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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 using std::vector;
25
26 static Statistic<> NumBlockRemoved("adce\t\t- Number of basic blocks removed");
27 static Statistic<> NumInstRemoved ("adce\t\t- Number of instructions removed");
28
29 namespace {
30
31 //===----------------------------------------------------------------------===//
32 // ADCE Class
33 //
34 // This class does all of the work of Aggressive Dead Code Elimination.
35 // It's public interface consists of a constructor and a doADCE() method.
36 //
37 class ADCE : public FunctionPass {
38   Function *Func;                       // The function that we are working on
39   std::vector<Instruction*> WorkList;   // Instructions that just became live
40   std::set<Instruction*>    LiveSet;    // The set of live instructions
41
42   //===--------------------------------------------------------------------===//
43   // The public interface for this class
44   //
45 public:
46   const char *getPassName() const { return "Aggressive Dead Code Elimination"; }
47   
48   // Execute the Aggressive Dead Code Elimination Algorithm
49   //
50   virtual bool runOnFunction(Function &F) {
51     Func = &F;
52     bool Changed = doADCE();
53     assert(WorkList.empty());
54     LiveSet.clear();
55     return Changed;
56   }
57   // getAnalysisUsage - We require post dominance frontiers (aka Control
58   // Dependence Graph)
59   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
60     AU.addRequired(DominatorTree::PostDomID);
61     AU.addRequired(DominanceFrontier::PostDomID);
62   }
63
64
65   //===--------------------------------------------------------------------===//
66   // The implementation of this class
67   //
68 private:
69   // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
70   // true if the function was modified.
71   //
72   bool doADCE();
73
74   void markBlockAlive(BasicBlock *BB);
75
76   inline void markInstructionLive(Instruction *I) {
77     if (LiveSet.count(I)) return;
78     DEBUG(cerr << "Insn Live: " << I);
79     LiveSet.insert(I);
80     WorkList.push_back(I);
81   }
82
83   inline void markTerminatorLive(const BasicBlock *BB) {
84     DEBUG(cerr << "Terminat Live: " << BB->getTerminator());
85     markInstructionLive((Instruction*)BB->getTerminator());
86   }
87 };
88
89 } // End of anonymous namespace
90
91 Pass *createAggressiveDCEPass() { return new ADCE(); }
92
93
94 void ADCE::markBlockAlive(BasicBlock *BB) {
95   // Mark the basic block as being newly ALIVE... and mark all branches that
96   // this block is control dependant on as being alive also...
97   //
98   DominanceFrontier &CDG =
99     getAnalysis<DominanceFrontier>(DominanceFrontier::PostDomID);
100
101   DominanceFrontier::const_iterator It = CDG.find(BB);
102   if (It != CDG.end()) {
103     // Get the blocks that this node is control dependant on...
104     const DominanceFrontier::DomSetType &CDB = It->second;
105     for_each(CDB.begin(), CDB.end(),   // Mark all their terminators as live
106              bind_obj(this, &ADCE::markTerminatorLive));
107   }
108   
109   // If this basic block is live, then the terminator must be as well!
110   markTerminatorLive(BB);
111 }
112
113
114 // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
115 // true if the function was modified.
116 //
117 bool ADCE::doADCE() {
118   bool MadeChanges = false;
119
120   // Iterate over all of the instructions in the function, eliminating trivially
121   // dead instructions, and marking instructions live that are known to be 
122   // needed.  Perform the walk in depth first order so that we avoid marking any
123   // instructions live in basic blocks that are unreachable.  These blocks will
124   // be eliminated later, along with the instructions inside.
125   //
126   for (df_iterator<Function*> BBI = df_begin(Func), BBE = df_end(Func);
127        BBI != BBE; ++BBI) {
128     BasicBlock *BB = *BBI;
129     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), EI = BB->end(); II != EI; ) {
130       if (II->hasSideEffects() || II->getOpcode() == Instruction::Ret) {
131         markInstructionLive(II);
132         ++II;  // Increment the inst iterator if the inst wasn't deleted
133       } else if (isInstructionTriviallyDead(II)) {
134         // Remove the instruction from it's basic block...
135         II = BB->getInstList().erase(II);
136         ++NumInstRemoved;
137         MadeChanges = true;
138       } else {
139         ++II;  // Increment the inst iterator if the inst wasn't deleted
140       }
141     }
142   }
143
144   DEBUG(cerr << "Processing work list\n");
145
146   // AliveBlocks - Set of basic blocks that we know have instructions that are
147   // alive in them...
148   //
149   std::set<BasicBlock*> AliveBlocks;
150
151   // Process the work list of instructions that just became live... if they
152   // became live, then that means that all of their operands are neccesary as
153   // well... make them live as well.
154   //
155   while (!WorkList.empty()) {
156     Instruction *I = WorkList.back(); // Get an instruction that became live...
157     WorkList.pop_back();
158
159     BasicBlock *BB = I->getParent();
160     if (!AliveBlocks.count(BB)) {     // Basic block not alive yet...
161       AliveBlocks.insert(BB);         // Block is now ALIVE!
162       markBlockAlive(BB);             // Make it so now!
163     }
164
165     // PHI nodes are a special case, because the incoming values are actually
166     // defined in the predecessor nodes of this block, meaning that the PHI
167     // makes the predecessors alive.
168     //
169     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
170       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE; ++PI)
171         if (!AliveBlocks.count(*PI)) {
172           AliveBlocks.insert(BB);         // Block is now ALIVE!
173           markBlockAlive(*PI);
174         }
175
176     // Loop over all of the operands of the live instruction, making sure that
177     // they are known to be alive as well...
178     //
179     for (unsigned op = 0, End = I->getNumOperands(); op != End; ++op)
180       if (Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(op)))
181         markInstructionLive(Operand);
182   }
183
184   if (DebugFlag) {
185     cerr << "Current Function: X = Live\n";
186     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
187       for (BasicBlock::iterator BI = I->begin(), BE = I->end(); BI != BE; ++BI){
188         if (LiveSet.count(BI)) cerr << "X ";
189         cerr << *BI;
190       }
191   }
192
193   // Find the first postdominator of the entry node that is alive.  Make it the
194   // new entry node...
195   //
196   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTree>(DominatorTree::PostDomID);
197
198   // If there are some blocks dead...
199   if (AliveBlocks.size() != Func->size()) {
200     // Insert a new entry node to eliminate the entry node as a special case.
201     BasicBlock *NewEntry = new BasicBlock();
202     NewEntry->getInstList().push_back(new BranchInst(&Func->front()));
203     Func->getBasicBlockList().push_front(NewEntry);
204     AliveBlocks.insert(NewEntry);    // This block is always alive!
205     
206     // Loop over all of the alive blocks in the function.  If any successor
207     // blocks are not alive, we adjust the outgoing branches to branch to the
208     // first live postdominator of the live block, adjusting any PHI nodes in
209     // the block to reflect this.
210     //
211     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
212       if (AliveBlocks.count(I)) {
213         BasicBlock *BB = I;
214         TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
215       
216         // Loop over all of the successors, looking for ones that are not alive
217         for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
218           if (!AliveBlocks.count(TI->getSuccessor(i))) {
219             // Scan up the postdominator tree, looking for the first
220             // postdominator that is alive, and the last postdominator that is
221             // dead...
222             //
223             DominatorTree::Node *LastNode = DT[TI->getSuccessor(i)];
224             DominatorTree::Node *NextNode = LastNode->getIDom();
225             while (!AliveBlocks.count(NextNode->getNode())) {
226               LastNode = NextNode;
227               NextNode = NextNode->getIDom();
228             }
229             
230             // Get the basic blocks that we need...
231             BasicBlock *LastDead = LastNode->getNode();
232             BasicBlock *NextAlive = NextNode->getNode();
233             
234             // Make the conditional branch now go to the next alive block...
235             TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
236             TI->setSuccessor(i, NextAlive);
237             
238             // If there are PHI nodes in NextAlive, we need to add entries to
239             // the PHI nodes for the new incoming edge.  The incoming values
240             // should be identical to the incoming values for LastDead.
241             //
242             for (BasicBlock::iterator II = NextAlive->begin();
243                  PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&*II); ++II) {
244               // Get the incoming value for LastDead...
245               int OldIdx = PN->getBasicBlockIndex(LastDead);
246               assert(OldIdx != -1 && "LastDead is not a pred of NextAlive!");
247               Value *InVal = PN->getIncomingValue(OldIdx);
248               
249               // Add an incoming value for BB now...
250               PN->addIncoming(InVal, BB);
251             }
252           }
253
254         // Now loop over all of the instructions in the basic block, telling
255         // dead instructions to drop their references.  This is so that the next
256         // sweep over the program can safely delete dead instructions without
257         // other dead instructions still refering to them.
258         //
259         for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = --BB->end(); I != E; ++I)
260           if (!LiveSet.count(I))                // Is this instruction alive?
261             I->dropAllReferences();             // Nope, drop references... 
262       }
263   }
264
265   // Loop over all of the basic blocks in the function, dropping references of
266   // the dead basic blocks
267   //
268   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB) {
269     if (!AliveBlocks.count(BB)) {
270       // Remove all outgoing edges from this basic block and convert the
271       // terminator into a return instruction.
272       vector<BasicBlock*> Succs(succ_begin(BB), succ_end(BB));
273       
274       if (!Succs.empty()) {
275         // Loop over all of the successors, removing this block from PHI node
276         // entries that might be in the block...
277         while (!Succs.empty()) {
278           Succs.back()->removePredecessor(BB);
279           Succs.pop_back();
280         }
281         
282         // Delete the old terminator instruction...
283         BB->getInstList().pop_back();
284         const Type *RetTy = Func->getReturnType();
285         Instruction *New = new ReturnInst(RetTy != Type::VoidTy ?
286                                           Constant::getNullValue(RetTy) : 0);
287         BB->getInstList().push_back(New);
288       }
289
290       BB->dropAllReferences();
291       ++NumBlockRemoved;
292       MadeChanges = true;
293     }
294   }
295
296   // Now loop through all of the blocks and delete the dead ones.  We can safely
297   // do this now because we know that there are no references to dead blocks
298   // (because they have dropped all of their references...  we also remove dead
299   // instructions from alive blocks.
300   //
301   for (Function::iterator BI = Func->begin(); BI != Func->end(); )
302     if (!AliveBlocks.count(BI))
303       BI = Func->getBasicBlockList().erase(BI);
304     else {
305       for (BasicBlock::iterator II = BI->begin(); II != --BI->end(); )
306         if (!LiveSet.count(II)) {             // Is this instruction alive?
307           // Nope... remove the instruction from it's basic block...
308           II = BI->getInstList().erase(II);
309           ++NumInstRemoved;
310           MadeChanges = true;
311         } else {
312           ++II;
313         }
314
315       ++BI;                                           // Increment iterator...
316     }
317
318   return MadeChanges;
319 }