Fix batch of converting RegisterPass<> to INTIALIZE_PASS().
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopDeletion.cpp
index fc11cab809da20a14e145a49640f04a30bf81799..354b033db7896ee9d17929ed1906802c79f91289 100644 (file)
@@ -1,4 +1,4 @@
-//===- DeadLoopElimination.cpp - Dead Loop Elimination Pass ---------------===//
+//===- LoopDeletion.cpp - Dead Loop Deletion Pass ---------------===//
 //
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
-// This file implements the Dead Loop Elimination Pass.
+// This file implements the Dead Loop Deletion Pass. This pass is responsible
+// for eliminating loops with non-infinite computable trip counts that have no
+// side effects or volatile instructions, and do not contribute to the
+// computation of the function's return value.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#define DEBUG_TYPE "dead-loop"
-
+#define DEBUG_TYPE "loop-delete"
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
-#include "llvm/Instruction.h"
-#include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
+#include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
-
 using namespace llvm;
 
 STATISTIC(NumDeleted, "Number of loops deleted");
 
 namespace {
-  class VISIBILITY_HIDDEN DeadLoopElimination : public LoopPass {
+  class LoopDeletion : public LoopPass {
   public:
     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
-    DeadLoopElimination() : LoopPass((intptr_t)&ID) { }
+    LoopDeletion() : LoopPass(&ID) {}
     
     // Possibly eliminate loop L if it is dead.
     bool runOnLoop(Loop* L, LPPassManager& LPM);
     
-    bool SingleDominatingExit(Loop* L);
-    bool IsLoopDead(Loop* L);
-    bool IsLoopInvariantInst(Instruction *I, Loop* L);
-    
+    bool IsLoopDead(Loop* L, SmallVector<BasicBlock*, 4>& exitingBlocks,
+                    SmallVector<BasicBlock*, 4>& exitBlocks,
+                    bool &Changed, BasicBlock *Preheader);
+
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage& AU) const {
+      AU.addRequired<ScalarEvolution>();
       AU.addRequired<DominatorTree>();
       AU.addRequired<LoopInfo>();
       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
       AU.addRequiredID(LCSSAID);
       
+      AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
       AU.addPreserved<DominatorTree>();
       AU.addPreserved<LoopInfo>();
       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
       AU.addPreservedID(LCSSAID);
+      AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
     }
   };
-  
-  char DeadLoopElimination::ID = 0;
-  RegisterPass<DeadLoopElimination> X ("dead-loop", "Eliminate dead loops");
 }
-
-LoopPass* llvm::createDeadLoopEliminationPass() {
-  return new DeadLoopElimination();
-}
-
-bool DeadLoopElimination::SingleDominatingExit(Loop* L) {
-  SmallVector<BasicBlock*, 4> exitingBlocks;
-  L->getExitingBlocks(exitingBlocks);
-  
-  if (exitingBlocks.size() != 1)
-    return 0;
   
-  BasicBlock* latch = L->getLoopLatch();
-  if (!latch)
-    return 0;
-  
-  DominatorTree& DT = getAnalysis<DominatorTree>();
-  if (DT.dominates(exitingBlocks[0], latch))
-    return exitingBlocks[0];
-  else
-    return 0;
-}
-
-bool DeadLoopElimination::IsLoopInvariantInst(Instruction *I, Loop* L)  {
-  // PHI nodes are not loop invariant if defined in  the loop.
-  if (isa<PHINode>(I) && L->contains(I->getParent()))
-    return false;
-    
-  // The instruction is loop invariant if all of its operands are loop-invariant
-  for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
-    if (!L->isLoopInvariant(I->getOperand(i)))
-      return false;
+char LoopDeletion::ID = 0;
+INITIALIZE_PASS(LoopDeletion, "loop-deletion",
+                "Delete dead loops", false, false);
 
-  // If we got this far, the instruction is loop invariant!
-  return true;
+Pass* llvm::createLoopDeletionPass() {
+  return new LoopDeletion();
 }
 
-bool DeadLoopElimination::IsLoopDead(Loop* L) {
-  SmallVector<BasicBlock*, 1> exitingBlocks;
-  L->getExitingBlocks(exitingBlocks);
+/// IsLoopDead - Determined if a loop is dead.  This assumes that we've already
+/// checked for unique exit and exiting blocks, and that the code is in LCSSA
+/// form.
+bool LoopDeletion::IsLoopDead(Loop* L,
+                              SmallVector<BasicBlock*, 4>& exitingBlocks,
+                              SmallVector<BasicBlock*, 4>& exitBlocks,
+                              bool &Changed, BasicBlock *Preheader) {
   BasicBlock* exitingBlock = exitingBlocks[0];
-    
-  // Get the set of out-of-loop blocks that the exiting block branches to.
-  SmallVector<BasicBlock*, 8> exitBlocks;
-  L->getUniqueExitBlocks(exitBlocks);
-  if (exitBlocks.size() > 1)
-    return false;
   BasicBlock* exitBlock = exitBlocks[0];
   
   // Make sure that all PHI entries coming from the loop are loop invariant.
+  // Because the code is in LCSSA form, any values used outside of the loop
+  // must pass through a PHI in the exit block, meaning that this check is
+  // sufficient to guarantee that no loop-variant values are used outside
+  // of the loop.
   BasicBlock::iterator BI = exitBlock->begin();
   while (PHINode* P = dyn_cast<PHINode>(BI)) {
     Value* incoming = P->getIncomingValueForBlock(exitingBlock);
     if (Instruction* I = dyn_cast<Instruction>(incoming))
-      if (!IsLoopInvariantInst(I, L))
+      if (!L->makeLoopInvariant(I, Changed, Preheader->getTerminator()))
         return false;
       
-    BI++;
+    ++BI;
   }
   
   // Make sure that no instructions in the block have potential side-effects.
+  // This includes instructions that could write to memory, and loads that are
+  // marked volatile.  This could be made more aggressive by using aliasing
+  // information to identify readonly and readnone calls.
   for (Loop::block_iterator LI = L->block_begin(), LE = L->block_end();
        LI != LE; ++LI) {
     for (BasicBlock::iterator BI = (*LI)->begin(), BE = (*LI)->end();
          BI != BE; ++BI) {
-      if (BI->mayWriteToMemory())
+      if (BI->mayHaveSideEffects())
         return false;
     }
   }
@@ -130,117 +107,112 @@ bool DeadLoopElimination::IsLoopDead(Loop* L) {
 /// observable behavior of the program other than finite running time.  Note 
 /// we do ensure that this never remove a loop that might be infinite, as doing
 /// so could change the halting/non-halting nature of a program.
-bool DeadLoopElimination::runOnLoop(Loop* L, LPPassManager& LPM) {
-  // Don't remove loops for which we can't solve the trip count.
-  // They could be infinite, in which case we'd be changing program behavior.
-  if (L->getTripCount())
-    return false;
-  
+/// NOTE: This entire process relies pretty heavily on LoopSimplify and LCSSA
+/// in order to make various safety checks work.
+bool LoopDeletion::runOnLoop(Loop* L, LPPassManager& LPM) {
   // We can only remove the loop if there is a preheader that we can 
   // branch from after removing it.
   BasicBlock* preheader = L->getLoopPreheader();
   if (!preheader)
     return false;
   
+  // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble.
+  if (!L->hasDedicatedExits())
+    return false;
+
   // We can't remove loops that contain subloops.  If the subloops were dead,
   // they would already have been removed in earlier executions of this pass.
   if (L->begin() != L->end())
     return false;
   
-  // Loops with multiple exits or exits that don't dominate the latch
-  // are too complicated to handle correctly.
-  if (!SingleDominatingExit(L))
+  SmallVector<BasicBlock*, 4> exitingBlocks;
+  L->getExitingBlocks(exitingBlocks);
+  
+  SmallVector<BasicBlock*, 4> exitBlocks;
+  L->getUniqueExitBlocks(exitBlocks);
+  
+  // We require that the loop only have a single exit block.  Otherwise, we'd
+  // be in the situation of needing to be able to solve statically which exit
+  // block will be branched to, or trying to preserve the branching logic in
+  // a loop invariant manner.
+  if (exitBlocks.size() != 1)
     return false;
   
-  // Finally, we have to check that the loop really is dead.
-  if (!IsLoopDead(L))
+  // Loops with multiple exits are too complicated to handle correctly.
+  if (exitingBlocks.size() != 1)
     return false;
   
-  // Now that we know the removal is safe, change the branch from the preheader
-  // to go to the single exiting block.
-  SmallVector<BasicBlock*, 1> exitingBlocks;
-  L->getExitingBlocks(exitingBlocks);
-  BasicBlock* exitingBlock = exitingBlocks[0];
+  // Finally, we have to check that the loop really is dead.
+  bool Changed = false;
+  if (!IsLoopDead(L, exitingBlocks, exitBlocks, Changed, preheader))
+    return Changed;
   
-  SmallVector<BasicBlock*, 1> exitBlocks;
-  L->getUniqueExitBlocks(exitBlocks);
+  // Don't remove loops for which we can't solve the trip count.
+  // They could be infinite, in which case we'd be changing program behavior.
+  ScalarEvolution& SE = getAnalysis<ScalarEvolution>();
+  const SCEV *S = SE.getMaxBackedgeTakenCount(L);
+  if (isa<SCEVCouldNotCompute>(S))
+    return Changed;
+  
+  // Now that we know the removal is safe, remove the loop by changing the
+  // branch from the preheader to go to the single exit block.  
   BasicBlock* exitBlock = exitBlocks[0];
+  BasicBlock* exitingBlock = exitingBlocks[0];
   
   // Because we're deleting a large chunk of code at once, the sequence in which
   // we remove things is very important to avoid invalidation issues.  Don't
   // mess with this unless you have good reason and know what you're doing.
-  
-  // Move simple loop-invariant expressions out of the loop, since they
-  // might be needed by the exit phis.
-  for (Loop::block_iterator LI = L->block_begin(), LE = L->block_end();
-       LI != LE; ++LI)
-    for (BasicBlock::iterator BI = (*LI)->begin(), BE = (*LI)->end();
-         BI != BE; ) {
-      Instruction* I = BI++;
-      if (I->getNumUses() > 0 && IsLoopInvariantInst(I, L))
-        I->moveBefore(preheader->getTerminator());
-    }
-  
+
+  // Tell ScalarEvolution that the loop is deleted. Do this before
+  // deleting the loop so that ScalarEvolution can look at the loop
+  // to determine what it needs to clean up.
+  SE.forgetLoop(L);
+
   // Connect the preheader directly to the exit block.
   TerminatorInst* TI = preheader->getTerminator();
-  if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
-    if (BI->isUnconditional())
-      BI->setSuccessor(0, exitBlock);
-    else if (L->contains(BI->getSuccessor(0)))
-      BI->setSuccessor(0, exitBlock);
-    else
-      BI->setSuccessor(1, exitBlock);
-  } else {
-    // FIXME: Support switches
-    return false;
-  }
-  
+  TI->replaceUsesOfWith(L->getHeader(), exitBlock);
+
   // Rewrite phis in the exit block to get their inputs from
   // the preheader instead of the exiting block.
   BasicBlock::iterator BI = exitBlock->begin();
   while (PHINode* P = dyn_cast<PHINode>(BI)) {
-    unsigned i = P->getBasicBlockIndex(exitingBlock);
-    P->setIncomingBlock(i, preheader);
-    BI++;
+    P->replaceUsesOfWith(exitingBlock, preheader);
+    ++BI;
   }
   
-  // Update lots of internal structures...
+  // Update the dominator tree and remove the instructions and blocks that will
+  // be deleted from the reference counting scheme.
   DominatorTree& DT = getAnalysis<DominatorTree>();
+  DominanceFrontier* DF = getAnalysisIfAvailable<DominanceFrontier>();
+  SmallPtrSet<DomTreeNode*, 8> ChildNodes;
   for (Loop::block_iterator LI = L->block_begin(), LE = L->block_end();
        LI != LE; ++LI) {
     // Move all of the block's children to be children of the preheader, which
     // allows us to remove the domtree entry for the block.
-    SmallPtrSet<DomTreeNode*, 8> childNodes;
-    childNodes.insert(DT[*LI]->begin(), DT[*LI]->end());
-    for (SmallPtrSet<DomTreeNode*, 8>::iterator DI = childNodes.begin(),
-         DE = childNodes.end(); DI != DE; ++DI)
+    ChildNodes.insert(DT[*LI]->begin(), DT[*LI]->end());
+    for (SmallPtrSet<DomTreeNode*, 8>::iterator DI = ChildNodes.begin(),
+         DE = ChildNodes.end(); DI != DE; ++DI) {
       DT.changeImmediateDominator(*DI, DT[preheader]);
-    
-    DT.eraseNode(*LI);
-    
-    // Drop all references between the instructions and the block so
-    // that we don't have reference counting problems later.
-    for (BasicBlock::iterator BI = (*LI)->begin(), BE = (*LI)->end();
-         BI != BE; ++BI) {
-      BI->dropAllReferences();
+      if (DF) DF->changeImmediateDominator((*DI)->getBlock(), preheader, &DT);
     }
     
+    ChildNodes.clear();
+    DT.eraseNode(*LI);
+    if (DF) DF->removeBlock(*LI);
+
+    // Remove the block from the reference counting scheme, so that we can
+    // delete it freely later.
     (*LI)->dropAllReferences();
   }
   
   // Erase the instructions and the blocks without having to worry
   // about ordering because we already dropped the references.
+  // NOTE: This iteration is safe because erasing the block does not remove its
+  // entry from the loop's block list.  We do that in the next section.
   for (Loop::block_iterator LI = L->block_begin(), LE = L->block_end();
-       LI != LE; ++LI) {
-    for (BasicBlock::iterator BI = (*LI)->begin(), BE = (*LI)->end();
-         BI != BE; ) {
-      Instruction* I = BI++;
-      I->eraseFromParent();
-    }
-    
+       LI != LE; ++LI)
     (*LI)->eraseFromParent();
-  }
-  
+
   // Finally, the blocks from loopinfo.  This has to happen late because
   // otherwise our loop iterators won't work.
   LoopInfo& loopInfo = getAnalysis<LoopInfo>();
@@ -253,8 +225,9 @@ bool DeadLoopElimination::runOnLoop(Loop* L, LPPassManager& LPM) {
   // The last step is to inform the loop pass manager that we've
   // eliminated this loop.
   LPM.deleteLoopFromQueue(L);
+  Changed = true;
   
-  NumDeleted++;
+  ++NumDeleted;
   
-  return true;
+  return Changed;
 }