0e7f7f7844015d6dc4e06f1a6ccba2a34ec3ceb1
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / BreakCriticalEdges.cpp
1 //===- BreakCriticalEdges.cpp - Critical Edge Elimination 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 // BreakCriticalEdges pass - Break all of the critical edges in the CFG by
11 // inserting a dummy basic block.  This pass may be "required" by passes that
12 // cannot deal with critical edges.  For this usage, the structure type is
13 // forward declared.  This pass obviously invalidates the CFG, but can update
14 // dominator trees.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #define DEBUG_TYPE "break-crit-edges"
19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
21 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
22 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
23 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
24 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
25 #include "llvm/IR/Function.h"
26 #include "llvm/IR/Instructions.h"
27 #include "llvm/IR/Type.h"
28 #include "llvm/Support/CFG.h"
29 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
30 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
31 using namespace llvm;
32
33 STATISTIC(NumBroken, "Number of blocks inserted");
34
35 namespace {
36   struct BreakCriticalEdges : public FunctionPass {
37     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
38     BreakCriticalEdges() : FunctionPass(ID) {
39       initializeBreakCriticalEdgesPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
40     }
41
42     virtual bool runOnFunction(Function &F);
43
44     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
45       AU.addPreserved<DominatorTree>();
46       AU.addPreserved<LoopInfo>();
47
48       // No loop canonicalization guarantees are broken by this pass.
49       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
50     }
51   };
52 }
53
54 char BreakCriticalEdges::ID = 0;
55 INITIALIZE_PASS(BreakCriticalEdges, "break-crit-edges",
56                 "Break critical edges in CFG", false, false)
57
58 // Publicly exposed interface to pass...
59 char &llvm::BreakCriticalEdgesID = BreakCriticalEdges::ID;
60 FunctionPass *llvm::createBreakCriticalEdgesPass() {
61   return new BreakCriticalEdges();
62 }
63
64 // runOnFunction - Loop over all of the edges in the CFG, breaking critical
65 // edges as they are found.
66 //
67 bool BreakCriticalEdges::runOnFunction(Function &F) {
68   bool Changed = false;
69   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
70     TerminatorInst *TI = I->getTerminator();
71     if (TI->getNumSuccessors() > 1 && !isa<IndirectBrInst>(TI))
72       for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
73         if (SplitCriticalEdge(TI, i, this)) {
74           ++NumBroken;
75           Changed = true;
76         }
77   }
78
79   return Changed;
80 }
81
82 //===----------------------------------------------------------------------===//
83 //    Implementation of the external critical edge manipulation functions
84 //===----------------------------------------------------------------------===//
85
86 /// createPHIsForSplitLoopExit - When a loop exit edge is split, LCSSA form
87 /// may require new PHIs in the new exit block. This function inserts the
88 /// new PHIs, as needed. Preds is a list of preds inside the loop, SplitBB
89 /// is the new loop exit block, and DestBB is the old loop exit, now the
90 /// successor of SplitBB.
91 static void createPHIsForSplitLoopExit(ArrayRef<BasicBlock *> Preds,
92                                        BasicBlock *SplitBB,
93                                        BasicBlock *DestBB) {
94   // SplitBB shouldn't have anything non-trivial in it yet.
95   assert((SplitBB->getFirstNonPHI() == SplitBB->getTerminator() ||
96           SplitBB->isLandingPad()) && "SplitBB has non-PHI nodes!");
97
98   // For each PHI in the destination block.
99   for (BasicBlock::iterator I = DestBB->begin();
100        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
101     unsigned Idx = PN->getBasicBlockIndex(SplitBB);
102     Value *V = PN->getIncomingValue(Idx);
103
104     // If the input is a PHI which already satisfies LCSSA, don't create
105     // a new one.
106     if (const PHINode *VP = dyn_cast<PHINode>(V))
107       if (VP->getParent() == SplitBB)
108         continue;
109
110     // Otherwise a new PHI is needed. Create one and populate it.
111     PHINode *NewPN =
112       PHINode::Create(PN->getType(), Preds.size(), "split",
113                       SplitBB->isLandingPad() ?
114                       SplitBB->begin() : SplitBB->getTerminator());
115     for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i)
116       NewPN->addIncoming(V, Preds[i]);
117
118     // Update the original PHI.
119     PN->setIncomingValue(Idx, NewPN);
120   }
121 }
122
123 /// SplitCriticalEdge - If this edge is a critical edge, insert a new node to
124 /// split the critical edge.  This will update DominatorTree information if it
125 /// is available, thus calling this pass will not invalidate either of them.
126 /// This returns the new block if the edge was split, null otherwise.
127 ///
128 /// If MergeIdenticalEdges is true (not the default), *all* edges from TI to the
129 /// specified successor will be merged into the same critical edge block.
130 /// This is most commonly interesting with switch instructions, which may
131 /// have many edges to any one destination.  This ensures that all edges to that
132 /// dest go to one block instead of each going to a different block, but isn't
133 /// the standard definition of a "critical edge".
134 ///
135 /// It is invalid to call this function on a critical edge that starts at an
136 /// IndirectBrInst.  Splitting these edges will almost always create an invalid
137 /// program because the address of the new block won't be the one that is jumped
138 /// to.
139 ///
140 BasicBlock *llvm::SplitCriticalEdge(TerminatorInst *TI, unsigned SuccNum,
141                                     Pass *P, bool MergeIdenticalEdges,
142                                     bool DontDeleteUselessPhis,
143                                     bool SplitLandingPads) {
144   if (!isCriticalEdge(TI, SuccNum, MergeIdenticalEdges)) return 0;
145
146   assert(!isa<IndirectBrInst>(TI) &&
147          "Cannot split critical edge from IndirectBrInst");
148
149   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
150   BasicBlock *DestBB = TI->getSuccessor(SuccNum);
151
152   // Splitting the critical edge to a landing pad block is non-trivial. Don't do
153   // it in this generic function.
154   if (DestBB->isLandingPad()) return 0;
155
156   // Create a new basic block, linking it into the CFG.
157   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(TI->getContext(),
158                       TIBB->getName() + "." + DestBB->getName() + "_crit_edge");
159   // Create our unconditional branch.
160   BranchInst *NewBI = BranchInst::Create(DestBB, NewBB);
161   NewBI->setDebugLoc(TI->getDebugLoc());
162
163   // Branch to the new block, breaking the edge.
164   TI->setSuccessor(SuccNum, NewBB);
165
166   // Insert the block into the function... right after the block TI lives in.
167   Function &F = *TIBB->getParent();
168   Function::iterator FBBI = TIBB;
169   F.getBasicBlockList().insert(++FBBI, NewBB);
170
171   // If there are any PHI nodes in DestBB, we need to update them so that they
172   // merge incoming values from NewBB instead of from TIBB.
173   {
174     unsigned BBIdx = 0;
175     for (BasicBlock::iterator I = DestBB->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
176       // We no longer enter through TIBB, now we come in through NewBB.
177       // Revector exactly one entry in the PHI node that used to come from
178       // TIBB to come from NewBB.
179       PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
180
181       // Reuse the previous value of BBIdx if it lines up.  In cases where we
182       // have multiple phi nodes with *lots* of predecessors, this is a speed
183       // win because we don't have to scan the PHI looking for TIBB.  This
184       // happens because the BB list of PHI nodes are usually in the same
185       // order.
186       if (PN->getIncomingBlock(BBIdx) != TIBB)
187         BBIdx = PN->getBasicBlockIndex(TIBB);
188       PN->setIncomingBlock(BBIdx, NewBB);
189     }
190   }
191
192   // If there are any other edges from TIBB to DestBB, update those to go
193   // through the split block, making those edges non-critical as well (and
194   // reducing the number of phi entries in the DestBB if relevant).
195   if (MergeIdenticalEdges) {
196     for (unsigned i = SuccNum+1, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
197       if (TI->getSuccessor(i) != DestBB) continue;
198
199       // Remove an entry for TIBB from DestBB phi nodes.
200       DestBB->removePredecessor(TIBB, DontDeleteUselessPhis);
201
202       // We found another edge to DestBB, go to NewBB instead.
203       TI->setSuccessor(i, NewBB);
204     }
205   }
206
207
208
209   // If we don't have a pass object, we can't update anything...
210   if (P == 0) return NewBB;
211
212   DominatorTree *DT = P->getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>();
213   LoopInfo *LI = P->getAnalysisIfAvailable<LoopInfo>();
214
215   // If we have nothing to update, just return.
216   if (DT == 0 && LI == 0)
217     return NewBB;
218
219   // Now update analysis information.  Since the only predecessor of NewBB is
220   // the TIBB, TIBB clearly dominates NewBB.  TIBB usually doesn't dominate
221   // anything, as there are other successors of DestBB.  However, if all other
222   // predecessors of DestBB are already dominated by DestBB (e.g. DestBB is a
223   // loop header) then NewBB dominates DestBB.
224   SmallVector<BasicBlock*, 8> OtherPreds;
225
226   // If there is a PHI in the block, loop over predecessors with it, which is
227   // faster than iterating pred_begin/end.
228   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(DestBB->begin())) {
229     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
230       if (PN->getIncomingBlock(i) != NewBB)
231         OtherPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
232   } else {
233     for (pred_iterator I = pred_begin(DestBB), E = pred_end(DestBB);
234          I != E; ++I) {
235       BasicBlock *P = *I;
236       if (P != NewBB)
237         OtherPreds.push_back(P);
238     }
239   }
240
241   bool NewBBDominatesDestBB = true;
242
243   // Should we update DominatorTree information?
244   if (DT) {
245     DomTreeNode *TINode = DT->getNode(TIBB);
246
247     // The new block is not the immediate dominator for any other nodes, but
248     // TINode is the immediate dominator for the new node.
249     //
250     if (TINode) {       // Don't break unreachable code!
251       DomTreeNode *NewBBNode = DT->addNewBlock(NewBB, TIBB);
252       DomTreeNode *DestBBNode = 0;
253
254       // If NewBBDominatesDestBB hasn't been computed yet, do so with DT.
255       if (!OtherPreds.empty()) {
256         DestBBNode = DT->getNode(DestBB);
257         while (!OtherPreds.empty() && NewBBDominatesDestBB) {
258           if (DomTreeNode *OPNode = DT->getNode(OtherPreds.back()))
259             NewBBDominatesDestBB = DT->dominates(DestBBNode, OPNode);
260           OtherPreds.pop_back();
261         }
262         OtherPreds.clear();
263       }
264
265       // If NewBBDominatesDestBB, then NewBB dominates DestBB, otherwise it
266       // doesn't dominate anything.
267       if (NewBBDominatesDestBB) {
268         if (!DestBBNode) DestBBNode = DT->getNode(DestBB);
269         DT->changeImmediateDominator(DestBBNode, NewBBNode);
270       }
271     }
272   }
273
274   // Update LoopInfo if it is around.
275   if (LI) {
276     if (Loop *TIL = LI->getLoopFor(TIBB)) {
277       // If one or the other blocks were not in a loop, the new block is not
278       // either, and thus LI doesn't need to be updated.
279       if (Loop *DestLoop = LI->getLoopFor(DestBB)) {
280         if (TIL == DestLoop) {
281           // Both in the same loop, the NewBB joins loop.
282           DestLoop->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
283         } else if (TIL->contains(DestLoop)) {
284           // Edge from an outer loop to an inner loop.  Add to the outer loop.
285           TIL->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
286         } else if (DestLoop->contains(TIL)) {
287           // Edge from an inner loop to an outer loop.  Add to the outer loop.
288           DestLoop->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
289         } else {
290           // Edge from two loops with no containment relation.  Because these
291           // are natural loops, we know that the destination block must be the
292           // header of its loop (adding a branch into a loop elsewhere would
293           // create an irreducible loop).
294           assert(DestLoop->getHeader() == DestBB &&
295                  "Should not create irreducible loops!");
296           if (Loop *P = DestLoop->getParentLoop())
297             P->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
298         }
299       }
300       // If TIBB is in a loop and DestBB is outside of that loop, split the
301       // other exit blocks of the loop that also have predecessors outside
302       // the loop, to maintain a LoopSimplify guarantee.
303       if (!TIL->contains(DestBB) &&
304           P->mustPreserveAnalysisID(LoopSimplifyID)) {
305         assert(!TIL->contains(NewBB) &&
306                "Split point for loop exit is contained in loop!");
307
308         // Update LCSSA form in the newly created exit block.
309         if (P->mustPreserveAnalysisID(LCSSAID))
310           createPHIsForSplitLoopExit(TIBB, NewBB, DestBB);
311
312         // For each unique exit block...
313         // FIXME: This code is functionally equivalent to the corresponding
314         // loop in LoopSimplify.
315         SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitBlocks;
316         TIL->getExitBlocks(ExitBlocks);
317         for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
318           // Collect all the preds that are inside the loop, and note
319           // whether there are any preds outside the loop.
320           SmallVector<BasicBlock *, 4> Preds;
321           bool HasPredOutsideOfLoop = false;
322           BasicBlock *Exit = ExitBlocks[i];
323           for (pred_iterator I = pred_begin(Exit), E = pred_end(Exit);
324                I != E; ++I) {
325             BasicBlock *P = *I;
326             if (TIL->contains(P)) {
327               if (isa<IndirectBrInst>(P->getTerminator())) {
328                 Preds.clear();
329                 break;
330               }
331               Preds.push_back(P);
332             } else {
333               HasPredOutsideOfLoop = true;
334             }
335           }
336           // If there are any preds not in the loop, we'll need to split
337           // the edges. The Preds.empty() check is needed because a block
338           // may appear multiple times in the list. We can't use
339           // getUniqueExitBlocks above because that depends on LoopSimplify
340           // form, which we're in the process of restoring!
341           if (!Preds.empty() && HasPredOutsideOfLoop) {
342             if (!Exit->isLandingPad()) {
343               BasicBlock *NewExitBB =
344                 SplitBlockPredecessors(Exit, Preds, "split", P);
345               if (P->mustPreserveAnalysisID(LCSSAID))
346                 createPHIsForSplitLoopExit(Preds, NewExitBB, Exit);
347             } else if (SplitLandingPads) {
348               SmallVector<BasicBlock*, 8> NewBBs;
349               SplitLandingPadPredecessors(Exit, Preds,
350                                           ".split1", ".split2",
351                                           P, NewBBs);
352               if (P->mustPreserveAnalysisID(LCSSAID))
353                 createPHIsForSplitLoopExit(Preds, NewBBs[0], Exit);
354             }
355           }
356         }
357       }
358       // LCSSA form was updated above for the case where LoopSimplify is
359       // available, which means that all predecessors of loop exit blocks
360       // are within the loop. Without LoopSimplify form, it would be
361       // necessary to insert a new phi.
362       assert((!P->mustPreserveAnalysisID(LCSSAID) ||
363               P->mustPreserveAnalysisID(LoopSimplifyID)) &&
364              "SplitCriticalEdge doesn't know how to update LCCSA form "
365              "without LoopSimplify!");
366     }
367   }
368
369   return NewBB;
370 }