enhance RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions to make
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / BasicBlockUtils.cpp
1 //===-- BasicBlockUtils.cpp - BasicBlock Utilities -------------------------==//
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 family of functions perform manipulations on basic blocks, and
11 // instructions contained within basic blocks.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
16 #include "llvm/Function.h"
17 #include "llvm/Instructions.h"
18 #include "llvm/Constant.h"
19 #include "llvm/Type.h"
20 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
21 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
22 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
23 #include "llvm/Target/TargetData.h"
24 #include <algorithm>
25 using namespace llvm;
26
27 /// MergeBlockIntoPredecessor - Attempts to merge a block into its predecessor,
28 /// if possible.  The return value indicates success or failure.
29 bool llvm::MergeBlockIntoPredecessor(BasicBlock* BB, Pass* P) {
30   pred_iterator PI(pred_begin(BB)), PE(pred_end(BB));
31   // Can't merge the entry block.
32   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB)) return false;
33   
34   BasicBlock *PredBB = *PI++;
35   for (; PI != PE; ++PI)  // Search all predecessors, see if they are all same
36     if (*PI != PredBB) {
37       PredBB = 0;       // There are multiple different predecessors...
38       break;
39     }
40   
41   // Can't merge if there are multiple predecessors.
42   if (!PredBB) return false;
43   // Don't break self-loops.
44   if (PredBB == BB) return false;
45   // Don't break invokes.
46   if (isa<InvokeInst>(PredBB->getTerminator())) return false;
47   
48   succ_iterator SI(succ_begin(PredBB)), SE(succ_end(PredBB));
49   BasicBlock* OnlySucc = BB;
50   for (; SI != SE; ++SI)
51     if (*SI != OnlySucc) {
52       OnlySucc = 0;     // There are multiple distinct successors!
53       break;
54     }
55   
56   // Can't merge if there are multiple successors.
57   if (!OnlySucc) return false;
58
59   // Can't merge if there is PHI loop.
60   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end(); BI != BE; ++BI) {
61     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI)) {
62       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
63         if (PN->getIncomingValue(i) == PN)
64           return false;
65     } else
66       break;
67   }
68
69   // Begin by getting rid of unneeded PHIs.
70   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&BB->front())) {
71     PN->replaceAllUsesWith(PN->getIncomingValue(0));
72     BB->getInstList().pop_front();  // Delete the phi node...
73   }
74   
75   // Delete the unconditional branch from the predecessor...
76   PredBB->getInstList().pop_back();
77   
78   // Move all definitions in the successor to the predecessor...
79   PredBB->getInstList().splice(PredBB->end(), BB->getInstList());
80   
81   // Make all PHI nodes that referred to BB now refer to Pred as their
82   // source...
83   BB->replaceAllUsesWith(PredBB);
84   
85   // Inherit predecessors name if it exists.
86   if (!PredBB->hasName())
87     PredBB->takeName(BB);
88   
89   // Finally, erase the old block and update dominator info.
90   if (P) {
91     if (DominatorTree* DT = P->getAnalysisToUpdate<DominatorTree>()) {
92       DomTreeNode* DTN = DT->getNode(BB);
93       DomTreeNode* PredDTN = DT->getNode(PredBB);
94   
95       if (DTN) {
96         SmallPtrSet<DomTreeNode*, 8> Children(DTN->begin(), DTN->end());
97         for (SmallPtrSet<DomTreeNode*, 8>::iterator DI = Children.begin(),
98              DE = Children.end(); DI != DE; ++DI)
99           DT->changeImmediateDominator(*DI, PredDTN);
100
101         DT->eraseNode(BB);
102       }
103     }
104   }
105   
106   BB->eraseFromParent();
107   
108   
109   return true;
110 }
111
112 /// ReplaceInstWithValue - Replace all uses of an instruction (specified by BI)
113 /// with a value, then remove and delete the original instruction.
114 ///
115 void llvm::ReplaceInstWithValue(BasicBlock::InstListType &BIL,
116                                 BasicBlock::iterator &BI, Value *V) {
117   Instruction &I = *BI;
118   // Replaces all of the uses of the instruction with uses of the value
119   I.replaceAllUsesWith(V);
120
121   // Make sure to propagate a name if there is one already.
122   if (I.hasName() && !V->hasName())
123     V->takeName(&I);
124
125   // Delete the unnecessary instruction now...
126   BI = BIL.erase(BI);
127 }
128
129
130 /// ReplaceInstWithInst - Replace the instruction specified by BI with the
131 /// instruction specified by I.  The original instruction is deleted and BI is
132 /// updated to point to the new instruction.
133 ///
134 void llvm::ReplaceInstWithInst(BasicBlock::InstListType &BIL,
135                                BasicBlock::iterator &BI, Instruction *I) {
136   assert(I->getParent() == 0 &&
137          "ReplaceInstWithInst: Instruction already inserted into basic block!");
138
139   // Insert the new instruction into the basic block...
140   BasicBlock::iterator New = BIL.insert(BI, I);
141
142   // Replace all uses of the old instruction, and delete it.
143   ReplaceInstWithValue(BIL, BI, I);
144
145   // Move BI back to point to the newly inserted instruction
146   BI = New;
147 }
148
149 /// ReplaceInstWithInst - Replace the instruction specified by From with the
150 /// instruction specified by To.
151 ///
152 void llvm::ReplaceInstWithInst(Instruction *From, Instruction *To) {
153   BasicBlock::iterator BI(From);
154   ReplaceInstWithInst(From->getParent()->getInstList(), BI, To);
155 }
156
157 /// RemoveSuccessor - Change the specified terminator instruction such that its
158 /// successor SuccNum no longer exists.  Because this reduces the outgoing
159 /// degree of the current basic block, the actual terminator instruction itself
160 /// may have to be changed.  In the case where the last successor of the block 
161 /// is deleted, a return instruction is inserted in its place which can cause a
162 /// surprising change in program behavior if it is not expected.
163 ///
164 void llvm::RemoveSuccessor(TerminatorInst *TI, unsigned SuccNum) {
165   assert(SuccNum < TI->getNumSuccessors() &&
166          "Trying to remove a nonexistant successor!");
167
168   // If our old successor block contains any PHI nodes, remove the entry in the
169   // PHI nodes that comes from this branch...
170   //
171   BasicBlock *BB = TI->getParent();
172   TI->getSuccessor(SuccNum)->removePredecessor(BB);
173
174   TerminatorInst *NewTI = 0;
175   switch (TI->getOpcode()) {
176   case Instruction::Br:
177     // If this is a conditional branch... convert to unconditional branch.
178     if (TI->getNumSuccessors() == 2) {
179       cast<BranchInst>(TI)->setUnconditionalDest(TI->getSuccessor(1-SuccNum));
180     } else {                    // Otherwise convert to a return instruction...
181       Value *RetVal = 0;
182
183       // Create a value to return... if the function doesn't return null...
184       if (BB->getParent()->getReturnType() != Type::VoidTy)
185         RetVal = Constant::getNullValue(BB->getParent()->getReturnType());
186
187       // Create the return...
188       NewTI = ReturnInst::Create(RetVal);
189     }
190     break;
191
192   case Instruction::Invoke:    // Should convert to call
193   case Instruction::Switch:    // Should remove entry
194   default:
195   case Instruction::Ret:       // Cannot happen, has no successors!
196     assert(0 && "Unhandled terminator instruction type in RemoveSuccessor!");
197     abort();
198   }
199
200   if (NewTI)   // If it's a different instruction, replace.
201     ReplaceInstWithInst(TI, NewTI);
202 }
203
204 /// SplitEdge -  Split the edge connecting specified block. Pass P must 
205 /// not be NULL. 
206 BasicBlock *llvm::SplitEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *Succ, Pass *P) {
207   TerminatorInst *LatchTerm = BB->getTerminator();
208   unsigned SuccNum = 0;
209 #ifndef NDEBUG
210   unsigned e = LatchTerm->getNumSuccessors();
211 #endif
212   for (unsigned i = 0; ; ++i) {
213     assert(i != e && "Didn't find edge?");
214     if (LatchTerm->getSuccessor(i) == Succ) {
215       SuccNum = i;
216       break;
217     }
218   }
219   
220   // If this is a critical edge, let SplitCriticalEdge do it.
221   if (SplitCriticalEdge(BB->getTerminator(), SuccNum, P))
222     return LatchTerm->getSuccessor(SuccNum);
223
224   // If the edge isn't critical, then BB has a single successor or Succ has a
225   // single pred.  Split the block.
226   BasicBlock::iterator SplitPoint;
227   if (BasicBlock *SP = Succ->getSinglePredecessor()) {
228     // If the successor only has a single pred, split the top of the successor
229     // block.
230     assert(SP == BB && "CFG broken");
231     SP = NULL;
232     return SplitBlock(Succ, Succ->begin(), P);
233   } else {
234     // Otherwise, if BB has a single successor, split it at the bottom of the
235     // block.
236     assert(BB->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
237            "Should have a single succ!"); 
238     return SplitBlock(BB, BB->getTerminator(), P);
239   }
240 }
241
242 /// SplitBlock - Split the specified block at the specified instruction - every
243 /// thing before SplitPt stays in Old and everything starting with SplitPt moves
244 /// to a new block.  The two blocks are joined by an unconditional branch and
245 /// the loop info is updated.
246 ///
247 BasicBlock *llvm::SplitBlock(BasicBlock *Old, Instruction *SplitPt, Pass *P) {
248   BasicBlock::iterator SplitIt = SplitPt;
249   while (isa<PHINode>(SplitIt))
250     ++SplitIt;
251   BasicBlock *New = Old->splitBasicBlock(SplitIt, Old->getName()+".split");
252
253   // The new block lives in whichever loop the old one did.
254   if (LoopInfo* LI = P->getAnalysisToUpdate<LoopInfo>())
255     if (Loop *L = LI->getLoopFor(Old))
256       L->addBasicBlockToLoop(New, LI->getBase());
257
258   if (DominatorTree *DT = P->getAnalysisToUpdate<DominatorTree>()) 
259     {
260       // Old dominates New. New node domiantes all other nodes dominated by Old.
261       DomTreeNode *OldNode = DT->getNode(Old);
262       std::vector<DomTreeNode *> Children;
263       for (DomTreeNode::iterator I = OldNode->begin(), E = OldNode->end();
264            I != E; ++I) 
265         Children.push_back(*I);
266
267       DomTreeNode *NewNode =   DT->addNewBlock(New,Old);
268
269       for (std::vector<DomTreeNode *>::iterator I = Children.begin(),
270              E = Children.end(); I != E; ++I) 
271         DT->changeImmediateDominator(*I, NewNode);
272     }
273
274   if (DominanceFrontier *DF = P->getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>())
275     DF->splitBlock(Old);
276     
277   return New;
278 }
279
280
281 /// SplitBlockPredecessors - This method transforms BB by introducing a new
282 /// basic block into the function, and moving some of the predecessors of BB to
283 /// be predecessors of the new block.  The new predecessors are indicated by the
284 /// Preds array, which has NumPreds elements in it.  The new block is given a
285 /// suffix of 'Suffix'.
286 ///
287 /// This currently updates the LLVM IR, AliasAnalysis, DominatorTree and
288 /// DominanceFrontier, but no other analyses.
289 BasicBlock *llvm::SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB, 
290                                          BasicBlock *const *Preds,
291                                          unsigned NumPreds, const char *Suffix,
292                                          Pass *P) {
293   // Create new basic block, insert right before the original block.
294   BasicBlock *NewBB =
295     BasicBlock::Create(BB->getName()+Suffix, BB->getParent(), BB);
296   
297   // The new block unconditionally branches to the old block.
298   BranchInst *BI = BranchInst::Create(BB, NewBB);
299   
300   // Move the edges from Preds to point to NewBB instead of BB.
301   for (unsigned i = 0; i != NumPreds; ++i)
302     Preds[i]->getTerminator()->replaceUsesOfWith(BB, NewBB);
303   
304   // Update dominator tree and dominator frontier if available.
305   DominatorTree *DT = P ? P->getAnalysisToUpdate<DominatorTree>() : 0;
306   if (DT)
307     DT->splitBlock(NewBB);
308   if (DominanceFrontier *DF = P ? P->getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>():0)
309     DF->splitBlock(NewBB);
310   AliasAnalysis *AA = P ? P->getAnalysisToUpdate<AliasAnalysis>() : 0;
311   
312   
313   // Insert a new PHI node into NewBB for every PHI node in BB and that new PHI
314   // node becomes an incoming value for BB's phi node.  However, if the Preds
315   // list is empty, we need to insert dummy entries into the PHI nodes in BB to
316   // account for the newly created predecessor.
317   if (NumPreds == 0) {
318     // Insert dummy values as the incoming value.
319     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
320       cast<PHINode>(I)->addIncoming(UndefValue::get(I->getType()), NewBB);
321     return NewBB;
322   }
323   
324   // Otherwise, create a new PHI node in NewBB for each PHI node in BB.
325   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
326     PHINode *PN = cast<PHINode>(I++);
327     
328     // Check to see if all of the values coming in are the same.  If so, we
329     // don't need to create a new PHI node.
330     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(Preds[0]);
331     for (unsigned i = 1; i != NumPreds; ++i)
332       if (InVal != PN->getIncomingValueForBlock(Preds[i])) {
333         InVal = 0;
334         break;
335       }
336     
337     if (InVal) {
338       // If all incoming values for the new PHI would be the same, just don't
339       // make a new PHI.  Instead, just remove the incoming values from the old
340       // PHI.
341       for (unsigned i = 0; i != NumPreds; ++i)
342         PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
343     } else {
344       // If the values coming into the block are not the same, we need a PHI.
345       // Create the new PHI node, insert it into NewBB at the end of the block
346       PHINode *NewPHI =
347         PHINode::Create(PN->getType(), PN->getName()+".ph", BI);
348       if (AA) AA->copyValue(PN, NewPHI);
349       
350       // Move all of the PHI values for 'Preds' to the new PHI.
351       for (unsigned i = 0; i != NumPreds; ++i) {
352         Value *V = PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
353         NewPHI->addIncoming(V, Preds[i]);
354       }
355       InVal = NewPHI;
356     }
357     
358     // Add an incoming value to the PHI node in the loop for the preheader
359     // edge.
360     PN->addIncoming(InVal, NewBB);
361     
362     // Check to see if we can eliminate this phi node.
363     if (Value *V = PN->hasConstantValue(DT != 0)) {
364       Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
365       if (!I || DT == 0 || DT->dominates(I, PN)) {
366         PN->replaceAllUsesWith(V);
367         if (AA) AA->deleteValue(PN);
368         PN->eraseFromParent();
369       }
370     }
371   }
372   
373   return NewBB;
374 }
375
376 /// AreEquivalentAddressValues - Test if A and B will obviously have the same
377 /// value. This includes recognizing that %t0 and %t1 will have the same
378 /// value in code like this:
379 ///   %t0 = getelementptr @a, 0, 3
380 ///   store i32 0, i32* %t0
381 ///   %t1 = getelementptr @a, 0, 3
382 ///   %t2 = load i32* %t1
383 ///
384 static bool AreEquivalentAddressValues(const Value *A, const Value *B) {
385   // Test if the values are trivially equivalent.
386   if (A == B) return true;
387   
388   // Test if the values come form identical arithmetic instructions.
389   if (isa<BinaryOperator>(A) || isa<CastInst>(A) ||
390       isa<PHINode>(A) || isa<GetElementPtrInst>(A))
391     if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(B))
392       if (cast<Instruction>(A)->isIdenticalTo(BI))
393         return true;
394   
395   // Otherwise they may not be equivalent.
396   return false;
397 }
398
399 /// FindAvailableLoadedValue - Scan the ScanBB block backwards (starting at the
400 /// instruction before ScanFrom) checking to see if we have the value at the
401 /// memory address *Ptr locally available within a small number of instructions.
402 /// If the value is available, return it.
403 ///
404 /// If not, return the iterator for the last validated instruction that the 
405 /// value would be live through.  If we scanned the entire block and didn't find
406 /// something that invalidates *Ptr or provides it, ScanFrom would be left at
407 /// begin() and this returns null.  ScanFrom could also be left 
408 ///
409 /// MaxInstsToScan specifies the maximum instructions to scan in the block.  If
410 /// it is set to 0, it will scan the whole block. You can also optionally
411 /// specify an alias analysis implementation, which makes this more precise.
412 Value *llvm::FindAvailableLoadedValue(Value *Ptr, BasicBlock *ScanBB,
413                                       BasicBlock::iterator &ScanFrom,
414                                       unsigned MaxInstsToScan,
415                                       AliasAnalysis *AA) {
416   if (MaxInstsToScan == 0) MaxInstsToScan = ~0U;
417
418   // If we're using alias analysis to disambiguate get the size of *Ptr.
419   unsigned AccessSize = 0;
420   if (AA) {
421     const Type *AccessTy = cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType();
422     AccessSize = AA->getTargetData().getTypeStoreSizeInBits(AccessTy);
423   }
424   
425   while (ScanFrom != ScanBB->begin()) {
426     // Don't scan huge blocks.
427     if (MaxInstsToScan-- == 0) return 0;
428     
429     Instruction *Inst = --ScanFrom;
430     
431     // If this is a load of Ptr, the loaded value is available.
432     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
433       if (AreEquivalentAddressValues(LI->getOperand(0), Ptr))
434         return LI;
435     
436     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
437       // If this is a store through Ptr, the value is available!
438       if (AreEquivalentAddressValues(SI->getOperand(1), Ptr))
439         return SI->getOperand(0);
440       
441       // If Ptr is an alloca and this is a store to a different alloca, ignore
442       // the store.  This is a trivial form of alias analysis that is important
443       // for reg2mem'd code.
444       if ((isa<AllocaInst>(Ptr) || isa<GlobalVariable>(Ptr)) &&
445           (isa<AllocaInst>(SI->getOperand(1)) ||
446            isa<GlobalVariable>(SI->getOperand(1))))
447         continue;
448       
449       // If we have alias analysis and it says the store won't modify the loaded
450       // value, ignore the store.
451       if (AA &&
452           (AA->getModRefInfo(SI, Ptr, AccessSize) & AliasAnalysis::Mod) == 0)
453         continue;
454       
455       // Otherwise the store that may or may not alias the pointer, bail out.
456       ++ScanFrom;
457       return 0;
458     }
459     
460     // If this is some other instruction that may clobber Ptr, bail out.
461     if (Inst->mayWriteToMemory()) {
462       // If alias analysis claims that it really won't modify the load,
463       // ignore it.
464       if (AA &&
465           (AA->getModRefInfo(Inst, Ptr, AccessSize) & AliasAnalysis::Mod) == 0)
466         continue;
467       
468       // May modify the pointer, bail out.
469       ++ScanFrom;
470       return 0;
471     }
472   }
473   
474   // Got to the start of the block, we didn't find it, but are done for this
475   // block.
476   return 0;
477 }