lib/Transforms/Utils/CodeExtractor.cpp

   1 //===- CodeExtractor.cpp - Pull code region into a new function -----------===//
   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 file implements the interface to tear out a code region, such as an
  11 // individual loop or a parallel section, into a new function, replacing it with
  12 // a call to the new function.
  13 //
  14 //===----------------------------------------------------------------------===//
  15
  16 #include "llvm/Transforms/Utils/CodeExtractor.h"
  17 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  18 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
  19 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
  20 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
  21 #include "llvm/Analysis/RegionInfo.h"
  22 #include "llvm/Analysis/RegionIterator.h"
  23 #include "llvm/IR/Constants.h"
  24 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
  25 #include "llvm/IR/Dominators.h"
  26 #include "llvm/IR/Instructions.h"
  27 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
  28 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
  29 #include "llvm/IR/Module.h"
  30 #include "llvm/IR/Verifier.h"
  31 #include "llvm/Pass.h"
  32 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  33 #include "llvm/Support/Debug.h"
  34 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  35 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  36 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
  37 #include <algorithm>
  38 #include <set>
  39 using namespace llvm;
  40
  41 #define DEBUG_TYPE "code-extractor"
  42
  43 // Provide a command-line option to aggregate function arguments into a struct
  44 // for functions produced by the code extractor. This is useful when converting
  45 // extracted functions to pthread-based code, as only one argument (void*) can
  46 // be passed in to pthread_create().
  47 static cl::opt<bool>
  48 AggregateArgsOpt("aggregate-extracted-args", cl::Hidden,
  49                  cl::desc("Aggregate arguments to code-extracted functions"));
  50
  51 /// \brief Test whether a block is valid for extraction.
  52 static bool isBlockValidForExtraction(const BasicBlock &BB) {
  53   // Landing pads must be in the function where they were inserted for cleanup.
  54   if (BB.isEHPad())
  55     return false;
  56
  57   // Don't hoist code containing allocas, invokes, or vastarts.
  58   for (BasicBlock::const_iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I) {
  59     if (isa<AllocaInst>(I) || isa<InvokeInst>(I))
  60       return false;
  61     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
  62       if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
  63         if (F->getIntrinsicID() == Intrinsic::vastart)
  64           return false;
  65   }
  66
  67   return true;
  68 }
  69
  70 /// \brief Build a set of blocks to extract if the input blocks are viable.
  71 template <typename IteratorT>
  72 static SetVector<BasicBlock *> buildExtractionBlockSet(IteratorT BBBegin,
  73                                                        IteratorT BBEnd) {
  74   SetVector<BasicBlock *> Result;
  75
  76   assert(BBBegin != BBEnd);
  77
  78   // Loop over the blocks, adding them to our set-vector, and aborting with an
  79   // empty set if we encounter invalid blocks.
  80   for (IteratorT I = BBBegin, E = BBEnd; I != E; ++I) {
  81     if (!Result.insert(*I))
  82       llvm_unreachable("Repeated basic blocks in extraction input");
  83
  84     if (!isBlockValidForExtraction(**I)) {
  85       Result.clear();
  86       return Result;
  87     }
  88   }
  89
  90 #ifndef NDEBUG
  91   for (SetVector<BasicBlock *>::iterator I = std::next(Result.begin()),
  92                                          E = Result.end();
  93        I != E; ++I)
  94     for (pred_iterator PI = pred_begin(*I), PE = pred_end(*I);
  95          PI != PE; ++PI)
  96       assert(Result.count(*PI) &&
  97              "No blocks in this region may have entries from outside the region"
  98              " except for the first block!");
  99 #endif
 100
 101   return Result;
 102 }
 103
 104 /// \brief Helper to call buildExtractionBlockSet with an ArrayRef.
 105 static SetVector<BasicBlock *>
 106 buildExtractionBlockSet(ArrayRef<BasicBlock *> BBs) {
 107   return buildExtractionBlockSet(BBs.begin(), BBs.end());
 108 }
 109
 110 /// \brief Helper to call buildExtractionBlockSet with a RegionNode.
 111 static SetVector<BasicBlock *>
 112 buildExtractionBlockSet(const RegionNode &RN) {
 113   if (!RN.isSubRegion())
 114     // Just a single BasicBlock.
 115     return buildExtractionBlockSet(RN.getNodeAs<BasicBlock>());
 116
 117   const Region &R = *RN.getNodeAs<Region>();
 118
 119   return buildExtractionBlockSet(R.block_begin(), R.block_end());
 120 }
 121
 122 CodeExtractor::CodeExtractor(BasicBlock *BB, bool AggregateArgs)
 123   : DT(nullptr), AggregateArgs(AggregateArgs||AggregateArgsOpt),
 124     Blocks(buildExtractionBlockSet(BB)), NumExitBlocks(~0U) {}
 125
 126 CodeExtractor::CodeExtractor(ArrayRef<BasicBlock *> BBs, DominatorTree *DT,
 127                              bool AggregateArgs)
 128   : DT(DT), AggregateArgs(AggregateArgs||AggregateArgsOpt),
 129     Blocks(buildExtractionBlockSet(BBs)), NumExitBlocks(~0U) {}
 130
 131 CodeExtractor::CodeExtractor(DominatorTree &DT, Loop &L, bool AggregateArgs)
 132   : DT(&DT), AggregateArgs(AggregateArgs||AggregateArgsOpt),
 133     Blocks(buildExtractionBlockSet(L.getBlocks())), NumExitBlocks(~0U) {}
 134
 135 CodeExtractor::CodeExtractor(DominatorTree &DT, const RegionNode &RN,
 136                              bool AggregateArgs)
 137   : DT(&DT), AggregateArgs(AggregateArgs||AggregateArgsOpt),
 138     Blocks(buildExtractionBlockSet(RN)), NumExitBlocks(~0U) {}
 139
 140 /// definedInRegion - Return true if the specified value is defined in the
 141 /// extracted region.
 142 static bool definedInRegion(const SetVector<BasicBlock *> &Blocks, Value *V) {
 143   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 144     if (Blocks.count(I->getParent()))
 145       return true;
 146   return false;
 147 }
 148
 149 /// definedInCaller - Return true if the specified value is defined in the
 150 /// function being code extracted, but not in the region being extracted.
 151 /// These values must be passed in as live-ins to the function.
 152 static bool definedInCaller(const SetVector<BasicBlock *> &Blocks, Value *V) {
 153   if (isa<Argument>(V)) return true;
 154   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 155     if (!Blocks.count(I->getParent()))
 156       return true;
 157   return false;
 158 }
 159
 160 void CodeExtractor::findInputsOutputs(ValueSet &Inputs,
 161                                       ValueSet &Outputs) const {
 162   for (SetVector<BasicBlock *>::const_iterator I = Blocks.begin(),
 163                                                E = Blocks.end();
 164        I != E; ++I) {
 165     BasicBlock *BB = *I;
 166
 167     // If a used value is defined outside the region, it's an input.  If an
 168     // instruction is used outside the region, it's an output.
 169     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), IE = BB->end();
 170          II != IE; ++II) {
 171       for (User::op_iterator OI = II->op_begin(), OE = II->op_end();
 172            OI != OE; ++OI)
 173         if (definedInCaller(Blocks, *OI))
 174           Inputs.insert(*OI);
 175
 176       for (User *U : II->users())
 177         if (!definedInRegion(Blocks, U)) {
 178           Outputs.insert(&*II);
 179           break;
 180         }
 181     }
 182   }
 183 }
 184
 185 /// severSplitPHINodes - If a PHI node has multiple inputs from outside of the
 186 /// region, we need to split the entry block of the region so that the PHI node
 187 /// is easier to deal with.
 188 void CodeExtractor::severSplitPHINodes(BasicBlock *&Header) {
 189   unsigned NumPredsFromRegion = 0;
 190   unsigned NumPredsOutsideRegion = 0;
 191
 192   if (Header != &Header->getParent()->getEntryBlock()) {
 193     PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Header->begin());
 194     if (!PN) return;  // No PHI nodes.
 195
 196     // If the header node contains any PHI nodes, check to see if there is more
 197     // than one entry from outside the region.  If so, we need to sever the
 198     // header block into two.
 199     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 200       if (Blocks.count(PN->getIncomingBlock(i)))
 201         ++NumPredsFromRegion;
 202       else
 203         ++NumPredsOutsideRegion;
 204
 205     // If there is one (or fewer) predecessor from outside the region, we don't
 206     // need to do anything special.
 207     if (NumPredsOutsideRegion <= 1) return;
 208   }
 209
 210   // Otherwise, we need to split the header block into two pieces: one
 211   // containing PHI nodes merging values from outside of the region, and a
 212   // second that contains all of the code for the block and merges back any
 213   // incoming values from inside of the region.
 214   BasicBlock::iterator AfterPHIs = Header->getFirstNonPHI()->getIterator();
 215   BasicBlock *NewBB = Header->splitBasicBlock(AfterPHIs,
 216                                               Header->getName()+".ce");
 217
 218   // We only want to code extract the second block now, and it becomes the new
 219   // header of the region.
 220   BasicBlock *OldPred = Header;
 221   Blocks.remove(OldPred);
 222   Blocks.insert(NewBB);
 223   Header = NewBB;
 224
 225   // Okay, update dominator sets. The blocks that dominate the new one are the
 226   // blocks that dominate TIBB plus the new block itself.
 227   if (DT)
 228     DT->splitBlock(NewBB);
 229
 230   // Okay, now we need to adjust the PHI nodes and any branches from within the
 231   // region to go to the new header block instead of the old header block.
 232   if (NumPredsFromRegion) {
 233     PHINode *PN = cast<PHINode>(OldPred->begin());
 234     // Loop over all of the predecessors of OldPred that are in the region,
 235     // changing them to branch to NewBB instead.
 236     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 237       if (Blocks.count(PN->getIncomingBlock(i))) {
 238         TerminatorInst *TI = PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
 239         TI->replaceUsesOfWith(OldPred, NewBB);
 240       }
 241
 242     // Okay, everything within the region is now branching to the right block, we
 243     // just have to update the PHI nodes now, inserting PHI nodes into NewBB.
 244     for (AfterPHIs = OldPred->begin(); isa<PHINode>(AfterPHIs); ++AfterPHIs) {
 245       PHINode *PN = cast<PHINode>(AfterPHIs);
 246       // Create a new PHI node in the new region, which has an incoming value
 247       // from OldPred of PN.
 248       PHINode *NewPN = PHINode::Create(PN->getType(), 1 + NumPredsFromRegion,
 249                                        PN->getName() + ".ce", &NewBB->front());
 250       NewPN->addIncoming(PN, OldPred);
 251
 252       // Loop over all of the incoming value in PN, moving them to NewPN if they
 253       // are from the extracted region.
 254       for (unsigned i = 0; i != PN->getNumIncomingValues(); ++i) {
 255         if (Blocks.count(PN->getIncomingBlock(i))) {
 256           NewPN->addIncoming(PN->getIncomingValue(i), PN->getIncomingBlock(i));
 257           PN->removeIncomingValue(i);
 258           --i;
 259         }
 260       }
 261     }
 262   }
 263 }
 264
 265 void CodeExtractor::splitReturnBlocks() {
 266   for (SetVector<BasicBlock *>::iterator I = Blocks.begin(), E = Blocks.end();
 267        I != E; ++I)
 268     if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>((*I)->getTerminator())) {
 269       BasicBlock *New =
 270           (*I)->splitBasicBlock(RI->getIterator(), (*I)->getName() + ".ret");
 271       if (DT) {
 272         // Old dominates New. New node dominates all other nodes dominated
 273         // by Old.
 274         DomTreeNode *OldNode = DT->getNode(*I);
 275         SmallVector<DomTreeNode*, 8> Children;
 276         for (DomTreeNode::iterator DI = OldNode->begin(), DE = OldNode->end();
 277              DI != DE; ++DI)
 278           Children.push_back(*DI);
 279
 280         DomTreeNode *NewNode = DT->addNewBlock(New, *I);
 281
 282         for (SmallVectorImpl<DomTreeNode *>::iterator I = Children.begin(),
 283                E = Children.end(); I != E; ++I)
 284           DT->changeImmediateDominator(*I, NewNode);
 285       }
 286     }
 287 }
 288
 289 /// constructFunction - make a function based on inputs and outputs, as follows:
 290 /// f(in0, ..., inN, out0, ..., outN)
 291 ///
 292 Function *CodeExtractor::constructFunction(const ValueSet &inputs,
 293                                            const ValueSet &outputs,
 294                                            BasicBlock *header,
 295                                            BasicBlock *newRootNode,
 296                                            BasicBlock *newHeader,
 297                                            Function *oldFunction,
 298                                            Module *M) {
 299   DEBUG(dbgs() << "inputs: " << inputs.size() << "\n");
 300   DEBUG(dbgs() << "outputs: " << outputs.size() << "\n");
 301
 302   // This function returns unsigned, outputs will go back by reference.
 303   switch (NumExitBlocks) {
 304   case 0:
 305   case 1: RetTy = Type::getVoidTy(header->getContext()); break;
 306   case 2: RetTy = Type::getInt1Ty(header->getContext()); break;
 307   default: RetTy = Type::getInt16Ty(header->getContext()); break;
 308   }
 309
 310   std::vector<Type*> paramTy;
 311
 312   // Add the types of the input values to the function's argument list
 313   for (ValueSet::const_iterator i = inputs.begin(), e = inputs.end();
 314        i != e; ++i) {
 315     const Value *value = *i;
 316     DEBUG(dbgs() << "value used in func: " << *value << "\n");
 317     paramTy.push_back(value->getType());
 318   }
 319
 320   // Add the types of the output values to the function's argument list.
 321   for (ValueSet::const_iterator I = outputs.begin(), E = outputs.end();
 322        I != E; ++I) {
 323     DEBUG(dbgs() << "instr used in func: " << **I << "\n");
 324     if (AggregateArgs)
 325       paramTy.push_back((*I)->getType());
 326     else
 327       paramTy.push_back(PointerType::getUnqual((*I)->getType()));
 328   }
 329
 330   DEBUG(dbgs() << "Function type: " << *RetTy << " f(");
 331   for (std::vector<Type*>::iterator i = paramTy.begin(),
 332          e = paramTy.end(); i != e; ++i)
 333     DEBUG(dbgs() << **i << ", ");
 334   DEBUG(dbgs() << ")\n");
 335
 336   StructType *StructTy;
 337   if (AggregateArgs && (inputs.size() + outputs.size() > 0)) {
 338     StructTy = StructType::get(M->getContext(), paramTy);
 339     paramTy.clear();
 340     paramTy.push_back(PointerType::getUnqual(StructTy));
 341   }
 342   FunctionType *funcType =
 343                   FunctionType::get(RetTy, paramTy, false);
 344
 345   // Create the new function
 346   Function *newFunction = Function::Create(funcType,
 347                                            GlobalValue::InternalLinkage,
 348                                            oldFunction->getName() + "_" +
 349                                            header->getName(), M);
 350   // If the old function is no-throw, so is the new one.
 351   if (oldFunction->doesNotThrow())
 352     newFunction->setDoesNotThrow();
 353
 354   newFunction->getBasicBlockList().push_back(newRootNode);
 355
 356   // Create an iterator to name all of the arguments we inserted.
 357   Function::arg_iterator AI = newFunction->arg_begin();
 358
 359   // Rewrite all users of the inputs in the extracted region to use the
 360   // arguments (or appropriate addressing into struct) instead.
 361   for (unsigned i = 0, e = inputs.size(); i != e; ++i) {
 362     Value *RewriteVal;
 363     if (AggregateArgs) {
 364       Value *Idx[2];
 365       Idx[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(header->getContext()));
 366       Idx[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(header->getContext()), i);
 367       TerminatorInst *TI = newFunction->begin()->getTerminator();
 368       GetElementPtrInst *GEP = GetElementPtrInst::Create(
 369           StructTy, &*AI, Idx, "gep_" + inputs[i]->getName(), TI);
 370       RewriteVal = new LoadInst(GEP, "loadgep_" + inputs[i]->getName(), TI);
 371     } else
 372       RewriteVal = &*AI++;
 373
 374     std::vector<User*> Users(inputs[i]->user_begin(), inputs[i]->user_end());
 375     for (std::vector<User*>::iterator use = Users.begin(), useE = Users.end();
 376          use != useE; ++use)
 377       if (Instruction* inst = dyn_cast<Instruction>(*use))
 378         if (Blocks.count(inst->getParent()))
 379           inst->replaceUsesOfWith(inputs[i], RewriteVal);
 380   }
 381
 382   // Set names for input and output arguments.
 383   if (!AggregateArgs) {
 384     AI = newFunction->arg_begin();
 385     for (unsigned i = 0, e = inputs.size(); i != e; ++i, ++AI)
 386       AI->setName(inputs[i]->getName());
 387     for (unsigned i = 0, e = outputs.size(); i != e; ++i, ++AI)
 388       AI->setName(outputs[i]->getName()+".out");
 389   }
 390
 391   // Rewrite branches to basic blocks outside of the loop to new dummy blocks
 392   // within the new function. This must be done before we lose track of which
 393   // blocks were originally in the code region.
 394   std::vector<User*> Users(header->user_begin(), header->user_end());
 395   for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i)
 396     // The BasicBlock which contains the branch is not in the region
 397     // modify the branch target to a new block
 398     if (TerminatorInst *TI = dyn_cast<TerminatorInst>(Users[i]))
 399       if (!Blocks.count(TI->getParent()) &&
 400           TI->getParent()->getParent() == oldFunction)
 401         TI->replaceUsesOfWith(header, newHeader);
 402
 403   return newFunction;
 404 }
 405
 406 /// FindPhiPredForUseInBlock - Given a value and a basic block, find a PHI
 407 /// that uses the value within the basic block, and return the predecessor
 408 /// block associated with that use, or return 0 if none is found.
 409 static BasicBlock* FindPhiPredForUseInBlock(Value* Used, BasicBlock* BB) {
 410   for (Use &U : Used->uses()) {
 411      PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(U.getUser());
 412      if (P && P->getParent() == BB)
 413        return P->getIncomingBlock(U);
 414   }
 415
 416   return nullptr;
 417 }
 418
 419 /// emitCallAndSwitchStatement - This method sets up the caller side by adding
 420 /// the call instruction, splitting any PHI nodes in the header block as
 421 /// necessary.
 422 void CodeExtractor::
 423 emitCallAndSwitchStatement(Function *newFunction, BasicBlock *codeReplacer,
 424                            ValueSet &inputs, ValueSet &outputs) {
 425   // Emit a call to the new function, passing in: *pointer to struct (if
 426   // aggregating parameters), or plan inputs and allocated memory for outputs
 427   std::vector<Value*> params, StructValues, ReloadOutputs, Reloads;
 428
 429   LLVMContext &Context = newFunction->getContext();
 430
 431   // Add inputs as params, or to be filled into the struct
 432   for (ValueSet::iterator i = inputs.begin(), e = inputs.end(); i != e; ++i)
 433     if (AggregateArgs)
 434       StructValues.push_back(*i);
 435     else
 436       params.push_back(*i);
 437
 438   // Create allocas for the outputs
 439   for (ValueSet::iterator i = outputs.begin(), e = outputs.end(); i != e; ++i) {
 440     if (AggregateArgs) {
 441       StructValues.push_back(*i);
 442     } else {
 443       AllocaInst *alloca =
 444           new AllocaInst((*i)->getType(), nullptr, (*i)->getName() + ".loc",
 445                          &codeReplacer->getParent()->front().front());
 446       ReloadOutputs.push_back(alloca);
 447       params.push_back(alloca);
 448     }
 449   }
 450
 451   StructType *StructArgTy = nullptr;
 452   AllocaInst *Struct = nullptr;
 453   if (AggregateArgs && (inputs.size() + outputs.size() > 0)) {
 454     std::vector<Type*> ArgTypes;
 455     for (ValueSet::iterator v = StructValues.begin(),
 456            ve = StructValues.end(); v != ve; ++v)
 457       ArgTypes.push_back((*v)->getType());
 458
 459     // Allocate a struct at the beginning of this function
 460     StructArgTy = StructType::get(newFunction->getContext(), ArgTypes);
 461     Struct = new AllocaInst(StructArgTy, nullptr, "structArg",
 462                             &codeReplacer->getParent()->front().front());
 463     params.push_back(Struct);
 464
 465     for (unsigned i = 0, e = inputs.size(); i != e; ++i) {
 466       Value *Idx[2];
 467       Idx[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(Context));
 468       Idx[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), i);
 469       GetElementPtrInst *GEP = GetElementPtrInst::Create(
 470           StructArgTy, Struct, Idx, "gep_" + StructValues[i]->getName());
 471       codeReplacer->getInstList().push_back(GEP);
 472       StoreInst *SI = new StoreInst(StructValues[i], GEP);
 473       codeReplacer->getInstList().push_back(SI);
 474     }
 475   }
 476
 477   // Emit the call to the function
 478   CallInst *call = CallInst::Create(newFunction, params,
 479                                     NumExitBlocks > 1 ? "targetBlock" : "");
 480   codeReplacer->getInstList().push_back(call);
 481
 482   Function::arg_iterator OutputArgBegin = newFunction->arg_begin();
 483   unsigned FirstOut = inputs.size();
 484   if (!AggregateArgs)
 485     std::advance(OutputArgBegin, inputs.size());
 486
 487   // Reload the outputs passed in by reference
 488   for (unsigned i = 0, e = outputs.size(); i != e; ++i) {
 489     Value *Output = nullptr;
 490     if (AggregateArgs) {
 491       Value *Idx[2];
 492       Idx[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(Context));
 493       Idx[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), FirstOut + i);
 494       GetElementPtrInst *GEP = GetElementPtrInst::Create(
 495           StructArgTy, Struct, Idx, "gep_reload_" + outputs[i]->getName());
 496       codeReplacer->getInstList().push_back(GEP);
 497       Output = GEP;
 498     } else {
 499       Output = ReloadOutputs[i];
 500     }
 501     LoadInst *load = new LoadInst(Output, outputs[i]->getName()+".reload");
 502     Reloads.push_back(load);
 503     codeReplacer->getInstList().push_back(load);
 504     std::vector<User*> Users(outputs[i]->user_begin(), outputs[i]->user_end());
 505     for (unsigned u = 0, e = Users.size(); u != e; ++u) {
 506       Instruction *inst = cast<Instruction>(Users[u]);
 507       if (!Blocks.count(inst->getParent()))
 508         inst->replaceUsesOfWith(outputs[i], load);
 509     }
 510   }
 511
 512   // Now we can emit a switch statement using the call as a value.
 513   SwitchInst *TheSwitch =
 514       SwitchInst::Create(Constant::getNullValue(Type::getInt16Ty(Context)),
 515                          codeReplacer, 0, codeReplacer);
 516
 517   // Since there may be multiple exits from the original region, make the new
 518   // function return an unsigned, switch on that number.  This loop iterates
 519   // over all of the blocks in the extracted region, updating any terminator
 520   // instructions in the to-be-extracted region that branch to blocks that are
 521   // not in the region to be extracted.
 522   std::map<BasicBlock*, BasicBlock*> ExitBlockMap;
 523
 524   unsigned switchVal = 0;
 525   for (SetVector<BasicBlock*>::const_iterator i = Blocks.begin(),
 526          e = Blocks.end(); i != e; ++i) {
 527     TerminatorInst *TI = (*i)->getTerminator();
 528     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
 529       if (!Blocks.count(TI->getSuccessor(i))) {
 530         BasicBlock *OldTarget = TI->getSuccessor(i);
 531         // add a new basic block which returns the appropriate value
 532         BasicBlock *&NewTarget = ExitBlockMap[OldTarget];
 533         if (!NewTarget) {
 534           // If we don't already have an exit stub for this non-extracted
 535           // destination, create one now!
 536           NewTarget = BasicBlock::Create(Context,
 537                                          OldTarget->getName() + ".exitStub",
 538                                          newFunction);
 539           unsigned SuccNum = switchVal++;
 540
 541           Value *brVal = nullptr;
 542           switch (NumExitBlocks) {
 543           case 0:
 544           case 1: break;  // No value needed.
 545           case 2:         // Conditional branch, return a bool
 546             brVal = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(Context), !SuccNum);
 547             break;
 548           default:
 549             brVal = ConstantInt::get(Type::getInt16Ty(Context), SuccNum);
 550             break;
 551           }
 552
 553           ReturnInst *NTRet = ReturnInst::Create(Context, brVal, NewTarget);
 554
 555           // Update the switch instruction.
 556           TheSwitch->addCase(ConstantInt::get(Type::getInt16Ty(Context),
 557                                               SuccNum),
 558                              OldTarget);
 559
 560           // Restore values just before we exit
 561           Function::arg_iterator OAI = OutputArgBegin;
 562           for (unsigned out = 0, e = outputs.size(); out != e; ++out) {
 563             // For an invoke/catchpad, the normal destination is the only one
 564             // that is dominated by the result of the invocation
 565             BasicBlock *DefBlock = cast<Instruction>(outputs[out])->getParent();
 566
 567             bool DominatesDef = true;
 568
 569             BasicBlock *NormalDest = nullptr;
 570             if (auto *Invoke = dyn_cast<InvokeInst>(outputs[out]))
 571               NormalDest = Invoke->getNormalDest();
 572             if (auto *CatchPad = dyn_cast<CatchPadInst>(outputs[out]))
 573               NormalDest = CatchPad->getNormalDest();
 574
 575             if (NormalDest) {
 576               DefBlock = NormalDest;
 577
 578               // Make sure we are looking at the original successor block, not
 579               // at a newly inserted exit block, which won't be in the dominator
 580               // info.
 581               for (std::map<BasicBlock*, BasicBlock*>::iterator I =
 582                      ExitBlockMap.begin(), E = ExitBlockMap.end(); I != E; ++I)
 583                 if (DefBlock == I->second) {
 584                   DefBlock = I->first;
 585                   break;
 586                 }
 587
 588               // In the extract block case, if the block we are extracting ends
 589               // with an invoke instruction, make sure that we don't emit a
 590               // store of the invoke value for the unwind block.
 591               if (!DT && DefBlock != OldTarget)
 592                 DominatesDef = false;
 593             }
 594
 595             if (DT) {
 596               DominatesDef = DT->dominates(DefBlock, OldTarget);
 597
 598               // If the output value is used by a phi in the target block,
 599               // then we need to test for dominance of the phi's predecessor
 600               // instead.  Unfortunately, this a little complicated since we
 601               // have already rewritten uses of the value to uses of the reload.
 602               BasicBlock* pred = FindPhiPredForUseInBlock(Reloads[out],
 603                                                           OldTarget);
 604               if (pred && DT && DT->dominates(DefBlock, pred))
 605                 DominatesDef = true;
 606             }
 607
 608             if (DominatesDef) {
 609               if (AggregateArgs) {
 610                 Value *Idx[2];
 611                 Idx[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(Context));
 612                 Idx[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context),
 613                                           FirstOut+out);
 614                 GetElementPtrInst *GEP = GetElementPtrInst::Create(
 615                     StructArgTy, &*OAI, Idx, "gep_" + outputs[out]->getName(),
 616                     NTRet);
 617                 new StoreInst(outputs[out], GEP, NTRet);
 618               } else {
 619                 new StoreInst(outputs[out], &*OAI, NTRet);
 620               }
 621             }
 622             // Advance output iterator even if we don't emit a store
 623             if (!AggregateArgs) ++OAI;
 624           }
 625         }
 626
 627         // rewrite the original branch instruction with this new target
 628         TI->setSuccessor(i, NewTarget);
 629       }
 630   }
 631
 632   // Now that we've done the deed, simplify the switch instruction.
 633   Type *OldFnRetTy = TheSwitch->getParent()->getParent()->getReturnType();
 634   switch (NumExitBlocks) {
 635   case 0:
 636     // There are no successors (the block containing the switch itself), which
 637     // means that previously this was the last part of the function, and hence
 638     // this should be rewritten as a `ret'
 639
 640     // Check if the function should return a value
 641     if (OldFnRetTy->isVoidTy()) {
 642       ReturnInst::Create(Context, nullptr, TheSwitch);  // Return void
 643     } else if (OldFnRetTy == TheSwitch->getCondition()->getType()) {
 644       // return what we have
 645       ReturnInst::Create(Context, TheSwitch->getCondition(), TheSwitch);
 646     } else {
 647       // Otherwise we must have code extracted an unwind or something, just
 648       // return whatever we want.
 649       ReturnInst::Create(Context,
 650                          Constant::getNullValue(OldFnRetTy), TheSwitch);
 651     }
 652
 653     TheSwitch->eraseFromParent();
 654     break;
 655   case 1:
 656     // Only a single destination, change the switch into an unconditional
 657     // branch.
 658     BranchInst::Create(TheSwitch->getSuccessor(1), TheSwitch);
 659     TheSwitch->eraseFromParent();
 660     break;
 661   case 2:
 662     BranchInst::Create(TheSwitch->getSuccessor(1), TheSwitch->getSuccessor(2),
 663                        call, TheSwitch);
 664     TheSwitch->eraseFromParent();
 665     break;
 666   default:
 667     // Otherwise, make the default destination of the switch instruction be one
 668     // of the other successors.
 669     TheSwitch->setCondition(call);
 670     TheSwitch->setDefaultDest(TheSwitch->getSuccessor(NumExitBlocks));
 671     // Remove redundant case
 672     TheSwitch->removeCase(SwitchInst::CaseIt(TheSwitch, NumExitBlocks-1));
 673     break;
 674   }
 675 }
 676
 677 void CodeExtractor::moveCodeToFunction(Function *newFunction) {
 678   Function *oldFunc = (*Blocks.begin())->getParent();
 679   Function::BasicBlockListType &oldBlocks = oldFunc->getBasicBlockList();
 680   Function::BasicBlockListType &newBlocks = newFunction->getBasicBlockList();
 681
 682   for (SetVector<BasicBlock*>::const_iterator i = Blocks.begin(),
 683          e = Blocks.end(); i != e; ++i) {
 684     // Delete the basic block from the old function, and the list of blocks
 685     oldBlocks.remove(*i);
 686
 687     // Insert this basic block into the new function
 688     newBlocks.push_back(*i);
 689   }
 690 }
 691
 692 Function *CodeExtractor::extractCodeRegion() {
 693   if (!isEligible())
 694     return nullptr;
 695
 696   ValueSet inputs, outputs;
 697
 698   // Assumption: this is a single-entry code region, and the header is the first
 699   // block in the region.
 700   BasicBlock *header = *Blocks.begin();
 701
 702   // If we have to split PHI nodes or the entry block, do so now.
 703   severSplitPHINodes(header);
 704
 705   // If we have any return instructions in the region, split those blocks so
 706   // that the return is not in the region.
 707   splitReturnBlocks();
 708
 709   Function *oldFunction = header->getParent();
 710
 711   // This takes place of the original loop
 712   BasicBlock *codeReplacer = BasicBlock::Create(header->getContext(),
 713                                                 "codeRepl", oldFunction,
 714                                                 header);
 715
 716   // The new function needs a root node because other nodes can branch to the
 717   // head of the region, but the entry node of a function cannot have preds.
 718   BasicBlock *newFuncRoot = BasicBlock::Create(header->getContext(),
 719                                                "newFuncRoot");
 720   newFuncRoot->getInstList().push_back(BranchInst::Create(header));
 721
 722   // Find inputs to, outputs from the code region.
 723   findInputsOutputs(inputs, outputs);
 724
 725   SmallPtrSet<BasicBlock *, 1> ExitBlocks;
 726   for (SetVector<BasicBlock *>::iterator I = Blocks.begin(), E = Blocks.end();
 727        I != E; ++I)
 728     for (succ_iterator SI = succ_begin(*I), SE = succ_end(*I); SI != SE; ++SI)
 729       if (!Blocks.count(*SI))
 730         ExitBlocks.insert(*SI);
 731   NumExitBlocks = ExitBlocks.size();
 732
 733   // Construct new function based on inputs/outputs & add allocas for all defs.
 734   Function *newFunction = constructFunction(inputs, outputs, header,
 735                                             newFuncRoot,
 736                                             codeReplacer, oldFunction,
 737                                             oldFunction->getParent());
 738
 739   emitCallAndSwitchStatement(newFunction, codeReplacer, inputs, outputs);
 740
 741   moveCodeToFunction(newFunction);
 742
 743   // Loop over all of the PHI nodes in the header block, and change any
 744   // references to the old incoming edge to be the new incoming edge.
 745   for (BasicBlock::iterator I = header->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
 746     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 747     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 748       if (!Blocks.count(PN->getIncomingBlock(i)))
 749         PN->setIncomingBlock(i, newFuncRoot);
 750   }
 751
 752   // Look at all successors of the codeReplacer block.  If any of these blocks
 753   // had PHI nodes in them, we need to update the "from" block to be the code
 754   // replacer, not the original block in the extracted region.
 755   std::vector<BasicBlock*> Succs(succ_begin(codeReplacer),
 756                                  succ_end(codeReplacer));
 757   for (unsigned i = 0, e = Succs.size(); i != e; ++i)
 758     for (BasicBlock::iterator I = Succs[i]->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
 759       PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 760       std::set<BasicBlock*> ProcessedPreds;
 761       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 762         if (Blocks.count(PN->getIncomingBlock(i))) {
 763           if (ProcessedPreds.insert(PN->getIncomingBlock(i)).second)
 764             PN->setIncomingBlock(i, codeReplacer);
 765           else {
 766             // There were multiple entries in the PHI for this block, now there
 767             // is only one, so remove the duplicated entries.
 768             PN->removeIncomingValue(i, false);
 769             --i; --e;
 770           }
 771         }
 772     }
 773
 774   //cerr << "NEW FUNCTION: " << *newFunction;
 775   //  verifyFunction(*newFunction);
 776
 777   //  cerr << "OLD FUNCTION: " << *oldFunction;
 778   //  verifyFunction(*oldFunction);
 779
 780   DEBUG(if (verifyFunction(*newFunction))
 781         report_fatal_error("verifyFunction failed!"));
 782   return newFunction;
 783 }