Implement PR1822
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / ADCE.cpp
1 //===- ADCE.cpp - Code to perform aggressive dead code elimination --------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements "aggressive" dead code elimination.  ADCE is DCe where
11 // values are assumed to be dead until proven otherwise.  This is similar to
12 // SCCP, except applied to the liveness of values.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #define DEBUG_TYPE "adce"
17 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
18 #include "llvm/Constants.h"
19 #include "llvm/Instructions.h"
20 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
21 #include "llvm/Analysis/PostDominators.h"
22 #include "llvm/Support/CFG.h"
23 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
24 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
25 #include "llvm/Transforms/Utils/UnifyFunctionExitNodes.h"
26 #include "llvm/Support/Debug.h"
27 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
28 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
29 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
30 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
31 #include "llvm/Support/Compiler.h"
32 #include <algorithm>
33 using namespace llvm;
34
35 STATISTIC(NumBlockRemoved, "Number of basic blocks removed");
36 STATISTIC(NumInstRemoved , "Number of instructions removed");
37 STATISTIC(NumCallRemoved , "Number of calls removed");
38
39 namespace {
40 //===----------------------------------------------------------------------===//
41 // ADCE Class
42 //
43 // This class does all of the work of Aggressive Dead Code Elimination.
44 // It's public interface consists of a constructor and a doADCE() method.
45 //
46 class VISIBILITY_HIDDEN ADCE : public FunctionPass {
47   Function *Func;                       // The function that we are working on
48   std::vector<Instruction*> WorkList;   // Instructions that just became live
49   std::set<Instruction*>    LiveSet;    // The set of live instructions
50
51   //===--------------------------------------------------------------------===//
52   // The public interface for this class
53   //
54 public:
55   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
56   ADCE() : FunctionPass((intptr_t)&ID) {}
57
58   // Execute the Aggressive Dead Code Elimination Algorithm
59   //
60   virtual bool runOnFunction(Function &F) {
61     Func = &F;
62     bool Changed = doADCE();
63     assert(WorkList.empty());
64     LiveSet.clear();
65     return Changed;
66   }
67   // getAnalysisUsage - We require post dominance frontiers (aka Control
68   // Dependence Graph)
69   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
70     // We require that all function nodes are unified, because otherwise code
71     // can be marked live that wouldn't necessarily be otherwise.
72     AU.addRequired<UnifyFunctionExitNodes>();
73     AU.addRequired<AliasAnalysis>();
74     AU.addRequired<PostDominatorTree>();
75     AU.addRequired<PostDominanceFrontier>();
76   }
77
78
79   //===--------------------------------------------------------------------===//
80   // The implementation of this class
81   //
82 private:
83   // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
84   // true if the function was modified.
85   //
86   bool doADCE();
87
88   void markBlockAlive(BasicBlock *BB);
89
90
91   // deleteDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the instructions in
92   // the specified basic block, deleting ones that are dead according to
93   // LiveSet.
94   bool deleteDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB);
95
96   TerminatorInst *convertToUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI);
97
98   inline void markInstructionLive(Instruction *I) {
99     if (!LiveSet.insert(I).second) return;
100     DOUT << "Insn Live: " << *I;
101     WorkList.push_back(I);
102   }
103
104   inline void markTerminatorLive(const BasicBlock *BB) {
105     DOUT << "Terminator Live: " << *BB->getTerminator();
106     markInstructionLive(const_cast<TerminatorInst*>(BB->getTerminator()));
107   }
108 };
109
110   char ADCE::ID = 0;
111   RegisterPass<ADCE> X("adce", "Aggressive Dead Code Elimination");
112 } // End of anonymous namespace
113
114 FunctionPass *llvm::createAggressiveDCEPass() { return new ADCE(); }
115
116 void ADCE::markBlockAlive(BasicBlock *BB) {
117   // Mark the basic block as being newly ALIVE... and mark all branches that
118   // this block is control dependent on as being alive also...
119   //
120   PostDominanceFrontier &CDG = getAnalysis<PostDominanceFrontier>();
121
122   PostDominanceFrontier::const_iterator It = CDG.find(BB);
123   if (It != CDG.end()) {
124     // Get the blocks that this node is control dependent on...
125     const PostDominanceFrontier::DomSetType &CDB = It->second;
126     for (PostDominanceFrontier::DomSetType::const_iterator I =
127            CDB.begin(), E = CDB.end(); I != E; ++I)
128       markTerminatorLive(*I);   // Mark all their terminators as live
129   }
130
131   // If this basic block is live, and it ends in an unconditional branch, then
132   // the branch is alive as well...
133   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
134     if (BI->isUnconditional())
135       markTerminatorLive(BB);
136 }
137
138 // deleteDeadInstructionsInLiveBlock - Loop over all of the instructions in the
139 // specified basic block, deleting ones that are dead according to LiveSet.
140 bool ADCE::deleteDeadInstructionsInLiveBlock(BasicBlock *BB) {
141   bool Changed = false;
142   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = --BB->end(); II != E; ) {
143     Instruction *I = II++;
144     if (!LiveSet.count(I)) {              // Is this instruction alive?
145       if (!I->use_empty())
146         I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
147
148       // Nope... remove the instruction from it's basic block...
149       if (isa<CallInst>(I))
150         ++NumCallRemoved;
151       else
152         ++NumInstRemoved;
153       BB->getInstList().erase(I);
154       Changed = true;
155     }
156   }
157   return Changed;
158 }
159
160
161 /// convertToUnconditionalBranch - Transform this conditional terminator
162 /// instruction into an unconditional branch because we don't care which of the
163 /// successors it goes to.  This eliminate a use of the condition as well.
164 ///
165 TerminatorInst *ADCE::convertToUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI) {
166   BranchInst *NB = new BranchInst(TI->getSuccessor(0), TI);
167   BasicBlock *BB = TI->getParent();
168
169   // Remove entries from PHI nodes to avoid confusing ourself later...
170   for (unsigned i = 1, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
171     TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
172
173   // Delete the old branch itself...
174   BB->getInstList().erase(TI);
175   return NB;
176 }
177
178
179 // doADCE() - Run the Aggressive Dead Code Elimination algorithm, returning
180 // true if the function was modified.
181 //
182 bool ADCE::doADCE() {
183   bool MadeChanges = false;
184
185   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
186
187   // Iterate over all of the instructions in the function, eliminating trivially
188   // dead instructions, and marking instructions live that are known to be
189   // needed.  Perform the walk in depth first order so that we avoid marking any
190   // instructions live in basic blocks that are unreachable.  These blocks will
191   // be eliminated later, along with the instructions inside.
192   //
193   std::set<BasicBlock*> ReachableBBs;
194   for (df_ext_iterator<BasicBlock*>
195          BBI = df_ext_begin(&Func->front(), ReachableBBs),
196          BBE = df_ext_end(&Func->front(), ReachableBBs); BBI != BBE; ++BBI) {
197     BasicBlock *BB = *BBI;
198     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), EI = BB->end(); II != EI; ) {
199       Instruction *I = II++;
200       if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
201         Function *F = CI->getCalledFunction();
202         if (F && AA.onlyReadsMemory(F)) {
203           if (CI->use_empty()) {
204             BB->getInstList().erase(CI);
205             ++NumCallRemoved;
206           }
207         } else {
208           markInstructionLive(I);
209         }
210       } else if (I->mayWriteToMemory() || isa<ReturnInst>(I) ||
211                  isa<UnwindInst>(I) || isa<UnreachableInst>(I)) {
212         // FIXME: Unreachable instructions should not be marked intrinsically
213         // live here.
214         markInstructionLive(I);
215       } else if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
216         // Remove the instruction from it's basic block...
217         BB->getInstList().erase(I);
218         ++NumInstRemoved;
219       }
220     }
221   }
222
223   // Check to ensure we have an exit node for this CFG.  If we don't, we won't
224   // have any post-dominance information, thus we cannot perform our
225   // transformations safely.
226   //
227   PostDominatorTree &DT = getAnalysis<PostDominatorTree>();
228   if (DT[&Func->getEntryBlock()] == 0) {
229     WorkList.clear();
230     return MadeChanges;
231   }
232
233   // Scan the function marking blocks without post-dominance information as
234   // live.  Blocks without post-dominance information occur when there is an
235   // infinite loop in the program.  Because the infinite loop could contain a
236   // function which unwinds, exits or has side-effects, we don't want to delete
237   // the infinite loop or those blocks leading up to it.
238   for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
239     if (DT[I] == 0 && ReachableBBs.count(I))
240       for (pred_iterator PI = pred_begin(I), E = pred_end(I); PI != E; ++PI)
241         markInstructionLive((*PI)->getTerminator());
242
243   DOUT << "Processing work list\n";
244
245   // AliveBlocks - Set of basic blocks that we know have instructions that are
246   // alive in them...
247   //
248   std::set<BasicBlock*> AliveBlocks;
249
250   // Process the work list of instructions that just became live... if they
251   // became live, then that means that all of their operands are necessary as
252   // well... make them live as well.
253   //
254   while (!WorkList.empty()) {
255     Instruction *I = WorkList.back(); // Get an instruction that became live...
256     WorkList.pop_back();
257
258     BasicBlock *BB = I->getParent();
259     if (!ReachableBBs.count(BB)) continue;
260     if (AliveBlocks.insert(BB).second)     // Basic block not alive yet.
261       markBlockAlive(BB);             // Make it so now!
262
263     // PHI nodes are a special case, because the incoming values are actually
264     // defined in the predecessor nodes of this block, meaning that the PHI
265     // makes the predecessors alive.
266     //
267     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
268       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
269         // If the incoming edge is clearly dead, it won't have control
270         // dependence information.  Do not mark it live.
271         BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
272         if (ReachableBBs.count(PredBB)) {
273           // FIXME: This should mark the control dependent edge as live, not
274           // necessarily the predecessor itself!
275           if (AliveBlocks.insert(PredBB).second)
276             markBlockAlive(PN->getIncomingBlock(i));   // Block is newly ALIVE!
277           if (Instruction *Op = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(i)))
278             markInstructionLive(Op);
279         }
280       }
281     } else {
282       // Loop over all of the operands of the live instruction, making sure that
283       // they are known to be alive as well.
284       //
285       for (unsigned op = 0, End = I->getNumOperands(); op != End; ++op)
286         if (Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(op)))
287           markInstructionLive(Operand);
288     }
289   }
290
291   DEBUG(
292     DOUT << "Current Function: X = Live\n";
293     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I){
294       DOUT << I->getName() << ":\t"
295            << (AliveBlocks.count(I) ? "LIVE\n" : "DEAD\n");
296       for (BasicBlock::iterator BI = I->begin(), BE = I->end(); BI != BE; ++BI){
297         if (LiveSet.count(BI)) DOUT << "X ";
298         DOUT << *BI;
299       }
300     });
301
302   // All blocks being live is a common case, handle it specially.
303   if (AliveBlocks.size() == Func->size()) {  // No dead blocks?
304     for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I) {
305       // Loop over all of the instructions in the function deleting instructions
306       // to drop their references.
307       deleteDeadInstructionsInLiveBlock(I);
308
309       // Check to make sure the terminator instruction is live.  If it isn't,
310       // this means that the condition that it branches on (we know it is not an
311       // unconditional branch), is not needed to make the decision of where to
312       // go to, because all outgoing edges go to the same place.  We must remove
313       // the use of the condition (because it's probably dead), so we convert
314       // the terminator to an unconditional branch.
315       //
316       TerminatorInst *TI = I->getTerminator();
317       if (!LiveSet.count(TI))
318         convertToUnconditionalBranch(TI);
319     }
320
321     return MadeChanges;
322   }
323
324
325   // If the entry node is dead, insert a new entry node to eliminate the entry
326   // node as a special case.
327   //
328   if (!AliveBlocks.count(&Func->front())) {
329     BasicBlock *NewEntry = new BasicBlock();
330     new BranchInst(&Func->front(), NewEntry);
331     Func->getBasicBlockList().push_front(NewEntry);
332     AliveBlocks.insert(NewEntry);    // This block is always alive!
333     LiveSet.insert(NewEntry->getTerminator());  // The branch is live
334   }
335
336   // Loop over all of the alive blocks in the function.  If any successor
337   // blocks are not alive, we adjust the outgoing branches to branch to the
338   // first live postdominator of the live block, adjusting any PHI nodes in
339   // the block to reflect this.
340   //
341   for (Function::iterator I = Func->begin(), E = Func->end(); I != E; ++I)
342     if (AliveBlocks.count(I)) {
343       BasicBlock *BB = I;
344       TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
345
346       // If the terminator instruction is alive, but the block it is contained
347       // in IS alive, this means that this terminator is a conditional branch on
348       // a condition that doesn't matter.  Make it an unconditional branch to
349       // ONE of the successors.  This has the side effect of dropping a use of
350       // the conditional value, which may also be dead.
351       if (!LiveSet.count(TI))
352         TI = convertToUnconditionalBranch(TI);
353
354       // Loop over all of the successors, looking for ones that are not alive.
355       // We cannot save the number of successors in the terminator instruction
356       // here because we may remove them if we don't have a postdominator.
357       //
358       for (unsigned i = 0; i != TI->getNumSuccessors(); ++i)
359         if (!AliveBlocks.count(TI->getSuccessor(i))) {
360           // Scan up the postdominator tree, looking for the first
361           // postdominator that is alive, and the last postdominator that is
362           // dead...
363           //
364           DomTreeNode *LastNode = DT[TI->getSuccessor(i)];
365           DomTreeNode *NextNode = 0;
366
367           if (LastNode) {
368             NextNode = LastNode->getIDom();
369             while (!AliveBlocks.count(NextNode->getBlock())) {
370               LastNode = NextNode;
371               NextNode = NextNode->getIDom();
372               if (NextNode == 0) {
373                 LastNode = 0;
374                 break;
375               }
376             }
377           }
378
379           // There is a special case here... if there IS no post-dominator for
380           // the block we have nowhere to point our branch to.  Instead, convert
381           // it to a return.  This can only happen if the code branched into an
382           // infinite loop.  Note that this may not be desirable, because we
383           // _are_ altering the behavior of the code.  This is a well known
384           // drawback of ADCE, so in the future if we choose to revisit the
385           // decision, this is where it should be.
386           //
387           if (LastNode == 0) {        // No postdominator!
388             if (!isa<InvokeInst>(TI)) {
389               // Call RemoveSuccessor to transmogrify the terminator instruction
390               // to not contain the outgoing branch, or to create a new
391               // terminator if the form fundamentally changes (i.e.,
392               // unconditional branch to return).  Note that this will change a
393               // branch into an infinite loop into a return instruction!
394               //
395               RemoveSuccessor(TI, i);
396
397               // RemoveSuccessor may replace TI... make sure we have a fresh
398               // pointer.
399               //
400               TI = BB->getTerminator();
401
402               // Rescan this successor...
403               --i;
404             } else {
405
406             }
407           } else {
408             // Get the basic blocks that we need...
409             BasicBlock *LastDead = LastNode->getBlock();
410             BasicBlock *NextAlive = NextNode->getBlock();
411
412             // Make the conditional branch now go to the next alive block...
413             TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
414             TI->setSuccessor(i, NextAlive);
415
416             // If there are PHI nodes in NextAlive, we need to add entries to
417             // the PHI nodes for the new incoming edge.  The incoming values
418             // should be identical to the incoming values for LastDead.
419             //
420             for (BasicBlock::iterator II = NextAlive->begin();
421                  isa<PHINode>(II); ++II) {
422               PHINode *PN = cast<PHINode>(II);
423               if (LiveSet.count(PN)) {  // Only modify live phi nodes
424                 // Get the incoming value for LastDead...
425                 int OldIdx = PN->getBasicBlockIndex(LastDead);
426                 assert(OldIdx != -1 &&"LastDead is not a pred of NextAlive!");
427                 Value *InVal = PN->getIncomingValue(OldIdx);
428
429                 // Add an incoming value for BB now...
430                 PN->addIncoming(InVal, BB);
431               }
432             }
433           }
434         }
435
436       // Now loop over all of the instructions in the basic block, deleting
437       // dead instructions.  This is so that the next sweep over the program
438       // can safely delete dead instructions without other dead instructions
439       // still referring to them.
440       //
441       deleteDeadInstructionsInLiveBlock(BB);
442     }
443
444   // Loop over all of the basic blocks in the function, dropping references of
445   // the dead basic blocks.  We must do this after the previous step to avoid
446   // dropping references to PHIs which still have entries...
447   //
448   std::vector<BasicBlock*> DeadBlocks;
449   for (Function::iterator BB = Func->begin(), E = Func->end(); BB != E; ++BB)
450     if (!AliveBlocks.count(BB)) {
451       // Remove PHI node entries for this block in live successor blocks.
452       for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
453         if (!SI->empty() && isa<PHINode>(SI->front()) && AliveBlocks.count(*SI))
454           (*SI)->removePredecessor(BB);
455
456       BB->dropAllReferences();
457       MadeChanges = true;
458       DeadBlocks.push_back(BB);
459     }
460
461   NumBlockRemoved += DeadBlocks.size();
462
463   // Now loop through all of the blocks and delete the dead ones.  We can safely
464   // do this now because we know that there are no references to dead blocks
465   // (because they have dropped all of their references).
466   for (std::vector<BasicBlock*>::iterator I = DeadBlocks.begin(),
467          E = DeadBlocks.end(); I != E; ++I)
468     Func->getBasicBlockList().erase(*I);
469
470   return MadeChanges;
471 }