8f3ff96d7e7323e58615476cfcbd67bcf9a115c1
[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/Analysis/ProfileInfo.h"
26 #include "llvm/IR/Function.h"
27 #include "llvm/IR/Instructions.h"
28 #include "llvm/IR/Type.h"
29 #include "llvm/Support/CFG.h"
30 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
31 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
32 using namespace llvm;
33
34 STATISTIC(NumBroken, "Number of blocks inserted");
35
36 namespace {
37   struct BreakCriticalEdges : public FunctionPass {
38     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
39     BreakCriticalEdges() : FunctionPass(ID) {
40       initializeBreakCriticalEdgesPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
41     }
42
43     virtual bool runOnFunction(Function &F);
44
45     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
46       AU.addPreserved<DominatorTree>();
47       AU.addPreserved<LoopInfo>();
48       AU.addPreserved<ProfileInfo>();
49
50       // No loop canonicalization guarantees are broken by this pass.
51       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
52     }
53   };
54 }
55
56 char BreakCriticalEdges::ID = 0;
57 INITIALIZE_PASS(BreakCriticalEdges, "break-crit-edges",
58                 "Break critical edges in CFG", false, false)
59
60 // Publicly exposed interface to pass...
61 char &llvm::BreakCriticalEdgesID = BreakCriticalEdges::ID;
62 FunctionPass *llvm::createBreakCriticalEdgesPass() {
63   return new BreakCriticalEdges();
64 }
65
66 // runOnFunction - Loop over all of the edges in the CFG, breaking critical
67 // edges as they are found.
68 //
69 bool BreakCriticalEdges::runOnFunction(Function &F) {
70   bool Changed = false;
71   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
72     TerminatorInst *TI = I->getTerminator();
73     if (TI->getNumSuccessors() > 1 && !isa<IndirectBrInst>(TI))
74       for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
75         if (SplitCriticalEdge(TI, i, this)) {
76           ++NumBroken;
77           Changed = true;
78         }
79   }
80
81   return Changed;
82 }
83
84 //===----------------------------------------------------------------------===//
85 //    Implementation of the external critical edge manipulation functions
86 //===----------------------------------------------------------------------===//
87
88 /// createPHIsForSplitLoopExit - When a loop exit edge is split, LCSSA form
89 /// may require new PHIs in the new exit block. This function inserts the
90 /// new PHIs, as needed. Preds is a list of preds inside the loop, SplitBB
91 /// is the new loop exit block, and DestBB is the old loop exit, now the
92 /// successor of SplitBB.
93 static void createPHIsForSplitLoopExit(ArrayRef<BasicBlock *> Preds,
94                                        BasicBlock *SplitBB,
95                                        BasicBlock *DestBB) {
96   // SplitBB shouldn't have anything non-trivial in it yet.
97   assert((SplitBB->getFirstNonPHI() == SplitBB->getTerminator() ||
98           SplitBB->isLandingPad()) && "SplitBB has non-PHI nodes!");
99
100   // For each PHI in the destination block.
101   for (BasicBlock::iterator I = DestBB->begin();
102        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
103     unsigned Idx = PN->getBasicBlockIndex(SplitBB);
104     Value *V = PN->getIncomingValue(Idx);
105
106     // If the input is a PHI which already satisfies LCSSA, don't create
107     // a new one.
108     if (const PHINode *VP = dyn_cast<PHINode>(V))
109       if (VP->getParent() == SplitBB)
110         continue;
111
112     // Otherwise a new PHI is needed. Create one and populate it.
113     PHINode *NewPN =
114       PHINode::Create(PN->getType(), Preds.size(), "split",
115                       SplitBB->isLandingPad() ?
116                       SplitBB->begin() : SplitBB->getTerminator());
117     for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i)
118       NewPN->addIncoming(V, Preds[i]);
119
120     // Update the original PHI.
121     PN->setIncomingValue(Idx, NewPN);
122   }
123 }
124
125 /// SplitCriticalEdge - If this edge is a critical edge, insert a new node to
126 /// split the critical edge.  This will update DominatorTree information if it
127 /// is available, thus calling this pass will not invalidate either of them.
128 /// This returns the new block if the edge was split, null otherwise.
129 ///
130 /// If MergeIdenticalEdges is true (not the default), *all* edges from TI to the
131 /// specified successor will be merged into the same critical edge block.
132 /// This is most commonly interesting with switch instructions, which may
133 /// have many edges to any one destination.  This ensures that all edges to that
134 /// dest go to one block instead of each going to a different block, but isn't
135 /// the standard definition of a "critical edge".
136 ///
137 /// It is invalid to call this function on a critical edge that starts at an
138 /// IndirectBrInst.  Splitting these edges will almost always create an invalid
139 /// program because the address of the new block won't be the one that is jumped
140 /// to.
141 ///
142 BasicBlock *llvm::SplitCriticalEdge(TerminatorInst *TI, unsigned SuccNum,
143                                     Pass *P, bool MergeIdenticalEdges,
144                                     bool DontDeleteUselessPhis,
145                                     bool SplitLandingPads) {
146   if (!isCriticalEdge(TI, SuccNum, MergeIdenticalEdges)) return 0;
147
148   assert(!isa<IndirectBrInst>(TI) &&
149          "Cannot split critical edge from IndirectBrInst");
150
151   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
152   BasicBlock *DestBB = TI->getSuccessor(SuccNum);
153
154   // Splitting the critical edge to a landing pad block is non-trivial. Don't do
155   // it in this generic function.
156   if (DestBB->isLandingPad()) return 0;
157
158   // Create a new basic block, linking it into the CFG.
159   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(TI->getContext(),
160                       TIBB->getName() + "." + DestBB->getName() + "_crit_edge");
161   // Create our unconditional branch.
162   BranchInst *NewBI = BranchInst::Create(DestBB, NewBB);
163   NewBI->setDebugLoc(TI->getDebugLoc());
164
165   // Branch to the new block, breaking the edge.
166   TI->setSuccessor(SuccNum, NewBB);
167
168   // Insert the block into the function... right after the block TI lives in.
169   Function &F = *TIBB->getParent();
170   Function::iterator FBBI = TIBB;
171   F.getBasicBlockList().insert(++FBBI, NewBB);
172
173   // If there are any PHI nodes in DestBB, we need to update them so that they
174   // merge incoming values from NewBB instead of from TIBB.
175   {
176     unsigned BBIdx = 0;
177     for (BasicBlock::iterator I = DestBB->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
178       // We no longer enter through TIBB, now we come in through NewBB.
179       // Revector exactly one entry in the PHI node that used to come from
180       // TIBB to come from NewBB.
181       PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
182
183       // Reuse the previous value of BBIdx if it lines up.  In cases where we
184       // have multiple phi nodes with *lots* of predecessors, this is a speed
185       // win because we don't have to scan the PHI looking for TIBB.  This
186       // happens because the BB list of PHI nodes are usually in the same
187       // order.
188       if (PN->getIncomingBlock(BBIdx) != TIBB)
189         BBIdx = PN->getBasicBlockIndex(TIBB);
190       PN->setIncomingBlock(BBIdx, NewBB);
191     }
192   }
193
194   // If there are any other edges from TIBB to DestBB, update those to go
195   // through the split block, making those edges non-critical as well (and
196   // reducing the number of phi entries in the DestBB if relevant).
197   if (MergeIdenticalEdges) {
198     for (unsigned i = SuccNum+1, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
199       if (TI->getSuccessor(i) != DestBB) continue;
200
201       // Remove an entry for TIBB from DestBB phi nodes.
202       DestBB->removePredecessor(TIBB, DontDeleteUselessPhis);
203
204       // We found another edge to DestBB, go to NewBB instead.
205       TI->setSuccessor(i, NewBB);
206     }
207   }
208
209
210
211   // If we don't have a pass object, we can't update anything...
212   if (P == 0) return NewBB;
213
214   DominatorTree *DT = P->getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>();
215   LoopInfo *LI = P->getAnalysisIfAvailable<LoopInfo>();
216   ProfileInfo *PI = P->getAnalysisIfAvailable<ProfileInfo>();
217
218   // If we have nothing to update, just return.
219   if (DT == 0 && LI == 0 && PI == 0)
220     return NewBB;
221
222   // Now update analysis information.  Since the only predecessor of NewBB is
223   // the TIBB, TIBB clearly dominates NewBB.  TIBB usually doesn't dominate
224   // anything, as there are other successors of DestBB.  However, if all other
225   // predecessors of DestBB are already dominated by DestBB (e.g. DestBB is a
226   // loop header) then NewBB dominates DestBB.
227   SmallVector<BasicBlock*, 8> OtherPreds;
228
229   // If there is a PHI in the block, loop over predecessors with it, which is
230   // faster than iterating pred_begin/end.
231   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(DestBB->begin())) {
232     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
233       if (PN->getIncomingBlock(i) != NewBB)
234         OtherPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
235   } else {
236     for (pred_iterator I = pred_begin(DestBB), E = pred_end(DestBB);
237          I != E; ++I) {
238       BasicBlock *P = *I;
239       if (P != NewBB)
240         OtherPreds.push_back(P);
241     }
242   }
243
244   bool NewBBDominatesDestBB = true;
245
246   // Should we update DominatorTree information?
247   if (DT) {
248     DomTreeNode *TINode = DT->getNode(TIBB);
249
250     // The new block is not the immediate dominator for any other nodes, but
251     // TINode is the immediate dominator for the new node.
252     //
253     if (TINode) {       // Don't break unreachable code!
254       DomTreeNode *NewBBNode = DT->addNewBlock(NewBB, TIBB);
255       DomTreeNode *DestBBNode = 0;
256
257       // If NewBBDominatesDestBB hasn't been computed yet, do so with DT.
258       if (!OtherPreds.empty()) {
259         DestBBNode = DT->getNode(DestBB);
260         while (!OtherPreds.empty() && NewBBDominatesDestBB) {
261           if (DomTreeNode *OPNode = DT->getNode(OtherPreds.back()))
262             NewBBDominatesDestBB = DT->dominates(DestBBNode, OPNode);
263           OtherPreds.pop_back();
264         }
265         OtherPreds.clear();
266       }
267
268       // If NewBBDominatesDestBB, then NewBB dominates DestBB, otherwise it
269       // doesn't dominate anything.
270       if (NewBBDominatesDestBB) {
271         if (!DestBBNode) DestBBNode = DT->getNode(DestBB);
272         DT->changeImmediateDominator(DestBBNode, NewBBNode);
273       }
274     }
275   }
276
277   // Update LoopInfo if it is around.
278   if (LI) {
279     if (Loop *TIL = LI->getLoopFor(TIBB)) {
280       // If one or the other blocks were not in a loop, the new block is not
281       // either, and thus LI doesn't need to be updated.
282       if (Loop *DestLoop = LI->getLoopFor(DestBB)) {
283         if (TIL == DestLoop) {
284           // Both in the same loop, the NewBB joins loop.
285           DestLoop->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
286         } else if (TIL->contains(DestLoop)) {
287           // Edge from an outer loop to an inner loop.  Add to the outer loop.
288           TIL->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
289         } else if (DestLoop->contains(TIL)) {
290           // Edge from an inner loop to an outer loop.  Add to the outer loop.
291           DestLoop->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
292         } else {
293           // Edge from two loops with no containment relation.  Because these
294           // are natural loops, we know that the destination block must be the
295           // header of its loop (adding a branch into a loop elsewhere would
296           // create an irreducible loop).
297           assert(DestLoop->getHeader() == DestBB &&
298                  "Should not create irreducible loops!");
299           if (Loop *P = DestLoop->getParentLoop())
300             P->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
301         }
302       }
303       // If TIBB is in a loop and DestBB is outside of that loop, split the
304       // other exit blocks of the loop that also have predecessors outside
305       // the loop, to maintain a LoopSimplify guarantee.
306       if (!TIL->contains(DestBB) &&
307           P->mustPreserveAnalysisID(LoopSimplifyID)) {
308         assert(!TIL->contains(NewBB) &&
309                "Split point for loop exit is contained in loop!");
310
311         // Update LCSSA form in the newly created exit block.
312         if (P->mustPreserveAnalysisID(LCSSAID))
313           createPHIsForSplitLoopExit(TIBB, NewBB, DestBB);
314
315         // For each unique exit block...
316         // FIXME: This code is functionally equivalent to the corresponding
317         // loop in LoopSimplify.
318         SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitBlocks;
319         TIL->getExitBlocks(ExitBlocks);
320         for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
321           // Collect all the preds that are inside the loop, and note
322           // whether there are any preds outside the loop.
323           SmallVector<BasicBlock *, 4> Preds;
324           bool HasPredOutsideOfLoop = false;
325           BasicBlock *Exit = ExitBlocks[i];
326           for (pred_iterator I = pred_begin(Exit), E = pred_end(Exit);
327                I != E; ++I) {
328             BasicBlock *P = *I;
329             if (TIL->contains(P)) {
330               if (isa<IndirectBrInst>(P->getTerminator())) {
331                 Preds.clear();
332                 break;
333               }
334               Preds.push_back(P);
335             } else {
336               HasPredOutsideOfLoop = true;
337             }
338           }
339           // If there are any preds not in the loop, we'll need to split
340           // the edges. The Preds.empty() check is needed because a block
341           // may appear multiple times in the list. We can't use
342           // getUniqueExitBlocks above because that depends on LoopSimplify
343           // form, which we're in the process of restoring!
344           if (!Preds.empty() && HasPredOutsideOfLoop) {
345             if (!Exit->isLandingPad()) {
346               BasicBlock *NewExitBB =
347                 SplitBlockPredecessors(Exit, Preds, "split", P);
348               if (P->mustPreserveAnalysisID(LCSSAID))
349                 createPHIsForSplitLoopExit(Preds, NewExitBB, Exit);
350             } else if (SplitLandingPads) {
351               SmallVector<BasicBlock*, 8> NewBBs;
352               SplitLandingPadPredecessors(Exit, Preds,
353                                           ".split1", ".split2",
354                                           P, NewBBs);
355               if (P->mustPreserveAnalysisID(LCSSAID))
356                 createPHIsForSplitLoopExit(Preds, NewBBs[0], Exit);
357             }
358           }
359         }
360       }
361       // LCSSA form was updated above for the case where LoopSimplify is
362       // available, which means that all predecessors of loop exit blocks
363       // are within the loop. Without LoopSimplify form, it would be
364       // necessary to insert a new phi.
365       assert((!P->mustPreserveAnalysisID(LCSSAID) ||
366               P->mustPreserveAnalysisID(LoopSimplifyID)) &&
367              "SplitCriticalEdge doesn't know how to update LCCSA form "
368              "without LoopSimplify!");
369     }
370   }
371
372   // Update ProfileInfo if it is around.
373   if (PI)
374     PI->splitEdge(TIBB, DestBB, NewBB, MergeIdenticalEdges);
375
376   return NewBB;
377 }