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[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / ADCE.cpp
1 //===- ADCE.cpp - Code to perform agressive dead code elimination ---------===//
2 //
3 // This file implements "agressive" 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/DCE.h"
10 #include "llvm/Type.h"
11 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
12 #include "llvm/Analysis/Writer.h"
13 #include "llvm/iTerminators.h"
14 #include "llvm/iPHINode.h"
15 #include "llvm/Support/CFG.h"
16 #include "Support/STLExtras.h"
17 #include "Support/DepthFirstIterator.h"
18 #include <algorithm>
19 #include <iostream>
20 using std::cerr;
21
22 #define DEBUG_ADCE 1
23
24 //===----------------------------------------------------------------------===//
25 // ADCE Class
26 //
27 // This class does all of the work of Agressive Dead Code Elimination.
28 // It's public interface consists of a constructor and a doADCE() method.
29 //
30 class ADCE {
31   Function *M;                          // The function that we are working on
32   std::vector<Instruction*> WorkList;   // Instructions that just became live
33   std::set<Instruction*>    LiveSet;    // The set of live instructions
34   bool MadeChanges;
35
36   //===--------------------------------------------------------------------===//
37   // The public interface for this class
38   //
39 public:
40   // ADCE Ctor - Save the function to operate on...
41   inline ADCE(Function *f) : M(f), MadeChanges(false) {}
42
43   // doADCE() - Run the Agressive Dead Code Elimination algorithm, returning
44   // true if the function was modified.
45   bool doADCE(DominanceFrontier &CDG);
46
47   //===--------------------------------------------------------------------===//
48   // The implementation of this class
49   //
50 private:
51   inline void markInstructionLive(Instruction *I) {
52     if (LiveSet.count(I)) return;
53 #ifdef DEBUG_ADCE
54     cerr << "Insn Live: " << I;
55 #endif
56     LiveSet.insert(I);
57     WorkList.push_back(I);
58   }
59
60   inline void markTerminatorLive(const BasicBlock *BB) {
61 #ifdef DEBUG_ADCE
62     cerr << "Terminat Live: " << BB->getTerminator();
63 #endif
64     markInstructionLive((Instruction*)BB->getTerminator());
65   }
66
67   // fixupCFG - Walk the CFG in depth first order, eliminating references to 
68   // dead blocks.
69   //
70   BasicBlock *fixupCFG(BasicBlock *Head, std::set<BasicBlock*> &VisitedBlocks,
71                        const std::set<BasicBlock*> &AliveBlocks);
72 };
73
74
75
76 // doADCE() - Run the Agressive Dead Code Elimination algorithm, returning
77 // true if the function was modified.
78 //
79 bool ADCE::doADCE(DominanceFrontier &CDG) {
80 #ifdef DEBUG_ADCE
81   cerr << "Function: " << M;
82 #endif
83
84   // Iterate over all of the instructions in the function, eliminating trivially
85   // dead instructions, and marking instructions live that are known to be 
86   // needed.  Perform the walk in depth first order so that we avoid marking any
87   // instructions live in basic blocks that are unreachable.  These blocks will
88   // be eliminated later, along with the instructions inside.
89   //
90   for (df_iterator<Function*> BBI = df_begin(M),
91                               BBE = df_end(M);
92        BBI != BBE; ++BBI) {
93     BasicBlock *BB = *BBI;
94     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), EI = BB->end(); II != EI; ) {
95       Instruction *I = *II;
96
97       if (I->hasSideEffects() || I->getOpcode() == Instruction::Ret) {
98         markInstructionLive(I);
99       } else {
100         // Check to see if anything is trivially dead
101         if (I->use_size() == 0 && I->getType() != Type::VoidTy) {
102           // Remove the instruction from it's basic block...
103           delete BB->getInstList().remove(II);
104           MadeChanges = true;
105           continue;  // Don't increment the iterator past the current slot
106         }
107       }
108
109       ++II;  // Increment the inst iterator if the inst wasn't deleted
110     }
111   }
112
113 #ifdef DEBUG_ADCE
114   cerr << "Processing work list\n";
115 #endif
116
117   // AliveBlocks - Set of basic blocks that we know have instructions that are
118   // alive in them...
119   //
120   std::set<BasicBlock*> AliveBlocks;
121
122   // Process the work list of instructions that just became live... if they
123   // became live, then that means that all of their operands are neccesary as
124   // well... make them live as well.
125   //
126   while (!WorkList.empty()) {
127     Instruction *I = WorkList.back(); // Get an instruction that became live...
128     WorkList.pop_back();
129
130     BasicBlock *BB = I->getParent();
131     if (AliveBlocks.count(BB) == 0) {   // Basic block not alive yet...
132       // Mark the basic block as being newly ALIVE... and mark all branches that
133       // this block is control dependant on as being alive also...
134       //
135       AliveBlocks.insert(BB);   // Block is now ALIVE!
136       DominanceFrontier::const_iterator It = CDG.find(BB);
137       if (It != CDG.end()) {
138         // Get the blocks that this node is control dependant on...
139         const DominanceFrontier::DomSetType &CDB = It->second;
140         for_each(CDB.begin(), CDB.end(),   // Mark all their terminators as live
141                  bind_obj(this, &ADCE::markTerminatorLive));
142       }
143
144       // If this basic block is live, then the terminator must be as well!
145       markTerminatorLive(BB);
146     }
147
148     // Loop over all of the operands of the live instruction, making sure that
149     // they are known to be alive as well...
150     //
151     for (unsigned op = 0, End = I->getNumOperands(); op != End; ++op) {
152       if (Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(op)))
153         markInstructionLive(Operand);
154     }
155   }
156
157 #ifdef DEBUG_ADCE
158   cerr << "Current Function: X = Live\n";
159   for (Function::iterator I = M->begin(), E = M->end(); I != E; ++I)
160     for (BasicBlock::iterator BI = (*I)->begin(), BE = (*I)->end();
161          BI != BE; ++BI) {
162       if (LiveSet.count(*BI)) cerr << "X ";
163       cerr << *BI;
164     }
165 #endif
166
167   // After the worklist is processed, recursively walk the CFG in depth first
168   // order, patching up references to dead blocks...
169   //
170   std::set<BasicBlock*> VisitedBlocks;
171   BasicBlock *EntryBlock = fixupCFG(M->front(), VisitedBlocks, AliveBlocks);
172   if (EntryBlock && EntryBlock != M->front()) {
173     if (isa<PHINode>(EntryBlock->front())) {
174       // Cannot make the first block be a block with a PHI node in it! Instead,
175       // strip the first basic block of the function to contain no instructions,
176       // then add a simple branch to the "real" entry node...
177       //
178       BasicBlock *E = M->front();
179       if (!isa<TerminatorInst>(E->front()) || // Check for an actual change...
180           cast<TerminatorInst>(E->front())->getNumSuccessors() != 1 ||
181           cast<TerminatorInst>(E->front())->getSuccessor(0) != EntryBlock) {
182         E->getInstList().delete_all();      // Delete all instructions in block
183         E->getInstList().push_back(new BranchInst(EntryBlock));
184         MadeChanges = true;
185       }
186       AliveBlocks.insert(E);
187
188       // Next we need to change any PHI nodes in the entry block to refer to the
189       // new predecessor node...
190
191
192     } else {
193       // We need to move the new entry block to be the first bb of the function
194       Function::iterator EBI = find(M->begin(), M->end(), EntryBlock);
195       std::swap(*EBI, *M->begin());  // Exchange old location with start of fn
196       MadeChanges = true;
197     }
198   }
199
200   // Now go through and tell dead blocks to drop all of their references so they
201   // can be safely deleted.
202   //
203   for (Function::iterator BI = M->begin(), BE = M->end(); BI != BE; ++BI) {
204     BasicBlock *BB = *BI;
205     if (!AliveBlocks.count(BB)) {
206       BB->dropAllReferences();
207     }
208   }
209
210   // Now loop through all of the blocks and delete them.  We can safely do this
211   // now because we know that there are no references to dead blocks (because
212   // they have dropped all of their references...
213   //
214   for (Function::iterator BI = M->begin(); BI != M->end();) {
215     if (!AliveBlocks.count(*BI)) {
216       delete M->getBasicBlocks().remove(BI);
217       MadeChanges = true;
218       continue;                                     // Don't increment iterator
219     }
220     ++BI;                                           // Increment iterator...
221   }
222
223   return MadeChanges;
224 }
225
226
227 // fixupCFG - Walk the CFG in depth first order, eliminating references to 
228 // dead blocks:
229 //  If the BB is alive (in AliveBlocks):
230 //   1. Eliminate all dead instructions in the BB
231 //   2. Recursively traverse all of the successors of the BB:
232 //      - If the returned successor is non-null, update our terminator to
233 //         reference the returned BB
234 //   3. Return 0 (no update needed)
235 //
236 //  If the BB is dead (not in AliveBlocks):
237 //   1. Add the BB to the dead set
238 //   2. Recursively traverse all of the successors of the block:
239 //      - Only one shall return a nonnull value (or else this block should have
240 //        been in the alive set).
241 //   3. Return the nonnull child, or 0 if no non-null children.
242 //
243 BasicBlock *ADCE::fixupCFG(BasicBlock *BB, std::set<BasicBlock*> &VisitedBlocks,
244                            const std::set<BasicBlock*> &AliveBlocks) {
245   if (VisitedBlocks.count(BB)) return 0;   // Revisiting a node? No update.
246   VisitedBlocks.insert(BB);                // We have now visited this node!
247
248 #ifdef DEBUG_ADCE
249   cerr << "Fixing up BB: " << BB;
250 #endif
251
252   if (AliveBlocks.count(BB)) {             // Is the block alive?
253     // Yes it's alive: loop through and eliminate all dead instructions in block
254     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); II != BB->end()-1; ) {
255       Instruction *I = *II;
256       if (!LiveSet.count(I)) {             // Is this instruction alive?
257         // Nope... remove the instruction from it's basic block...
258         delete BB->getInstList().remove(II);
259         MadeChanges = true;
260         continue;                          // Don't increment II
261       }
262       ++II;
263     }
264
265     // Recursively traverse successors of this basic block.  
266     for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), SE = succ_end(BB); SI != SE; ++SI) {
267       BasicBlock *Succ = *SI;
268       BasicBlock *Repl = fixupCFG(Succ, VisitedBlocks, AliveBlocks);
269       if (Repl && Repl != Succ) {          // We have to replace the successor
270         Succ->replaceAllUsesWith(Repl);
271         MadeChanges = true;
272       }
273     }
274     return BB;
275   } else {                                 // Otherwise the block is dead...
276     BasicBlock *ReturnBB = 0;              // Default to nothing live down here
277     
278     // Recursively traverse successors of this basic block.  
279     for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), SE = succ_end(BB); SI != SE; ++SI) {
280       BasicBlock *RetBB = fixupCFG(*SI, VisitedBlocks, AliveBlocks);
281       if (RetBB) {
282         assert(ReturnBB == 0 && "One one live child allowed!");
283         ReturnBB = RetBB;
284       }
285     }
286     return ReturnBB;                       // Return the result of traversal
287   }
288 }
289
290 namespace {
291   struct AgressiveDCE : public FunctionPass {
292     const char *getPassName() const {return "Aggressive Dead Code Elimination";}
293
294     // doADCE - Execute the Agressive Dead Code Elimination Algorithm
295     //
296     virtual bool runOnFunction(Function *F) {
297       return ADCE(F).doADCE(
298                   getAnalysis<DominanceFrontier>(DominanceFrontier::PostDomID));
299     }
300     // getAnalysisUsage - We require post dominance frontiers (aka Control
301     // Dependence Graph)
302     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
303       AU.addRequired(DominanceFrontier::PostDomID);
304     }
305   };
306 }
307
308 Pass *createAgressiveDCEPass() {
309   return new AgressiveDCE();
310 }