lib/Transforms/Utils/BreakCriticalEdges.cpp

   1 //===- BreakCriticalEdges.cpp - Critical Edge Elimination Pass ------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
   6 // the University of Illinois Open Source 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 // forward dominator (set, immediate dominators, tree, and frontier)
  15 // information.
  16 //
  17 //===----------------------------------------------------------------------===//
  18
  19 #define DEBUG_TYPE "break-crit-edges"
  20 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  21 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
  22 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
  23 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
  24 #include "llvm/Function.h"
  25 #include "llvm/Instructions.h"
  26 #include "llvm/Type.h"
  27 #include "llvm/Support/CFG.h"
  28 #include "llvm/Support/Compiler.h"
  29 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  30 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  31 using namespace llvm;
  32
  33 STATISTIC(NumBroken, "Number of blocks inserted");
  34
  35 namespace {
  36   struct VISIBILITY_HIDDEN BreakCriticalEdges : public FunctionPass {
  37     virtual bool runOnFunction(Function &F);
  38
  39     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  40       AU.addPreserved<ETForest>();
  41       AU.addPreserved<DominatorSet>();
  42       AU.addPreserved<ImmediateDominators>();
  43       AU.addPreserved<DominatorTree>();
  44       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
  45       AU.addPreserved<LoopInfo>();
  46
  47       // No loop canonicalization guarantees are broken by this pass.
  48       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
  49     }
  50   };
  51
  52   RegisterPass<BreakCriticalEdges> X("break-crit-edges",
  53                                     "Break critical edges in CFG");
  54 }
  55
  56 // Publically exposed interface to pass...
  57 const PassInfo *llvm::BreakCriticalEdgesID = X.getPassInfo();
  58 FunctionPass *llvm::createBreakCriticalEdgesPass() {
  59   return new BreakCriticalEdges();
  60 }
  61
  62 // runOnFunction - Loop over all of the edges in the CFG, breaking critical
  63 // edges as they are found.
  64 //
  65 bool BreakCriticalEdges::runOnFunction(Function &F) {
  66   bool Changed = false;
  67   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
  68     TerminatorInst *TI = I->getTerminator();
  69     if (TI->getNumSuccessors() > 1)
  70       for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
  71         if (SplitCriticalEdge(TI, i, this)) {
  72           ++NumBroken;
  73           Changed = true;
  74         }
  75   }
  76
  77   return Changed;
  78 }
  79
  80 //===----------------------------------------------------------------------===//
  81 //    Implementation of the external critical edge manipulation functions
  82 //===----------------------------------------------------------------------===//
  83
  84 // isCriticalEdge - Return true if the specified edge is a critical edge.
  85 // Critical edges are edges from a block with multiple successors to a block
  86 // with multiple predecessors.
  87 //
  88 bool llvm::isCriticalEdge(const TerminatorInst *TI, unsigned SuccNum,
  89                           bool AllowIdenticalEdges) {
  90   assert(SuccNum < TI->getNumSuccessors() && "Illegal edge specification!");
  91   if (TI->getNumSuccessors() == 1) return false;
  92
  93   const BasicBlock *Dest = TI->getSuccessor(SuccNum);
  94   pred_const_iterator I = pred_begin(Dest), E = pred_end(Dest);
  95
  96   // If there is more than one predecessor, this is a critical edge...
  97   assert(I != E && "No preds, but we have an edge to the block?");
  98   const BasicBlock *FirstPred = *I;
  99   ++I;        // Skip one edge due to the incoming arc from TI.
 100   if (!AllowIdenticalEdges)
 101     return I != E;
 102
 103   // If AllowIdenticalEdges is true, then we allow this edge to be considered
 104   // non-critical iff all preds come from TI's block.
 105   for (; I != E; ++I)
 106     if (*I != FirstPred) return true;
 107   return false;
 108 }
 109
 110 // SplitCriticalEdge - If this edge is a critical edge, insert a new node to
 111 // split the critical edge.  This will update DominatorSet, ImmediateDominator,
 112 // DominatorTree, and DominatorFrontier information if it is available, thus
 113 // calling this pass will not invalidate any of them.  This returns true if
 114 // the edge was split, false otherwise.  This ensures that all edges to that
 115 // dest go to one block instead of each going to a different block.
 116 //
 117 bool llvm::SplitCriticalEdge(TerminatorInst *TI, unsigned SuccNum, Pass *P,
 118                              bool MergeIdenticalEdges) {
 119   if (!isCriticalEdge(TI, SuccNum, MergeIdenticalEdges)) return false;
 120   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
 121   BasicBlock *DestBB = TI->getSuccessor(SuccNum);
 122
 123   // Create a new basic block, linking it into the CFG.
 124   BasicBlock *NewBB = new BasicBlock(TIBB->getName() + "." +
 125                                      DestBB->getName() + "_crit_edge");
 126   // Create our unconditional branch...
 127   new BranchInst(DestBB, NewBB);
 128
 129   // Branch to the new block, breaking the edge.
 130   TI->setSuccessor(SuccNum, NewBB);
 131
 132   // Insert the block into the function... right after the block TI lives in.
 133   Function &F = *TIBB->getParent();
 134   F.getBasicBlockList().insert(TIBB->getNext(), NewBB);
 135
 136   // If there are any PHI nodes in DestBB, we need to update them so that they
 137   // merge incoming values from NewBB instead of from TIBB.
 138   //
 139   for (BasicBlock::iterator I = DestBB->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
 140     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 141     // We no longer enter through TIBB, now we come in through NewBB.  Revector
 142     // exactly one entry in the PHI node that used to come from TIBB to come
 143     // from NewBB.
 144     int BBIdx = PN->getBasicBlockIndex(TIBB);
 145     PN->setIncomingBlock(BBIdx, NewBB);
 146   }
 147
 148   // If there are any other edges from TIBB to DestBB, update those to go
 149   // through the split block, making those edges non-critical as well (and
 150   // reducing the number of phi entries in the DestBB if relevant).
 151   if (MergeIdenticalEdges) {
 152     for (unsigned i = SuccNum+1, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
 153       if (TI->getSuccessor(i) != DestBB) continue;
 154
 155       // Remove an entry for TIBB from DestBB phi nodes.
 156       DestBB->removePredecessor(TIBB);
 157
 158       // We found another edge to DestBB, go to NewBB instead.
 159       TI->setSuccessor(i, NewBB);
 160     }
 161   }
 162
 163
 164
 165   // If we don't have a pass object, we can't update anything...
 166   if (P == 0) return true;
 167
 168   // Now update analysis information.  Since the only predecessor of NewBB is
 169   // the TIBB, TIBB clearly dominates NewBB.  TIBB usually doesn't dominate
 170   // anything, as there are other successors of DestBB.  However, if all other
 171   // predecessors of DestBB are already dominated by DestBB (e.g. DestBB is a
 172   // loop header) then NewBB dominates DestBB.
 173   SmallVector<BasicBlock*, 8> OtherPreds;
 174
 175   for (pred_iterator I = pred_begin(DestBB), E = pred_end(DestBB); I != E; ++I)
 176     if (*I != NewBB)
 177       OtherPreds.push_back(*I);
 178
 179   // NewBBDominatesDestBB is valid if OtherPreds is empty, otherwise it isn't
 180   // yet computed.
 181   bool NewBBDominatesDestBB = true;
 182
 183   // Should we update DominatorSet information?
 184   if (DominatorSet *DS = P->getAnalysisToUpdate<DominatorSet>()) {
 185     // The blocks that dominate the new one are the blocks that dominate TIBB
 186     // plus the new block itself.
 187     DominatorSet::DomSetType DomSet = DS->getDominators(TIBB);
 188     DomSet.insert(NewBB);  // A block always dominates itself.
 189     DS->addBasicBlock(NewBB, DomSet);
 190
 191     // If NewBBDominatesDestBB hasn't been computed yet, do so with DS.
 192     if (!OtherPreds.empty()) {
 193       while (!OtherPreds.empty() && NewBBDominatesDestBB) {
 194         NewBBDominatesDestBB = DS->dominates(DestBB, OtherPreds.back());
 195         OtherPreds.pop_back();
 196       }
 197       OtherPreds.clear();
 198     }
 199
 200     // If NewBBDominatesDestBB, then NewBB dominates DestBB, otherwise it
 201     // doesn't dominate anything.  If NewBB does dominates DestBB, then it
 202     // dominates everything that DestBB dominates.
 203     if (NewBBDominatesDestBB) {
 204       for (DominatorSet::iterator I = DS->begin(), E = DS->end(); I != E; ++I)
 205         if (I->second.count(DestBB))
 206           I->second.insert(NewBB);
 207     }
 208   }
 209
 210   // Should we update ImmediateDominator information?
 211   if (ImmediateDominators *ID = P->getAnalysisToUpdate<ImmediateDominators>()) {
 212     // TIBB is the new immediate dominator for NewBB.
 213     ID->addNewBlock(NewBB, TIBB);
 214
 215     // If NewBBDominatesDestBB hasn't been computed yet, do so with ID.
 216     if (!OtherPreds.empty()) {
 217       while (!OtherPreds.empty() && NewBBDominatesDestBB) {
 218         NewBBDominatesDestBB = ID->dominates(DestBB, OtherPreds.back());
 219         OtherPreds.pop_back();
 220       }
 221       OtherPreds.clear();
 222     }
 223
 224     // If NewBBDominatesDestBB, then NewBB dominates DestBB, otherwise it
 225     // doesn't dominate anything.
 226     if (NewBBDominatesDestBB)
 227       ID->setImmediateDominator(DestBB, NewBB);
 228   }
 229
 230   // Update the forest?
 231   if (ETForest *EF = P->getAnalysisToUpdate<ETForest>()) {
 232     // NewBB is dominated by TIBB.
 233     EF->addNewBlock(NewBB, TIBB);
 234
 235     // If NewBBDominatesDestBB hasn't been computed yet, do so with EF.
 236     if (!OtherPreds.empty()) {
 237       while (!OtherPreds.empty() && NewBBDominatesDestBB) {
 238         NewBBDominatesDestBB = EF->dominates(DestBB, OtherPreds.back());
 239         OtherPreds.pop_back();
 240       }
 241       OtherPreds.clear();
 242     }
 243
 244     // If NewBBDominatesDestBB, then NewBB dominates DestBB, otherwise it
 245     // doesn't dominate anything.
 246     if (NewBBDominatesDestBB)
 247       EF->setImmediateDominator(DestBB, NewBB);
 248   }
 249
 250   // Should we update DominatorTree information?
 251   if (DominatorTree *DT = P->getAnalysisToUpdate<DominatorTree>()) {
 252     DominatorTree::Node *TINode = DT->getNode(TIBB);
 253
 254     // The new block is not the immediate dominator for any other nodes, but
 255     // TINode is the immediate dominator for the new node.
 256     //
 257     if (TINode) {       // Don't break unreachable code!
 258       DominatorTree::Node *NewBBNode = DT->createNewNode(NewBB, TINode);
 259       DominatorTree::Node *DestBBNode = 0;
 260
 261       // If NewBBDominatesDestBB hasn't been computed yet, do so with DT.
 262       if (!OtherPreds.empty()) {
 263         DestBBNode = DT->getNode(DestBB);
 264         while (!OtherPreds.empty() && NewBBDominatesDestBB) {
 265           if (DominatorTree::Node *OPNode = DT->getNode(OtherPreds.back()))
 266             NewBBDominatesDestBB = DestBBNode->dominates(OPNode);
 267           OtherPreds.pop_back();
 268         }
 269         OtherPreds.clear();
 270       }
 271
 272       // If NewBBDominatesDestBB, then NewBB dominates DestBB, otherwise it
 273       // doesn't dominate anything.
 274       if (NewBBDominatesDestBB) {
 275         if (!DestBBNode) DestBBNode = DT->getNode(DestBB);
 276         DT->changeImmediateDominator(DestBBNode, NewBBNode);
 277       }
 278     }
 279   }
 280
 281   // Should we update DominanceFrontier information?
 282   if (DominanceFrontier *DF = P->getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>()) {
 283     // If NewBBDominatesDestBB hasn't been computed yet, do so with DF.
 284     if (!OtherPreds.empty()) {
 285       // FIXME: IMPLEMENT THIS!
 286       assert(0 && "Requiring domfrontiers but not idom/domtree/domset."
 287              " not implemented yet!");
 288     }
 289
 290     // Since the new block is dominated by its only predecessor TIBB,
 291     // it cannot be in any block's dominance frontier.  If NewBB dominates
 292     // DestBB, its dominance frontier is the same as DestBB's, otherwise it is
 293     // just {DestBB}.
 294     DominanceFrontier::DomSetType NewDFSet;
 295     if (NewBBDominatesDestBB) {
 296       DominanceFrontier::iterator I = DF->find(DestBB);
 297       if (I != DF->end())
 298         DF->addBasicBlock(NewBB, I->second);
 299       else
 300         DF->addBasicBlock(NewBB, DominanceFrontier::DomSetType());
 301     } else {
 302       DominanceFrontier::DomSetType NewDFSet;
 303       NewDFSet.insert(DestBB);
 304       DF->addBasicBlock(NewBB, NewDFSet);
 305     }
 306   }
 307
 308   // Update LoopInfo if it is around.
 309   if (LoopInfo *LI = P->getAnalysisToUpdate<LoopInfo>()) {
 310     // If one or the other blocks were not in a loop, the new block is not
 311     // either, and thus LI doesn't need to be updated.
 312     if (Loop *TIL = LI->getLoopFor(TIBB))
 313       if (Loop *DestLoop = LI->getLoopFor(DestBB)) {
 314         if (TIL == DestLoop) {
 315           // Both in the same loop, the NewBB joins loop.
 316           DestLoop->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
 317         } else if (TIL->contains(DestLoop->getHeader())) {
 318           // Edge from an outer loop to an inner loop.  Add to the outer loop.
 319           TIL->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
 320         } else if (DestLoop->contains(TIL->getHeader())) {
 321           // Edge from an inner loop to an outer loop.  Add to the outer loop.
 322           DestLoop->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
 323         } else {
 324           // Edge from two loops with no containment relation.  Because these
 325           // are natural loops, we know that the destination block must be the
 326           // header of its loop (adding a branch into a loop elsewhere would
 327           // create an irreducible loop).
 328           assert(DestLoop->getHeader() == DestBB &&
 329                  "Should not create irreducible loops!");
 330           if (Loop *P = DestLoop->getParentLoop())
 331             P->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
 332         }
 333       }
 334   }
 335   return true;
 336 }