lib/Transforms/Scalar/LoopUnswitch.cpp

   1 //===-- LoopUnswitch.cpp - Hoist loop-invariant conditionals in loop ------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This pass transforms loops that contain branches on loop-invariant conditions
  11 // to have multiple loops.  For example, it turns the left into the right code:
  12 //
  13 //  for (...)                  if (lic)
  14 //    A                          for (...)
  15 //    if (lic)                     A; B; C
  16 //      B                      else
  17 //    C                          for (...)
  18 //                                 A; C
  19 //
  20 // This can increase the size of the code exponentially (doubling it every time
  21 // a loop is unswitched) so we only unswitch if the resultant code will be
  22 // smaller than a threshold.
  23 //
  24 // This pass expects LICM to be run before it to hoist invariant conditions out
  25 // of the loop, to make the unswitching opportunity obvious.
  26 //
  27 //===----------------------------------------------------------------------===//
  28
  29 #define DEBUG_TYPE "loop-unswitch"
  30 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  31 #include "llvm/Constants.h"
  32 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  33 #include "llvm/Function.h"
  34 #include "llvm/Instructions.h"
  35 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
  36 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
  37 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
  38 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
  39 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
  40 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
  41 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
  42 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  43 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
  44 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  45 #include "llvm/Support/Compiler.h"
  46 #include "llvm/Support/Debug.h"
  47 #include <algorithm>
  48 #include <set>
  49 using namespace llvm;
  50
  51 STATISTIC(NumBranches, "Number of branches unswitched");
  52 STATISTIC(NumSwitches, "Number of switches unswitched");
  53 STATISTIC(NumSelects , "Number of selects unswitched");
  54 STATISTIC(NumTrivial , "Number of unswitches that are trivial");
  55 STATISTIC(NumSimplify, "Number of simplifications of unswitched code");
  56
  57 static cl::opt<unsigned>
  58 Threshold("loop-unswitch-threshold", cl::desc("Max loop size to unswitch"),
  59           cl::init(10), cl::Hidden);
  60
  61 namespace {
  62   class VISIBILITY_HIDDEN LoopUnswitch : public LoopPass {
  63     LoopInfo *LI;  // Loop information
  64     LPPassManager *LPM;
  65
  66     // LoopProcessWorklist - Used to check if second loop needs processing
  67     // after RewriteLoopBodyWithConditionConstant rewrites first loop.
  68     std::vector<Loop*> LoopProcessWorklist;
  69     SmallPtrSet<Value *,8> UnswitchedVals;
  70
  71     bool OptimizeForSize;
  72     bool redoLoop;
  73
  74     DominanceFrontier *DF;
  75     DominatorTree *DT;
  76
  77     /// LoopDF - Loop's dominance frontier. This set is a collection of
  78     /// loop exiting blocks' DF member blocks. However this does set does not
  79     /// includes basic blocks that are inside loop.
  80     SmallPtrSet<BasicBlock *, 8> LoopDF;
  81
  82     /// OrigLoopExitMap - This is used to map loop exiting block with
  83     /// corresponding loop exit block, before updating CFG.
  84     DenseMap<BasicBlock *, BasicBlock *> OrigLoopExitMap;
  85   public:
  86     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
  87     explicit LoopUnswitch(bool Os = false) :
  88       LoopPass((intptr_t)&ID), OptimizeForSize(Os), redoLoop(false) {}
  89
  90     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
  91     bool processLoop(Loop *L);
  92
  93     /// This transformation requires natural loop information & requires that
  94     /// loop preheaders be inserted into the CFG...
  95     ///
  96     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  97       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
  98       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
  99       AU.addRequired<LoopInfo>();
 100       AU.addPreserved<LoopInfo>();
 101       AU.addRequiredID(LCSSAID);
 102       AU.addPreservedID(LCSSAID);
 103       AU.addPreserved<DominatorTree>();
 104       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
 105     }
 106
 107   private:
 108
 109     /// RemoveLoopFromWorklist - If the specified loop is on the loop worklist,
 110     /// remove it.
 111     void RemoveLoopFromWorklist(Loop *L) {
 112       std::vector<Loop*>::iterator I = std::find(LoopProcessWorklist.begin(),
 113                                                  LoopProcessWorklist.end(), L);
 114       if (I != LoopProcessWorklist.end())
 115         LoopProcessWorklist.erase(I);
 116     }
 117
 118     /// Split all of the edges from inside the loop to their exit blocks.
 119     /// Update the appropriate Phi nodes as we do so.
 120     void SplitExitEdges(Loop *L, const SmallVector<BasicBlock *, 8> &ExitBlocks,
 121                         SmallVector<BasicBlock *, 8> &MiddleBlocks);
 122
 123     /// If BB's dominance frontier  has a member that is not part of loop L then
 124     /// remove it. Add NewDFMember in BB's dominance frontier.
 125     void ReplaceLoopExternalDFMember(Loop *L, BasicBlock *BB,
 126                                      BasicBlock *NewDFMember);
 127
 128     bool UnswitchIfProfitable(Value *LoopCond, Constant *Val,Loop *L);
 129     unsigned getLoopUnswitchCost(Loop *L, Value *LIC);
 130     void UnswitchTrivialCondition(Loop *L, Value *Cond, Constant *Val,
 131                                   BasicBlock *ExitBlock);
 132     void UnswitchNontrivialCondition(Value *LIC, Constant *OnVal, Loop *L);
 133
 134     void RewriteLoopBodyWithConditionConstant(Loop *L, Value *LIC,
 135                                               Constant *Val, bool isEqual);
 136
 137     void EmitPreheaderBranchOnCondition(Value *LIC, Constant *Val,
 138                                         BasicBlock *TrueDest,
 139                                         BasicBlock *FalseDest,
 140                                         Instruction *InsertPt);
 141
 142     void SimplifyCode(std::vector<Instruction*> &Worklist, Loop *L);
 143     void RemoveBlockIfDead(BasicBlock *BB,
 144                            std::vector<Instruction*> &Worklist, Loop *l);
 145     void RemoveLoopFromHierarchy(Loop *L);
 146   };
 147 }
 148 char LoopUnswitch::ID = 0;
 149 static RegisterPass<LoopUnswitch> X("loop-unswitch", "Unswitch loops");
 150
 151 LoopPass *llvm::createLoopUnswitchPass(bool Os) {
 152   return new LoopUnswitch(Os);
 153 }
 154
 155 /// FindLIVLoopCondition - Cond is a condition that occurs in L.  If it is
 156 /// invariant in the loop, or has an invariant piece, return the invariant.
 157 /// Otherwise, return null.
 158 static Value *FindLIVLoopCondition(Value *Cond, Loop *L, bool &Changed) {
 159   // Constants should be folded, not unswitched on!
 160   if (isa<Constant>(Cond)) return false;
 161
 162   // TODO: Handle: br (VARIANT|INVARIANT).
 163   // TODO: Hoist simple expressions out of loops.
 164   if (L->isLoopInvariant(Cond)) return Cond;
 165
 166   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Cond))
 167     if (BO->getOpcode() == Instruction::And ||
 168         BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
 169       // If either the left or right side is invariant, we can unswitch on this,
 170       // which will cause the branch to go away in one loop and the condition to
 171       // simplify in the other one.
 172       if (Value *LHS = FindLIVLoopCondition(BO->getOperand(0), L, Changed))
 173         return LHS;
 174       if (Value *RHS = FindLIVLoopCondition(BO->getOperand(1), L, Changed))
 175         return RHS;
 176     }
 177
 178   return 0;
 179 }
 180
 181 bool LoopUnswitch::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM_Ref) {
 182   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
 183   LPM = &LPM_Ref;
 184   DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>();
 185   DT = getAnalysisToUpdate<DominatorTree>();
 186
 187   bool Changed = false;
 188
 189   do {
 190     redoLoop = false;
 191     Changed |= processLoop(L);
 192   } while(redoLoop);
 193
 194   return Changed;
 195 }
 196
 197 /// processLoop - Do actual work and unswitch loop if possible and profitable.
 198 bool LoopUnswitch::processLoop(Loop *L) {
 199   assert(L->isLCSSAForm());
 200   bool Changed = false;
 201
 202   // Loop over all of the basic blocks in the loop.  If we find an interior
 203   // block that is branching on a loop-invariant condition, we can unswitch this
 204   // loop.
 205   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
 206        I != E; ++I) {
 207     TerminatorInst *TI = (*I)->getTerminator();
 208     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
 209       // If this isn't branching on an invariant condition, we can't unswitch
 210       // it.
 211       if (BI->isConditional()) {
 212         // See if this, or some part of it, is loop invariant.  If so, we can
 213         // unswitch on it if we desire.
 214         Value *LoopCond = FindLIVLoopCondition(BI->getCondition(), L, Changed);
 215         if (LoopCond && UnswitchIfProfitable(LoopCond, ConstantInt::getTrue(),
 216                                              L)) {
 217           ++NumBranches;
 218           return true;
 219         }
 220       }
 221     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
 222       Value *LoopCond = FindLIVLoopCondition(SI->getCondition(), L, Changed);
 223       if (LoopCond && SI->getNumCases() > 1) {
 224         // Find a value to unswitch on:
 225         // FIXME: this should chose the most expensive case!
 226         Constant *UnswitchVal = SI->getCaseValue(1);
 227         // Do not process same value again and again.
 228         if (!UnswitchedVals.insert(UnswitchVal))
 229           continue;
 230
 231         if (UnswitchIfProfitable(LoopCond, UnswitchVal, L)) {
 232           ++NumSwitches;
 233           return true;
 234         }
 235       }
 236     }
 237
 238     // Scan the instructions to check for unswitchable values.
 239     for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin(), E = (*I)->end();
 240          BBI != E; ++BBI)
 241       if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(BBI)) {
 242         Value *LoopCond = FindLIVLoopCondition(SI->getCondition(), L, Changed);
 243         if (LoopCond && UnswitchIfProfitable(LoopCond, ConstantInt::getTrue(),
 244                                              L)) {
 245           ++NumSelects;
 246           return true;
 247         }
 248       }
 249   }
 250
 251   assert(L->isLCSSAForm());
 252
 253   return Changed;
 254 }
 255
 256 /// isTrivialLoopExitBlock - Check to see if all paths from BB either:
 257 ///   1. Exit the loop with no side effects.
 258 ///   2. Branch to the latch block with no side-effects.
 259 ///
 260 /// If these conditions are true, we return true and set ExitBB to the block we
 261 /// exit through.
 262 ///
 263 static bool isTrivialLoopExitBlockHelper(Loop *L, BasicBlock *BB,
 264                                          BasicBlock *&ExitBB,
 265                                          std::set<BasicBlock*> &Visited) {
 266   if (!Visited.insert(BB).second) {
 267     // Already visited and Ok, end of recursion.
 268     return true;
 269   } else if (!L->contains(BB)) {
 270     // Otherwise, this is a loop exit, this is fine so long as this is the
 271     // first exit.
 272     if (ExitBB != 0) return false;
 273     ExitBB = BB;
 274     return true;
 275   }
 276
 277   // Otherwise, this is an unvisited intra-loop node.  Check all successors.
 278   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI) {
 279     // Check to see if the successor is a trivial loop exit.
 280     if (!isTrivialLoopExitBlockHelper(L, *SI, ExitBB, Visited))
 281       return false;
 282   }
 283
 284   // Okay, everything after this looks good, check to make sure that this block
 285   // doesn't include any side effects.
 286   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
 287     if (I->mayWriteToMemory())
 288       return false;
 289
 290   return true;
 291 }
 292
 293 /// isTrivialLoopExitBlock - Return true if the specified block unconditionally
 294 /// leads to an exit from the specified loop, and has no side-effects in the
 295 /// process.  If so, return the block that is exited to, otherwise return null.
 296 static BasicBlock *isTrivialLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *BB) {
 297   std::set<BasicBlock*> Visited;
 298   Visited.insert(L->getHeader());  // Branches to header are ok.
 299   BasicBlock *ExitBB = 0;
 300   if (isTrivialLoopExitBlockHelper(L, BB, ExitBB, Visited))
 301     return ExitBB;
 302   return 0;
 303 }
 304
 305 /// IsTrivialUnswitchCondition - Check to see if this unswitch condition is
 306 /// trivial: that is, that the condition controls whether or not the loop does
 307 /// anything at all.  If this is a trivial condition, unswitching produces no
 308 /// code duplications (equivalently, it produces a simpler loop and a new empty
 309 /// loop, which gets deleted).
 310 ///
 311 /// If this is a trivial condition, return true, otherwise return false.  When
 312 /// returning true, this sets Cond and Val to the condition that controls the
 313 /// trivial condition: when Cond dynamically equals Val, the loop is known to
 314 /// exit.  Finally, this sets LoopExit to the BB that the loop exits to when
 315 /// Cond == Val.
 316 ///
 317 static bool IsTrivialUnswitchCondition(Loop *L, Value *Cond, Constant **Val = 0,
 318                                        BasicBlock **LoopExit = 0) {
 319   BasicBlock *Header = L->getHeader();
 320   TerminatorInst *HeaderTerm = Header->getTerminator();
 321
 322   BasicBlock *LoopExitBB = 0;
 323   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(HeaderTerm)) {
 324     // If the header block doesn't end with a conditional branch on Cond, we
 325     // can't handle it.
 326     if (!BI->isConditional() || BI->getCondition() != Cond)
 327       return false;
 328
 329     // Check to see if a successor of the branch is guaranteed to go to the
 330     // latch block or exit through a one exit block without having any
 331     // side-effects.  If so, determine the value of Cond that causes it to do
 332     // this.
 333     if ((LoopExitBB = isTrivialLoopExitBlock(L, BI->getSuccessor(0)))) {
 334       if (Val) *Val = ConstantInt::getTrue();
 335     } else if ((LoopExitBB = isTrivialLoopExitBlock(L, BI->getSuccessor(1)))) {
 336       if (Val) *Val = ConstantInt::getFalse();
 337     }
 338   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(HeaderTerm)) {
 339     // If this isn't a switch on Cond, we can't handle it.
 340     if (SI->getCondition() != Cond) return false;
 341
 342     // Check to see if a successor of the switch is guaranteed to go to the
 343     // latch block or exit through a one exit block without having any
 344     // side-effects.  If so, determine the value of Cond that causes it to do
 345     // this.  Note that we can't trivially unswitch on the default case.
 346     for (unsigned i = 1, e = SI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
 347       if ((LoopExitBB = isTrivialLoopExitBlock(L, SI->getSuccessor(i)))) {
 348         // Okay, we found a trivial case, remember the value that is trivial.
 349         if (Val) *Val = SI->getCaseValue(i);
 350         break;
 351       }
 352   }
 353
 354   // If we didn't find a single unique LoopExit block, or if the loop exit block
 355   // contains phi nodes, this isn't trivial.
 356   if (!LoopExitBB || isa<PHINode>(LoopExitBB->begin()))
 357     return false;   // Can't handle this.
 358
 359   if (LoopExit) *LoopExit = LoopExitBB;
 360
 361   // We already know that nothing uses any scalar values defined inside of this
 362   // loop.  As such, we just have to check to see if this loop will execute any
 363   // side-effecting instructions (e.g. stores, calls, volatile loads) in the
 364   // part of the loop that the code *would* execute.  We already checked the
 365   // tail, check the header now.
 366   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin(), E = Header->end(); I != E; ++I)
 367     if (I->mayWriteToMemory())
 368       return false;
 369   return true;
 370 }
 371
 372 /// getLoopUnswitchCost - Return the cost (code size growth) that will happen if
 373 /// we choose to unswitch the specified loop on the specified value.
 374 ///
 375 unsigned LoopUnswitch::getLoopUnswitchCost(Loop *L, Value *LIC) {
 376   // If the condition is trivial, always unswitch.  There is no code growth for
 377   // this case.
 378   if (IsTrivialUnswitchCondition(L, LIC))
 379     return 0;
 380
 381   // FIXME: This is really overly conservative.  However, more liberal
 382   // estimations have thus far resulted in excessive unswitching, which is bad
 383   // both in compile time and in code size.  This should be replaced once
 384   // someone figures out how a good estimation.
 385   return L->getBlocks().size();
 386
 387   unsigned Cost = 0;
 388   // FIXME: this is brain dead.  It should take into consideration code
 389   // shrinkage.
 390   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
 391        I != E; ++I) {
 392     BasicBlock *BB = *I;
 393     // Do not include empty blocks in the cost calculation.  This happen due to
 394     // loop canonicalization and will be removed.
 395     if (BB->begin() == BasicBlock::iterator(BB->getTerminator()))
 396       continue;
 397
 398     // Count basic blocks.
 399     ++Cost;
 400   }
 401
 402   return Cost;
 403 }
 404
 405 /// UnswitchIfProfitable - We have found that we can unswitch L when
 406 /// LoopCond == Val to simplify the loop.  If we decide that this is profitable,
 407 /// unswitch the loop, reprocess the pieces, then return true.
 408 bool LoopUnswitch::UnswitchIfProfitable(Value *LoopCond, Constant *Val,Loop *L){
 409   // Check to see if it would be profitable to unswitch this loop.
 410   unsigned Cost = getLoopUnswitchCost(L, LoopCond);
 411
 412   // Do not do non-trivial unswitch while optimizing for size.
 413   if (Cost && OptimizeForSize)
 414     return false;
 415
 416   if (Cost > Threshold) {
 417     // FIXME: this should estimate growth by the amount of code shared by the
 418     // resultant unswitched loops.
 419     //
 420     DOUT << "NOT unswitching loop %"
 421          << L->getHeader()->getName() << ", cost too high: "
 422          << L->getBlocks().size() << "\n";
 423     return false;
 424   }
 425
 426   // If this is a trivial condition to unswitch (which results in no code
 427   // duplication), do it now.
 428   Constant *CondVal;
 429   BasicBlock *ExitBlock;
 430   if (IsTrivialUnswitchCondition(L, LoopCond, &CondVal, &ExitBlock)) {
 431     UnswitchTrivialCondition(L, LoopCond, CondVal, ExitBlock);
 432   } else {
 433     UnswitchNontrivialCondition(LoopCond, Val, L);
 434   }
 435
 436   return true;
 437 }
 438
 439 // RemapInstruction - Convert the instruction operands from referencing the
 440 // current values into those specified by ValueMap.
 441 //
 442 static inline void RemapInstruction(Instruction *I,
 443                                     DenseMap<const Value *, Value*> &ValueMap) {
 444   for (unsigned op = 0, E = I->getNumOperands(); op != E; ++op) {
 445     Value *Op = I->getOperand(op);
 446     DenseMap<const Value *, Value*>::iterator It = ValueMap.find(Op);
 447     if (It != ValueMap.end()) Op = It->second;
 448     I->setOperand(op, Op);
 449   }
 450 }
 451
 452 // CloneDomInfo - NewBB is cloned from Orig basic block. Now clone Dominator
 453 // Info.
 454 //
 455 // If Orig block's immediate dominator is mapped in VM then use corresponding
 456 // immediate dominator from the map. Otherwise Orig block's dominator is also
 457 // NewBB's dominator.
 458 //
 459 // OrigPreheader is loop pre-header before this pass started
 460 // updating CFG. NewPrehader is loops new pre-header. However, after CFG
 461 // manipulation, loop L may not exist. So rely on input parameter NewPreheader.
 462 static void CloneDomInfo(BasicBlock *NewBB, BasicBlock *Orig,
 463                          BasicBlock *NewPreheader, BasicBlock *OrigPreheader,
 464                          BasicBlock *OrigHeader,
 465                          DominatorTree *DT, DominanceFrontier *DF,
 466                          DenseMap<const Value*, Value*> &VM) {
 467
 468   // If NewBB alreay has found its place in domiantor tree then no need to do
 469   // anything.
 470   if (DT->getNode(NewBB))
 471     return;
 472
 473   // If Orig does not have any immediate domiantor then its clone, NewBB, does
 474   // not need any immediate dominator.
 475   DomTreeNode *OrigNode = DT->getNode(Orig);
 476   if (!OrigNode)
 477     return;
 478   DomTreeNode *OrigIDomNode = OrigNode->getIDom();
 479   if (!OrigIDomNode)
 480     return;
 481
 482   BasicBlock *OrigIDom = NULL;
 483
 484   // If Orig is original loop header then its immediate dominator is
 485   // NewPreheader.
 486   if (Orig == OrigHeader)
 487     OrigIDom = NewPreheader;
 488
 489   // If Orig is new pre-header then its immediate dominator is
 490   // original pre-header.
 491   else if (Orig == NewPreheader)
 492     OrigIDom = OrigPreheader;
 493
 494   // Other as DT to find Orig's immediate dominator.
 495   else
 496      OrigIDom = OrigIDomNode->getBlock();
 497
 498   // Initially use Orig's immediate dominator as NewBB's immediate dominator.
 499   BasicBlock *NewIDom = OrigIDom;
 500   DenseMap<const Value*, Value*>::iterator I = VM.find(OrigIDom);
 501   if (I != VM.end()) {
 502     NewIDom = cast<BasicBlock>(I->second);
 503
 504     // If NewIDom does not have corresponding dominatore tree node then
 505     // get one.
 506     if (!DT->getNode(NewIDom))
 507       CloneDomInfo(NewIDom, OrigIDom, NewPreheader, OrigPreheader,
 508                    OrigHeader, DT, DF, VM);
 509   }
 510
 511   DT->addNewBlock(NewBB, NewIDom);
 512
 513   // Copy cloned dominance frontiner set
 514   DominanceFrontier::DomSetType NewDFSet;
 515   if (DF) {
 516     DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(Orig);
 517     if ( DFI != DF->end()) {
 518       DominanceFrontier::DomSetType S = DFI->second;
 519       for (DominanceFrontier::DomSetType::iterator I = S.begin(), E = S.end();
 520            I != E; ++I) {
 521         BasicBlock *BB = *I;
 522         DenseMap<const Value*, Value*>::iterator IDM = VM.find(BB);
 523         if (IDM != VM.end())
 524           NewDFSet.insert(cast<BasicBlock>(IDM->second));
 525         else
 526           NewDFSet.insert(BB);
 527       }
 528     }
 529     DF->addBasicBlock(NewBB, NewDFSet);
 530   }
 531 }
 532
 533 /// CloneLoop - Recursively clone the specified loop and all of its children,
 534 /// mapping the blocks with the specified map.
 535 static Loop *CloneLoop(Loop *L, Loop *PL, DenseMap<const Value*, Value*> &VM,
 536                        LoopInfo *LI, LPPassManager *LPM) {
 537   Loop *New = new Loop();
 538
 539   LPM->insertLoop(New, PL);
 540
 541   // Add all of the blocks in L to the new loop.
 542   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
 543        I != E; ++I)
 544     if (LI->getLoopFor(*I) == L)
 545       New->addBasicBlockToLoop(cast<BasicBlock>(VM[*I]), LI->getBase());
 546
 547   // Add all of the subloops to the new loop.
 548   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
 549     CloneLoop(*I, New, VM, LI, LPM);
 550
 551   return New;
 552 }
 553
 554 /// EmitPreheaderBranchOnCondition - Emit a conditional branch on two values
 555 /// if LIC == Val, branch to TrueDst, otherwise branch to FalseDest.  Insert the
 556 /// code immediately before InsertPt.
 557 void LoopUnswitch::EmitPreheaderBranchOnCondition(Value *LIC, Constant *Val,
 558                                                   BasicBlock *TrueDest,
 559                                                   BasicBlock *FalseDest,
 560                                                   Instruction *InsertPt) {
 561   // Insert a conditional branch on LIC to the two preheaders.  The original
 562   // code is the true version and the new code is the false version.
 563   Value *BranchVal = LIC;
 564   if (!isa<ConstantInt>(Val) || Val->getType() != Type::Int1Ty)
 565     BranchVal = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, LIC, Val, "tmp", InsertPt);
 566   else if (Val != ConstantInt::getTrue())
 567     // We want to enter the new loop when the condition is true.
 568     std::swap(TrueDest, FalseDest);
 569
 570   // Insert the new branch.
 571   BranchInst::Create(TrueDest, FalseDest, BranchVal, InsertPt);
 572 }
 573
 574
 575 /// UnswitchTrivialCondition - Given a loop that has a trivial unswitchable
 576 /// condition in it (a cond branch from its header block to its latch block,
 577 /// where the path through the loop that doesn't execute its body has no
 578 /// side-effects), unswitch it.  This doesn't involve any code duplication, just
 579 /// moving the conditional branch outside of the loop and updating loop info.
 580 void LoopUnswitch::UnswitchTrivialCondition(Loop *L, Value *Cond,
 581                                             Constant *Val,
 582                                             BasicBlock *ExitBlock) {
 583   DOUT << "loop-unswitch: Trivial-Unswitch loop %"
 584        << L->getHeader()->getName() << " [" << L->getBlocks().size()
 585        << " blocks] in Function " << L->getHeader()->getParent()->getName()
 586        << " on cond: " << *Val << " == " << *Cond << "\n";
 587
 588   // First step, split the preheader, so that we know that there is a safe place
 589   // to insert the conditional branch.  We will change 'OrigPH' to have a
 590   // conditional branch on Cond.
 591   BasicBlock *OrigPH = L->getLoopPreheader();
 592   BasicBlock *NewPH = SplitEdge(OrigPH, L->getHeader(), this);
 593
 594   // Now that we have a place to insert the conditional branch, create a place
 595   // to branch to: this is the exit block out of the loop that we should
 596   // short-circuit to.
 597
 598   // Split this block now, so that the loop maintains its exit block, and so
 599   // that the jump from the preheader can execute the contents of the exit block
 600   // without actually branching to it (the exit block should be dominated by the
 601   // loop header, not the preheader).
 602   assert(!L->contains(ExitBlock) && "Exit block is in the loop?");
 603   BasicBlock *NewExit = SplitBlock(ExitBlock, ExitBlock->begin(), this);
 604
 605   // Okay, now we have a position to branch from and a position to branch to,
 606   // insert the new conditional branch.
 607   EmitPreheaderBranchOnCondition(Cond, Val, NewExit, NewPH,
 608                                  OrigPH->getTerminator());
 609   if (DT) {
 610     DT->changeImmediateDominator(NewExit, OrigPH);
 611     DT->changeImmediateDominator(NewPH, OrigPH);
 612   }
 613
 614   if (DF) {
 615     // NewExit is now part of NewPH and Loop Header's dominance
 616     // frontier.
 617     DominanceFrontier::iterator  DFI = DF->find(NewPH);
 618     if (DFI != DF->end())
 619       DF->addToFrontier(DFI, NewExit);
 620     DFI = DF->find(L->getHeader());
 621     DF->addToFrontier(DFI, NewExit);
 622
 623     // ExitBlock does not have successors then NewExit is part of
 624     // its dominance frontier.
 625     if (succ_begin(ExitBlock) == succ_end(ExitBlock)) {
 626       DFI = DF->find(ExitBlock);
 627       DF->addToFrontier(DFI, NewExit);
 628     }
 629   }
 630   LPM->deleteSimpleAnalysisValue(OrigPH->getTerminator(), L);
 631   OrigPH->getTerminator()->eraseFromParent();
 632
 633   // We need to reprocess this loop, it could be unswitched again.
 634   redoLoop = true;
 635
 636   // Now that we know that the loop is never entered when this condition is a
 637   // particular value, rewrite the loop with this info.  We know that this will
 638   // at least eliminate the old branch.
 639   RewriteLoopBodyWithConditionConstant(L, Cond, Val, false);
 640   ++NumTrivial;
 641 }
 642
 643 /// ReplaceLoopExternalDFMember -
 644 /// If BB's dominance frontier  has a member that is not part of loop L then
 645 /// remove it. Add NewDFMember in BB's dominance frontier.
 646 void LoopUnswitch::ReplaceLoopExternalDFMember(Loop *L, BasicBlock *BB,
 647                                                BasicBlock *NewDFMember) {
 648
 649   DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(BB);
 650   if (DFI == DF->end())
 651     return;
 652
 653   DominanceFrontier::DomSetType &DFSet = DFI->second;
 654   for (DominanceFrontier::DomSetType::iterator DI = DFSet.begin(),
 655          DE = DFSet.end(); DI != DE;) {
 656     BasicBlock *B = *DI++;
 657     if (L->contains(B))
 658       continue;
 659
 660     DF->removeFromFrontier(DFI, B);
 661     LoopDF.insert(B);
 662   }
 663
 664   DF->addToFrontier(DFI, NewDFMember);
 665 }
 666
 667 /// SplitExitEdges - Split all of the edges from inside the loop to their exit
 668 /// blocks.  Update the appropriate Phi nodes as we do so.
 669 void LoopUnswitch::SplitExitEdges(Loop *L,
 670                                  const SmallVector<BasicBlock *, 8> &ExitBlocks,
 671                                   SmallVector<BasicBlock *, 8> &MiddleBlocks) {
 672
 673   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
 674     BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[i];
 675     std::vector<BasicBlock*> Preds(pred_begin(ExitBlock), pred_end(ExitBlock));
 676
 677     for (unsigned j = 0, e = Preds.size(); j != e; ++j) {
 678       BasicBlock* MiddleBlock = SplitEdge(Preds[j], ExitBlock, this);
 679       MiddleBlocks.push_back(MiddleBlock);
 680       BasicBlock* StartBlock = Preds[j];
 681       BasicBlock* EndBlock;
 682       if (MiddleBlock->getSinglePredecessor() == ExitBlock) {
 683         EndBlock = MiddleBlock;
 684         MiddleBlock = EndBlock->getSinglePredecessor();;
 685       } else {
 686         EndBlock = ExitBlock;
 687       }
 688
 689       OrigLoopExitMap[StartBlock] = EndBlock;
 690
 691       std::set<PHINode*> InsertedPHIs;
 692       PHINode* OldLCSSA = 0;
 693       for (BasicBlock::iterator I = EndBlock->begin();
 694            (OldLCSSA = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I) {
 695         Value* OldValue = OldLCSSA->getIncomingValueForBlock(MiddleBlock);
 696         PHINode* NewLCSSA = PHINode::Create(OldLCSSA->getType(),
 697                                             OldLCSSA->getName() + ".us-lcssa",
 698                                             MiddleBlock->getTerminator());
 699         NewLCSSA->addIncoming(OldValue, StartBlock);
 700         OldLCSSA->setIncomingValue(OldLCSSA->getBasicBlockIndex(MiddleBlock),
 701                                    NewLCSSA);
 702         InsertedPHIs.insert(NewLCSSA);
 703       }
 704
 705       BasicBlock::iterator InsertPt = EndBlock->getFirstNonPHI();
 706       for (BasicBlock::iterator I = MiddleBlock->begin();
 707          (OldLCSSA = dyn_cast<PHINode>(I)) && InsertedPHIs.count(OldLCSSA) == 0;
 708          ++I) {
 709         PHINode *NewLCSSA = PHINode::Create(OldLCSSA->getType(),
 710                                             OldLCSSA->getName() + ".us-lcssa",
 711                                             InsertPt);
 712         OldLCSSA->replaceAllUsesWith(NewLCSSA);
 713         NewLCSSA->addIncoming(OldLCSSA, MiddleBlock);
 714       }
 715
 716       if (DF && DT) {
 717         // StartBlock -- > MiddleBlock -- > EndBlock
 718         // StartBlock is loop exiting block. EndBlock will become merge point
 719         // of two loop exits after loop unswitch.
 720
 721         // If StartBlock's DF member includes a block that is not loop member
 722         // then replace that DF member with EndBlock.
 723
 724         // If MiddleBlock's DF member includes a block that is not loop member
 725         // tnen replace that DF member with EndBlock.
 726
 727         ReplaceLoopExternalDFMember(L, StartBlock, EndBlock);
 728         ReplaceLoopExternalDFMember(L, MiddleBlock, EndBlock);
 729       }
 730     }
 731   }
 732
 733 }
 734
 735 /// UnswitchNontrivialCondition - We determined that the loop is profitable
 736 /// to unswitch when LIC equal Val.  Split it into loop versions and test the
 737 /// condition outside of either loop.  Return the loops created as Out1/Out2.
 738 void LoopUnswitch::UnswitchNontrivialCondition(Value *LIC, Constant *Val,
 739                                                Loop *L) {
 740   Function *F = L->getHeader()->getParent();
 741   DOUT << "loop-unswitch: Unswitching loop %"
 742        << L->getHeader()->getName() << " [" << L->getBlocks().size()
 743        << " blocks] in Function " << F->getName()
 744        << " when '" << *Val << "' == " << *LIC << "\n";
 745
 746   // LoopBlocks contains all of the basic blocks of the loop, including the
 747   // preheader of the loop, the body of the loop, and the exit blocks of the
 748   // loop, in that order.
 749   std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks;
 750
 751   // First step, split the preheader and exit blocks, and add these blocks to
 752   // the LoopBlocks list.
 753   BasicBlock *OrigHeader = L->getHeader();
 754   BasicBlock *OrigPreheader = L->getLoopPreheader();
 755   BasicBlock *NewPreheader = SplitEdge(OrigPreheader, L->getHeader(), this);
 756   LoopBlocks.push_back(NewPreheader);
 757
 758   // We want the loop to come after the preheader, but before the exit blocks.
 759   LoopBlocks.insert(LoopBlocks.end(), L->block_begin(), L->block_end());
 760
 761   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
 762   L->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
 763
 764   // Split all of the edges from inside the loop to their exit blocks.  Update
 765   // the appropriate Phi nodes as we do so.
 766   SmallVector<BasicBlock *,8> MiddleBlocks;
 767   SplitExitEdges(L, ExitBlocks, MiddleBlocks);
 768
 769   // The exit blocks may have been changed due to edge splitting, recompute.
 770   ExitBlocks.clear();
 771   L->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
 772
 773   // Add exit blocks to the loop blocks.
 774   LoopBlocks.insert(LoopBlocks.end(), ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end());
 775
 776   // Next step, clone all of the basic blocks that make up the loop (including
 777   // the loop preheader and exit blocks), keeping track of the mapping between
 778   // the instructions and blocks.
 779   std::vector<BasicBlock*> NewBlocks;
 780   NewBlocks.reserve(LoopBlocks.size());
 781   DenseMap<const Value*, Value*> ValueMap;
 782   for (unsigned i = 0, e = LoopBlocks.size(); i != e; ++i) {
 783     BasicBlock *New = CloneBasicBlock(LoopBlocks[i], ValueMap, ".us", F);
 784     NewBlocks.push_back(New);
 785     ValueMap[LoopBlocks[i]] = New;  // Keep the BB mapping.
 786     LPM->cloneBasicBlockSimpleAnalysis(LoopBlocks[i], New, L);
 787   }
 788
 789   // OutSiders are basic block that are dominated by original header and
 790   // at the same time they are not part of loop.
 791   SmallPtrSet<BasicBlock *, 8> OutSiders;
 792   if (DT) {
 793     DomTreeNode *OrigHeaderNode = DT->getNode(OrigHeader);
 794     for(std::vector<DomTreeNode*>::iterator DI = OrigHeaderNode->begin(),
 795           DE = OrigHeaderNode->end();  DI != DE; ++DI) {
 796       BasicBlock *B = (*DI)->getBlock();
 797
 798       DenseMap<const Value*, Value*>::iterator VI = ValueMap.find(B);
 799       if (VI == ValueMap.end())
 800         OutSiders.insert(B);
 801     }
 802   }
 803
 804   // Splice the newly inserted blocks into the function right before the
 805   // original preheader.
 806   F->getBasicBlockList().splice(LoopBlocks[0], F->getBasicBlockList(),
 807                                 NewBlocks[0], F->end());
 808
 809   // Now we create the new Loop object for the versioned loop.
 810   Loop *NewLoop = CloneLoop(L, L->getParentLoop(), ValueMap, LI, LPM);
 811   Loop *ParentLoop = L->getParentLoop();
 812   if (ParentLoop) {
 813     // Make sure to add the cloned preheader and exit blocks to the parent loop
 814     // as well.
 815     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(NewBlocks[0], LI->getBase());
 816   }
 817
 818   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
 819     BasicBlock *NewExit = cast<BasicBlock>(ValueMap[ExitBlocks[i]]);
 820     // The new exit block should be in the same loop as the old one.
 821     if (Loop *ExitBBLoop = LI->getLoopFor(ExitBlocks[i]))
 822       ExitBBLoop->addBasicBlockToLoop(NewExit, LI->getBase());
 823
 824     assert(NewExit->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
 825            "Exit block should have been split to have one successor!");
 826     BasicBlock *ExitSucc = NewExit->getTerminator()->getSuccessor(0);
 827
 828     // If the successor of the exit block had PHI nodes, add an entry for
 829     // NewExit.
 830     PHINode *PN;
 831     for (BasicBlock::iterator I = ExitSucc->begin();
 832          (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I) {
 833       Value *V = PN->getIncomingValueForBlock(ExitBlocks[i]);
 834       DenseMap<const Value *, Value*>::iterator It = ValueMap.find(V);
 835       if (It != ValueMap.end()) V = It->second;
 836       PN->addIncoming(V, NewExit);
 837     }
 838   }
 839
 840   // Rewrite the code to refer to itself.
 841   for (unsigned i = 0, e = NewBlocks.size(); i != e; ++i)
 842     for (BasicBlock::iterator I = NewBlocks[i]->begin(),
 843            E = NewBlocks[i]->end(); I != E; ++I)
 844       RemapInstruction(I, ValueMap);
 845
 846   // Rewrite the original preheader to select between versions of the loop.
 847   BranchInst *OldBR = cast<BranchInst>(OrigPreheader->getTerminator());
 848   assert(OldBR->isUnconditional() && OldBR->getSuccessor(0) == LoopBlocks[0] &&
 849          "Preheader splitting did not work correctly!");
 850
 851   // Emit the new branch that selects between the two versions of this loop.
 852   EmitPreheaderBranchOnCondition(LIC, Val, NewBlocks[0], LoopBlocks[0], OldBR);
 853   LPM->deleteSimpleAnalysisValue(OldBR, L);
 854   OldBR->eraseFromParent();
 855
 856   // Update dominator info
 857   if (DF && DT) {
 858
 859     SmallVector<BasicBlock *,4> ExitingBlocks;
 860     L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
 861
 862     // Clone dominator info for all cloned basic block.
 863     for (unsigned i = 0, e = LoopBlocks.size(); i != e; ++i) {
 864       BasicBlock *LBB = LoopBlocks[i];
 865       BasicBlock *NBB = NewBlocks[i];
 866       CloneDomInfo(NBB, LBB, NewPreheader, OrigPreheader,
 867                    OrigHeader, DT, DF, ValueMap);
 868
 869       //   If LBB's dominance frontier includes DFMember
 870       //      such that DFMember is also a member of LoopDF then
 871       //         - Remove DFMember from LBB's dominance frontier
 872       //         - Copy loop exiting blocks', that are dominated by BB,
 873       //           dominance frontier member in BB's dominance frontier
 874
 875       DominanceFrontier::iterator LBBI = DF->find(LBB);
 876       DominanceFrontier::iterator NBBI = DF->find(NBB);
 877       if (LBBI == DF->end())
 878         continue;
 879
 880       DominanceFrontier::DomSetType &LBSet = LBBI->second;
 881       for (DominanceFrontier::DomSetType::iterator LI = LBSet.begin(),
 882              LE = LBSet.end(); LI != LE; /* NULL */) {
 883         BasicBlock *B = *LI++;
 884         if (B == LBB && B == L->getHeader())
 885           continue;
 886         bool removeB = false;
 887         if (!LoopDF.count(B))
 888           continue;
 889
 890         // If LBB dominates loop exits then insert loop exit block's DF
 891         // into B's DF.
 892         for(SmallVector<BasicBlock *, 4>::iterator
 893               LExitI = ExitingBlocks.begin(),
 894               LExitE = ExitingBlocks.end(); LExitI != LExitE; ++LExitI) {
 895           BasicBlock *E = *LExitI;
 896
 897           if (!DT->dominates(LBB,E))
 898             continue;
 899
 900           DenseMap<BasicBlock *, BasicBlock *>::iterator DFBI =
 901             OrigLoopExitMap.find(E);
 902           if (DFBI == OrigLoopExitMap.end())
 903             continue;
 904
 905           BasicBlock *DFB = DFBI->second;
 906           DF->addToFrontier(LBBI, DFB);
 907           DF->addToFrontier(NBBI, DFB);
 908           removeB = true;
 909         }
 910
 911         // If B's replacement is inserted in DF then now is the time to remove
 912         // B.
 913         if (removeB) {
 914           DF->removeFromFrontier(LBBI, B);
 915           if (L->contains(B))
 916             DF->removeFromFrontier(NBBI, cast<BasicBlock>(ValueMap[B]));
 917           else
 918             DF->removeFromFrontier(NBBI, B);
 919         }
 920       }
 921
 922     }
 923
 924     // MiddleBlocks are dominated by original pre header. SplitEdge updated
 925     // MiddleBlocks' dominance frontier appropriately.
 926     for (unsigned i = 0, e = MiddleBlocks.size(); i != e; ++i) {
 927       BasicBlock *MBB = MiddleBlocks[i];
 928       if (!MBB->getSinglePredecessor())
 929         DT->changeImmediateDominator(MBB, OrigPreheader);
 930     }
 931
 932     // All Outsiders are now dominated by original pre header.
 933     for (SmallPtrSet<BasicBlock *, 8>::iterator OI = OutSiders.begin(),
 934            OE = OutSiders.end(); OI != OE; ++OI) {
 935       BasicBlock *OB = *OI;
 936       DT->changeImmediateDominator(OB, OrigPreheader);
 937     }
 938
 939     // New loop headers are dominated by original preheader
 940     DT->changeImmediateDominator(NewBlocks[0], OrigPreheader);
 941     DT->changeImmediateDominator(LoopBlocks[0], OrigPreheader);
 942   }
 943
 944   LoopProcessWorklist.push_back(NewLoop);
 945   redoLoop = true;
 946
 947   // Now we rewrite the original code to know that the condition is true and the
 948   // new code to know that the condition is false.
 949   RewriteLoopBodyWithConditionConstant(L      , LIC, Val, false);
 950
 951   // It's possible that simplifying one loop could cause the other to be
 952   // deleted.  If so, don't simplify it.
 953   if (!LoopProcessWorklist.empty() && LoopProcessWorklist.back() == NewLoop)
 954     RewriteLoopBodyWithConditionConstant(NewLoop, LIC, Val, true);
 955 }
 956
 957 /// RemoveFromWorklist - Remove all instances of I from the worklist vector
 958 /// specified.
 959 static void RemoveFromWorklist(Instruction *I,
 960                                std::vector<Instruction*> &Worklist) {
 961   std::vector<Instruction*>::iterator WI = std::find(Worklist.begin(),
 962                                                      Worklist.end(), I);
 963   while (WI != Worklist.end()) {
 964     unsigned Offset = WI-Worklist.begin();
 965     Worklist.erase(WI);
 966     WI = std::find(Worklist.begin()+Offset, Worklist.end(), I);
 967   }
 968 }
 969
 970 /// ReplaceUsesOfWith - When we find that I really equals V, remove I from the
 971 /// program, replacing all uses with V and update the worklist.
 972 static void ReplaceUsesOfWith(Instruction *I, Value *V,
 973                               std::vector<Instruction*> &Worklist,
 974                               Loop *L, LPPassManager *LPM) {
 975   DOUT << "Replace with '" << *V << "': " << *I;
 976
 977   // Add uses to the worklist, which may be dead now.
 978   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
 979     if (Instruction *Use = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
 980       Worklist.push_back(Use);
 981
 982   // Add users to the worklist which may be simplified now.
 983   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
 984        UI != E; ++UI)
 985     Worklist.push_back(cast<Instruction>(*UI));
 986   LPM->deleteSimpleAnalysisValue(I, L);
 987   RemoveFromWorklist(I, Worklist);
 988   I->replaceAllUsesWith(V);
 989   I->eraseFromParent();
 990   ++NumSimplify;
 991 }
 992
 993 /// RemoveBlockIfDead - If the specified block is dead, remove it, update loop
 994 /// information, and remove any dead successors it has.
 995 ///
 996 void LoopUnswitch::RemoveBlockIfDead(BasicBlock *BB,
 997                                      std::vector<Instruction*> &Worklist,
 998                                      Loop *L) {
 999   if (pred_begin(BB) != pred_end(BB)) {
1000     // This block isn't dead, since an edge to BB was just removed, see if there
1001     // are any easy simplifications we can do now.
1002     if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor()) {
1003       // If it has one pred, fold phi nodes in BB.
1004       while (isa<PHINode>(BB->begin()))
1005         ReplaceUsesOfWith(BB->begin(),
1006                           cast<PHINode>(BB->begin())->getIncomingValue(0),
1007                           Worklist, L, LPM);
1008
1009       // If this is the header of a loop and the only pred is the latch, we now
1010       // have an unreachable loop.
1011       if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
1012         if (L->getHeader() == BB && L->contains(Pred)) {
1013           // Remove the branch from the latch to the header block, this makes
1014           // the header dead, which will make the latch dead (because the header
1015           // dominates the latch).
1016           LPM->deleteSimpleAnalysisValue(Pred->getTerminator(), L);
1017           Pred->getTerminator()->eraseFromParent();
1018           new UnreachableInst(Pred);
1019
1020           // The loop is now broken, remove it from LI.
1021           RemoveLoopFromHierarchy(L);
1022
1023           // Reprocess the header, which now IS dead.
1024           RemoveBlockIfDead(BB, Worklist, L);
1025           return;
1026         }
1027
1028       // If pred ends in a uncond branch, add uncond branch to worklist so that
1029       // the two blocks will get merged.
1030       if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Pred->getTerminator()))
1031         if (BI->isUnconditional())
1032           Worklist.push_back(BI);
1033     }
1034     return;
1035   }
1036
1037   DOUT << "Nuking dead block: " << *BB;
1038
1039   // Remove the instructions in the basic block from the worklist.
1040   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
1041     RemoveFromWorklist(I, Worklist);
1042
1043     // Anything that uses the instructions in this basic block should have their
1044     // uses replaced with undefs.
1045     if (!I->use_empty())
1046       I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
1047   }
1048
1049   // If this is the edge to the header block for a loop, remove the loop and
1050   // promote all subloops.
1051   if (Loop *BBLoop = LI->getLoopFor(BB)) {
1052     if (BBLoop->getLoopLatch() == BB)
1053       RemoveLoopFromHierarchy(BBLoop);
1054   }
1055
1056   // Remove the block from the loop info, which removes it from any loops it
1057   // was in.
1058   LI->removeBlock(BB);
1059
1060
1061   // Remove phi node entries in successors for this block.
1062   TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
1063   std::vector<BasicBlock*> Succs;
1064   for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
1065     Succs.push_back(TI->getSuccessor(i));
1066     TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
1067   }
1068
1069   // Unique the successors, remove anything with multiple uses.
1070   std::sort(Succs.begin(), Succs.end());
1071   Succs.erase(std::unique(Succs.begin(), Succs.end()), Succs.end());
1072
1073   // Remove the basic block, including all of the instructions contained in it.
1074   LPM->deleteSimpleAnalysisValue(BB, L);
1075   BB->eraseFromParent();
1076   // Remove successor blocks here that are not dead, so that we know we only
1077   // have dead blocks in this list.  Nondead blocks have a way of becoming dead,
1078   // then getting removed before we revisit them, which is badness.
1079   //
1080   for (unsigned i = 0; i != Succs.size(); ++i)
1081     if (pred_begin(Succs[i]) != pred_end(Succs[i])) {
1082       // One exception is loop headers.  If this block was the preheader for a
1083       // loop, then we DO want to visit the loop so the loop gets deleted.
1084       // We know that if the successor is a loop header, that this loop had to
1085       // be the preheader: the case where this was the latch block was handled
1086       // above and headers can only have two predecessors.
1087       if (!LI->isLoopHeader(Succs[i])) {
1088         Succs.erase(Succs.begin()+i);
1089         --i;
1090       }
1091     }
1092
1093   for (unsigned i = 0, e = Succs.size(); i != e; ++i)
1094     RemoveBlockIfDead(Succs[i], Worklist, L);
1095 }
1096
1097 /// RemoveLoopFromHierarchy - We have discovered that the specified loop has
1098 /// become unwrapped, either because the backedge was deleted, or because the
1099 /// edge into the header was removed.  If the edge into the header from the
1100 /// latch block was removed, the loop is unwrapped but subloops are still alive,
1101 /// so they just reparent loops.  If the loops are actually dead, they will be
1102 /// removed later.
1103 void LoopUnswitch::RemoveLoopFromHierarchy(Loop *L) {
1104   LPM->deleteLoopFromQueue(L);
1105   RemoveLoopFromWorklist(L);
1106 }
1107
1108
1109
1110 // RewriteLoopBodyWithConditionConstant - We know either that the value LIC has
1111 // the value specified by Val in the specified loop, or we know it does NOT have
1112 // that value.  Rewrite any uses of LIC or of properties correlated to it.
1113 void LoopUnswitch::RewriteLoopBodyWithConditionConstant(Loop *L, Value *LIC,
1114                                                         Constant *Val,
1115                                                         bool IsEqual) {
1116   assert(!isa<Constant>(LIC) && "Why are we unswitching on a constant?");
1117
1118   // FIXME: Support correlated properties, like:
1119   //  for (...)
1120   //    if (li1 < li2)
1121   //      ...
1122   //    if (li1 > li2)
1123   //      ...
1124
1125   // FOLD boolean conditions (X|LIC), (X&LIC).  Fold conditional branches,
1126   // selects, switches.
1127   std::vector<User*> Users(LIC->use_begin(), LIC->use_end());
1128   std::vector<Instruction*> Worklist;
1129
1130   // If we know that LIC == Val, or that LIC == NotVal, just replace uses of LIC
1131   // in the loop with the appropriate one directly.
1132   if (IsEqual || (isa<ConstantInt>(Val) && Val->getType() == Type::Int1Ty)) {
1133     Value *Replacement;
1134     if (IsEqual)
1135       Replacement = Val;
1136     else
1137       Replacement = ConstantInt::get(Type::Int1Ty,
1138                                      !cast<ConstantInt>(Val)->getZExtValue());
1139
1140     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i)
1141       if (Instruction *U = cast<Instruction>(Users[i])) {
1142         if (!L->contains(U->getParent()))
1143           continue;
1144         U->replaceUsesOfWith(LIC, Replacement);
1145         Worklist.push_back(U);
1146       }
1147   } else {
1148     // Otherwise, we don't know the precise value of LIC, but we do know that it
1149     // is certainly NOT "Val".  As such, simplify any uses in the loop that we
1150     // can.  This case occurs when we unswitch switch statements.
1151     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i)
1152       if (Instruction *U = cast<Instruction>(Users[i])) {
1153         if (!L->contains(U->getParent()))
1154           continue;
1155
1156         Worklist.push_back(U);
1157
1158         // If we know that LIC is not Val, use this info to simplify code.
1159         if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(U)) {
1160           for (unsigned i = 1, e = SI->getNumCases(); i != e; ++i) {
1161             if (SI->getCaseValue(i) == Val) {
1162               // Found a dead case value.  Don't remove PHI nodes in the
1163               // successor if they become single-entry, those PHI nodes may
1164               // be in the Users list.
1165
1166               // FIXME: This is a hack.  We need to keep the successor around
1167               // and hooked up so as to preserve the loop structure, because
1168               // trying to update it is complicated.  So instead we preserve the
1169               // loop structure and put the block on an dead code path.
1170
1171               BasicBlock* Old = SI->getParent();
1172               BasicBlock* Split = SplitBlock(Old, SI, this);
1173
1174               Instruction* OldTerm = Old->getTerminator();
1175               BranchInst::Create(Split, SI->getSuccessor(i),
1176                                  ConstantInt::getTrue(), OldTerm);
1177
1178               LPM->deleteSimpleAnalysisValue(Old->getTerminator(), L);
1179               Old->getTerminator()->eraseFromParent();
1180
1181               PHINode *PN;
1182               for (BasicBlock::iterator II = SI->getSuccessor(i)->begin();
1183                    (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
1184                 Value *InVal = PN->removeIncomingValue(Split, false);
1185                 PN->addIncoming(InVal, Old);
1186               }
1187
1188               SI->removeCase(i);
1189               break;
1190             }
1191           }
1192         }
1193
1194         // TODO: We could do other simplifications, for example, turning
1195         // LIC == Val -> false.
1196       }
1197   }
1198
1199   SimplifyCode(Worklist, L);
1200 }
1201
1202 /// SimplifyCode - Okay, now that we have simplified some instructions in the
1203 /// loop, walk over it and constant prop, dce, and fold control flow where
1204 /// possible.  Note that this is effectively a very simple loop-structure-aware
1205 /// optimizer.  During processing of this loop, L could very well be deleted, so
1206 /// it must not be used.
1207 ///
1208 /// FIXME: When the loop optimizer is more mature, separate this out to a new
1209 /// pass.
1210 ///
1211 void LoopUnswitch::SimplifyCode(std::vector<Instruction*> &Worklist, Loop *L) {
1212   while (!Worklist.empty()) {
1213     Instruction *I = Worklist.back();
1214     Worklist.pop_back();
1215
1216     // Simple constant folding.
1217     if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I)) {
1218       ReplaceUsesOfWith(I, C, Worklist, L, LPM);
1219       continue;
1220     }
1221
1222     // Simple DCE.
1223     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
1224       DOUT << "Remove dead instruction '" << *I;
1225
1226       // Add uses to the worklist, which may be dead now.
1227       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
1228         if (Instruction *Use = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
1229           Worklist.push_back(Use);
1230       LPM->deleteSimpleAnalysisValue(I, L);
1231       RemoveFromWorklist(I, Worklist);
1232       I->eraseFromParent();
1233       ++NumSimplify;
1234       continue;
1235     }
1236
1237     // Special case hacks that appear commonly in unswitched code.
1238     switch (I->getOpcode()) {
1239     case Instruction::Select:
1240       if (ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(0))) {
1241         ReplaceUsesOfWith(I, I->getOperand(!CB->getZExtValue()+1), Worklist, L,
1242                           LPM);
1243         continue;
1244       }
1245       break;
1246     case Instruction::And:
1247       if (isa<ConstantInt>(I->getOperand(0)) &&
1248           I->getOperand(0)->getType() == Type::Int1Ty)   // constant -> RHS
1249         cast<BinaryOperator>(I)->swapOperands();
1250       if (ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1)))
1251         if (CB->getType() == Type::Int1Ty) {
1252           if (CB->isOne())      // X & 1 -> X
1253             ReplaceUsesOfWith(I, I->getOperand(0), Worklist, L, LPM);
1254           else                  // X & 0 -> 0
1255             ReplaceUsesOfWith(I, I->getOperand(1), Worklist, L, LPM);
1256           continue;
1257         }
1258       break;
1259     case Instruction::Or:
1260       if (isa<ConstantInt>(I->getOperand(0)) &&
1261           I->getOperand(0)->getType() == Type::Int1Ty)   // constant -> RHS
1262         cast<BinaryOperator>(I)->swapOperands();
1263       if (ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1)))
1264         if (CB->getType() == Type::Int1Ty) {
1265           if (CB->isOne())   // X | 1 -> 1
1266             ReplaceUsesOfWith(I, I->getOperand(1), Worklist, L, LPM);
1267           else                  // X | 0 -> X
1268             ReplaceUsesOfWith(I, I->getOperand(0), Worklist, L, LPM);
1269           continue;
1270         }
1271       break;
1272     case Instruction::Br: {
1273       BranchInst *BI = cast<BranchInst>(I);
1274       if (BI->isUnconditional()) {
1275         // If BI's parent is the only pred of the successor, fold the two blocks
1276         // together.
1277         BasicBlock *Pred = BI->getParent();
1278         BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(0);
1279         BasicBlock *SinglePred = Succ->getSinglePredecessor();
1280         if (!SinglePred) continue;  // Nothing to do.
1281         assert(SinglePred == Pred && "CFG broken");
1282
1283         DOUT << "Merging blocks: " << Pred->getName() << " <- "
1284              << Succ->getName() << "\n";
1285
1286         // Resolve any single entry PHI nodes in Succ.
1287         while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Succ->begin()))
1288           ReplaceUsesOfWith(PN, PN->getIncomingValue(0), Worklist, L, LPM);
1289
1290         // Move all of the successor contents from Succ to Pred.
1291         Pred->getInstList().splice(BI, Succ->getInstList(), Succ->begin(),
1292                                    Succ->end());
1293         LPM->deleteSimpleAnalysisValue(BI, L);
1294         BI->eraseFromParent();
1295         RemoveFromWorklist(BI, Worklist);
1296
1297         // If Succ has any successors with PHI nodes, update them to have
1298         // entries coming from Pred instead of Succ.
1299         Succ->replaceAllUsesWith(Pred);
1300
1301         // Remove Succ from the loop tree.
1302         LI->removeBlock(Succ);
1303         LPM->deleteSimpleAnalysisValue(Succ, L);
1304         Succ->eraseFromParent();
1305         ++NumSimplify;
1306       } else if (ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(BI->getCondition())){
1307         // Conditional branch.  Turn it into an unconditional branch, then
1308         // remove dead blocks.
1309         break;  // FIXME: Enable.
1310
1311         DOUT << "Folded branch: " << *BI;
1312         BasicBlock *DeadSucc = BI->getSuccessor(CB->getZExtValue());
1313         BasicBlock *LiveSucc = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1314         DeadSucc->removePredecessor(BI->getParent(), true);
1315         Worklist.push_back(BranchInst::Create(LiveSucc, BI));
1316         LPM->deleteSimpleAnalysisValue(BI, L);
1317         BI->eraseFromParent();
1318         RemoveFromWorklist(BI, Worklist);
1319         ++NumSimplify;
1320
1321         RemoveBlockIfDead(DeadSucc, Worklist, L);
1322       }
1323       break;
1324     }
1325     }
1326   }
1327 }