fix assertion.
[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 /// DeleteDeadBlock - Delete the specified block, which must have no
28 /// predecessors.
29 void llvm::DeleteDeadBlock(BasicBlock *BB) {
30   assert(pred_begin(BB) == pred_end(BB) && "Block is not dead!");
31   TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
32   
33   // Loop through all of our successors and make sure they know that one
34   // of their predecessors is going away.
35   for (unsigned i = 0, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
36     BBTerm->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
37   
38   // Zap all the instructions in the block.
39   while (!BB->empty()) {
40     Instruction &I = BB->back();
41     // If this instruction is used, replace uses with an arbitrary value.
42     // Because control flow can't get here, we don't care what we replace the
43     // value with.  Note that since this block is unreachable, and all values
44     // contained within it must dominate their uses, that all uses will
45     // eventually be removed (they are themselves dead).
46     if (!I.use_empty())
47       I.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I.getType()));
48     BB->getInstList().pop_back();
49   }
50   
51   // Zap the block!
52   BB->eraseFromParent();
53 }
54
55 /// MergeBlockIntoPredecessor - Attempts to merge a block into its predecessor,
56 /// if possible.  The return value indicates success or failure.
57 bool llvm::MergeBlockIntoPredecessor(BasicBlock* BB, Pass* P) {
58   pred_iterator PI(pred_begin(BB)), PE(pred_end(BB));
59   // Can't merge the entry block.
60   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB)) return false;
61   
62   BasicBlock *PredBB = *PI++;
63   for (; PI != PE; ++PI)  // Search all predecessors, see if they are all same
64     if (*PI != PredBB) {
65       PredBB = 0;       // There are multiple different predecessors...
66       break;
67     }
68   
69   // Can't merge if there are multiple predecessors.
70   if (!PredBB) return false;
71   // Don't break self-loops.
72   if (PredBB == BB) return false;
73   // Don't break invokes.
74   if (isa<InvokeInst>(PredBB->getTerminator())) return false;
75   
76   succ_iterator SI(succ_begin(PredBB)), SE(succ_end(PredBB));
77   BasicBlock* OnlySucc = BB;
78   for (; SI != SE; ++SI)
79     if (*SI != OnlySucc) {
80       OnlySucc = 0;     // There are multiple distinct successors!
81       break;
82     }
83   
84   // Can't merge if there are multiple successors.
85   if (!OnlySucc) return false;
86
87   // Can't merge if there is PHI loop.
88   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end(); BI != BE; ++BI) {
89     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI)) {
90       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
91         if (PN->getIncomingValue(i) == PN)
92           return false;
93     } else
94       break;
95   }
96
97   // Begin by getting rid of unneeded PHIs.
98   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&BB->front())) {
99     PN->replaceAllUsesWith(PN->getIncomingValue(0));
100     BB->getInstList().pop_front();  // Delete the phi node...
101   }
102   
103   // Delete the unconditional branch from the predecessor...
104   PredBB->getInstList().pop_back();
105   
106   // Move all definitions in the successor to the predecessor...
107   PredBB->getInstList().splice(PredBB->end(), BB->getInstList());
108   
109   // Make all PHI nodes that referred to BB now refer to Pred as their
110   // source...
111   BB->replaceAllUsesWith(PredBB);
112   
113   // Inherit predecessors name if it exists.
114   if (!PredBB->hasName())
115     PredBB->takeName(BB);
116   
117   // Finally, erase the old block and update dominator info.
118   if (P) {
119     if (DominatorTree* DT = P->getAnalysisToUpdate<DominatorTree>()) {
120       DomTreeNode* DTN = DT->getNode(BB);
121       DomTreeNode* PredDTN = DT->getNode(PredBB);
122   
123       if (DTN) {
124         SmallPtrSet<DomTreeNode*, 8> Children(DTN->begin(), DTN->end());
125         for (SmallPtrSet<DomTreeNode*, 8>::iterator DI = Children.begin(),
126              DE = Children.end(); DI != DE; ++DI)
127           DT->changeImmediateDominator(*DI, PredDTN);
128
129         DT->eraseNode(BB);
130       }
131     }
132   }
133   
134   BB->eraseFromParent();
135   
136   
137   return true;
138 }
139
140 /// ReplaceInstWithValue - Replace all uses of an instruction (specified by BI)
141 /// with a value, then remove and delete the original instruction.
142 ///
143 void llvm::ReplaceInstWithValue(BasicBlock::InstListType &BIL,
144                                 BasicBlock::iterator &BI, Value *V) {
145   Instruction &I = *BI;
146   // Replaces all of the uses of the instruction with uses of the value
147   I.replaceAllUsesWith(V);
148
149   // Make sure to propagate a name if there is one already.
150   if (I.hasName() && !V->hasName())
151     V->takeName(&I);
152
153   // Delete the unnecessary instruction now...
154   BI = BIL.erase(BI);
155 }
156
157
158 /// ReplaceInstWithInst - Replace the instruction specified by BI with the
159 /// instruction specified by I.  The original instruction is deleted and BI is
160 /// updated to point to the new instruction.
161 ///
162 void llvm::ReplaceInstWithInst(BasicBlock::InstListType &BIL,
163                                BasicBlock::iterator &BI, Instruction *I) {
164   assert(I->getParent() == 0 &&
165          "ReplaceInstWithInst: Instruction already inserted into basic block!");
166
167   // Insert the new instruction into the basic block...
168   BasicBlock::iterator New = BIL.insert(BI, I);
169
170   // Replace all uses of the old instruction, and delete it.
171   ReplaceInstWithValue(BIL, BI, I);
172
173   // Move BI back to point to the newly inserted instruction
174   BI = New;
175 }
176
177 /// ReplaceInstWithInst - Replace the instruction specified by From with the
178 /// instruction specified by To.
179 ///
180 void llvm::ReplaceInstWithInst(Instruction *From, Instruction *To) {
181   BasicBlock::iterator BI(From);
182   ReplaceInstWithInst(From->getParent()->getInstList(), BI, To);
183 }
184
185 /// RemoveSuccessor - Change the specified terminator instruction such that its
186 /// successor SuccNum no longer exists.  Because this reduces the outgoing
187 /// degree of the current basic block, the actual terminator instruction itself
188 /// may have to be changed.  In the case where the last successor of the block 
189 /// is deleted, a return instruction is inserted in its place which can cause a
190 /// surprising change in program behavior if it is not expected.
191 ///
192 void llvm::RemoveSuccessor(TerminatorInst *TI, unsigned SuccNum) {
193   assert(SuccNum < TI->getNumSuccessors() &&
194          "Trying to remove a nonexistant successor!");
195
196   // If our old successor block contains any PHI nodes, remove the entry in the
197   // PHI nodes that comes from this branch...
198   //
199   BasicBlock *BB = TI->getParent();
200   TI->getSuccessor(SuccNum)->removePredecessor(BB);
201
202   TerminatorInst *NewTI = 0;
203   switch (TI->getOpcode()) {
204   case Instruction::Br:
205     // If this is a conditional branch... convert to unconditional branch.
206     if (TI->getNumSuccessors() == 2) {
207       cast<BranchInst>(TI)->setUnconditionalDest(TI->getSuccessor(1-SuccNum));
208     } else {                    // Otherwise convert to a return instruction...
209       Value *RetVal = 0;
210
211       // Create a value to return... if the function doesn't return null...
212       if (BB->getParent()->getReturnType() != Type::VoidTy)
213         RetVal = Constant::getNullValue(BB->getParent()->getReturnType());
214
215       // Create the return...
216       NewTI = ReturnInst::Create(RetVal);
217     }
218     break;
219
220   case Instruction::Invoke:    // Should convert to call
221   case Instruction::Switch:    // Should remove entry
222   default:
223   case Instruction::Ret:       // Cannot happen, has no successors!
224     assert(0 && "Unhandled terminator instruction type in RemoveSuccessor!");
225     abort();
226   }
227
228   if (NewTI)   // If it's a different instruction, replace.
229     ReplaceInstWithInst(TI, NewTI);
230 }
231
232 /// SplitEdge -  Split the edge connecting specified block. Pass P must 
233 /// not be NULL. 
234 BasicBlock *llvm::SplitEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *Succ, Pass *P) {
235   TerminatorInst *LatchTerm = BB->getTerminator();
236   unsigned SuccNum = 0;
237 #ifndef NDEBUG
238   unsigned e = LatchTerm->getNumSuccessors();
239 #endif
240   for (unsigned i = 0; ; ++i) {
241     assert(i != e && "Didn't find edge?");
242     if (LatchTerm->getSuccessor(i) == Succ) {
243       SuccNum = i;
244       break;
245     }
246   }
247   
248   // If this is a critical edge, let SplitCriticalEdge do it.
249   if (SplitCriticalEdge(BB->getTerminator(), SuccNum, P))
250     return LatchTerm->getSuccessor(SuccNum);
251
252   // If the edge isn't critical, then BB has a single successor or Succ has a
253   // single pred.  Split the block.
254   BasicBlock::iterator SplitPoint;
255   if (BasicBlock *SP = Succ->getSinglePredecessor()) {
256     // If the successor only has a single pred, split the top of the successor
257     // block.
258     assert(SP == BB && "CFG broken");
259     SP = NULL;
260     return SplitBlock(Succ, Succ->begin(), P);
261   } else {
262     // Otherwise, if BB has a single successor, split it at the bottom of the
263     // block.
264     assert(BB->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
265            "Should have a single succ!"); 
266     return SplitBlock(BB, BB->getTerminator(), P);
267   }
268 }
269
270 /// SplitBlock - Split the specified block at the specified instruction - every
271 /// thing before SplitPt stays in Old and everything starting with SplitPt moves
272 /// to a new block.  The two blocks are joined by an unconditional branch and
273 /// the loop info is updated.
274 ///
275 BasicBlock *llvm::SplitBlock(BasicBlock *Old, Instruction *SplitPt, Pass *P) {
276   BasicBlock::iterator SplitIt = SplitPt;
277   while (isa<PHINode>(SplitIt))
278     ++SplitIt;
279   BasicBlock *New = Old->splitBasicBlock(SplitIt, Old->getName()+".split");
280
281   // The new block lives in whichever loop the old one did.
282   if (LoopInfo* LI = P->getAnalysisToUpdate<LoopInfo>())
283     if (Loop *L = LI->getLoopFor(Old))
284       L->addBasicBlockToLoop(New, LI->getBase());
285
286   if (DominatorTree *DT = P->getAnalysisToUpdate<DominatorTree>()) 
287     {
288       // Old dominates New. New node domiantes all other nodes dominated by Old.
289       DomTreeNode *OldNode = DT->getNode(Old);
290       std::vector<DomTreeNode *> Children;
291       for (DomTreeNode::iterator I = OldNode->begin(), E = OldNode->end();
292            I != E; ++I) 
293         Children.push_back(*I);
294
295       DomTreeNode *NewNode =   DT->addNewBlock(New,Old);
296
297       for (std::vector<DomTreeNode *>::iterator I = Children.begin(),
298              E = Children.end(); I != E; ++I) 
299         DT->changeImmediateDominator(*I, NewNode);
300     }
301
302   if (DominanceFrontier *DF = P->getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>())
303     DF->splitBlock(Old);
304     
305   return New;
306 }
307
308
309 /// SplitBlockPredecessors - This method transforms BB by introducing a new
310 /// basic block into the function, and moving some of the predecessors of BB to
311 /// be predecessors of the new block.  The new predecessors are indicated by the
312 /// Preds array, which has NumPreds elements in it.  The new block is given a
313 /// suffix of 'Suffix'.
314 ///
315 /// This currently updates the LLVM IR, AliasAnalysis, DominatorTree and
316 /// DominanceFrontier, but no other analyses.
317 BasicBlock *llvm::SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB, 
318                                          BasicBlock *const *Preds,
319                                          unsigned NumPreds, const char *Suffix,
320                                          Pass *P) {
321   // Create new basic block, insert right before the original block.
322   BasicBlock *NewBB =
323     BasicBlock::Create(BB->getName()+Suffix, BB->getParent(), BB);
324   
325   // The new block unconditionally branches to the old block.
326   BranchInst *BI = BranchInst::Create(BB, NewBB);
327   
328   // Move the edges from Preds to point to NewBB instead of BB.
329   for (unsigned i = 0; i != NumPreds; ++i)
330     Preds[i]->getTerminator()->replaceUsesOfWith(BB, NewBB);
331   
332   // Update dominator tree and dominator frontier if available.
333   DominatorTree *DT = P ? P->getAnalysisToUpdate<DominatorTree>() : 0;
334   if (DT)
335     DT->splitBlock(NewBB);
336   if (DominanceFrontier *DF = P ? P->getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>():0)
337     DF->splitBlock(NewBB);
338   AliasAnalysis *AA = P ? P->getAnalysisToUpdate<AliasAnalysis>() : 0;
339   
340   
341   // Insert a new PHI node into NewBB for every PHI node in BB and that new PHI
342   // node becomes an incoming value for BB's phi node.  However, if the Preds
343   // list is empty, we need to insert dummy entries into the PHI nodes in BB to
344   // account for the newly created predecessor.
345   if (NumPreds == 0) {
346     // Insert dummy values as the incoming value.
347     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
348       cast<PHINode>(I)->addIncoming(UndefValue::get(I->getType()), NewBB);
349     return NewBB;
350   }
351   
352   // Otherwise, create a new PHI node in NewBB for each PHI node in BB.
353   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
354     PHINode *PN = cast<PHINode>(I++);
355     
356     // Check to see if all of the values coming in are the same.  If so, we
357     // don't need to create a new PHI node.
358     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(Preds[0]);
359     for (unsigned i = 1; i != NumPreds; ++i)
360       if (InVal != PN->getIncomingValueForBlock(Preds[i])) {
361         InVal = 0;
362         break;
363       }
364     
365     if (InVal) {
366       // If all incoming values for the new PHI would be the same, just don't
367       // make a new PHI.  Instead, just remove the incoming values from the old
368       // PHI.
369       for (unsigned i = 0; i != NumPreds; ++i)
370         PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
371     } else {
372       // If the values coming into the block are not the same, we need a PHI.
373       // Create the new PHI node, insert it into NewBB at the end of the block
374       PHINode *NewPHI =
375         PHINode::Create(PN->getType(), PN->getName()+".ph", BI);
376       if (AA) AA->copyValue(PN, NewPHI);
377       
378       // Move all of the PHI values for 'Preds' to the new PHI.
379       for (unsigned i = 0; i != NumPreds; ++i) {
380         Value *V = PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
381         NewPHI->addIncoming(V, Preds[i]);
382       }
383       InVal = NewPHI;
384     }
385     
386     // Add an incoming value to the PHI node in the loop for the preheader
387     // edge.
388     PN->addIncoming(InVal, NewBB);
389     
390     // Check to see if we can eliminate this phi node.
391     if (Value *V = PN->hasConstantValue(DT != 0)) {
392       Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
393       if (!I || DT == 0 || DT->dominates(I, PN)) {
394         PN->replaceAllUsesWith(V);
395         if (AA) AA->deleteValue(PN);
396         PN->eraseFromParent();
397       }
398     }
399   }
400   
401   return NewBB;
402 }
403
404 /// AreEquivalentAddressValues - Test if A and B will obviously have the same
405 /// value. This includes recognizing that %t0 and %t1 will have the same
406 /// value in code like this:
407 ///   %t0 = getelementptr @a, 0, 3
408 ///   store i32 0, i32* %t0
409 ///   %t1 = getelementptr @a, 0, 3
410 ///   %t2 = load i32* %t1
411 ///
412 static bool AreEquivalentAddressValues(const Value *A, const Value *B) {
413   // Test if the values are trivially equivalent.
414   if (A == B) return true;
415   
416   // Test if the values come form identical arithmetic instructions.
417   if (isa<BinaryOperator>(A) || isa<CastInst>(A) ||
418       isa<PHINode>(A) || isa<GetElementPtrInst>(A))
419     if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(B))
420       if (cast<Instruction>(A)->isIdenticalTo(BI))
421         return true;
422   
423   // Otherwise they may not be equivalent.
424   return false;
425 }
426
427 /// FindAvailableLoadedValue - Scan the ScanBB block backwards (starting at the
428 /// instruction before ScanFrom) checking to see if we have the value at the
429 /// memory address *Ptr locally available within a small number of instructions.
430 /// If the value is available, return it.
431 ///
432 /// If not, return the iterator for the last validated instruction that the 
433 /// value would be live through.  If we scanned the entire block and didn't find
434 /// something that invalidates *Ptr or provides it, ScanFrom would be left at
435 /// begin() and this returns null.  ScanFrom could also be left 
436 ///
437 /// MaxInstsToScan specifies the maximum instructions to scan in the block.  If
438 /// it is set to 0, it will scan the whole block. You can also optionally
439 /// specify an alias analysis implementation, which makes this more precise.
440 Value *llvm::FindAvailableLoadedValue(Value *Ptr, BasicBlock *ScanBB,
441                                       BasicBlock::iterator &ScanFrom,
442                                       unsigned MaxInstsToScan,
443                                       AliasAnalysis *AA) {
444   if (MaxInstsToScan == 0) MaxInstsToScan = ~0U;
445
446   // If we're using alias analysis to disambiguate get the size of *Ptr.
447   unsigned AccessSize = 0;
448   if (AA) {
449     const Type *AccessTy = cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType();
450     AccessSize = AA->getTargetData().getTypeStoreSizeInBits(AccessTy);
451   }
452   
453   while (ScanFrom != ScanBB->begin()) {
454     // Don't scan huge blocks.
455     if (MaxInstsToScan-- == 0) return 0;
456     
457     Instruction *Inst = --ScanFrom;
458     
459     // If this is a load of Ptr, the loaded value is available.
460     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
461       if (AreEquivalentAddressValues(LI->getOperand(0), Ptr))
462         return LI;
463     
464     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
465       // If this is a store through Ptr, the value is available!
466       if (AreEquivalentAddressValues(SI->getOperand(1), Ptr))
467         return SI->getOperand(0);
468       
469       // If Ptr is an alloca and this is a store to a different alloca, ignore
470       // the store.  This is a trivial form of alias analysis that is important
471       // for reg2mem'd code.
472       if ((isa<AllocaInst>(Ptr) || isa<GlobalVariable>(Ptr)) &&
473           (isa<AllocaInst>(SI->getOperand(1)) ||
474            isa<GlobalVariable>(SI->getOperand(1))))
475         continue;
476       
477       // If we have alias analysis and it says the store won't modify the loaded
478       // value, ignore the store.
479       if (AA &&
480           (AA->getModRefInfo(SI, Ptr, AccessSize) & AliasAnalysis::Mod) == 0)
481         continue;
482       
483       // Otherwise the store that may or may not alias the pointer, bail out.
484       ++ScanFrom;
485       return 0;
486     }
487     
488     // If this is some other instruction that may clobber Ptr, bail out.
489     if (Inst->mayWriteToMemory()) {
490       // If alias analysis claims that it really won't modify the load,
491       // ignore it.
492       if (AA &&
493           (AA->getModRefInfo(Inst, Ptr, AccessSize) & AliasAnalysis::Mod) == 0)
494         continue;
495       
496       // May modify the pointer, bail out.
497       ++ScanFrom;
498       return 0;
499     }
500   }
501   
502   // Got to the start of the block, we didn't find it, but are done for this
503   // block.
504   return 0;
505 }