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[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / ADCE.cpp
1 //===- ADCE.cpp - Code to perform aggressive dead code elimination --------===//
2 //
3 // This file implements "aggressive" dead code elimination.  ADCE is DCe where
4 // values are assumed to be dead until proven otherwise.  This is similar to 
5 // SCCP, except applied to the liveness of values.
6 //
7 //===----------------------------------------------------------------------===//
8
9 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
10 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
11 #include "llvm/Type.h"
12 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
13 #include "llvm/Analysis/Writer.h"
14 #include "llvm/iTerminators.h"
15 #include "llvm/iPHINode.h"
16 #include "llvm/Constant.h"
17 #include "llvm/Support/CFG.h"
18 #include "Support/STLExtras.h"
19 #include "Support/DepthFirstIterator.h"
20 #include "Support/StatisticReporter.h"
21 #include <algorithm>
22 #include <iostream>
23 using std::cerr;
24
25 static Statistic<> NumBlockRemoved("adce\t\t- Number of basic blocks removed");
26 static Statistic<> NumInstRemoved ("adce\t\t- Number of instructions removed");
27
28 namespace {
29
30 //===----------------------------------------------------------------------===//
31 // ADCE Class
32 //
33 // This class does all of the work of Aggressive Dead Code Elimination.
34 // It's public interface consists of a constructor and a doADCE() method.
35 //
36 class ADCE : public FunctionPass {
37   Function *Func;                       // The function that we are working on
38   std::vector<Instruction*> WorkList;   // Instructions that just became live
39   std::set<Instruction*>    LiveSet;    // The set of live instructions
40
41   //===--------------------------------------------------------------------===//
42   // The public interface for this class
43   //
44 public:
45   const char *getPassName() const { return "Aggressive Dead Code Elimination"; }
46   
47   // Execute the Aggressive Dead Code Elimination Algorithm
48   //
49   virtual bool runOnFunction(Function &F) {
50     Func = &F;
51     bool Changed = doADCE();
52     assert(WorkList.empty());
53     LiveSet.clear();
54     return Changed;
55   }
56   // getAnalysisUsage - We require post dominance frontiers (aka Control
57   // Dependence Graph)
58   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
59     AU.addRequired(DominatorTree::PostDomID);
60     AU.addRequired(DominanceFrontier::PostDomID);
61   }
62
63
64   //===--------------------------------------------------------------------===//
65   // The implementation of this class
66   //
67 private:
68   // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
69   // true if the function was modified.
70   //
71   bool doADCE();
72
73   void markBlockAlive(BasicBlock *BB);
74
75   inline void markInstructionLive(Instruction *I) {
76     if (LiveSet.count(I)) return;
77     DEBUG(cerr << "Insn Live: " << I);
78     LiveSet.insert(I);
79     WorkList.push_back(I);
80   }
81
82   inline void markTerminatorLive(const BasicBlock *BB) {
83     DEBUG(cerr << "Terminat Live: " << BB->getTerminator());
84     markInstructionLive((Instruction*)BB->getTerminator());
85   }
86 };
87
88 } // End of anonymous namespace
89
90 Pass *createAggressiveDCEPass() { return new ADCE(); }
91
92
93 void ADCE::markBlockAlive(BasicBlock *BB) {
94   // Mark the basic block as being newly ALIVE... and mark all branches that
95   // this block is control dependant on as being alive also...
96   //
97   DominanceFrontier &CDG =
98     getAnalysis<DominanceFrontier>(DominanceFrontier::PostDomID);
99
100   DominanceFrontier::const_iterator It = CDG.find(BB);
101   if (It != CDG.end()) {
102     // Get the blocks that this node is control dependant on...
103     const DominanceFrontier::DomSetType &CDB = It->second;
104     for_each(CDB.begin(), CDB.end(),   // Mark all their terminators as live
105              bind_obj(this, &ADCE::markTerminatorLive));
106   }
107   
108   // If this basic block is live, then the terminator must be as well!
109   markTerminatorLive(BB);
110 }
111
112
113 // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
114 // true if the function was modified.
115 //
116 bool ADCE::doADCE() {
117   bool MadeChanges = false;
118
119   // Iterate over all of the instructions in the function, eliminating trivially
120   // dead instructions, and marking instructions live that are known to be 
121   // needed.  Perform the walk in depth first order so that we avoid marking any
122   // instructions live in basic blocks that are unreachable.  These blocks will
123   // be eliminated later, along with the instructions inside.
124   //
125   for (df_iterator<Function*> BBI = df_begin(Func), BBE = df_end(Func);
126        BBI != BBE; ++BBI) {
127     BasicBlock *BB = *BBI;
128     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), EI = BB->end(); II != EI; ) {
129       if (II->hasSideEffects() || II->getOpcode() == Instruction::Ret) {
130         markInstructionLive(II);
131         ++II;  // Increment the inst iterator if the inst wasn't deleted
132       } else if (isInstructionTriviallyDead(II)) {
133         // Remove the instruction from it's basic block...
134         II = BB->getInstList().erase(II);
135         ++NumInstRemoved;
136         MadeChanges = true;
137       } else {
138         ++II;  // Increment the inst iterator if the inst wasn't deleted
139       }
140     }
141   }
142
143   DEBUG(cerr << "Processing work list\n");
144
145   // AliveBlocks - Set of basic blocks that we know have instructions that are
146   // alive in them...
147   //
148   std::set<BasicBlock*> AliveBlocks;
149
150   // Process the work list of instructions that just became live... if they
151   // became live, then that means that all of their operands are neccesary as
152   // well... make them live as well.
153   //
154   while (!WorkList.empty()) {
155     Instruction *I = WorkList.back(); // Get an instruction that became live...
156     WorkList.pop_back();
157
158     BasicBlock *BB = I->getParent();
159     if (!AliveBlocks.count(BB)) {     // Basic block not alive yet...
160       AliveBlocks.insert(BB);         // Block is now ALIVE!
161       markBlockAlive(BB);             // Make it so now!
162     }
163
164     // PHI nodes are a special case, because the incoming values are actually
165     // defined in the predecessor nodes of this block, meaning that the PHI
166     // makes the predecessors alive.
167     //
168     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
169       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE; ++PI)
170         if (!AliveBlocks.count(*PI)) {
171           AliveBlocks.insert(BB);         // Block is now ALIVE!
172           markBlockAlive(*PI);
173         }
174
175     // Loop over all of the operands of the live instruction, making sure that
176     // they are known to be alive as well...
177     //
178     for (unsigned op = 0, End = I->getNumOperands(); op != End; ++op)
179       if (Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(op)))
180         markInstructionLive(Operand);
181   }
182
183   if (DebugFlag) {
184     cerr << "Current Function: X = Live\n";
185     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
186       for (BasicBlock::iterator BI = I->begin(), BE = I->end(); BI != BE; ++BI){
187         if (LiveSet.count(BI)) cerr << "X ";
188         cerr << *BI;
189       }
190   }
191
192   // Find the first postdominator of the entry node that is alive.  Make it the
193   // new entry node...
194   //
195   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTree>(DominatorTree::PostDomID);
196
197   // If there are some blocks dead...
198   if (AliveBlocks.size() != Func->size()) {
199     // Insert a new entry node to eliminate the entry node as a special case.
200     BasicBlock *NewEntry = new BasicBlock();
201     NewEntry->getInstList().push_back(new BranchInst(&Func->front()));
202     Func->getBasicBlockList().push_front(NewEntry);
203     AliveBlocks.insert(NewEntry);    // This block is always alive!
204     
205     // Loop over all of the alive blocks in the function.  If any successor
206     // blocks are not alive, we adjust the outgoing branches to branch to the
207     // first live postdominator of the live block, adjusting any PHI nodes in
208     // the block to reflect this.
209     //
210     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
211       if (AliveBlocks.count(I)) {
212         BasicBlock *BB = I;
213         TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
214       
215         // Loop over all of the successors, looking for ones that are not alive
216         for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
217           if (!AliveBlocks.count(TI->getSuccessor(i))) {
218             // Scan up the postdominator tree, looking for the first
219             // postdominator that is alive, and the last postdominator that is
220             // dead...
221             //
222             DominatorTree::Node *LastNode = DT[TI->getSuccessor(i)];
223             DominatorTree::Node *NextNode = LastNode->getIDom();
224             while (!AliveBlocks.count(NextNode->getNode())) {
225               LastNode = NextNode;
226               NextNode = NextNode->getIDom();
227             }
228             
229             // Get the basic blocks that we need...
230             BasicBlock *LastDead = LastNode->getNode();
231             BasicBlock *NextAlive = NextNode->getNode();
232             
233             // Make the conditional branch now go to the next alive block...
234             TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
235             TI->setSuccessor(i, NextAlive);
236             
237             // If there are PHI nodes in NextAlive, we need to add entries to
238             // the PHI nodes for the new incoming edge.  The incoming values
239             // should be identical to the incoming values for LastDead.
240             //
241             for (BasicBlock::iterator II = NextAlive->begin();
242                  PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&*II); ++II) {
243               // Get the incoming value for LastDead...
244               int OldIdx = PN->getBasicBlockIndex(LastDead);
245               assert(OldIdx != -1 && "LastDead is not a pred of NextAlive!");
246               Value *InVal = PN->getIncomingValue(OldIdx);
247               
248               // Add an incoming value for BB now...
249               PN->addIncoming(InVal, BB);
250             }
251           }
252
253         // Now loop over all of the instructions in the basic block, telling
254         // dead instructions to drop their references.  This is so that the next
255         // sweep over the program can safely delete dead instructions without
256         // other dead instructions still refering to them.
257         //
258         for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = --BB->end(); I != E; ++I)
259           if (!LiveSet.count(I))                // Is this instruction alive?
260             I->dropAllReferences();             // Nope, drop references... 
261       }
262   }
263
264   // Loop over all of the basic blocks in the function, dropping references of
265   // the dead basic blocks
266   //
267   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB) {
268     if (!AliveBlocks.count(BB)) {
269       // Remove all outgoing edges from this basic block and convert the
270       // terminator into a return instruction.
271       vector<BasicBlock*> Succs(succ_begin(BB), succ_end(BB));
272       
273       if (!Succs.empty()) {
274         // Loop over all of the successors, removing this block from PHI node
275         // entries that might be in the block...
276         while (!Succs.empty()) {
277           Succs.back()->removePredecessor(BB);
278           Succs.pop_back();
279         }
280         
281         // Delete the old terminator instruction...
282         BB->getInstList().pop_back();
283         const Type *RetTy = Func->getReturnType();
284         Instruction *New = new ReturnInst(RetTy != Type::VoidTy ?
285                                           Constant::getNullValue(RetTy) : 0);
286         BB->getInstList().push_back(New);
287       }
288
289       BB->dropAllReferences();
290       ++NumBlockRemoved;
291       MadeChanges = true;
292     }
293   }
294
295   // Now loop through all of the blocks and delete the dead ones.  We can safely
296   // do this now because we know that there are no references to dead blocks
297   // (because they have dropped all of their references...  we also remove dead
298   // instructions from alive blocks.
299   //
300   for (Function::iterator BI = Func->begin(); BI != Func->end(); )
301     if (!AliveBlocks.count(BI))
302       BI = Func->getBasicBlockList().erase(BI);
303     else {
304       for (BasicBlock::iterator II = BI->begin(); II != --BI->end(); )
305         if (!LiveSet.count(II)) {             // Is this instruction alive?
306           // Nope... remove the instruction from it's basic block...
307           II = BI->getInstList().erase(II);
308           ++NumInstRemoved;
309           MadeChanges = true;
310         } else {
311           ++II;
312         }
313
314       ++BI;                                           // Increment iterator...
315     }
316
317   return MadeChanges;
318 }