Verify loop info.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / LoopSimplify.cpp
index b999ed40cc9321f7afffc48105f705a51fafda0a..4d59e818e913b2694c5d7fa63c8415c90347acf1 100644 (file)
@@ -1,10 +1,10 @@
 //===- LoopSimplify.cpp - Loop Canonicalization Pass ----------------------===//
-// 
+//
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
 // 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 pass performs several transformations to transform natural loops into a
@@ -17,8 +17,9 @@
 //
 // Loop exit-block insertion guarantees that all exit blocks from the loop
 // (blocks which are outside of the loop that have predecessors inside of the
-// loop) are dominated by the loop header.  This simplifies transformations such
-// as store-sinking that are built into LICM.
+// loop) only have predecessors from inside of the loop (and are thus dominated
+// by the loop header).  This simplifies transformations such as store-sinking
+// that are built into LICM.
 //
 // This pass also guarantees that loops will have exactly one backedge.
 //
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
+#define DEBUG_TYPE "loopsimplify"
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
+#include "llvm/Constant.h"
+#include "llvm/Instructions.h"
+#include "llvm/Function.h"
+#include "llvm/Type.h"
+#include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
-#include "llvm/Function.h"
-#include "llvm/iTerminators.h"
-#include "llvm/iPHINode.h"
-#include "llvm/Constant.h"
 #include "llvm/Support/CFG.h"
-#include "Support/SetOperations.h"
-#include "Support/Statistic.h"
-#include "Support/DepthFirstIterator.h"
+#include "llvm/Support/Compiler.h"
+#include "llvm/ADT/SetOperations.h"
+#include "llvm/ADT/SetVector.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
+using namespace llvm;
 
-namespace llvm {
+STATISTIC(NumInserted, "Number of pre-header or exit blocks inserted");
+STATISTIC(NumNested  , "Number of nested loops split out");
 
 namespace {
-  Statistic<>
-  NumInserted("loopsimplify", "Number of pre-header blocks inserted");
-
-  struct LoopSimplify : public FunctionPass {
+  struct VISIBILITY_HIDDEN LoopSimplify : public FunctionPass {
+    static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
+    LoopSimplify() : FunctionPass((intptr_t)&ID) {}
+
+    // AA - If we have an alias analysis object to update, this is it, otherwise
+    // this is null.
+    AliasAnalysis *AA;
+    LoopInfo *LI;
+    DominatorTree *DT;
     virtual bool runOnFunction(Function &F);
-    
+
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
       // We need loop information to identify the loops...
       AU.addRequired<LoopInfo>();
-      AU.addRequired<DominatorSet>();
+      AU.addRequired<DominatorTree>();
 
       AU.addPreserved<LoopInfo>();
-      AU.addPreserved<DominatorSet>();
-      AU.addPreserved<ImmediateDominators>();
       AU.addPreserved<DominatorTree>();
       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
-      AU.addPreservedID(BreakCriticalEdgesID);  // No crit edges added....
+      AU.addPreservedID(BreakCriticalEdgesID);  // No critical edges added.
     }
+
+    /// verifyAnalysis() - Verify loop nest.
+    void verifyAnalysis() const {
+#ifndef NDEBUG
+      LoopInfo *NLI = &getAnalysis<LoopInfo>();
+      for (LoopInfo::iterator I = NLI->begin(), E = NLI->end(); I != E; ++I) 
+        (*I)->verifyLoop();
+#endif  
+    }
+
   private:
     bool ProcessLoop(Loop *L);
     BasicBlock *SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB, const char *Suffix,
                                        const std::vector<BasicBlock*> &Preds);
-    void RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit);
+    BasicBlock *RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit);
     void InsertPreheaderForLoop(Loop *L);
+    Loop *SeparateNestedLoop(Loop *L);
     void InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L);
-
-    void UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BasicBlock *NewBB,
-                                         std::vector<BasicBlock*> &PredBlocks);
+    void PlaceSplitBlockCarefully(BasicBlock *NewBB,
+                                  std::vector<BasicBlock*> &SplitPreds,
+                                  Loop *L);
   };
 
-  RegisterOpt<LoopSimplify>
+  char LoopSimplify::ID = 0;
+  RegisterPass<LoopSimplify>
   X("loopsimplify", "Canonicalize natural loops", true);
 }
 
 // Publically exposed interface to pass...
-const PassInfo *LoopSimplifyID = X.getPassInfo();
-Pass *createLoopSimplifyPass() { return new LoopSimplify(); }
+const PassInfo *llvm::LoopSimplifyID = X.getPassInfo();
+FunctionPass *llvm::createLoopSimplifyPass() { return new LoopSimplify(); }
 
 /// runOnFunction - Run down all loops in the CFG (recursively, but we could do
 /// it in any convenient order) inserting preheaders...
 ///
 bool LoopSimplify::runOnFunction(Function &F) {
   bool Changed = false;
-  LoopInfo &LI = getAnalysis<LoopInfo>();
-
-  for (unsigned i = 0, e = LI.getTopLevelLoops().size(); i != e; ++i)
-    Changed |= ProcessLoop(LI.getTopLevelLoops()[i]);
+  LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
+  AA = getAnalysisToUpdate<AliasAnalysis>();
+  DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
+
+  // Check to see that no blocks (other than the header) in loops have
+  // predecessors that are not in loops.  This is not valid for natural loops,
+  // but can occur if the blocks are unreachable.  Since they are unreachable we
+  // can just shamelessly destroy their terminators to make them not branch into
+  // the loop!
+  for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
+    // This case can only occur for unreachable blocks.  Blocks that are
+    // unreachable can't be in loops, so filter those blocks out.
+    if (LI->getLoopFor(BB)) continue;
+    
+    bool BlockUnreachable = false;
+    TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
+
+    // Check to see if any successors of this block are non-loop-header loops
+    // that are not the header.
+    for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
+      // If this successor is not in a loop, BB is clearly ok.
+      Loop *L = LI->getLoopFor(TI->getSuccessor(i));
+      if (!L) continue;
+      
+      // If the succ is the loop header, and if L is a top-level loop, then this
+      // is an entrance into a loop through the header, which is also ok.
+      if (L->getHeader() == TI->getSuccessor(i) && L->getParentLoop() == 0)
+        continue;
+      
+      // Otherwise, this is an entrance into a loop from some place invalid.
+      // Either the loop structure is invalid and this is not a natural loop (in
+      // which case the compiler is buggy somewhere else) or BB is unreachable.
+      BlockUnreachable = true;
+      break;
+    }
+    
+    // If this block is ok, check the next one.
+    if (!BlockUnreachable) continue;
+    
+    // Otherwise, this block is dead.  To clean up the CFG and to allow later
+    // loop transformations to ignore this case, we delete the edges into the
+    // loop by replacing the terminator.
+    
+    // Remove PHI entries from the successors.
+    for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
+      TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
+   
+    // Add a new unreachable instruction.
+    new UnreachableInst(TI);
+    
+    // Delete the dead terminator.
+    if (AA) AA->deleteValue(&BB->back());
+    BB->getInstList().pop_back();
+    Changed |= true;
+  }
+  
+  for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
+    Changed |= ProcessLoop(*I);
 
   return Changed;
 }
 
-
 /// ProcessLoop - Walk the loop structure in depth first order, ensuring that
 /// all loops have preheaders.
 ///
 bool LoopSimplify::ProcessLoop(Loop *L) {
   bool Changed = false;
+ReprocessLoop:
+  
+  // Canonicalize inner loops before outer loops.  Inner loop canonicalization
+  // can provide work for the outer loop to canonicalize.
+  for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
+    Changed |= ProcessLoop(*I);
+  
+  assert(L->getBlocks()[0] == L->getHeader() &&
+         "Header isn't first block in loop?");
 
-  // Does the loop already have a preheader?  If so, don't modify the loop...
+  // Does the loop already have a preheader?  If so, don't insert one.
   if (L->getLoopPreheader() == 0) {
     InsertPreheaderForLoop(L);
     NumInserted++;
     Changed = true;
   }
 
-  // Regardless of whether or not we added a preheader to the loop we must
-  // guarantee that the preheader dominates all exit nodes.  If there are any
-  // exit nodes not dominated, split them now.
-  DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();
-  BasicBlock *Header = L->getHeader();
-  for (unsigned i = 0, e = L->getExitBlocks().size(); i != e; ++i)
-    if (!DS.dominates(Header, L->getExitBlocks()[i])) {
-      RewriteLoopExitBlock(L, L->getExitBlocks()[i]);
-      assert(DS.dominates(Header, L->getExitBlocks()[i]) &&
-             "RewriteLoopExitBlock failed?");
-      NumInserted++;
-      Changed = true;
+  // Next, check to make sure that all exit nodes of the loop only have
+  // predecessors that are inside of the loop.  This check guarantees that the
+  // loop preheader/header will dominate the exit blocks.  If the exit block has
+  // predecessors from outside of the loop, split the edge now.
+  std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
+  L->getExitBlocks(ExitBlocks);
+    
+  SetVector<BasicBlock*> ExitBlockSet(ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end());
+  for (SetVector<BasicBlock*>::iterator I = ExitBlockSet.begin(),
+         E = ExitBlockSet.end(); I != E; ++I) {
+    BasicBlock *ExitBlock = *I;
+    for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), PE = pred_end(ExitBlock);
+         PI != PE; ++PI)
+      // Must be exactly this loop: no subloops, parent loops, or non-loop preds
+      // allowed.
+      if (!L->contains(*PI)) {
+        RewriteLoopExitBlock(L, ExitBlock);
+        NumInserted++;
+        Changed = true;
+        break;
+      }
+  }
+
+  // If the header has more than two predecessors at this point (from the
+  // preheader and from multiple backedges), we must adjust the loop.
+  unsigned NumBackedges = L->getNumBackEdges();
+  if (NumBackedges != 1) {
+    // If this is really a nested loop, rip it out into a child loop.  Don't do
+    // this for loops with a giant number of backedges, just factor them into a
+    // common backedge instead.
+    if (NumBackedges < 8) {
+      if (Loop *NL = SeparateNestedLoop(L)) {
+        ++NumNested;
+        // This is a big restructuring change, reprocess the whole loop.
+        ProcessLoop(NL);
+        Changed = true;
+        // GCC doesn't tail recursion eliminate this.
+        goto ReprocessLoop;
+      }
     }
 
-  // The preheader may have more than two predecessors at this point (from the
-  // preheader and from the backedges).  To simplify the loop more, insert an
-  // extra back-edge block in the loop so that there is exactly one backedge.
-  if (L->getNumBackEdges() != 1) {
+    // If we either couldn't, or didn't want to, identify nesting of the loops,
+    // insert a new block that all backedges target, then make it jump to the
+    // loop header.
     InsertUniqueBackedgeBlock(L);
     NumInserted++;
     Changed = true;
   }
 
-  const std::vector<Loop*> &SubLoops = L->getSubLoops();
-  for (unsigned i = 0, e = SubLoops.size(); i != e; ++i)
-    Changed |= ProcessLoop(SubLoops[i]);
+  // Scan over the PHI nodes in the loop header.  Since they now have only two
+  // incoming values (the loop is canonicalized), we may have simplified the PHI
+  // down to 'X = phi [X, Y]', which should be replaced with 'Y'.
+  PHINode *PN;
+  for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
+       (PN = dyn_cast<PHINode>(I++)); )
+    if (Value *V = PN->hasConstantValue()) {
+        PN->replaceAllUsesWith(V);
+        PN->eraseFromParent();
+      }
+
   return Changed;
 }
 
@@ -148,14 +266,13 @@ bool LoopSimplify::ProcessLoop(Loop *L) {
 BasicBlock *LoopSimplify::SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB,
                                                  const char *Suffix,
                                        const std::vector<BasicBlock*> &Preds) {
-  
+
   // Create new basic block, insert right before the original block...
-  BasicBlock *NewBB = new BasicBlock(BB->getName()+Suffix, BB);
+  BasicBlock *NewBB = new BasicBlock(BB->getName()+Suffix, BB->getParent(), BB);
 
   // The preheader first gets an unconditional branch to the loop header...
-  BranchInst *BI = new BranchInst(BB);
-  NewBB->getInstList().push_back(BI);
-  
+  BranchInst *BI = new BranchInst(BB, NewBB);
+
   // For every PHI node in the block, insert a PHI node into NewBB where the
   // incoming values from the out of loop edges are moved to NewBB.  We have two
   // possible cases here.  If the loop is dead, we just insert dummy entries
@@ -163,23 +280,58 @@ BasicBlock *LoopSimplify::SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB,
   // incoming edges in BB into new PHI nodes in NewBB.
   //
   if (!Preds.empty()) {  // Is the loop not obviously dead?
-    for (BasicBlock::iterator I = BB->begin();
-         PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
-      
-      // Create the new PHI node, insert it into NewBB at the end of the block
-      PHINode *NewPHI = new PHINode(PN->getType(), PN->getName()+".ph", BI);
-        
-      // Move all of the edges from blocks outside the loop to the new PHI
-      for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
-        Value *V = PN->removeIncomingValue(Preds[i]);
-        NewPHI->addIncoming(V, Preds[i]);
+    // Check to see if the values being merged into the new block need PHI
+    // nodes.  If so, insert them.
+    for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
+      PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
+      ++I;
+
+      // Check to see if all of the values coming in are the same.  If so, we
+      // don't need to create a new PHI node.
+      Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(Preds[0]);
+      for (unsigned i = 1, e = Preds.size(); i != e; ++i)
+        if (InVal != PN->getIncomingValueForBlock(Preds[i])) {
+          InVal = 0;
+          break;
+        }
+
+      // If the values coming into the block are not the same, we need a PHI.
+      if (InVal == 0) {
+        // Create the new PHI node, insert it into NewBB at the end of the block
+        PHINode *NewPHI = new PHINode(PN->getType(), PN->getName()+".ph", BI);
+        if (AA) AA->copyValue(PN, NewPHI);
+
+        // Move all of the edges from blocks outside the loop to the new PHI
+        for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
+          Value *V = PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
+          NewPHI->addIncoming(V, Preds[i]);
+        }
+        InVal = NewPHI;
+      } else {
+        // Remove all of the edges coming into the PHI nodes from outside of the
+        // block.
+        for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i)
+          PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
       }
-      
+
       // Add an incoming value to the PHI node in the loop for the preheader
-      // edge
-      PN->addIncoming(NewPHI, NewBB);
+      // edge.
+      PN->addIncoming(InVal, NewBB);
+
+      // Can we eliminate this phi node now?
+      if (Value *V = PN->hasConstantValue(true)) {
+        Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
+        // If I is in NewBB, the Dominator call will fail, because NewBB isn't
+        // registered in DominatorTree yet.  Handle this case explicitly.
+        if (!I || (I->getParent() != NewBB &&
+                   getAnalysis<DominatorTree>().dominates(I, PN))) {
+          PN->replaceAllUsesWith(V);
+          if (AA) AA->deleteValue(PN);
+          BB->getInstList().erase(PN);
+        }
+      }
     }
-    
+
     // Now that the PHI nodes are updated, actually move the edges from
     // Preds to point to NewBB instead of BB.
     //
@@ -189,29 +341,17 @@ BasicBlock *LoopSimplify::SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB,
         if (TI->getSuccessor(s) == BB)
           TI->setSuccessor(s, NewBB);
     }
-    
+
   } else {                       // Otherwise the loop is dead...
-    for (BasicBlock::iterator I = BB->begin();
-         PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
+    for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
+      PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
       // Insert dummy values as the incoming value...
       PN->addIncoming(Constant::getNullValue(PN->getType()), NewBB);
-  }  
-  return NewBB;
-}
-
-// ChangeExitBlock - This recursive function is used to change any exit blocks
-// that use OldExit to use NewExit instead.  This is recursive because children
-// may need to be processed as well.
-//
-static void ChangeExitBlock(Loop *L, BasicBlock *OldExit, BasicBlock *NewExit) {
-  if (L->hasExitBlock(OldExit)) {
-    L->changeExitBlock(OldExit, NewExit);
-    const std::vector<Loop*> &SubLoops = L->getSubLoops();
-    for (unsigned i = 0, e = SubLoops.size(); i != e; ++i)
-      ChangeExitBlock(SubLoops[i], OldExit, NewExit);
+    }
   }
-}
 
+  return NewBB;
+}
 
 /// InsertPreheaderForLoop - Once we discover that a loop doesn't have a
 /// preheader, this method is called to insert one.  This method has two phases:
@@ -224,120 +364,35 @@ void LoopSimplify::InsertPreheaderForLoop(Loop *L) {
   std::vector<BasicBlock*> OutsideBlocks;
   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), PE = pred_end(Header);
        PI != PE; ++PI)
-      if (!L->contains(*PI))           // Coming in from outside the loop?
-        OutsideBlocks.push_back(*PI);  // Keep track of it...
-  
-  // Split out the loop pre-header
+    if (!L->contains(*PI))           // Coming in from outside the loop?
+      OutsideBlocks.push_back(*PI);  // Keep track of it...
+
+  // Split out the loop pre-header.
   BasicBlock *NewBB =
     SplitBlockPredecessors(Header, ".preheader", OutsideBlocks);
   
+
   //===--------------------------------------------------------------------===//
   //  Update analysis results now that we have performed the transformation
   //
-  
+
   // We know that we have loop information to update... update it now.
   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
-    Parent->addBasicBlockToLoop(NewBB, getAnalysis<LoopInfo>());
+    Parent->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
 
-  // If the header for the loop used to be an exit node for another loop, then
-  // we need to update this to know that the loop-preheader is now the exit
-  // node.  Note that the only loop that could have our header as an exit node
-  // is a sibling loop, ie, one with the same parent loop, or one if it's
-  // children.
-  //
-  const std::vector<Loop*> *ParentSubLoops;
-  if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
-    ParentSubLoops = &Parent->getSubLoops();
-  else       // Must check top-level loops...
-    ParentSubLoops = &getAnalysis<LoopInfo>().getTopLevelLoops();
-
-  // Loop over all sibling loops, performing the substitution (recursively to
-  // include child loops)...
-  for (unsigned i = 0, e = ParentSubLoops->size(); i != e; ++i)
-    ChangeExitBlock((*ParentSubLoops)[i], Header, NewBB);
-  
-  DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();  // Update dominator info
-  {
-    // The blocks that dominate NewBB are the blocks that dominate Header,
-    // minus Header, plus NewBB.
-    DominatorSet::DomSetType DomSet = DS.getDominators(Header);
-    DomSet.insert(NewBB);  // We dominate ourself
-    DomSet.erase(Header);  // Header does not dominate us...
-    DS.addBasicBlock(NewBB, DomSet);
-
-    // The newly created basic block dominates all nodes dominated by Header.
-    for (Function::iterator I = Header->getParent()->begin(),
-           E = Header->getParent()->end(); I != E; ++I)
-      if (DS.dominates(Header, I))
-        DS.addDominator(I, NewBB);
-  }
-  
-  // Update immediate dominator information if we have it...
-  if (ImmediateDominators *ID = getAnalysisToUpdate<ImmediateDominators>()) {
-    // Whatever i-dominated the header node now immediately dominates NewBB
-    ID->addNewBlock(NewBB, ID->get(Header));
-    
-    // The preheader now is the immediate dominator for the header node...
-    ID->setImmediateDominator(Header, NewBB);
-  }
-  
-  // Update DominatorTree information if it is active.
-  if (DominatorTree *DT = getAnalysisToUpdate<DominatorTree>()) {
-    // The immediate dominator of the preheader is the immediate dominator of
-    // the old header.
-    //
-    DominatorTree::Node *HeaderNode = DT->getNode(Header);
-    DominatorTree::Node *PHNode = DT->createNewNode(NewBB,
-                                                    HeaderNode->getIDom());
-    
-    // Change the header node so that PNHode is the new immediate dominator
-    DT->changeImmediateDominator(HeaderNode, PHNode);
-  }
+  DT->splitBlock(NewBB);
+  if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>())
+    DF->splitBlock(NewBB);
 
-  // Update dominance frontier information...
-  if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>()) {
-    // The DF(NewBB) is just (DF(Header)-Header), because NewBB dominates
-    // everything that Header does, and it strictly dominates Header in
-    // addition.
-    assert(DF->find(Header) != DF->end() && "Header node doesn't have DF set?");
-    DominanceFrontier::DomSetType NewDFSet = DF->find(Header)->second;
-    NewDFSet.erase(Header);
-    DF->addBasicBlock(NewBB, NewDFSet);
-
-    // Now we must loop over all of the dominance frontiers in the function,
-    // replacing occurrences of Header with NewBB in some cases.  If a block
-    // dominates a (now) predecessor of NewBB, but did not strictly dominate
-    // Header, it will have Header in it's DF set, but should now have NewBB in
-    // its set.
-    for (unsigned i = 0, e = OutsideBlocks.size(); i != e; ++i) {
-      // Get all of the dominators of the predecessor...
-      const DominatorSet::DomSetType &PredDoms =
-        DS.getDominators(OutsideBlocks[i]);
-      for (DominatorSet::DomSetType::const_iterator PDI = PredDoms.begin(),
-             PDE = PredDoms.end(); PDI != PDE; ++PDI) {
-        BasicBlock *PredDom = *PDI;
-        // If the loop header is in DF(PredDom), then PredDom didn't dominate
-        // the header but did dominate a predecessor outside of the loop.  Now
-        // we change this entry to include the preheader in the DF instead of
-        // the header.
-        DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(PredDom);
-        assert(DFI != DF->end() && "No dominance frontier for node?");
-        if (DFI->second.count(Header)) {
-          DF->removeFromFrontier(DFI, Header);
-          DF->addToFrontier(DFI, NewBB);
-        }
-      }
-    }
-  }
+  // Make sure that NewBB is put someplace intelligent, which doesn't mess up
+  // code layout too horribly.
+  PlaceSplitBlockCarefully(NewBB, OutsideBlocks, L);
 }
 
-void LoopSimplify::RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit) {
-  DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();
-  assert(!DS.dominates(L->getHeader(), Exit) &&
-         "Loop already dominates exit block??");
-  assert(std::find(L->getExitBlocks().begin(), L->getExitBlocks().end(), Exit)
-         != L->getExitBlocks().end() && "Not a current exit block!");
-  
+/// RewriteLoopExitBlock - Ensure that the loop preheader dominates all exit
+/// blocks.  This method is used to split exit blocks that have predecessors
+/// outside of the loop.
+BasicBlock *LoopSimplify::RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit) {
   std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks;
   for (pred_iterator I = pred_begin(Exit), E = pred_end(Exit); I != E; ++I)
     if (L->contains(*I))
@@ -346,20 +401,204 @@ void LoopSimplify::RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit) {
   assert(!LoopBlocks.empty() && "No edges coming in from outside the loop?");
   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Exit, ".loopexit", LoopBlocks);
 
-  // Update Loop Information - we know that the new block will be in the parent
-  // loop of L.
+  // Update Loop Information - we know that the new block will be in whichever
+  // loop the Exit block is in.  Note that it may not be in that immediate loop,
+  // if the successor is some other loop header.  In that case, we continue 
+  // walking up the loop tree to find a loop that contains both the successor
+  // block and the predecessor block.
+  Loop *SuccLoop = LI->getLoopFor(Exit);
+  while (SuccLoop && !SuccLoop->contains(L->getHeader()))
+    SuccLoop = SuccLoop->getParentLoop();
+  if (SuccLoop)
+    SuccLoop->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
+
+  // Update Dominator Information
+  DT->splitBlock(NewBB);
+  if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>())
+    DF->splitBlock(NewBB);
+
+  return NewBB;
+}
+
+/// AddBlockAndPredsToSet - Add the specified block, and all of its
+/// predecessors, to the specified set, if it's not already in there.  Stop
+/// predecessor traversal when we reach StopBlock.
+static void AddBlockAndPredsToSet(BasicBlock *InputBB, BasicBlock *StopBlock,
+                                  std::set<BasicBlock*> &Blocks) {
+  std::vector<BasicBlock *> WorkList;
+  WorkList.push_back(InputBB);
+  do {
+    BasicBlock *BB = WorkList.back(); WorkList.pop_back();
+    if (Blocks.insert(BB).second && BB != StopBlock)
+      // If BB is not already processed and it is not a stop block then
+      // insert its predecessor in the work list
+      for (pred_iterator I = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); I != E; ++I) {
+        BasicBlock *WBB = *I;
+        WorkList.push_back(WBB);
+      }
+  } while(!WorkList.empty());
+}
+
+/// FindPHIToPartitionLoops - The first part of loop-nestification is to find a
+/// PHI node that tells us how to partition the loops.
+static PHINode *FindPHIToPartitionLoops(Loop *L, DominatorTree *DT,
+                                        AliasAnalysis *AA) {
+  for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
+    PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
+    ++I;
+    if (Value *V = PN->hasConstantValue())
+      if (!isa<Instruction>(V) || DT->dominates(cast<Instruction>(V), PN)) {
+        // This is a degenerate PHI already, don't modify it!
+        PN->replaceAllUsesWith(V);
+        if (AA) AA->deleteValue(PN);
+        PN->eraseFromParent();
+        continue;
+      }
+
+    // Scan this PHI node looking for a use of the PHI node by itself.
+    for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
+      if (PN->getIncomingValue(i) == PN &&
+          L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
+        // We found something tasty to remove.
+        return PN;
+  }
+  return 0;
+}
+
+// PlaceSplitBlockCarefully - If the block isn't already, move the new block to
+// right after some 'outside block' block.  This prevents the preheader from
+// being placed inside the loop body, e.g. when the loop hasn't been rotated.
+void LoopSimplify::PlaceSplitBlockCarefully(BasicBlock *NewBB,
+                                            std::vector<BasicBlock*>&SplitPreds,
+                                            Loop *L) {
+  // Check to see if NewBB is already well placed.
+  Function::iterator BBI = NewBB; --BBI;
+  for (unsigned i = 0, e = SplitPreds.size(); i != e; ++i) {
+    if (&*BBI == SplitPreds[i])
+      return;
+  }
+  
+  // If it isn't already after an outside block, move it after one.  This is
+  // always good as it makes the uncond branch from the outside block into a
+  // fall-through.
+  
+  // Figure out *which* outside block to put this after.  Prefer an outside
+  // block that neighbors a BB actually in the loop.
+  BasicBlock *FoundBB = 0;
+  for (unsigned i = 0, e = SplitPreds.size(); i != e; ++i) {
+    Function::iterator BBI = SplitPreds[i];
+    if (++BBI != NewBB->getParent()->end() && 
+        L->contains(BBI)) {
+      FoundBB = SplitPreds[i];
+      break;
+    }
+  }
+  
+  // If our heuristic for a *good* bb to place this after doesn't find
+  // anything, just pick something.  It's likely better than leaving it within
+  // the loop.
+  if (!FoundBB)
+    FoundBB = SplitPreds[0];
+  NewBB->moveAfter(FoundBB);
+}
+
+
+/// SeparateNestedLoop - If this loop has multiple backedges, try to pull one of
+/// them out into a nested loop.  This is important for code that looks like
+/// this:
+///
+///  Loop:
+///     ...
+///     br cond, Loop, Next
+///     ...
+///     br cond2, Loop, Out
+///
+/// To identify this common case, we look at the PHI nodes in the header of the
+/// loop.  PHI nodes with unchanging values on one backedge correspond to values
+/// that change in the "outer" loop, but not in the "inner" loop.
+///
+/// If we are able to separate out a loop, return the new outer loop that was
+/// created.
+///
+Loop *LoopSimplify::SeparateNestedLoop(Loop *L) {
+  PHINode *PN = FindPHIToPartitionLoops(L, DT, AA);
+  if (PN == 0) return 0;  // No known way to partition.
+
+  // Pull out all predecessors that have varying values in the loop.  This
+  // handles the case when a PHI node has multiple instances of itself as
+  // arguments.
+  std::vector<BasicBlock*> OuterLoopPreds;
+  for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
+    if (PN->getIncomingValue(i) != PN ||
+        !L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
+      OuterLoopPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
+
+  BasicBlock *Header = L->getHeader();
+  BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Header, ".outer", OuterLoopPreds);
+
+  // Update dominator information
+  DT->splitBlock(NewBB);
+  if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>())
+    DF->splitBlock(NewBB);
+
+  // Make sure that NewBB is put someplace intelligent, which doesn't mess up
+  // code layout too horribly.
+  PlaceSplitBlockCarefully(NewBB, OuterLoopPreds, L);
+  
+  // Create the new outer loop.
+  Loop *NewOuter = new Loop();
+
+  // Change the parent loop to use the outer loop as its child now.
   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
-    Parent->addBasicBlockToLoop(NewBB, getAnalysis<LoopInfo>());
+    Parent->replaceChildLoopWith(L, NewOuter);
+  else
+    LI->changeTopLevelLoop(L, NewOuter);
+
+  // This block is going to be our new header block: add it to this loop and all
+  // parent loops.
+  NewOuter->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
+
+  // L is now a subloop of our outer loop.
+  NewOuter->addChildLoop(L);
 
-  // Replace any instances of Exit with NewBB in this and any nested loops...
-  for (df_iterator<Loop*> I = df_begin(L), E = df_end(L); I != E; ++I)
-    if (I->hasExitBlock(Exit))
-      I->changeExitBlock(Exit, NewBB);   // Update exit block information
+  for (unsigned i = 0, e = L->getBlocks().size(); i != e; ++i)
+    NewOuter->addBlockEntry(L->getBlocks()[i]);
 
-  // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
-  UpdateDomInfoForRevectoredPreds(NewBB, LoopBlocks);
+  // Determine which blocks should stay in L and which should be moved out to
+  // the Outer loop now.
+  std::set<BasicBlock*> BlocksInL;
+  for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); PI!=E; ++PI)
+    if (DT->dominates(Header, *PI))
+      AddBlockAndPredsToSet(*PI, Header, BlocksInL);
+
+
+  // Scan all of the loop children of L, moving them to OuterLoop if they are
+  // not part of the inner loop.
+  const std::vector<Loop*> &SubLoops = L->getSubLoops();
+  for (size_t I = 0; I != SubLoops.size(); )
+    if (BlocksInL.count(SubLoops[I]->getHeader()))
+      ++I;   // Loop remains in L
+    else
+      NewOuter->addChildLoop(L->removeChildLoop(SubLoops.begin() + I));
+
+  // Now that we know which blocks are in L and which need to be moved to
+  // OuterLoop, move any blocks that need it.
+  for (unsigned i = 0; i != L->getBlocks().size(); ++i) {
+    BasicBlock *BB = L->getBlocks()[i];
+    if (!BlocksInL.count(BB)) {
+      // Move this block to the parent, updating the exit blocks sets
+      L->removeBlockFromLoop(BB);
+      if ((*LI)[BB] == L)
+        LI->changeLoopFor(BB, NewOuter);
+      --i;
+    }
+  }
+
+  return NewOuter;
 }
 
+
+
 /// InsertUniqueBackedgeBlock - This method is called when the specified loop
 /// has more than one backedge in it.  If this occurs, revector all of these
 /// backedges to target a new basic block and have that block branch to the loop
@@ -380,20 +619,20 @@ void LoopSimplify::InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L) {
 
   // Create and insert the new backedge block...
   BasicBlock *BEBlock = new BasicBlock(Header->getName()+".backedge", F);
-  Instruction *BETerminator = new BranchInst(Header);
-  BEBlock->getInstList().push_back(BETerminator);
+  BranchInst *BETerminator = new BranchInst(Header, BEBlock);
 
   // Move the new backedge block to right after the last backedge block.
   Function::iterator InsertPos = BackedgeBlocks.back(); ++InsertPos;
   F->getBasicBlockList().splice(InsertPos, F->getBasicBlockList(), BEBlock);
-  
+
   // Now that the block has been inserted into the function, create PHI nodes in
   // the backedge block which correspond to any PHI nodes in the header block.
-  for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
-       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
+  for (BasicBlock::iterator I = Header->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
+    PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
     PHINode *NewPN = new PHINode(PN->getType(), PN->getName()+".be",
                                  BETerminator);
-    NewPN->op_reserve(2*BackedgeBlocks.size());
+    NewPN->reserveOperandSpace(BackedgeBlocks.size());
+    if (AA) AA->copyValue(PN, NewPN);
 
     // Loop over the PHI node, moving all entries except the one for the
     // preheader over to the new PHI node.
@@ -415,14 +654,16 @@ void LoopSimplify::InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L) {
         }
       }
     }
-      
+
     // Delete all of the incoming values from the old PN except the preheader's
     assert(PreheaderIdx != ~0U && "PHI has no preheader entry??");
     if (PreheaderIdx != 0) {
       PN->setIncomingValue(0, PN->getIncomingValue(PreheaderIdx));
       PN->setIncomingBlock(0, PN->getIncomingBlock(PreheaderIdx));
     }
-    PN->op_erase(PN->op_begin()+2, PN->op_end());
+    // Nuke all entries except the zero'th.
+    for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues()-1; i != e; ++i)
+      PN->removeIncomingValue(e-i, false);
 
     // Finally, add the newly constructed PHI node as the entry for the BEBlock.
     PN->addIncoming(NewPN, BEBlock);
@@ -432,6 +673,7 @@ void LoopSimplify::InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L) {
     // eliminate the PHI Node.
     if (HasUniqueIncomingValue) {
       NewPN->replaceAllUsesWith(UniqueValue);
+      if (AA) AA->deleteValue(NewPN);
       BEBlock->getInstList().erase(NewPN);
     }
   }
@@ -449,123 +691,12 @@ void LoopSimplify::InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L) {
 
   // Update Loop Information - we know that this block is now in the current
   // loop and all parent loops.
-  L->addBasicBlockToLoop(BEBlock, getAnalysis<LoopInfo>());
+  L->addBasicBlockToLoop(BEBlock, *LI);
 
-  // Replace any instances of Exit with NewBB in this and any nested loops...
-  for (df_iterator<Loop*> I = df_begin(L), E = df_end(L); I != E; ++I)
-    if (I->hasExitBlock(Header))
-      I->changeExitBlock(Header, BEBlock);   // Update exit block information
-
-  // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
-  UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BEBlock, BackedgeBlocks);
+  // Update dominator information
+  DT->splitBlock(BEBlock);
+  if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>())
+    DF->splitBlock(BEBlock);
 }
 
-/// UpdateDomInfoForRevectoredPreds - This method is used to update the four
-/// different kinds of dominator information (dominator sets, immediate
-/// dominators, dominator trees, and dominance frontiers) after a new block has
-/// been added to the CFG.
-///
-/// This only supports the case when an existing block (known as "Exit"), had
-/// some of its predecessors factored into a new basic block.  This
-/// transformation inserts a new basic block ("NewBB"), with a single
-/// unconditional branch to Exit, and moves some predecessors of "Exit" to now
-/// branch to NewBB.  These predecessors are listed in PredBlocks, even though
-/// they are the same as pred_begin(NewBB)/pred_end(NewBB).
-///
-void LoopSimplify::UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BasicBlock *NewBB,
-                                         std::vector<BasicBlock*> &PredBlocks) {
-  assert(succ_begin(NewBB) != succ_end(NewBB) &&
-         ++succ_begin(NewBB) == succ_end(NewBB) &&
-         "NewBB should have a single successor!");
-  DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();
-
-  // Update dominator information...  The blocks that dominate NewBB are the
-  // intersection of the dominators of predecessors, plus the block itself.
-  // The newly created basic block does not dominate anything except itself.
-  //
-  DominatorSet::DomSetType NewBBDomSet = DS.getDominators(PredBlocks[0]);
-  for (unsigned i = 1, e = PredBlocks.size(); i != e; ++i)
-    set_intersect(NewBBDomSet, DS.getDominators(PredBlocks[i]));
-  NewBBDomSet.insert(NewBB);  // All blocks dominate themselves...
-  DS.addBasicBlock(NewBB, NewBBDomSet);
-
-  // Update immediate dominator information if we have it...
-  BasicBlock *NewBBIDom = 0;
-  if (ImmediateDominators *ID = getAnalysisToUpdate<ImmediateDominators>()) {
-    // This block does not strictly dominate anything, so it is not an immediate
-    // dominator.  To find the immediate dominator of the new exit node, we
-    // trace up the immediate dominators of a predecessor until we find a basic
-    // block that dominates the exit block.
-    //
-    BasicBlock *Dom = PredBlocks[0];  // Some random predecessor...
-    while (!NewBBDomSet.count(Dom)) {  // Loop until we find a dominator...
-      assert(Dom != 0 && "No shared dominator found???");
-      Dom = ID->get(Dom);
-    }
-
-    // Set the immediate dominator now...
-    ID->addNewBlock(NewBB, Dom);
-    NewBBIDom = Dom;   // Reuse this if calculating DominatorTree info...
-  }
-
-  // Update DominatorTree information if it is active.
-  if (DominatorTree *DT = getAnalysisToUpdate<DominatorTree>()) {
-    // NewBB doesn't dominate anything, so just create a node and link it into
-    // its immediate dominator.  If we don't have ImmediateDominator info
-    // around, calculate the idom as above.
-    DominatorTree::Node *NewBBIDomNode;
-    if (NewBBIDom) {
-      NewBBIDomNode = DT->getNode(NewBBIDom);
-    } else {
-      NewBBIDomNode = DT->getNode(PredBlocks[0]); // Random pred
-      while (!NewBBDomSet.count(NewBBIDomNode->getBlock())) {
-        NewBBIDomNode = NewBBIDomNode->getIDom();
-        assert(NewBBIDomNode && "No shared dominator found??");
-      }
-    }
-
-    // Create the new dominator tree node...
-    DT->createNewNode(NewBB, NewBBIDomNode);
-  }
-
-  // Update dominance frontier information...
-  if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>()) {
-    // DF(NewBB) is {Exit} because NewBB does not strictly dominate Exit, but it
-    // does dominate itself (and there is an edge (NewBB -> Exit)).  Exit is the
-    // single successor of NewBB.
-    DominanceFrontier::DomSetType NewDFSet;
-    BasicBlock *Exit = *succ_begin(NewBB);
-    NewDFSet.insert(Exit);
-    DF->addBasicBlock(NewBB, NewDFSet);
-
-    // Now we must loop over all of the dominance frontiers in the function,
-    // replacing occurrences of Exit with NewBB in some cases.  All blocks that
-    // dominate a block in PredBlocks and contained Exit in their dominance
-    // frontier must be updated to contain NewBB instead.  This only occurs if
-    // there is more than one block in PredBlocks.
-    //
-    if (PredBlocks.size() > 1) {
-      for (unsigned i = 0, e = PredBlocks.size(); i != e; ++i) {
-        BasicBlock *Pred = PredBlocks[i];
-        // Get all of the dominators of the predecessor...
-        const DominatorSet::DomSetType &PredDoms = DS.getDominators(Pred);
-        for (DominatorSet::DomSetType::const_iterator PDI = PredDoms.begin(),
-               PDE = PredDoms.end(); PDI != PDE; ++PDI) {
-          BasicBlock *PredDom = *PDI;
-
-          // If the Exit node is in DF(PredDom), then PredDom didn't dominate
-          // Exit but did dominate a predecessor of it.  Now we change this
-          // entry to include NewBB in the DF instead of Exit.
-          DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(PredDom);
-          assert(DFI != DF->end() && "No dominance frontier for node?");
-          if (DFI->second.count(Exit)) {
-            DF->removeFromFrontier(DFI, Exit);
-            DF->addToFrontier(DFI, NewBB);
-          }
-        }
-      }
-    }
-  }
-}
 
-} // End llvm namespace