     PHINode *PN = cast<PHINode>(I++);
376     
377     // Check to see if all of the values coming in are the same.  If so, we
378     // don't need to create a new PHI node.
379     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(Preds[0]);
380     for (unsigned i = 1; i != NumPreds; ++i)
381       if (InVal != PN->getIncomingValueForBlock(Preds[i])) {
382         InVal = 0;
383         break;
384       }
385     
386     if (InVal) {
387       // If all incoming values for the new PHI would be the same, just don't
388       // make a new PHI.  Instead, just remove the incoming values from the old
389       // PHI.
390       for (unsigned i = 0; i != NumPreds; ++i)
391         PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
392     } else {
393       // If the values coming into the block are not the same, we need a PHI.
394       // Create the new PHI node, insert it into NewBB at the end of the block
395       PHINode *NewPHI =
396         PHINode::Create(PN->getType(), PN->getName()+".ph", BI);
397       if (AA) AA->copyValue(PN, NewPHI);
398       
399       // Move all of the PHI values for 'Preds' to the new PHI.
400       for (unsigned i = 0; i != NumPreds; ++i) {
401         Value *V = PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
402         NewPHI->addIncoming(V, Preds[i]);
403       }
404       InVal = NewPHI;
405     }
406     
407     // Add an incoming value to the PHI node in the loop for the preheader
408     // edge.
409     PN->addIncoming(InVal, NewBB);
410     
411     // Check to see if we can eliminate this phi node.
412     if (Value *V = PN->hasConstantValue(DT != 0)) {
413       Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
414       if (!I || DT == 0 || DT->dominates(I, PN)) {
415         PN->replaceAllUsesWith(V);
416         if (AA) AA->deleteValue(PN);
417         PN->eraseFromParent();
418       }
419     }
420   }
421   
422   return NewBB;
423 }
424
425 /// AreEquivalentAddressValues - Test if A and B will obviously have the same
426 /// value. This includes recognizing that %t0 and %t1 will have the same
427 /// value in code like this:
428 ///   %t0 = getelementptr \@a, 0, 3
429 ///   store i32 0, i32* %t0
430 ///   %t1 = getelementptr \@a, 0, 3
431 ///   %t2 = load i32* %t1
432 ///
433 static bool AreEquivalentAddressValues(const Value *A, const Value *B) {
434   // Test if the values are trivially equivalent.
435   if (A == B) return true;
436   
437   // Test if the values come form identical arithmetic instructions.
438   if (isa<BinaryOperator>(A) || isa<CastInst>(A) ||
439       isa<PHINode>(A) || isa<GetElementPtrInst>(A))
440     if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(B))
441       if (cast<Instruction>(A)->isIdenticalTo(BI))
442         return true;
443   
444   // Otherwise they may not be equivalent.
445   return false;
446 }
447
448 /// FindAvailableLoadedValue - Scan the ScanBB block backwards (starting at the
449 /// instruction before ScanFrom) checking to see if we have the value at the
450 /// memory address *Ptr locally available within a small number of instructions.
451 /// If the value is available, return it.
452 ///
453 /// If not, return the iterator for the last validated instruction that the 
454 /// value would be live through.  If we scanned the entire block and didn't find
455 /// something that invalidates *Ptr or provides it, ScanFrom would be left at
456 /// begin() and this returns null.  ScanFrom could also be left 
457 ///
458 /// MaxInstsToScan specifies the maximum instructions to scan in the block.  If
459 /// it is set to 0, it will scan the whole block. You can also optionally
460 /// specify an alias analysis implementation, which makes this more precise.
461 Value *llvm::FindAvailableLoadedValue(Value *Ptr, BasicBlock *ScanBB,
462                                       BasicBlock::iterator &ScanFrom,
463                                       unsigned MaxInstsToScan,
464                                       AliasAnalysis *AA) {
465   if (MaxInstsToScan == 0) MaxInstsToScan = ~0U;
466
467   // If we're using alias analysis to disambiguate get the size of *Ptr.
468   unsigned AccessSize = 0;
469   if (AA) {
470     const Type *AccessTy = cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType();
471     AccessSize = AA->getTargetData().getTypeStoreSizeInBits(AccessTy);
472   }
473   
474   while (ScanFrom != ScanBB->begin()) {
475     // We must ignore debug info directives when counting (otherwise they
476     // would affect codegen).
477     Instruction *Inst = --ScanFrom;
478     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst))
479       continue;
480     // Likewise, we skip bitcasts that feed into a llvm.dbg.declare; these are
481     // not present when debugging is off.
482     if (isa<BitCastInst>(Inst) && Inst->hasOneUse() &&
483         isa<DbgDeclareInst>(Inst->use_begin()))
484       continue;
485
486     // Restore ScanFrom to expected value in case next test succeeds
487     ScanFrom++;
488    
489     // Don't scan huge blocks.
490     if (MaxInstsToScan-- == 0) return 0;
491     
492     --ScanFrom;
493     // If this is a load of Ptr, the loaded value is available.
494     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
495       if (AreEquivalentAddressValues(LI->getOperand(0), Ptr))
496         return LI;
497     
498     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
499       // If this is a store through Ptr, the value is available!
500       if (AreEquivalentAddressValues(SI->getOperand(1), Ptr))
501         return SI->getOperand(0);
502       
503       // If Ptr is an alloca and this is a store to a different alloca, ignore
504       // the store.  This is a trivial form of alias analysis that is important
505       // for reg2mem'd code.
506       if ((isa<AllocaInst>(Ptr) || isa<GlobalVariable>(Ptr)) &&
507           (isa<AllocaInst>(SI->getOperand(1)) ||
508            isa<GlobalVariable>(SI->getOperand(1))))
509         continue;
510       
511       // If we have alias analysis and it says the store won't modify the loaded
512       // value, ignore the store.
513       if (AA &&
514           (AA->getModRefInfo(SI, Ptr, AccessSize) & AliasAnalysis::Mod) == 0)
515         continue;
516       
517       // Otherwise the store that may or may not alias the pointer, bail out.
518       ++ScanFrom;
519       return 0;
520     }
521     
522     // If this is some other instruction that may clobber Ptr, bail out.
523     if (Inst->mayWriteToMemory()) {
524       // If alias analysis claims that it really won't modify the load,
525       // ignore it.
526       if (AA &&
527           (AA->getModRefInfo(Inst, Ptr, AccessSize) & AliasAnalysis::Mod) == 0)
528         continue;
529       
530       // May modify the pointer, bail out.
531       ++ScanFrom;
532       return 0;
533     }
534   }
535   
536   // Got to the start of the block, we didn't find it, but are done for this
537   // block.
538   return 0;
539 }
540
541 /// CopyPrecedingStopPoint - If I is immediately preceded by a StopPoint,
542 /// make a copy of the stoppoint before InsertPos (presumably before copying
543 /// or moving I).
544 void llvm::CopyPrecedingStopPoint(Instruction *I, 
545                                   BasicBlock::iterator InsertPos) {
546   if (I != I->getParent()->begin()) {
547     BasicBlock::iterator BBI = I;  --BBI;
548     if (DbgStopPointInst *DSPI = dyn_cast<DbgStopPointInst>(BBI)) {
549       CallInst *newDSPI = DSPI->clone();
550       newDSPI->insertBefore(InsertPos);
551     }
552   }
553 }