Changes For Bug 352
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / ADCE.cpp
index 6030208433eb3a319dfbfe2d53056c0c5a71102b..5770bb692c23196095a9040e1ecfef85e3af95d3 100644 (file)
-//===- ADCE.cpp - Code to perform agressive dead code elimination ---------===//
+//===- ADCE.cpp - Code to perform aggressive dead code elimination --------===//
+// 
+//                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
-// This file implements "agressive" dead code elimination.  ADCE is DCe where
+// This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
+// the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
+// 
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//
+// This file implements "aggressive" dead code elimination.  ADCE is DCe where
 // values are assumed to be dead until proven otherwise.  This is similar to 
 // SCCP, except applied to the liveness of values.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#include "llvm/Optimizations/DCE.h"
-#include "llvm/Instruction.h"
+#include "llvm/Transforms/Scalar.h"
+#include "llvm/Constant.h"
+#include "llvm/Instructions.h"
 #include "llvm/Type.h"
-#include "llvm/Analysis/Dominators.h"
-#include <set>
+#include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
+#include "llvm/Analysis/PostDominators.h"
+#include "llvm/Support/CFG.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/UnifyFunctionExitNodes.h"
+#include "llvm/Support/Debug.h"
+#include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
+#include <algorithm>
+using namespace llvm;
 
-#include "llvm/Analysis/Writer.h"
+namespace {
+  Statistic<> NumBlockRemoved("adce", "Number of basic blocks removed");
+  Statistic<> NumInstRemoved ("adce", "Number of instructions removed");
+  Statistic<> NumCallRemoved ("adce", "Number of calls and invokes removed");
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 // ADCE Class
 //
-// This class does all of the work of Agressive Dead Code Elimination.
+// This class does all of the work of Aggressive Dead Code Elimination.
 // It's public interface consists of a constructor and a doADCE() method.
 //
-class ADCE {
-  Method *M;                            // The method that we are working on...
-  vector<Instruction*>   WorkList;      // Instructions that just became live
-  set<Instruction*>      LiveSet;       // The set of live instructions
+class ADCE : public FunctionPass {
+  Function *Func;                       // The function that we are working on
+  std::vector<Instruction*> WorkList;   // Instructions that just became live
+  std::set<Instruction*>    LiveSet;    // The set of live instructions
 
   //===--------------------------------------------------------------------===//
   // The public interface for this class
   //
 public:
-  // ADCE Ctor - Save the method to operate on...
-  inline ADCE(Method *m) : M(m) {}
+  // Execute the Aggressive Dead Code Elimination Algorithm
+  //
+  virtual bool runOnFunction(Function &F) {
+    Func = &F;
+    bool Changed = doADCE();
+    assert(WorkList.empty());
+    LiveSet.clear();
+    return Changed;
+  }
+  // getAnalysisUsage - We require post dominance frontiers (aka Control
+  // Dependence Graph)
+  virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+    // We require that all function nodes are unified, because otherwise code
+    // can be marked live that wouldn't necessarily be otherwise.
+    AU.addRequired<UnifyFunctionExitNodes>();
+    AU.addRequired<AliasAnalysis>();
+    AU.addRequired<PostDominatorTree>();
+    AU.addRequired<PostDominanceFrontier>();
+  }
 
-  // doADCE() - Run the Agressive Dead Code Elimination algorithm, returning
-  // true if the method was modified.
-  bool doADCE();
 
   //===--------------------------------------------------------------------===//
   // The implementation of this class
   //
 private:
+  // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
+  // true if the function was modified.
+  //
+  bool doADCE();
+
+  void markBlockAlive(BasicBlock *BB);
+
+
+  // dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the
+  // instructions in the specified basic block, dropping references on
+  // instructions that are dead according to LiveSet.
+  bool dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB);
+
+  TerminatorInst *convertToUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI);
+
   inline void markInstructionLive(Instruction *I) {
     if (LiveSet.count(I)) return;
-    cerr << "Insn Live: " << I;
+    DEBUG(std::cerr << "Insn Live: " << *I);
     LiveSet.insert(I);
     WorkList.push_back(I);
   }
 
-
+  inline void markTerminatorLive(const BasicBlock *BB) {
+    DEBUG(std::cerr << "Terminator Live: " << *BB->getTerminator());
+    markInstructionLive(const_cast<TerminatorInst*>(BB->getTerminator()));
+  }
 };
 
+  RegisterOpt<ADCE> X("adce", "Aggressive Dead Code Elimination");
+} // End of anonymous namespace
+
+Pass *llvm::createAggressiveDCEPass() { return new ADCE(); }
+
+void ADCE::markBlockAlive(BasicBlock *BB) {
+  // Mark the basic block as being newly ALIVE... and mark all branches that
+  // this block is control dependent on as being alive also...
+  //
+  PostDominanceFrontier &CDG = getAnalysis<PostDominanceFrontier>();
+
+  PostDominanceFrontier::const_iterator It = CDG.find(BB);
+  if (It != CDG.end()) {
+    // Get the blocks that this node is control dependent on...
+    const PostDominanceFrontier::DomSetType &CDB = It->second;
+    for_each(CDB.begin(), CDB.end(),   // Mark all their terminators as live
+             bind_obj(this, &ADCE::markTerminatorLive));
+  }
+  
+  // If this basic block is live, and it ends in an unconditional branch, then
+  // the branch is alive as well...
+  if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
+    if (BI->isUnconditional())
+      markTerminatorLive(BB);
+}
+
+// dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the
+// instructions in the specified basic block, dropping references on
+// instructions that are dead according to LiveSet.
+bool ADCE::dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB) {
+  bool Changed = false;
+  for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = --BB->end(); I != E; )
+    if (!LiveSet.count(I)) {              // Is this instruction alive?
+      I->dropAllReferences();             // Nope, drop references... 
+      if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
+        // We don't want to leave PHI nodes in the program that have
+        // #arguments != #predecessors, so we remove them now.
+        //
+        PN->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(PN->getType()));
+
+        // Delete the instruction...
+        ++I;
+        BB->getInstList().erase(PN);
+        Changed = true;
+        ++NumInstRemoved;
+      } else {
+        ++I;
+      }
+    } else {
+      ++I;
+    }
+  return Changed;
+}
+
+
+/// convertToUnconditionalBranch - Transform this conditional terminator
+/// instruction into an unconditional branch because we don't care which of the
+/// successors it goes to.  This eliminate a use of the condition as well.
+///
+TerminatorInst *ADCE::convertToUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI) {
+  BranchInst *NB = new BranchInst(TI->getSuccessor(0), TI);
+  BasicBlock *BB = TI->getParent();
 
+  // Remove entries from PHI nodes to avoid confusing ourself later...
+  for (unsigned i = 1, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
+    TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
+  
+  // Delete the old branch itself...
+  BB->getInstList().erase(TI);
+  return NB;
+}
 
-// doADCE() - Run the Agressive Dead Code Elimination algorithm, returning
-// true if the method was modified.
+
+// doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
+// true if the function was modified.
 //
 bool ADCE::doADCE() {
-  // Iterate over all of the instructions in the method, eliminating trivially
+  bool MadeChanges = false;
+
+  AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
+
+
+  // Iterate over all invokes in the function, turning invokes into calls if
+  // they cannot throw.
+  for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB)
+    if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(BB->getTerminator()))
+      if (Function *F = II->getCalledFunction())
+        if (AA.onlyReadsMemory(F)) {
+          // The function cannot unwind.  Convert it to a call with a branch
+          // after it to the normal destination.
+          std::vector<Value*> Args(II->op_begin()+3, II->op_end());
+          std::string Name = II->getName(); II->setName("");
+          Instruction *NewCall = new CallInst(F, Args, Name, II);
+          II->replaceAllUsesWith(NewCall);
+          new BranchInst(II->getNormalDest(), II);
+
+          // Update PHI nodes in the unwind destination
+          II->getUnwindDest()->removePredecessor(BB);
+          BB->getInstList().erase(II);
+
+          if (NewCall->use_empty()) {
+            BB->getInstList().erase(NewCall);
+            ++NumCallRemoved;
+          }
+        }
+
+  // Iterate over all of the instructions in the function, eliminating trivially
   // dead instructions, and marking instructions live that are known to be 
-  // needed.
+  // needed.  Perform the walk in depth first order so that we avoid marking any
+  // instructions live in basic blocks that are unreachable.  These blocks will
+  // be eliminated later, along with the instructions inside.
   //
-  for (Method::inst_iterator II = M->inst_begin(); II != M->inst_end(); ) {
-    Instruction *I = *II;
-    switch (I->getInstType()) {
-    case Instruction::Call:
-    case Instruction::Store:
-      markInstructionLive(I);
-      break;
-    default:
-      if (I->getType() == Type::VoidTy) {
-       markInstructionLive(I);   // Catches terminators and friends
-      } else {
-       if (I->use_size() == 0) { // Check to see if anything is trivially dead
-         // Remove the instruction from it's basic block...
-         BasicBlock *BB = I->getParent();
-         delete BB->getInstList().remove(II.getInstructionIterator());
-
-         // Make sure to sync up the iterator again...
-         II.resyncInstructionIterator();
-         continue;  // Don't increment the iterator past the current slot
-       }
+  std::set<BasicBlock*> ReachableBBs;
+  for (df_ext_iterator<BasicBlock*>
+         BBI = df_ext_begin(&Func->front(), ReachableBBs),
+         BBE = df_ext_end(&Func->front(), ReachableBBs); BBI != BBE; ++BBI) {
+    BasicBlock *BB = *BBI;
+    for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), EI = BB->end(); II != EI; ) {
+      Instruction *I = II++;
+      if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
+        Function *F = CI->getCalledFunction();
+        if (F && AA.onlyReadsMemory(F)) {
+          if (CI->use_empty()) {
+            BB->getInstList().erase(CI);
+            ++NumCallRemoved;
+          }
+        } else {
+          markInstructionLive(I);
+        }
+      } else if (I->mayWriteToMemory() || isa<ReturnInst>(I) ||
+                 isa<UnwindInst>(I)) {
+       markInstructionLive(I);
+      } else if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
+        // Remove the instruction from it's basic block...
+        BB->getInstList().erase(I);
+        ++NumInstRemoved;
       }
     }
+  }
 
-    ++II;  // Increment the iterator
+  // Check to ensure we have an exit node for this CFG.  If we don't, we won't
+  // have any post-dominance information, thus we cannot perform our
+  // transformations safely.
+  //
+  PostDominatorTree &DT = getAnalysis<PostDominatorTree>();
+  if (DT[&Func->getEntryBlock()] == 0) {
+    WorkList.clear();
+    return MadeChanges;
   }
 
+  // Scan the function marking blocks without post-dominance information as
+  // live.  Blocks without post-dominance information occur when there is an
+  // infinite loop in the program.  Because the infinite loop could contain a
+  // function which unwinds, exits or has side-effects, we don't want to delete
+  // the infinite loop or those blocks leading up to it.
+  for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
+    if (DT[I] == 0)
+      for (pred_iterator PI = pred_begin(I), E = pred_end(I); PI != E; ++PI)
+        markInstructionLive((*PI)->getTerminator());
+
 
-  cerr << "Processing work list\n";
+
+  DEBUG(std::cerr << "Processing work list\n");
+
+  // AliveBlocks - Set of basic blocks that we know have instructions that are
+  // alive in them...
+  //
+  std::set<BasicBlock*> AliveBlocks;
 
   // Process the work list of instructions that just became live... if they
-  // became live, then that means that all of their operands are neccesary as
+  // became live, then that means that all of their operands are necessary as
   // well... make them live as well.
   //
   while (!WorkList.empty()) {
-    Instruction *I = WorkList.back();
+    Instruction *I = WorkList.back(); // Get an instruction that became live...
     WorkList.pop_back();
 
-    for (unsigned op = 0; Value *Op = I->getOperand(op); ++op) {
-      Instruction *Operand = Op->castInstruction();
-      if (Operand) markInstructionLive(Operand);
+    BasicBlock *BB = I->getParent();
+    if (!ReachableBBs.count(BB)) continue;
+    if (!AliveBlocks.count(BB)) {     // Basic block not alive yet...
+      AliveBlocks.insert(BB);         // Block is now ALIVE!
+      markBlockAlive(BB);             // Make it so now!
     }
+
+    // PHI nodes are a special case, because the incoming values are actually
+    // defined in the predecessor nodes of this block, meaning that the PHI
+    // makes the predecessors alive.
+    //
+    if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
+      for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE; ++PI)
+        if (!AliveBlocks.count(*PI)) {
+          AliveBlocks.insert(BB);         // Block is now ALIVE!
+          markBlockAlive(*PI);
+        }
+
+    // Loop over all of the operands of the live instruction, making sure that
+    // they are known to be alive as well...
+    //
+    for (unsigned op = 0, End = I->getNumOperands(); op != End; ++op)
+      if (Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(op)))
+       markInstructionLive(Operand);
   }
 
-  // After the worklist is processed, loop through the instructions again,
-  // removing any that are not live... by the definition of the LiveSet.
+  DEBUG(
+    std::cerr << "Current Function: X = Live\n";
+    for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I){
+      std::cerr << I->getName() << ":\t"
+                << (AliveBlocks.count(I) ? "LIVE\n" : "DEAD\n");
+      for (BasicBlock::iterator BI = I->begin(), BE = I->end(); BI != BE; ++BI){
+        if (LiveSet.count(BI)) std::cerr << "X ";
+        std::cerr << *BI;
+      }
+    });
+
+  // Find the first postdominator of the entry node that is alive.  Make it the
+  // new entry node...
   //
-  for (Method::inst_iterator II = M->inst_begin(); II != M->inst_end(); ) {
-    Instruction *I = *II;
-    if (!LiveSet.count(I)) {
-      cerr << "Instruction Dead: " << I;
+  if (AliveBlocks.size() == Func->size()) {  // No dead blocks?
+    for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I) {
+      // Loop over all of the instructions in the function, telling dead
+      // instructions to drop their references.  This is so that the next sweep
+      // over the program can safely delete dead instructions without other dead
+      // instructions still referring to them.
+      //
+      dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(I);
+
+      // Check to make sure the terminator instruction is live.  If it isn't,
+      // this means that the condition that it branches on (we know it is not an
+      // unconditional branch), is not needed to make the decision of where to
+      // go to, because all outgoing edges go to the same place.  We must remove
+      // the use of the condition (because it's probably dead), so we convert
+      // the terminator to a conditional branch.
+      //
+      TerminatorInst *TI = I->getTerminator();
+      if (!LiveSet.count(TI))
+        convertToUnconditionalBranch(TI);
+    }
+    
+  } else {                                   // If there are some blocks dead...
+    // If the entry node is dead, insert a new entry node to eliminate the entry
+    // node as a special case.
+    //
+    if (!AliveBlocks.count(&Func->front())) {
+      BasicBlock *NewEntry = new BasicBlock();
+      new BranchInst(&Func->front(), NewEntry);
+      Func->getBasicBlockList().push_front(NewEntry);
+      AliveBlocks.insert(NewEntry);    // This block is always alive!
+      LiveSet.insert(NewEntry->getTerminator());  // The branch is live
     }
+    
+    // Loop over all of the alive blocks in the function.  If any successor
+    // blocks are not alive, we adjust the outgoing branches to branch to the
+    // first live postdominator of the live block, adjusting any PHI nodes in
+    // the block to reflect this.
+    //
+    for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
+      if (AliveBlocks.count(I)) {
+        BasicBlock *BB = I;
+        TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
+      
+        // If the terminator instruction is alive, but the block it is contained
+        // in IS alive, this means that this terminator is a conditional branch
+        // on a condition that doesn't matter.  Make it an unconditional branch
+        // to ONE of the successors.  This has the side effect of dropping a use
+        // of the conditional value, which may also be dead.
+        if (!LiveSet.count(TI))
+          TI = convertToUnconditionalBranch(TI);
+
+        // Loop over all of the successors, looking for ones that are not alive.
+        // We cannot save the number of successors in the terminator instruction
+        // here because we may remove them if we don't have a postdominator...
+        //
+        for (unsigned i = 0; i != TI->getNumSuccessors(); ++i)
+          if (!AliveBlocks.count(TI->getSuccessor(i))) {
+            // Scan up the postdominator tree, looking for the first
+            // postdominator that is alive, and the last postdominator that is
+            // dead...
+            //
+            PostDominatorTree::Node *LastNode = DT[TI->getSuccessor(i)];
+
+            // There is a special case here... if there IS no post-dominator for
+            // the block we have no owhere to point our branch to.  Instead,
+            // convert it to a return.  This can only happen if the code
+            // branched into an infinite loop.  Note that this may not be
+            // desirable, because we _are_ altering the behavior of the code.
+            // This is a well known drawback of ADCE, so in the future if we
+            // choose to revisit the decision, this is where it should be.
+            //
+            if (LastNode == 0) {        // No postdominator!
+              // Call RemoveSuccessor to transmogrify the terminator instruction
+              // to not contain the outgoing branch, or to create a new
+              // terminator if the form fundamentally changes (i.e.,
+              // unconditional branch to return).  Note that this will change a
+              // branch into an infinite loop into a return instruction!
+              //
+              RemoveSuccessor(TI, i);
+
+              // RemoveSuccessor may replace TI... make sure we have a fresh
+              // pointer... and e variable.
+              //
+              TI = BB->getTerminator();
+
+              // Rescan this successor...
+              --i;
+            } else {
+              PostDominatorTree::Node *NextNode = LastNode->getIDom();
 
-    ++II;  // Increment the iterator
+              while (!AliveBlocks.count(NextNode->getBlock())) {
+                LastNode = NextNode;
+                NextNode = NextNode->getIDom();
+              }
+            
+              // Get the basic blocks that we need...
+              BasicBlock *LastDead = LastNode->getBlock();
+              BasicBlock *NextAlive = NextNode->getBlock();
+
+              // Make the conditional branch now go to the next alive block...
+              TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
+              TI->setSuccessor(i, NextAlive);
+
+              // If there are PHI nodes in NextAlive, we need to add entries to
+              // the PHI nodes for the new incoming edge.  The incoming values
+              // should be identical to the incoming values for LastDead.
+              //
+              for (BasicBlock::iterator II = NextAlive->begin();
+                   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(II); ++II)
+                if (LiveSet.count(PN)) {  // Only modify live phi nodes
+                  // Get the incoming value for LastDead...
+                  int OldIdx = PN->getBasicBlockIndex(LastDead);
+                  assert(OldIdx != -1 &&"LastDead is not a pred of NextAlive!");
+                  Value *InVal = PN->getIncomingValue(OldIdx);
+                  
+                  // Add an incoming value for BB now...
+                  PN->addIncoming(InVal, BB);
+                }
+            }
+          }
+
+        // Now loop over all of the instructions in the basic block, telling
+        // dead instructions to drop their references.  This is so that the next
+        // sweep over the program can safely delete dead instructions without
+        // other dead instructions still referring to them.
+        //
+        dropReferencesOfDeadInstructionsInLiveBlock(BB);
+      }
   }
 
-  return false;
-}
+  // We make changes if there are any dead blocks in the function...
+  if (unsigned NumDeadBlocks = Func->size() - AliveBlocks.size()) {
+    MadeChanges = true;
+    NumBlockRemoved += NumDeadBlocks;
+  }
 
+  // Loop over all of the basic blocks in the function, removing control flow
+  // edges to live blocks (also eliminating any entries in PHI functions in
+  // referenced blocks).
+  //
+  for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB)
+    if (!AliveBlocks.count(BB)) {
+      // Remove all outgoing edges from this basic block and convert the
+      // terminator into a return instruction.
+      std::vector<BasicBlock*> Succs(succ_begin(BB), succ_end(BB));
+      
+      if (!Succs.empty()) {
+        // Loop over all of the successors, removing this block from PHI node
+        // entries that might be in the block...
+        while (!Succs.empty()) {
+          Succs.back()->removePredecessor(BB);
+          Succs.pop_back();
+        }
+        
+        // Delete the old terminator instruction...
+        const Type *TermTy = BB->getTerminator()->getType();
+        if (TermTy != Type::VoidTy)
+          BB->getTerminator()->replaceAllUsesWith(
+                               Constant::getNullValue(TermTy));
+        BB->getInstList().pop_back();
+        const Type *RetTy = Func->getReturnType();
+        new ReturnInst(RetTy != Type::VoidTy ?
+                       Constant::getNullValue(RetTy) : 0, BB);
+      }
+    }
 
-// DoADCE - Execute the Agressive Dead Code Elimination Algorithm
-//
-bool opt::DoADCE(Method *M) {
-  ADCE DCE(M);
-  return DCE.doADCE();
+
+  // Loop over all of the basic blocks in the function, dropping references of
+  // the dead basic blocks.  We must do this after the previous step to avoid
+  // dropping references to PHIs which still have entries...
+  //
+  for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB)
+    if (!AliveBlocks.count(BB))
+      BB->dropAllReferences();
+
+  // Now loop through all of the blocks and delete the dead ones.  We can safely
+  // do this now because we know that there are no references to dead blocks
+  // (because they have dropped all of their references...  we also remove dead
+  // instructions from alive blocks.
+  //
+  for (Function::iterator BI = Func->begin(); BI != Func->end(); )
+    if (!AliveBlocks.count(BI)) {                // Delete dead blocks...
+      BI = Func->getBasicBlockList().erase(BI);
+    } else {                                     // Scan alive blocks...
+      for (BasicBlock::iterator II = BI->begin(); II != --BI->end(); )
+        if (!LiveSet.count(II)) {             // Is this instruction alive?
+          // Nope... remove the instruction from it's basic block...
+          if (isa<CallInst>(II))
+            ++NumCallRemoved;
+          else
+            ++NumInstRemoved;
+          II = BI->getInstList().erase(II);
+          MadeChanges = true;
+        } else {
+          ++II;
+        }
+
+      ++BI;                                           // Increment iterator...
+    }
+
+  return MadeChanges;
 }