Reapply r110396, with fixes to appease the Linux buildbot gods.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / BreakCriticalEdges.cpp
index 205ca2d46268aecaaaf59229e032f4ea0332bd62..424d8785c1de972e97a11d32146b8f322a1f6513 100644 (file)
 //===- BreakCriticalEdges.cpp - Critical Edge Elimination Pass ------------===//
 //
+//                     The LLVM Compiler Infrastructure
+//
+// This file is distributed under the University of Illinois Open Source
+// License. See LICENSE.TXT for details.
+//
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//
 // BreakCriticalEdges pass - Break all of the critical edges in the CFG by
 // inserting a dummy basic block.  This pass may be "required" by passes that
 // cannot deal with critical edges.  For this usage, the structure type is
 // forward declared.  This pass obviously invalidates the CFG, but can update
-// forward dominator (set, immediate dominators, and tree) information.
+// forward dominator (set, immediate dominators, tree, and frontier)
+// information.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
+#define DEBUG_TYPE "break-crit-edges"
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
+#include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
+#include "llvm/Analysis/ProfileInfo.h"
 #include "llvm/Function.h"
-#include "llvm/iTerminators.h"
-#include "llvm/iPHINode.h"
+#include "llvm/Instructions.h"
+#include "llvm/Type.h"
 #include "llvm/Support/CFG.h"
-#include "Support/StatisticReporter.h"
+#include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
+#include "llvm/ADT/SmallVector.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+using namespace llvm;
 
-namespace {
-  Statistic<> NumBroken("break-crit-edges\t- Number of blocks inserted");
+STATISTIC(NumBroken, "Number of blocks inserted");
 
+namespace {
   struct BreakCriticalEdges : public FunctionPass {
+    static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
+    BreakCriticalEdges() : FunctionPass(ID) {}
+
     virtual bool runOnFunction(Function &F);
-    
+
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
-      AU.addPreserved<DominatorSet>();
-      AU.addPreserved<ImmediateDominators>();
       AU.addPreserved<DominatorTree>();
+      AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
+      AU.addPreserved<LoopInfo>();
+      AU.addPreserved<ProfileInfo>();
+
+      // No loop canonicalization guarantees are broken by this pass.
+      AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
     }
   };
-
-  RegisterOpt<BreakCriticalEdges> X("break-crit-edges",
-                                    "Break critical edges in CFG");
 }
 
+char BreakCriticalEdges::ID = 0;
+static RegisterPass<BreakCriticalEdges>
+X("break-crit-edges", "Break critical edges in CFG");
+
 // Publically exposed interface to pass...
-const PassInfo *BreakCriticalEdgesID = X.getPassInfo();
-Pass *createBreakCriticalEdgesPass() { return new BreakCriticalEdges(); }
+char &llvm::BreakCriticalEdgesID = BreakCriticalEdges::ID;
+FunctionPass *llvm::createBreakCriticalEdgesPass() {
+  return new BreakCriticalEdges();
+}
+
+// runOnFunction - Loop over all of the edges in the CFG, breaking critical
+// edges as they are found.
+//
+bool BreakCriticalEdges::runOnFunction(Function &F) {
+  bool Changed = false;
+  for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
+    TerminatorInst *TI = I->getTerminator();
+    if (TI->getNumSuccessors() > 1 && !isa<IndirectBrInst>(TI))
+      for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
+        if (SplitCriticalEdge(TI, i, this)) {
+          ++NumBroken;
+          Changed = true;
+        }
+  }
 
+  return Changed;
+}
+
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//    Implementation of the external critical edge manipulation functions
+//===----------------------------------------------------------------------===//
 
 // isCriticalEdge - Return true if the specified edge is a critical edge.
 // Critical edges are edges from a block with multiple successors to a block
 // with multiple predecessors.
 //
-static bool isCriticalEdge(const TerminatorInst *TI, unsigned SuccNum) {
+bool llvm::isCriticalEdge(const TerminatorInst *TI, unsigned SuccNum,
+                          bool AllowIdenticalEdges) {
   assert(SuccNum < TI->getNumSuccessors() && "Illegal edge specification!");
-  assert (TI->getNumSuccessors() > 1);
+  if (TI->getNumSuccessors() == 1) return false;
 
   const BasicBlock *Dest = TI->getSuccessor(SuccNum);
-  pred_const_iterator I = pred_begin(Dest), E = pred_end(Dest);
+  const_pred_iterator I = pred_begin(Dest), E = pred_end(Dest);
 
   // If there is more than one predecessor, this is a critical edge...
   assert(I != E && "No preds, but we have an edge to the block?");
+  const BasicBlock *FirstPred = *I;
   ++I;        // Skip one edge due to the incoming arc from TI.
-  return I != E;
+  if (!AllowIdenticalEdges)
+    return I != E;
+  
+  // If AllowIdenticalEdges is true, then we allow this edge to be considered
+  // non-critical iff all preds come from TI's block.
+  while (I != E) {
+    const BasicBlock *P = *I;
+    if (P != FirstPred)
+      return true;
+    // Note: leave this as is until no one ever compiles with either gcc 4.0.1
+    // or Xcode 2. This seems to work around the pred_iterator assert in PR 2207
+    E = pred_end(P);
+    ++I;
+  }
+  return false;
 }
 
-// SplitCriticalEdge - Insert a new node node to split the critical edge.  This
-// will update DominatorSet, ImmediateDominator and DominatorTree information if
-// it is available, thus calling this pass will not invalidate either of them.
-//
-static void SplitCriticalEdge(TerminatorInst *TI, unsigned SuccNum, Pass *P) {
-  assert(isCriticalEdge(TI, SuccNum) &&
-         "Cannot break a critical edge, if it isn't a critical edge");
+/// CreatePHIsForSplitLoopExit - When a loop exit edge is split, LCSSA form
+/// may require new PHIs in the new exit block. This function inserts the
+/// new PHIs, as needed.  Preds is a list of preds inside the loop, SplitBB
+/// is the new loop exit block, and DestBB is the old loop exit, now the
+/// successor of SplitBB.
+static void CreatePHIsForSplitLoopExit(SmallVectorImpl<BasicBlock *> &Preds,
+                                       BasicBlock *SplitBB,
+                                       BasicBlock *DestBB) {
+  // SplitBB shouldn't have anything non-trivial in it yet.
+  assert(SplitBB->getFirstNonPHI() == SplitBB->getTerminator() &&
+         "SplitBB has non-PHI nodes!");
+
+  // For each PHI in the destination block...
+  for (BasicBlock::iterator I = DestBB->begin();
+       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
+    unsigned Idx = PN->getBasicBlockIndex(SplitBB);
+    Value *V = PN->getIncomingValue(Idx);
+    // If the input is a PHI which already satisfies LCSSA, don't create
+    // a new one.
+    if (const PHINode *VP = dyn_cast<PHINode>(V))
+      if (VP->getParent() == SplitBB)
+        continue;
+    // Otherwise a new PHI is needed. Create one and populate it.
+    PHINode *NewPN = PHINode::Create(PN->getType(), "split",
+                                     SplitBB->getTerminator());
+    for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i)
+      NewPN->addIncoming(V, Preds[i]);
+    // Update the original PHI.
+    PN->setIncomingValue(Idx, NewPN);
+  }
+}
+
+/// SplitCriticalEdge - If this edge is a critical edge, insert a new node to
+/// split the critical edge.  This will update DominatorTree and
+/// DominatorFrontier information if it is available, thus calling this pass
+/// will not invalidate either of them. This returns the new block if the edge
+/// was split, null otherwise.
+///
+/// If MergeIdenticalEdges is true (not the default), *all* edges from TI to the
+/// specified successor will be merged into the same critical edge block.  
+/// This is most commonly interesting with switch instructions, which may 
+/// have many edges to any one destination.  This ensures that all edges to that
+/// dest go to one block instead of each going to a different block, but isn't 
+/// the standard definition of a "critical edge".
+///
+/// It is invalid to call this function on a critical edge that starts at an
+/// IndirectBrInst.  Splitting these edges will almost always create an invalid
+/// program because the address of the new block won't be the one that is jumped
+/// to.
+///
+BasicBlock *llvm::SplitCriticalEdge(TerminatorInst *TI, unsigned SuccNum,
+                                    Pass *P, bool MergeIdenticalEdges) {
+  if (!isCriticalEdge(TI, SuccNum, MergeIdenticalEdges)) return 0;
+  
+  assert(!isa<IndirectBrInst>(TI) &&
+         "Cannot split critical edge from IndirectBrInst");
+  
   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
+  BasicBlock *DestBB = TI->getSuccessor(SuccNum);
 
   // Create a new basic block, linking it into the CFG.
-  BasicBlock *NewBB = new BasicBlock(TIBB->getName()+"_crit_edge");
-  BasicBlock *DestBB = TI->getSuccessor(SuccNum);
-  // Create our unconditional branch...
-  BranchInst *BI = new BranchInst(DestBB);
-  NewBB->getInstList().push_back(BI);
-  
-  // Branch to the new block, breaking the edge...
+  BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(TI->getContext(),
+                      TIBB->getName() + "." + DestBB->getName() + "_crit_edge");
+  // Create our unconditional branch.
+  BranchInst::Create(DestBB, NewBB);
+
+  // Branch to the new block, breaking the edge.
   TI->setSuccessor(SuccNum, NewBB);
 
   // Insert the block into the function... right after the block TI lives in.
   Function &F = *TIBB->getParent();
-  F.getBasicBlockList().insert(TIBB->getNext(), NewBB);
-
+  Function::iterator FBBI = TIBB;
+  F.getBasicBlockList().insert(++FBBI, NewBB);
+  
   // If there are any PHI nodes in DestBB, we need to update them so that they
   // merge incoming values from NewBB instead of from TIBB.
-  //
-  for (BasicBlock::iterator I = DestBB->begin();
-       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&*I); ++I) {
-    // We no longer enter through TIBB, now we come in through NewBB.
-    PN->replaceUsesOfWith(TIBB, NewBB);
+  if (PHINode *APHI = dyn_cast<PHINode>(DestBB->begin())) {
+    // This conceptually does:
+    //  foreach (PHINode *PN in DestBB)
+    //    PN->setIncomingBlock(PN->getIncomingBlock(TIBB), NewBB);
+    // but is optimized for two cases.
+    
+    if (APHI->getNumIncomingValues() <= 8) {  // Small # preds case.
+      unsigned BBIdx = 0;
+      for (BasicBlock::iterator I = DestBB->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
+        // We no longer enter through TIBB, now we come in through NewBB.
+        // Revector exactly one entry in the PHI node that used to come from
+        // TIBB to come from NewBB.
+        PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
+        
+        // Reuse the previous value of BBIdx if it lines up.  In cases where we
+        // have multiple phi nodes with *lots* of predecessors, this is a speed
+        // win because we don't have to scan the PHI looking for TIBB.  This
+        // happens because the BB list of PHI nodes are usually in the same
+        // order.
+        if (PN->getIncomingBlock(BBIdx) != TIBB)
+          BBIdx = PN->getBasicBlockIndex(TIBB);
+        PN->setIncomingBlock(BBIdx, NewBB);
+      }
+    } else {
+      // However, the foreach loop is slow for blocks with lots of predecessors
+      // because PHINode::getIncomingBlock is O(n) in # preds.  Instead, walk
+      // the user list of TIBB to find the PHI nodes.
+      SmallPtrSet<PHINode*, 16> UpdatedPHIs;
+    
+      for (Value::use_iterator UI = TIBB->use_begin(), E = TIBB->use_end();
+           UI != E; ) {
+        Value::use_iterator Use = UI++;
+        if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(*Use)) {
+          // Remove one entry from each PHI.
+          if (PN->getParent() == DestBB && UpdatedPHIs.insert(PN))
+            PN->setOperand(Use.getOperandNo(), NewBB);
+        }
+      }
+    }
   }
-
-  // Now if we have a pass object, update analysis information.  Currently we
-  // update DominatorSet and DominatorTree information if it's available.
-  //
-  if (P) {
-    // Should we update DominatorSet information?
-    if (DominatorSet *DS = P->getAnalysisToUpdate<DominatorSet>()) {
-      // The blocks that dominate the new one are the blocks that dominate TIBB
-      // plus the new block itself.
-      DominatorSet::DomSetType DomSet = DS->getDominators(TIBB);
-      DomSet.insert(NewBB);  // A block always dominates itself.
-      DS->addBasicBlock(NewBB, DomSet);
+   
+  // If there are any other edges from TIBB to DestBB, update those to go
+  // through the split block, making those edges non-critical as well (and
+  // reducing the number of phi entries in the DestBB if relevant).
+  if (MergeIdenticalEdges) {
+    for (unsigned i = SuccNum+1, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
+      if (TI->getSuccessor(i) != DestBB) continue;
+      
+      // Remove an entry for TIBB from DestBB phi nodes.
+      DestBB->removePredecessor(TIBB);
+      
+      // We found another edge to DestBB, go to NewBB instead.
+      TI->setSuccessor(i, NewBB);
     }
+  }
+  
+  
+
+  // If we don't have a pass object, we can't update anything...
+  if (P == 0) return NewBB;
+  
+  DominatorTree *DT = P->getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>();
+  DominanceFrontier *DF = P->getAnalysisIfAvailable<DominanceFrontier>();
+  LoopInfo *LI = P->getAnalysisIfAvailable<LoopInfo>();
+  ProfileInfo *PI = P->getAnalysisIfAvailable<ProfileInfo>();
+  
+  // If we have nothing to update, just return.
+  if (DT == 0 && DF == 0 && LI == 0 && PI == 0)
+    return NewBB;
+
+  // Now update analysis information.  Since the only predecessor of NewBB is
+  // the TIBB, TIBB clearly dominates NewBB.  TIBB usually doesn't dominate
+  // anything, as there are other successors of DestBB.  However, if all other
+  // predecessors of DestBB are already dominated by DestBB (e.g. DestBB is a
+  // loop header) then NewBB dominates DestBB.
+  SmallVector<BasicBlock*, 8> OtherPreds;
 
-    // Should we update ImmdediateDominator information?
-    if (ImmediateDominators *ID =
-        P->getAnalysisToUpdate<ImmediateDominators>()) {
-      // TIBB is the new immediate dominator for NewBB.  NewBB doesn't dominate
-      // anything.
-      ID->addNewBlock(NewBB, TIBB);
+  // If there is a PHI in the block, loop over predecessors with it, which is
+  // faster than iterating pred_begin/end.
+  if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(DestBB->begin())) {
+    for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
+      if (PN->getIncomingBlock(i) != NewBB)
+        OtherPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
+  } else {
+    for (pred_iterator I = pred_begin(DestBB), E = pred_end(DestBB);
+         I != E; ++I) {
+      BasicBlock *P = *I;
+      if (P != NewBB)
+          OtherPreds.push_back(P);
     }
+  }
 
-    // Should we update DominatorTree information?
-    if (DominatorTree *DT = P->getAnalysisToUpdate<DominatorTree>()) {
-      DominatorTree::Node *TINode = DT->getNode(TIBB);
+  bool NewBBDominatesDestBB = true;
+  
+  // Should we update DominatorTree information?
+  if (DT) {
+    DomTreeNode *TINode = DT->getNode(TIBB);
 
-      // The new block is not the immediate dominator for any other nodes, but
-      // TINode is the immediate dominator for the new node.
-      //
-      DT->createNewNode(NewBB, TINode);
+    // The new block is not the immediate dominator for any other nodes, but
+    // TINode is the immediate dominator for the new node.
+    //
+    if (TINode) {       // Don't break unreachable code!
+      DomTreeNode *NewBBNode = DT->addNewBlock(NewBB, TIBB);
+      DomTreeNode *DestBBNode = 0;
+     
+      // If NewBBDominatesDestBB hasn't been computed yet, do so with DT.
+      if (!OtherPreds.empty()) {
+        DestBBNode = DT->getNode(DestBB);
+        while (!OtherPreds.empty() && NewBBDominatesDestBB) {
+          if (DomTreeNode *OPNode = DT->getNode(OtherPreds.back()))
+            NewBBDominatesDestBB = DT->dominates(DestBBNode, OPNode);
+          OtherPreds.pop_back();
+        }
+        OtherPreds.clear();
+      }
+      
+      // If NewBBDominatesDestBB, then NewBB dominates DestBB, otherwise it
+      // doesn't dominate anything.
+      if (NewBBDominatesDestBB) {
+        if (!DestBBNode) DestBBNode = DT->getNode(DestBB);
+        DT->changeImmediateDominator(DestBBNode, NewBBNode);
+      }
     }
   }
-}
 
-// runOnFunction - Loop over all of the edges in the CFG, breaking critical
-// edges as they are found.
-//
-bool BreakCriticalEdges::runOnFunction(Function &F) {
-  bool Changed = false;
-  for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
-    TerminatorInst *TI = I->getTerminator();
-    if (TI->getNumSuccessors() > 1)
-      for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
-        if (isCriticalEdge(TI, i)) {
-          SplitCriticalEdge(TI, i, this);
-          ++NumBroken;
-          Changed = true;
+  // Should we update DominanceFrontier information?
+  if (DF) {
+    // If NewBBDominatesDestBB hasn't been computed yet, do so with DF.
+    if (!OtherPreds.empty()) {
+      // FIXME: IMPLEMENT THIS!
+      llvm_unreachable("Requiring domfrontiers but not idom/domtree/domset."
+                       " not implemented yet!");
+    }
+    
+    // Since the new block is dominated by its only predecessor TIBB,
+    // it cannot be in any block's dominance frontier.  If NewBB dominates
+    // DestBB, its dominance frontier is the same as DestBB's, otherwise it is
+    // just {DestBB}.
+    DominanceFrontier::DomSetType NewDFSet;
+    if (NewBBDominatesDestBB) {
+      DominanceFrontier::iterator I = DF->find(DestBB);
+      if (I != DF->end()) {
+        DF->addBasicBlock(NewBB, I->second);
+        
+        if (I->second.count(DestBB)) {
+          // However NewBB's frontier does not include DestBB.
+          DominanceFrontier::iterator NF = DF->find(NewBB);
+          DF->removeFromFrontier(NF, DestBB);
         }
+      }
+      else
+        DF->addBasicBlock(NewBB, DominanceFrontier::DomSetType());
+    } else {
+      DominanceFrontier::DomSetType NewDFSet;
+      NewDFSet.insert(DestBB);
+      DF->addBasicBlock(NewBB, NewDFSet);
+    }
   }
+  
+  // Update LoopInfo if it is around.
+  if (LI) {
+    if (Loop *TIL = LI->getLoopFor(TIBB)) {
+      // If one or the other blocks were not in a loop, the new block is not
+      // either, and thus LI doesn't need to be updated.
+      if (Loop *DestLoop = LI->getLoopFor(DestBB)) {
+        if (TIL == DestLoop) {
+          // Both in the same loop, the NewBB joins loop.
+          DestLoop->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
+        } else if (TIL->contains(DestLoop)) {
+          // Edge from an outer loop to an inner loop.  Add to the outer loop.
+          TIL->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
+        } else if (DestLoop->contains(TIL)) {
+          // Edge from an inner loop to an outer loop.  Add to the outer loop.
+          DestLoop->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
+        } else {
+          // Edge from two loops with no containment relation.  Because these
+          // are natural loops, we know that the destination block must be the
+          // header of its loop (adding a branch into a loop elsewhere would
+          // create an irreducible loop).
+          assert(DestLoop->getHeader() == DestBB &&
+                 "Should not create irreducible loops!");
+          if (Loop *P = DestLoop->getParentLoop())
+            P->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
+        }
+      }
+      // If TIBB is in a loop and DestBB is outside of that loop, split the
+      // other exit blocks of the loop that also have predecessors outside
+      // the loop, to maintain a LoopSimplify guarantee.
+      if (!TIL->contains(DestBB) &&
+          P->mustPreserveAnalysisID(LoopSimplifyID)) {
+        assert(!TIL->contains(NewBB) &&
+               "Split point for loop exit is contained in loop!");
 
-  return Changed;
+        // Update LCSSA form in the newly created exit block.
+        if (P->mustPreserveAnalysisID(LCSSAID)) {
+          SmallVector<BasicBlock *, 1> OrigPred;
+          OrigPred.push_back(TIBB);
+          CreatePHIsForSplitLoopExit(OrigPred, NewBB, DestBB);
+        }
+
+        // For each unique exit block...
+        SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitBlocks;
+        TIL->getExitBlocks(ExitBlocks);
+        for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
+          // Collect all the preds that are inside the loop, and note
+          // whether there are any preds outside the loop.
+          SmallVector<BasicBlock *, 4> Preds;
+          bool HasPredOutsideOfLoop = false;
+          BasicBlock *Exit = ExitBlocks[i];
+          for (pred_iterator I = pred_begin(Exit), E = pred_end(Exit);
+               I != E; ++I) {
+            BasicBlock *P = *I;
+            if (TIL->contains(P))
+              Preds.push_back(P);
+            else
+              HasPredOutsideOfLoop = true;
+          }
+          // If there are any preds not in the loop, we'll need to split
+          // the edges. The Preds.empty() check is needed because a block
+          // may appear multiple times in the list. We can't use
+          // getUniqueExitBlocks above because that depends on LoopSimplify
+          // form, which we're in the process of restoring!
+          if (!Preds.empty() && HasPredOutsideOfLoop) {
+            BasicBlock *NewExitBB =
+              SplitBlockPredecessors(Exit, Preds.data(), Preds.size(),
+                                     "split", P);
+            if (P->mustPreserveAnalysisID(LCSSAID))
+              CreatePHIsForSplitLoopExit(Preds, NewExitBB, Exit);
+          }
+        }
+      }
+      // LCSSA form was updated above for the case where LoopSimplify is
+      // available, which means that all predecessors of loop exit blocks
+      // are within the loop. Without LoopSimplify form, it would be
+      // necessary to insert a new phi.
+      assert((!P->mustPreserveAnalysisID(LCSSAID) ||
+              P->mustPreserveAnalysisID(LoopSimplifyID)) &&
+             "SplitCriticalEdge doesn't know how to update LCCSA form "
+             "without LoopSimplify!");
+    }
+  }
+
+  // Update ProfileInfo if it is around.
+  if (PI)
+    PI->splitEdge(TIBB, DestBB, NewBB, MergeIdenticalEdges);
+
+  return NewBB;
 }