8b47899d233302546eb3c555ba5353f51456fadf
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / LoopSimplify.cpp
1 //===- LoopSimplify.cpp - Loop Canonicalization 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 // This pass performs several transformations to transform natural loops into a
11 // simpler form, which makes subsequent analyses and transformations simpler and
12 // more effective.
13 //
14 // Loop pre-header insertion guarantees that there is a single, non-critical
15 // entry edge from outside of the loop to the loop header.  This simplifies a
16 // number of analyses and transformations, such as LICM.
17 //
18 // Loop exit-block insertion guarantees that all exit blocks from the loop
19 // (blocks which are outside of the loop that have predecessors inside of the
20 // loop) only have predecessors from inside of the loop (and are thus dominated
21 // by the loop header).  This simplifies transformations such as store-sinking
22 // that are built into LICM.
23 //
24 // This pass also guarantees that loops will have exactly one backedge.
25 //
26 // Indirectbr instructions introduce several complications. If the loop
27 // contains or is entered by an indirectbr instruction, it may not be possible
28 // to transform the loop and make these guarantees. Client code should check
29 // that these conditions are true before relying on them.
30 //
31 // Note that the simplifycfg pass will clean up blocks which are split out but
32 // end up being unnecessary, so usage of this pass should not pessimize
33 // generated code.
34 //
35 // This pass obviously modifies the CFG, but updates loop information and
36 // dominator information.
37 //
38 //===----------------------------------------------------------------------===//
39
40 #define DEBUG_TYPE "loopsimplify"
41 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
42 #include "llvm/Constants.h"
43 #include "llvm/Instructions.h"
44 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
45 #include "llvm/Function.h"
46 #include "llvm/LLVMContext.h"
47 #include "llvm/Type.h"
48 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
49 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
50 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
51 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
52 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
53 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
54 #include "llvm/Support/CFG.h"
55 #include "llvm/Support/Debug.h"
56 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
57 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
58 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
59 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
60 using namespace llvm;
61
62 STATISTIC(NumInserted, "Number of pre-header or exit blocks inserted");
63 STATISTIC(NumNested  , "Number of nested loops split out");
64
65 namespace {
66   struct LoopSimplify : public LoopPass {
67     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
68     LoopSimplify() : LoopPass(ID) {}
69
70     // AA - If we have an alias analysis object to update, this is it, otherwise
71     // this is null.
72     AliasAnalysis *AA;
73     LoopInfo *LI;
74     DominatorTree *DT;
75     ScalarEvolution *SE;
76     Loop *L;
77     virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
78
79     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
80       // We need loop information to identify the loops...
81       AU.addRequired<DominatorTree>();
82       AU.addPreserved<DominatorTree>();
83
84       AU.addRequired<LoopInfo>();
85       AU.addPreserved<LoopInfo>();
86
87       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
88       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
89       AU.addPreservedID(BreakCriticalEdgesID);  // No critical edges added.
90       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
91       AU.addPreservedID(LCSSAID);
92     }
93
94     /// verifyAnalysis() - Verify LoopSimplifyForm's guarantees.
95     void verifyAnalysis() const;
96
97   private:
98     bool ProcessLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
99     BasicBlock *RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit);
100     BasicBlock *InsertPreheaderForLoop(Loop *L);
101     Loop *SeparateNestedLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
102     BasicBlock *InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L, BasicBlock *Preheader);
103     void PlaceSplitBlockCarefully(BasicBlock *NewBB,
104                                   SmallVectorImpl<BasicBlock*> &SplitPreds,
105                                   Loop *L);
106   };
107 }
108
109 char LoopSimplify::ID = 0;
110 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopSimplify, "loopsimplify",
111                 "Canonicalize natural loops", true, false)
112 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
113 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
114 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
115 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(BreakCriticalEdges)
116 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominanceFrontier)
117 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LCSSA)
118 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
119 INITIALIZE_PASS_END(LoopSimplify, "loopsimplify",
120                 "Canonicalize natural loops", true, false)
121
122 // Publically exposed interface to pass...
123 char &llvm::LoopSimplifyID = LoopSimplify::ID;
124 Pass *llvm::createLoopSimplifyPass() { return new LoopSimplify(); }
125
126 /// runOnLoop - Run down all loops in the CFG (recursively, but we could do
127 /// it in any convenient order) inserting preheaders...
128 ///
129 bool LoopSimplify::runOnLoop(Loop *l, LPPassManager &LPM) {
130   L = l;
131   bool Changed = false;
132   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
133   AA = getAnalysisIfAvailable<AliasAnalysis>();
134   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
135   SE = getAnalysisIfAvailable<ScalarEvolution>();
136
137   Changed |= ProcessLoop(L, LPM);
138
139   return Changed;
140 }
141
142 /// ProcessLoop - Walk the loop structure in depth first order, ensuring that
143 /// all loops have preheaders.
144 ///
145 bool LoopSimplify::ProcessLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
146   bool Changed = false;
147 ReprocessLoop:
148
149   // Check to see that no blocks (other than the header) in this loop have
150   // predecessors that are not in the loop.  This is not valid for natural
151   // loops, but can occur if the blocks are unreachable.  Since they are
152   // unreachable we can just shamelessly delete those CFG edges!
153   for (Loop::block_iterator BB = L->block_begin(), E = L->block_end();
154        BB != E; ++BB) {
155     if (*BB == L->getHeader()) continue;
156
157     SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> BadPreds;
158     for (pred_iterator PI = pred_begin(*BB),
159          PE = pred_end(*BB); PI != PE; ++PI) {
160       BasicBlock *P = *PI;
161       if (!L->contains(P))
162         BadPreds.insert(P);
163     }
164
165     // Delete each unique out-of-loop (and thus dead) predecessor.
166     for (SmallPtrSet<BasicBlock*, 4>::iterator I = BadPreds.begin(),
167          E = BadPreds.end(); I != E; ++I) {
168
169       DEBUG(dbgs() << "LoopSimplify: Deleting edge from dead predecessor ";
170             WriteAsOperand(dbgs(), *I, false);
171             dbgs() << "\n");
172
173       // Inform each successor of each dead pred.
174       for (succ_iterator SI = succ_begin(*I), SE = succ_end(*I); SI != SE; ++SI)
175         (*SI)->removePredecessor(*I);
176       // Zap the dead pred's terminator and replace it with unreachable.
177       TerminatorInst *TI = (*I)->getTerminator();
178        TI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(TI->getType()));
179       (*I)->getTerminator()->eraseFromParent();
180       new UnreachableInst((*I)->getContext(), *I);
181       Changed = true;
182     }
183   }
184
185   // If there are exiting blocks with branches on undef, resolve the undef in
186   // the direction which will exit the loop. This will help simplify loop
187   // trip count computations.
188   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
189   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
190   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::iterator I = ExitingBlocks.begin(),
191        E = ExitingBlocks.end(); I != E; ++I)
192     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>((*I)->getTerminator()))
193       if (BI->isConditional()) {
194         if (UndefValue *Cond = dyn_cast<UndefValue>(BI->getCondition())) {
195
196           DEBUG(dbgs() << "LoopSimplify: Resolving \"br i1 undef\" to exit in ";
197                 WriteAsOperand(dbgs(), *I, false);
198                 dbgs() << "\n");
199
200           BI->setCondition(ConstantInt::get(Cond->getType(),
201                                             !L->contains(BI->getSuccessor(0))));
202           Changed = true;
203         }
204       }
205
206   // Does the loop already have a preheader?  If so, don't insert one.
207   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
208   if (!Preheader) {
209     Preheader = InsertPreheaderForLoop(L);
210     if (Preheader) {
211       ++NumInserted;
212       Changed = true;
213     }
214   }
215
216   // Next, check to make sure that all exit nodes of the loop only have
217   // predecessors that are inside of the loop.  This check guarantees that the
218   // loop preheader/header will dominate the exit blocks.  If the exit block has
219   // predecessors from outside of the loop, split the edge now.
220   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
221   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
222     
223   SmallSetVector<BasicBlock *, 8> ExitBlockSet(ExitBlocks.begin(),
224                                                ExitBlocks.end());
225   for (SmallSetVector<BasicBlock *, 8>::iterator I = ExitBlockSet.begin(),
226          E = ExitBlockSet.end(); I != E; ++I) {
227     BasicBlock *ExitBlock = *I;
228     for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), PE = pred_end(ExitBlock);
229          PI != PE; ++PI)
230       // Must be exactly this loop: no subloops, parent loops, or non-loop preds
231       // allowed.
232       if (!L->contains(*PI)) {
233         if (RewriteLoopExitBlock(L, ExitBlock)) {
234           ++NumInserted;
235           Changed = true;
236         }
237         break;
238       }
239   }
240
241   // If the header has more than two predecessors at this point (from the
242   // preheader and from multiple backedges), we must adjust the loop.
243   BasicBlock *LoopLatch = L->getLoopLatch();
244   if (!LoopLatch) {
245     // If this is really a nested loop, rip it out into a child loop.  Don't do
246     // this for loops with a giant number of backedges, just factor them into a
247     // common backedge instead.
248     if (L->getNumBackEdges() < 8) {
249       if (SeparateNestedLoop(L, LPM)) {
250         ++NumNested;
251         // This is a big restructuring change, reprocess the whole loop.
252         Changed = true;
253         // GCC doesn't tail recursion eliminate this.
254         goto ReprocessLoop;
255       }
256     }
257
258     // If we either couldn't, or didn't want to, identify nesting of the loops,
259     // insert a new block that all backedges target, then make it jump to the
260     // loop header.
261     LoopLatch = InsertUniqueBackedgeBlock(L, Preheader);
262     if (LoopLatch) {
263       ++NumInserted;
264       Changed = true;
265     }
266   }
267
268   // Scan over the PHI nodes in the loop header.  Since they now have only two
269   // incoming values (the loop is canonicalized), we may have simplified the PHI
270   // down to 'X = phi [X, Y]', which should be replaced with 'Y'.
271   PHINode *PN;
272   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
273        (PN = dyn_cast<PHINode>(I++)); )
274     if (Value *V = PN->hasConstantValue(DT)) {
275       if (AA) AA->deleteValue(PN);
276       PN->replaceAllUsesWith(V);
277       PN->eraseFromParent();
278     }
279
280   // If this loop has multiple exits and the exits all go to the same
281   // block, attempt to merge the exits. This helps several passes, such
282   // as LoopRotation, which do not support loops with multiple exits.
283   // SimplifyCFG also does this (and this code uses the same utility
284   // function), however this code is loop-aware, where SimplifyCFG is
285   // not. That gives it the advantage of being able to hoist
286   // loop-invariant instructions out of the way to open up more
287   // opportunities, and the disadvantage of having the responsibility
288   // to preserve dominator information.
289   bool UniqueExit = true;
290   if (!ExitBlocks.empty())
291     for (unsigned i = 1, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
292       if (ExitBlocks[i] != ExitBlocks[0]) {
293         UniqueExit = false;
294         break;
295       }
296   if (UniqueExit) {
297     for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
298       BasicBlock *ExitingBlock = ExitingBlocks[i];
299       if (!ExitingBlock->getSinglePredecessor()) continue;
300       BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
301       if (!BI || !BI->isConditional()) continue;
302       CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(BI->getCondition());
303       if (!CI || CI->getParent() != ExitingBlock) continue;
304
305       // Attempt to hoist out all instructions except for the
306       // comparison and the branch.
307       bool AllInvariant = true;
308       for (BasicBlock::iterator I = ExitingBlock->begin(); &*I != BI; ) {
309         Instruction *Inst = I++;
310         // Skip debug info intrinsics.
311         if (isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst))
312           continue;
313         if (Inst == CI)
314           continue;
315         if (!L->makeLoopInvariant(Inst, Changed,
316                                   Preheader ? Preheader->getTerminator() : 0)) {
317           AllInvariant = false;
318           break;
319         }
320       }
321       if (!AllInvariant) continue;
322
323       // The block has now been cleared of all instructions except for
324       // a comparison and a conditional branch. SimplifyCFG may be able
325       // to fold it now.
326       if (!FoldBranchToCommonDest(BI)) continue;
327
328       // Success. The block is now dead, so remove it from the loop,
329       // update the dominator tree and dominance frontier, and delete it.
330
331       DEBUG(dbgs() << "LoopSimplify: Eliminating exiting block ";
332             WriteAsOperand(dbgs(), ExitingBlock, false);
333             dbgs() << "\n");
334
335       assert(pred_begin(ExitingBlock) == pred_end(ExitingBlock));
336       Changed = true;
337       LI->removeBlock(ExitingBlock);
338
339       DominanceFrontier *DF = getAnalysisIfAvailable<DominanceFrontier>();
340       DomTreeNode *Node = DT->getNode(ExitingBlock);
341       const std::vector<DomTreeNodeBase<BasicBlock> *> &Children =
342         Node->getChildren();
343       while (!Children.empty()) {
344         DomTreeNode *Child = Children.front();
345         DT->changeImmediateDominator(Child, Node->getIDom());
346         if (DF) DF->changeImmediateDominator(Child->getBlock(),
347                                              Node->getIDom()->getBlock(),
348                                              DT);
349       }
350       DT->eraseNode(ExitingBlock);
351       if (DF) DF->removeBlock(ExitingBlock);
352
353       BI->getSuccessor(0)->removePredecessor(ExitingBlock);
354       BI->getSuccessor(1)->removePredecessor(ExitingBlock);
355       ExitingBlock->eraseFromParent();
356     }
357   }
358
359   return Changed;
360 }
361
362 /// InsertPreheaderForLoop - Once we discover that a loop doesn't have a
363 /// preheader, this method is called to insert one.  This method has two phases:
364 /// preheader insertion and analysis updating.
365 ///
366 BasicBlock *LoopSimplify::InsertPreheaderForLoop(Loop *L) {
367   BasicBlock *Header = L->getHeader();
368
369   // Compute the set of predecessors of the loop that are not in the loop.
370   SmallVector<BasicBlock*, 8> OutsideBlocks;
371   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), PE = pred_end(Header);
372        PI != PE; ++PI) {
373     BasicBlock *P = *PI;
374     if (!L->contains(P)) {         // Coming in from outside the loop?
375       // If the loop is branched to from an indirect branch, we won't
376       // be able to fully transform the loop, because it prohibits
377       // edge splitting.
378       if (isa<IndirectBrInst>(P->getTerminator())) return 0;
379
380       // Keep track of it.
381       OutsideBlocks.push_back(P);
382     }
383   }
384
385   // Split out the loop pre-header.
386   BasicBlock *NewBB =
387     SplitBlockPredecessors(Header, &OutsideBlocks[0], OutsideBlocks.size(),
388                            ".preheader", this);
389
390   DEBUG(dbgs() << "LoopSimplify: Creating pre-header ";
391         WriteAsOperand(dbgs(), NewBB, false);
392         dbgs() << "\n");
393
394   // Make sure that NewBB is put someplace intelligent, which doesn't mess up
395   // code layout too horribly.
396   PlaceSplitBlockCarefully(NewBB, OutsideBlocks, L);
397
398   return NewBB;
399 }
400
401 /// RewriteLoopExitBlock - Ensure that the loop preheader dominates all exit
402 /// blocks.  This method is used to split exit blocks that have predecessors
403 /// outside of the loop.
404 BasicBlock *LoopSimplify::RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit) {
405   SmallVector<BasicBlock*, 8> LoopBlocks;
406   for (pred_iterator I = pred_begin(Exit), E = pred_end(Exit); I != E; ++I) {
407     BasicBlock *P = *I;
408     if (L->contains(P)) {
409       // Don't do this if the loop is exited via an indirect branch.
410       if (isa<IndirectBrInst>(P->getTerminator())) return 0;
411
412       LoopBlocks.push_back(P);
413     }
414   }
415
416   assert(!LoopBlocks.empty() && "No edges coming in from outside the loop?");
417   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Exit, &LoopBlocks[0], 
418                                              LoopBlocks.size(), ".loopexit",
419                                              this);
420
421   DEBUG(dbgs() << "LoopSimplify: Creating dedicated exit block ";
422         WriteAsOperand(dbgs(), NewBB, false);
423         dbgs() << "\n");
424
425   return NewBB;
426 }
427
428 /// AddBlockAndPredsToSet - Add the specified block, and all of its
429 /// predecessors, to the specified set, if it's not already in there.  Stop
430 /// predecessor traversal when we reach StopBlock.
431 static void AddBlockAndPredsToSet(BasicBlock *InputBB, BasicBlock *StopBlock,
432                                   std::set<BasicBlock*> &Blocks) {
433   std::vector<BasicBlock *> WorkList;
434   WorkList.push_back(InputBB);
435   do {
436     BasicBlock *BB = WorkList.back(); WorkList.pop_back();
437     if (Blocks.insert(BB).second && BB != StopBlock)
438       // If BB is not already processed and it is not a stop block then
439       // insert its predecessor in the work list
440       for (pred_iterator I = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); I != E; ++I) {
441         BasicBlock *WBB = *I;
442         WorkList.push_back(WBB);
443       }
444   } while(!WorkList.empty());
445 }
446
447 /// FindPHIToPartitionLoops - The first part of loop-nestification is to find a
448 /// PHI node that tells us how to partition the loops.
449 static PHINode *FindPHIToPartitionLoops(Loop *L, DominatorTree *DT,
450                                         AliasAnalysis *AA) {
451   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
452     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
453     ++I;
454     if (Value *V = PN->hasConstantValue(DT)) {
455       // This is a degenerate PHI already, don't modify it!
456       PN->replaceAllUsesWith(V);
457       if (AA) AA->deleteValue(PN);
458       PN->eraseFromParent();
459       continue;
460     }
461
462     // Scan this PHI node looking for a use of the PHI node by itself.
463     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
464       if (PN->getIncomingValue(i) == PN &&
465           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
466         // We found something tasty to remove.
467         return PN;
468   }
469   return 0;
470 }
471
472 // PlaceSplitBlockCarefully - If the block isn't already, move the new block to
473 // right after some 'outside block' block.  This prevents the preheader from
474 // being placed inside the loop body, e.g. when the loop hasn't been rotated.
475 void LoopSimplify::PlaceSplitBlockCarefully(BasicBlock *NewBB,
476                                        SmallVectorImpl<BasicBlock*> &SplitPreds,
477                                             Loop *L) {
478   // Check to see if NewBB is already well placed.
479   Function::iterator BBI = NewBB; --BBI;
480   for (unsigned i = 0, e = SplitPreds.size(); i != e; ++i) {
481     if (&*BBI == SplitPreds[i])
482       return;
483   }
484   
485   // If it isn't already after an outside block, move it after one.  This is
486   // always good as it makes the uncond branch from the outside block into a
487   // fall-through.
488   
489   // Figure out *which* outside block to put this after.  Prefer an outside
490   // block that neighbors a BB actually in the loop.
491   BasicBlock *FoundBB = 0;
492   for (unsigned i = 0, e = SplitPreds.size(); i != e; ++i) {
493     Function::iterator BBI = SplitPreds[i];
494     if (++BBI != NewBB->getParent()->end() && 
495         L->contains(BBI)) {
496       FoundBB = SplitPreds[i];
497       break;
498     }
499   }
500   
501   // If our heuristic for a *good* bb to place this after doesn't find
502   // anything, just pick something.  It's likely better than leaving it within
503   // the loop.
504   if (!FoundBB)
505     FoundBB = SplitPreds[0];
506   NewBB->moveAfter(FoundBB);
507 }
508
509
510 /// SeparateNestedLoop - If this loop has multiple backedges, try to pull one of
511 /// them out into a nested loop.  This is important for code that looks like
512 /// this:
513 ///
514 ///  Loop:
515 ///     ...
516 ///     br cond, Loop, Next
517 ///     ...
518 ///     br cond2, Loop, Out
519 ///
520 /// To identify this common case, we look at the PHI nodes in the header of the
521 /// loop.  PHI nodes with unchanging values on one backedge correspond to values
522 /// that change in the "outer" loop, but not in the "inner" loop.
523 ///
524 /// If we are able to separate out a loop, return the new outer loop that was
525 /// created.
526 ///
527 Loop *LoopSimplify::SeparateNestedLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
528   PHINode *PN = FindPHIToPartitionLoops(L, DT, AA);
529   if (PN == 0) return 0;  // No known way to partition.
530
531   // Pull out all predecessors that have varying values in the loop.  This
532   // handles the case when a PHI node has multiple instances of itself as
533   // arguments.
534   SmallVector<BasicBlock*, 8> OuterLoopPreds;
535   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
536     if (PN->getIncomingValue(i) != PN ||
537         !L->contains(PN->getIncomingBlock(i))) {
538       // We can't split indirectbr edges.
539       if (isa<IndirectBrInst>(PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator()))
540         return 0;
541
542       OuterLoopPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
543     }
544
545   DEBUG(dbgs() << "LoopSimplify: Splitting out a new outer loop\n");
546
547   // If ScalarEvolution is around and knows anything about values in
548   // this loop, tell it to forget them, because we're about to
549   // substantially change it.
550   if (SE)
551     SE->forgetLoop(L);
552
553   BasicBlock *Header = L->getHeader();
554   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Header, &OuterLoopPreds[0],
555                                              OuterLoopPreds.size(),
556                                              ".outer", this);
557
558   // Make sure that NewBB is put someplace intelligent, which doesn't mess up
559   // code layout too horribly.
560   PlaceSplitBlockCarefully(NewBB, OuterLoopPreds, L);
561   
562   // Create the new outer loop.
563   Loop *NewOuter = new Loop();
564
565   // Change the parent loop to use the outer loop as its child now.
566   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
567     Parent->replaceChildLoopWith(L, NewOuter);
568   else
569     LI->changeTopLevelLoop(L, NewOuter);
570
571   // L is now a subloop of our outer loop.
572   NewOuter->addChildLoop(L);
573
574   // Add the new loop to the pass manager queue.
575   LPM.insertLoopIntoQueue(NewOuter);
576
577   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
578        I != E; ++I)
579     NewOuter->addBlockEntry(*I);
580
581   // Now reset the header in L, which had been moved by
582   // SplitBlockPredecessors for the outer loop.
583   L->moveToHeader(Header);
584
585   // Determine which blocks should stay in L and which should be moved out to
586   // the Outer loop now.
587   std::set<BasicBlock*> BlocksInL;
588   for (pred_iterator PI=pred_begin(Header), E = pred_end(Header); PI!=E; ++PI) {
589     BasicBlock *P = *PI;
590     if (DT->dominates(Header, P))
591       AddBlockAndPredsToSet(P, Header, BlocksInL);
592   }
593
594   // Scan all of the loop children of L, moving them to OuterLoop if they are
595   // not part of the inner loop.
596   const std::vector<Loop*> &SubLoops = L->getSubLoops();
597   for (size_t I = 0; I != SubLoops.size(); )
598     if (BlocksInL.count(SubLoops[I]->getHeader()))
599       ++I;   // Loop remains in L
600     else
601       NewOuter->addChildLoop(L->removeChildLoop(SubLoops.begin() + I));
602
603   // Now that we know which blocks are in L and which need to be moved to
604   // OuterLoop, move any blocks that need it.
605   for (unsigned i = 0; i != L->getBlocks().size(); ++i) {
606     BasicBlock *BB = L->getBlocks()[i];
607     if (!BlocksInL.count(BB)) {
608       // Move this block to the parent, updating the exit blocks sets
609       L->removeBlockFromLoop(BB);
610       if ((*LI)[BB] == L)
611         LI->changeLoopFor(BB, NewOuter);
612       --i;
613     }
614   }
615
616   return NewOuter;
617 }
618
619
620
621 /// InsertUniqueBackedgeBlock - This method is called when the specified loop
622 /// has more than one backedge in it.  If this occurs, revector all of these
623 /// backedges to target a new basic block and have that block branch to the loop
624 /// header.  This ensures that loops have exactly one backedge.
625 ///
626 BasicBlock *
627 LoopSimplify::InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L, BasicBlock *Preheader) {
628   assert(L->getNumBackEdges() > 1 && "Must have > 1 backedge!");
629
630   // Get information about the loop
631   BasicBlock *Header = L->getHeader();
632   Function *F = Header->getParent();
633
634   // Unique backedge insertion currently depends on having a preheader.
635   if (!Preheader)
636     return 0;
637
638   // Figure out which basic blocks contain back-edges to the loop header.
639   std::vector<BasicBlock*> BackedgeBlocks;
640   for (pred_iterator I = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); I != E; ++I){
641     BasicBlock *P = *I;
642
643     // Indirectbr edges cannot be split, so we must fail if we find one.
644     if (isa<IndirectBrInst>(P->getTerminator()))
645       return 0;
646
647     if (P != Preheader) BackedgeBlocks.push_back(P);
648   }
649
650   // Create and insert the new backedge block...
651   BasicBlock *BEBlock = BasicBlock::Create(Header->getContext(),
652                                            Header->getName()+".backedge", F);
653   BranchInst *BETerminator = BranchInst::Create(Header, BEBlock);
654
655   DEBUG(dbgs() << "LoopSimplify: Inserting unique backedge block ";
656         WriteAsOperand(dbgs(), BEBlock, false);
657         dbgs() << "\n");
658
659   // Move the new backedge block to right after the last backedge block.
660   Function::iterator InsertPos = BackedgeBlocks.back(); ++InsertPos;
661   F->getBasicBlockList().splice(InsertPos, F->getBasicBlockList(), BEBlock);
662
663   // Now that the block has been inserted into the function, create PHI nodes in
664   // the backedge block which correspond to any PHI nodes in the header block.
665   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
666     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
667     PHINode *NewPN = PHINode::Create(PN->getType(), PN->getName()+".be",
668                                      BETerminator);
669     NewPN->reserveOperandSpace(BackedgeBlocks.size());
670     if (AA) AA->copyValue(PN, NewPN);
671
672     // Loop over the PHI node, moving all entries except the one for the
673     // preheader over to the new PHI node.
674     unsigned PreheaderIdx = ~0U;
675     bool HasUniqueIncomingValue = true;
676     Value *UniqueValue = 0;
677     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
678       BasicBlock *IBB = PN->getIncomingBlock(i);
679       Value *IV = PN->getIncomingValue(i);
680       if (IBB == Preheader) {
681         PreheaderIdx = i;
682       } else {
683         NewPN->addIncoming(IV, IBB);
684         if (HasUniqueIncomingValue) {
685           if (UniqueValue == 0)
686             UniqueValue = IV;
687           else if (UniqueValue != IV)
688             HasUniqueIncomingValue = false;
689         }
690       }
691     }
692
693     // Delete all of the incoming values from the old PN except the preheader's
694     assert(PreheaderIdx != ~0U && "PHI has no preheader entry??");
695     if (PreheaderIdx != 0) {
696       PN->setIncomingValue(0, PN->getIncomingValue(PreheaderIdx));
697       PN->setIncomingBlock(0, PN->getIncomingBlock(PreheaderIdx));
698     }
699     // Nuke all entries except the zero'th.
700     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues()-1; i != e; ++i)
701       PN->removeIncomingValue(e-i, false);
702
703     // Finally, add the newly constructed PHI node as the entry for the BEBlock.
704     PN->addIncoming(NewPN, BEBlock);
705
706     // As an optimization, if all incoming values in the new PhiNode (which is a
707     // subset of the incoming values of the old PHI node) have the same value,
708     // eliminate the PHI Node.
709     if (HasUniqueIncomingValue) {
710       NewPN->replaceAllUsesWith(UniqueValue);
711       if (AA) AA->deleteValue(NewPN);
712       BEBlock->getInstList().erase(NewPN);
713     }
714   }
715
716   // Now that all of the PHI nodes have been inserted and adjusted, modify the
717   // backedge blocks to just to the BEBlock instead of the header.
718   for (unsigned i = 0, e = BackedgeBlocks.size(); i != e; ++i) {
719     TerminatorInst *TI = BackedgeBlocks[i]->getTerminator();
720     for (unsigned Op = 0, e = TI->getNumSuccessors(); Op != e; ++Op)
721       if (TI->getSuccessor(Op) == Header)
722         TI->setSuccessor(Op, BEBlock);
723   }
724
725   //===--- Update all analyses which we must preserve now -----------------===//
726
727   // Update Loop Information - we know that this block is now in the current
728   // loop and all parent loops.
729   L->addBasicBlockToLoop(BEBlock, LI->getBase());
730
731   // Update dominator information
732   DT->splitBlock(BEBlock);
733   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisIfAvailable<DominanceFrontier>())
734     DF->splitBlock(BEBlock);
735
736   return BEBlock;
737 }
738
739 void LoopSimplify::verifyAnalysis() const {
740   // It used to be possible to just assert L->isLoopSimplifyForm(), however
741   // with the introduction of indirectbr, there are now cases where it's
742   // not possible to transform a loop as necessary. We can at least check
743   // that there is an indirectbr near any time there's trouble.
744
745   // Indirectbr can interfere with preheader and unique backedge insertion.
746   if (!L->getLoopPreheader() || !L->getLoopLatch()) {
747     bool HasIndBrPred = false;
748     for (pred_iterator PI = pred_begin(L->getHeader()),
749          PE = pred_end(L->getHeader()); PI != PE; ++PI)
750       if (isa<IndirectBrInst>((*PI)->getTerminator())) {
751         HasIndBrPred = true;
752         break;
753       }
754     assert(HasIndBrPred &&
755            "LoopSimplify has no excuse for missing loop header info!");
756   }
757
758   // Indirectbr can interfere with exit block canonicalization.
759   if (!L->hasDedicatedExits()) {
760     bool HasIndBrExiting = false;
761     SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
762     L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
763     for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i)
764       if (isa<IndirectBrInst>((ExitingBlocks[i])->getTerminator())) {
765         HasIndBrExiting = true;
766         break;
767       }
768     assert(HasIndBrExiting &&
769            "LoopSimplify has no excuse for missing exit block info!");
770   }
771 }