Added separate alias instructions for SSE logical ops that operate on non-packed...
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / LoopSimplify.cpp
1 //===- LoopSimplify.cpp - Loop Canonicalization Pass ----------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs several transformations to transform natural loops into a
11 // simpler form, which makes subsequent analyses and transformations simpler and
12 // more effective.
13 //
14 // Loop pre-header insertion guarantees that there is a single, non-critical
15 // entry edge from outside of the loop to the loop header.  This simplifies a
16 // number of analyses and transformations, such as LICM.
17 //
18 // Loop exit-block insertion guarantees that all exit blocks from the loop
19 // (blocks which are outside of the loop that have predecessors inside of the
20 // loop) only have predecessors from inside of the loop (and are thus dominated
21 // by the loop header).  This simplifies transformations such as store-sinking
22 // that are built into LICM.
23 //
24 // This pass also guarantees that loops will have exactly one backedge.
25 //
26 // Note that the simplifycfg pass will clean up blocks which are split out but
27 // end up being unnecessary, so usage of this pass should not pessimize
28 // generated code.
29 //
30 // This pass obviously modifies the CFG, but updates loop information and
31 // dominator information.
32 //
33 //===----------------------------------------------------------------------===//
34
35 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
36 #include "llvm/Constant.h"
37 #include "llvm/Instructions.h"
38 #include "llvm/Function.h"
39 #include "llvm/Type.h"
40 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
41 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
42 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
43 #include "llvm/Support/CFG.h"
44 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
45 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
46 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
47 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
48 using namespace llvm;
49
50 namespace {
51   Statistic<>
52   NumInserted("loopsimplify", "Number of pre-header or exit blocks inserted");
53   Statistic<>
54   NumNested("loopsimplify", "Number of nested loops split out");
55
56   struct LoopSimplify : public FunctionPass {
57     // AA - If we have an alias analysis object to update, this is it, otherwise
58     // this is null.
59     AliasAnalysis *AA;
60     LoopInfo *LI;
61
62     virtual bool runOnFunction(Function &F);
63
64     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
65       // We need loop information to identify the loops...
66       AU.addRequired<LoopInfo>();
67       AU.addRequired<DominatorSet>();
68       AU.addRequired<DominatorTree>();
69
70       AU.addPreserved<LoopInfo>();
71       AU.addPreserved<DominatorSet>();
72       AU.addPreserved<ImmediateDominators>();
73       AU.addPreserved<ETForest>();
74       AU.addPreserved<DominatorTree>();
75       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
76       AU.addPreservedID(BreakCriticalEdgesID);  // No critical edges added.
77     }
78   private:
79     bool ProcessLoop(Loop *L);
80     BasicBlock *SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB, const char *Suffix,
81                                        const std::vector<BasicBlock*> &Preds);
82     BasicBlock *RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit);
83     void InsertPreheaderForLoop(Loop *L);
84     Loop *SeparateNestedLoop(Loop *L);
85     void InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L);
86
87     void UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BasicBlock *NewBB,
88                                          std::vector<BasicBlock*> &PredBlocks);
89   };
90
91   RegisterOpt<LoopSimplify>
92   X("loopsimplify", "Canonicalize natural loops", true);
93 }
94
95 // Publically exposed interface to pass...
96 const PassInfo *llvm::LoopSimplifyID = X.getPassInfo();
97 FunctionPass *llvm::createLoopSimplifyPass() { return new LoopSimplify(); }
98
99 /// runOnFunction - Run down all loops in the CFG (recursively, but we could do
100 /// it in any convenient order) inserting preheaders...
101 ///
102 bool LoopSimplify::runOnFunction(Function &F) {
103   bool Changed = false;
104   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
105   AA = getAnalysisToUpdate<AliasAnalysis>();
106
107   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
108     Changed |= ProcessLoop(*I);
109
110   return Changed;
111 }
112
113 /// ProcessLoop - Walk the loop structure in depth first order, ensuring that
114 /// all loops have preheaders.
115 ///
116 bool LoopSimplify::ProcessLoop(Loop *L) {
117   bool Changed = false;
118   // Canonicalize inner loops before outer loops.  Inner loop canonicalization
119   // can provide work for the outer loop to canonicalize.
120   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
121     Changed |= ProcessLoop(*I);
122   
123   // Check to see that no blocks (other than the header) in the loop have
124   // predecessors that are not in the loop.  This is not valid for natural
125   // loops, but can occur if the blocks are unreachable.  Since they are
126   // unreachable we can just shamelessly destroy their terminators to make them
127   // not branch into the loop!
128   assert(L->getBlocks()[0] == L->getHeader() &&
129          "Header isn't first block in loop?");
130   for (unsigned i = 1, e = L->getBlocks().size(); i != e; ++i) {
131     BasicBlock *LoopBB = L->getBlocks()[i];
132   Retry:
133     for (pred_iterator PI = pred_begin(LoopBB), E = pred_end(LoopBB);
134          PI != E; ++PI)
135       if (!L->contains(*PI)) {
136         // This predecessor is not in the loop.  Kill its terminator!
137         BasicBlock *DeadBlock = *PI;
138         for (succ_iterator SI = succ_begin(DeadBlock), E = succ_end(DeadBlock);
139              SI != E; ++SI)
140           (*SI)->removePredecessor(DeadBlock);  // Remove PHI node entries
141
142         // Delete the dead terminator.
143         if (AA) AA->deleteValue(&DeadBlock->back());
144         DeadBlock->getInstList().pop_back();
145
146         Value *RetVal = 0;
147         if (LoopBB->getParent()->getReturnType() != Type::VoidTy)
148           RetVal = Constant::getNullValue(LoopBB->getParent()->getReturnType());
149         new ReturnInst(RetVal, DeadBlock);
150         goto Retry;  // We just invalidated the pred_iterator.  Retry.
151       }
152   }
153
154   // Does the loop already have a preheader?  If so, don't modify the loop...
155   if (L->getLoopPreheader() == 0) {
156     InsertPreheaderForLoop(L);
157     NumInserted++;
158     Changed = true;
159   }
160
161   // Next, check to make sure that all exit nodes of the loop only have
162   // predecessors that are inside of the loop.  This check guarantees that the
163   // loop preheader/header will dominate the exit blocks.  If the exit block has
164   // predecessors from outside of the loop, split the edge now.
165   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
166   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
167     
168   SetVector<BasicBlock*> ExitBlockSet(ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end());
169   for (SetVector<BasicBlock*>::iterator I = ExitBlockSet.begin(),
170          E = ExitBlockSet.end(); I != E; ++I) {
171     BasicBlock *ExitBlock = *I;
172     for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), PE = pred_end(ExitBlock);
173          PI != PE; ++PI)
174       // Must be exactly this loop: no subloops, parent loops, or non-loop preds
175       // allowed.
176       if (!L->contains(*PI)) {
177         RewriteLoopExitBlock(L, ExitBlock);
178         NumInserted++;
179         Changed = true;
180         break;
181       }
182   }
183
184   // If the header has more than two predecessors at this point (from the
185   // preheader and from multiple backedges), we must adjust the loop.
186   if (L->getNumBackEdges() != 1) {
187     
188     // If this is really a nested loop, rip it out into a child loop.
189     if (Loop *NL = SeparateNestedLoop(L)) {
190       ++NumNested;
191       // This is a big restructuring change, reprocess the whole loop.
192       ProcessLoop(NL);
193       return true;
194     }
195
196     InsertUniqueBackedgeBlock(L);
197     NumInserted++;
198     Changed = true;
199   }
200
201   // Scan over the PHI nodes in the loop header.  Since they now have only two
202   // incoming values (the loop is canonicalized), we may have simplified the PHI
203   // down to 'X = phi [X, Y]', which should be replaced with 'Y'.
204   PHINode *PN;
205   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
206        (PN = dyn_cast<PHINode>(I++)); )
207     if (Value *V = PN->hasConstantValue()) {
208         PN->replaceAllUsesWith(V);
209         PN->eraseFromParent();
210       }
211
212   return Changed;
213 }
214
215 /// SplitBlockPredecessors - Split the specified block into two blocks.  We want
216 /// to move the predecessors specified in the Preds list to point to the new
217 /// block, leaving the remaining predecessors pointing to BB.  This method
218 /// updates the SSA PHINode's, but no other analyses.
219 ///
220 BasicBlock *LoopSimplify::SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB,
221                                                  const char *Suffix,
222                                        const std::vector<BasicBlock*> &Preds) {
223
224   // Create new basic block, insert right before the original block...
225   BasicBlock *NewBB = new BasicBlock(BB->getName()+Suffix, BB->getParent(), BB);
226
227   // The preheader first gets an unconditional branch to the loop header...
228   BranchInst *BI = new BranchInst(BB, NewBB);
229
230   // For every PHI node in the block, insert a PHI node into NewBB where the
231   // incoming values from the out of loop edges are moved to NewBB.  We have two
232   // possible cases here.  If the loop is dead, we just insert dummy entries
233   // into the PHI nodes for the new edge.  If the loop is not dead, we move the
234   // incoming edges in BB into new PHI nodes in NewBB.
235   //
236   if (!Preds.empty()) {  // Is the loop not obviously dead?
237     // Check to see if the values being merged into the new block need PHI
238     // nodes.  If so, insert them.
239     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
240       PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
241       ++I;
242
243       // Check to see if all of the values coming in are the same.  If so, we
244       // don't need to create a new PHI node.
245       Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(Preds[0]);
246       for (unsigned i = 1, e = Preds.size(); i != e; ++i)
247         if (InVal != PN->getIncomingValueForBlock(Preds[i])) {
248           InVal = 0;
249           break;
250         }
251
252       // If the values coming into the block are not the same, we need a PHI.
253       if (InVal == 0) {
254         // Create the new PHI node, insert it into NewBB at the end of the block
255         PHINode *NewPHI = new PHINode(PN->getType(), PN->getName()+".ph", BI);
256         if (AA) AA->copyValue(PN, NewPHI);
257
258         // Move all of the edges from blocks outside the loop to the new PHI
259         for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
260           Value *V = PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
261           NewPHI->addIncoming(V, Preds[i]);
262         }
263         InVal = NewPHI;
264       } else {
265         // Remove all of the edges coming into the PHI nodes from outside of the
266         // block.
267         for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i)
268           PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
269       }
270
271       // Add an incoming value to the PHI node in the loop for the preheader
272       // edge.
273       PN->addIncoming(InVal, NewBB);
274
275       // Can we eliminate this phi node now?
276       if (Value *V = PN->hasConstantValue(true)) {
277         if (!isa<Instruction>(V) ||
278             getAnalysis<DominatorSet>().dominates(cast<Instruction>(V), PN)) {
279           PN->replaceAllUsesWith(V);
280           if (AA) AA->deleteValue(PN);
281           BB->getInstList().erase(PN);
282         }
283       }
284     }
285
286     // Now that the PHI nodes are updated, actually move the edges from
287     // Preds to point to NewBB instead of BB.
288     //
289     for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
290       TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
291       for (unsigned s = 0, e = TI->getNumSuccessors(); s != e; ++s)
292         if (TI->getSuccessor(s) == BB)
293           TI->setSuccessor(s, NewBB);
294     }
295
296   } else {                       // Otherwise the loop is dead...
297     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
298       PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
299       // Insert dummy values as the incoming value...
300       PN->addIncoming(Constant::getNullValue(PN->getType()), NewBB);
301     }
302   }
303   return NewBB;
304 }
305
306 /// InsertPreheaderForLoop - Once we discover that a loop doesn't have a
307 /// preheader, this method is called to insert one.  This method has two phases:
308 /// preheader insertion and analysis updating.
309 ///
310 void LoopSimplify::InsertPreheaderForLoop(Loop *L) {
311   BasicBlock *Header = L->getHeader();
312
313   // Compute the set of predecessors of the loop that are not in the loop.
314   std::vector<BasicBlock*> OutsideBlocks;
315   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), PE = pred_end(Header);
316        PI != PE; ++PI)
317     if (!L->contains(*PI))           // Coming in from outside the loop?
318       OutsideBlocks.push_back(*PI);  // Keep track of it...
319
320   // Split out the loop pre-header
321   BasicBlock *NewBB =
322     SplitBlockPredecessors(Header, ".preheader", OutsideBlocks);
323
324   //===--------------------------------------------------------------------===//
325   //  Update analysis results now that we have performed the transformation
326   //
327
328   // We know that we have loop information to update... update it now.
329   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
330     Parent->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
331
332   DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();  // Update dominator info
333   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
334
335
336   // Update the dominator tree information.
337   // The immediate dominator of the preheader is the immediate dominator of
338   // the old header.
339   DominatorTree::Node *PHDomTreeNode =
340     DT.createNewNode(NewBB, DT.getNode(Header)->getIDom());
341   BasicBlock *oldHeaderIDom = DT.getNode(Header)->getIDom()->getBlock();
342
343   // Change the header node so that PNHode is the new immediate dominator
344   DT.changeImmediateDominator(DT.getNode(Header), PHDomTreeNode);
345
346   {
347     // The blocks that dominate NewBB are the blocks that dominate Header,
348     // minus Header, plus NewBB.
349     DominatorSet::DomSetType DomSet = DS.getDominators(Header);
350     DomSet.erase(Header);  // Header does not dominate us...
351     DS.addBasicBlock(NewBB, DomSet);
352
353     // The newly created basic block dominates all nodes dominated by Header.
354     for (df_iterator<DominatorTree::Node*> DFI = df_begin(PHDomTreeNode),
355            E = df_end(PHDomTreeNode); DFI != E; ++DFI)
356       DS.addDominator((*DFI)->getBlock(), NewBB);
357   }
358
359   // Update immediate dominator information if we have it...
360   if (ImmediateDominators *ID = getAnalysisToUpdate<ImmediateDominators>()) {
361     // Whatever i-dominated the header node now immediately dominates NewBB
362     ID->addNewBlock(NewBB, ID->get(Header));
363
364     // The preheader now is the immediate dominator for the header node...
365     ID->setImmediateDominator(Header, NewBB);
366   }
367   
368   // Update ET Forest information if we have it...
369   if (ETForest *EF = getAnalysisToUpdate<ETForest>()) {
370     // Whatever i-dominated the header node now immediately dominates NewBB
371     EF->addNewBlock(NewBB, oldHeaderIDom);
372
373     // The preheader now is the immediate dominator for the header node...
374     EF->setImmediateDominator(Header, NewBB);
375   }
376
377   // Update dominance frontier information...
378   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>()) {
379     // The DF(NewBB) is just (DF(Header)-Header), because NewBB dominates
380     // everything that Header does, and it strictly dominates Header in
381     // addition.
382     assert(DF->find(Header) != DF->end() && "Header node doesn't have DF set?");
383     DominanceFrontier::DomSetType NewDFSet = DF->find(Header)->second;
384     NewDFSet.erase(Header);
385     DF->addBasicBlock(NewBB, NewDFSet);
386
387     // Now we must loop over all of the dominance frontiers in the function,
388     // replacing occurrences of Header with NewBB in some cases.  If a block
389     // dominates a (now) predecessor of NewBB, but did not strictly dominate
390     // Header, it will have Header in it's DF set, but should now have NewBB in
391     // its set.
392     for (unsigned i = 0, e = OutsideBlocks.size(); i != e; ++i) {
393       // Get all of the dominators of the predecessor...
394       const DominatorSet::DomSetType &PredDoms =
395         DS.getDominators(OutsideBlocks[i]);
396       for (DominatorSet::DomSetType::const_iterator PDI = PredDoms.begin(),
397              PDE = PredDoms.end(); PDI != PDE; ++PDI) {
398         BasicBlock *PredDom = *PDI;
399         // If the loop header is in DF(PredDom), then PredDom didn't dominate
400         // the header but did dominate a predecessor outside of the loop.  Now
401         // we change this entry to include the preheader in the DF instead of
402         // the header.
403         DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(PredDom);
404         assert(DFI != DF->end() && "No dominance frontier for node?");
405         if (DFI->second.count(Header)) {
406           DF->removeFromFrontier(DFI, Header);
407           DF->addToFrontier(DFI, NewBB);
408         }
409       }
410     }
411   }
412 }
413
414 /// RewriteLoopExitBlock - Ensure that the loop preheader dominates all exit
415 /// blocks.  This method is used to split exit blocks that have predecessors
416 /// outside of the loop.
417 BasicBlock *LoopSimplify::RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit) {
418   std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks;
419   for (pred_iterator I = pred_begin(Exit), E = pred_end(Exit); I != E; ++I)
420     if (L->contains(*I))
421       LoopBlocks.push_back(*I);
422
423   assert(!LoopBlocks.empty() && "No edges coming in from outside the loop?");
424   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Exit, ".loopexit", LoopBlocks);
425
426   // Update Loop Information - we know that the new block will be in whichever
427   // loop the Exit block is in.  Note that it may not be in that immediate loop,
428   // if the successor is some other loop header.  In that case, we continue 
429   // walking up the loop tree to find a loop that contains both the successor
430   // block and the predecessor block.
431   Loop *SuccLoop = LI->getLoopFor(Exit);
432   while (SuccLoop && !SuccLoop->contains(L->getHeader()))
433     SuccLoop = SuccLoop->getParentLoop();
434   if (SuccLoop)
435     SuccLoop->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
436
437   // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
438   UpdateDomInfoForRevectoredPreds(NewBB, LoopBlocks);
439   return NewBB;
440 }
441
442 /// AddBlockAndPredsToSet - Add the specified block, and all of its
443 /// predecessors, to the specified set, if it's not already in there.  Stop
444 /// predecessor traversal when we reach StopBlock.
445 static void AddBlockAndPredsToSet(BasicBlock *BB, BasicBlock *StopBlock,
446                                   std::set<BasicBlock*> &Blocks) {
447   if (!Blocks.insert(BB).second) return;  // already processed.
448   if (BB == StopBlock) return;  // Stop here!
449
450   for (pred_iterator I = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); I != E; ++I)
451     AddBlockAndPredsToSet(*I, StopBlock, Blocks);
452 }
453
454 /// FindPHIToPartitionLoops - The first part of loop-nestification is to find a
455 /// PHI node that tells us how to partition the loops.
456 static PHINode *FindPHIToPartitionLoops(Loop *L, DominatorSet &DS,
457                                         AliasAnalysis *AA) {
458   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
459     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
460     ++I;
461     if (Value *V = PN->hasConstantValue())
462       if (!isa<Instruction>(V) || DS.dominates(cast<Instruction>(V), PN)) {
463         // This is a degenerate PHI already, don't modify it!
464         PN->replaceAllUsesWith(V);
465         if (AA) AA->deleteValue(PN);
466         PN->eraseFromParent();
467         continue;
468       }
469
470     // Scan this PHI node looking for a use of the PHI node by itself.
471     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
472       if (PN->getIncomingValue(i) == PN &&
473           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
474         // We found something tasty to remove.
475         return PN;
476   }
477   return 0;
478 }
479
480 /// SeparateNestedLoop - If this loop has multiple backedges, try to pull one of
481 /// them out into a nested loop.  This is important for code that looks like
482 /// this:
483 ///
484 ///  Loop:
485 ///     ...
486 ///     br cond, Loop, Next
487 ///     ...
488 ///     br cond2, Loop, Out
489 ///
490 /// To identify this common case, we look at the PHI nodes in the header of the
491 /// loop.  PHI nodes with unchanging values on one backedge correspond to values
492 /// that change in the "outer" loop, but not in the "inner" loop.
493 ///
494 /// If we are able to separate out a loop, return the new outer loop that was
495 /// created.
496 ///
497 Loop *LoopSimplify::SeparateNestedLoop(Loop *L) {
498   PHINode *PN = FindPHIToPartitionLoops(L, getAnalysis<DominatorSet>(), AA);
499   if (PN == 0) return 0;  // No known way to partition.
500
501   // Pull out all predecessors that have varying values in the loop.  This
502   // handles the case when a PHI node has multiple instances of itself as
503   // arguments.
504   std::vector<BasicBlock*> OuterLoopPreds;
505   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
506     if (PN->getIncomingValue(i) != PN ||
507         !L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
508       OuterLoopPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
509
510   BasicBlock *Header = L->getHeader();
511   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Header, ".outer", OuterLoopPreds);
512
513   // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
514   UpdateDomInfoForRevectoredPreds(NewBB, OuterLoopPreds);
515
516   // Create the new outer loop.
517   Loop *NewOuter = new Loop();
518
519   // Change the parent loop to use the outer loop as its child now.
520   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
521     Parent->replaceChildLoopWith(L, NewOuter);
522   else
523     LI->changeTopLevelLoop(L, NewOuter);
524
525   // This block is going to be our new header block: add it to this loop and all
526   // parent loops.
527   NewOuter->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
528
529   // L is now a subloop of our outer loop.
530   NewOuter->addChildLoop(L);
531
532   for (unsigned i = 0, e = L->getBlocks().size(); i != e; ++i)
533     NewOuter->addBlockEntry(L->getBlocks()[i]);
534
535   // Determine which blocks should stay in L and which should be moved out to
536   // the Outer loop now.
537   DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();
538   std::set<BasicBlock*> BlocksInL;
539   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); PI!=E; ++PI)
540     if (DS.dominates(Header, *PI))
541       AddBlockAndPredsToSet(*PI, Header, BlocksInL);
542
543
544   // Scan all of the loop children of L, moving them to OuterLoop if they are
545   // not part of the inner loop.
546   for (Loop::iterator I = L->begin(); I != L->end(); )
547     if (BlocksInL.count((*I)->getHeader()))
548       ++I;   // Loop remains in L
549     else
550       NewOuter->addChildLoop(L->removeChildLoop(I));
551
552   // Now that we know which blocks are in L and which need to be moved to
553   // OuterLoop, move any blocks that need it.
554   for (unsigned i = 0; i != L->getBlocks().size(); ++i) {
555     BasicBlock *BB = L->getBlocks()[i];
556     if (!BlocksInL.count(BB)) {
557       // Move this block to the parent, updating the exit blocks sets
558       L->removeBlockFromLoop(BB);
559       if ((*LI)[BB] == L)
560         LI->changeLoopFor(BB, NewOuter);
561       --i;
562     }
563   }
564
565   return NewOuter;
566 }
567
568
569
570 /// InsertUniqueBackedgeBlock - This method is called when the specified loop
571 /// has more than one backedge in it.  If this occurs, revector all of these
572 /// backedges to target a new basic block and have that block branch to the loop
573 /// header.  This ensures that loops have exactly one backedge.
574 ///
575 void LoopSimplify::InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L) {
576   assert(L->getNumBackEdges() > 1 && "Must have > 1 backedge!");
577
578   // Get information about the loop
579   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
580   BasicBlock *Header = L->getHeader();
581   Function *F = Header->getParent();
582
583   // Figure out which basic blocks contain back-edges to the loop header.
584   std::vector<BasicBlock*> BackedgeBlocks;
585   for (pred_iterator I = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); I != E; ++I)
586     if (*I != Preheader) BackedgeBlocks.push_back(*I);
587
588   // Create and insert the new backedge block...
589   BasicBlock *BEBlock = new BasicBlock(Header->getName()+".backedge", F);
590   BranchInst *BETerminator = new BranchInst(Header, BEBlock);
591
592   // Move the new backedge block to right after the last backedge block.
593   Function::iterator InsertPos = BackedgeBlocks.back(); ++InsertPos;
594   F->getBasicBlockList().splice(InsertPos, F->getBasicBlockList(), BEBlock);
595
596   // Now that the block has been inserted into the function, create PHI nodes in
597   // the backedge block which correspond to any PHI nodes in the header block.
598   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
599     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
600     PHINode *NewPN = new PHINode(PN->getType(), PN->getName()+".be",
601                                  BETerminator);
602     NewPN->reserveOperandSpace(BackedgeBlocks.size());
603     if (AA) AA->copyValue(PN, NewPN);
604
605     // Loop over the PHI node, moving all entries except the one for the
606     // preheader over to the new PHI node.
607     unsigned PreheaderIdx = ~0U;
608     bool HasUniqueIncomingValue = true;
609     Value *UniqueValue = 0;
610     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
611       BasicBlock *IBB = PN->getIncomingBlock(i);
612       Value *IV = PN->getIncomingValue(i);
613       if (IBB == Preheader) {
614         PreheaderIdx = i;
615       } else {
616         NewPN->addIncoming(IV, IBB);
617         if (HasUniqueIncomingValue) {
618           if (UniqueValue == 0)
619             UniqueValue = IV;
620           else if (UniqueValue != IV)
621             HasUniqueIncomingValue = false;
622         }
623       }
624     }
625
626     // Delete all of the incoming values from the old PN except the preheader's
627     assert(PreheaderIdx != ~0U && "PHI has no preheader entry??");
628     if (PreheaderIdx != 0) {
629       PN->setIncomingValue(0, PN->getIncomingValue(PreheaderIdx));
630       PN->setIncomingBlock(0, PN->getIncomingBlock(PreheaderIdx));
631     }
632     // Nuke all entries except the zero'th.
633     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues()-1; i != e; ++i)
634       PN->removeIncomingValue(e-i, false);
635
636     // Finally, add the newly constructed PHI node as the entry for the BEBlock.
637     PN->addIncoming(NewPN, BEBlock);
638
639     // As an optimization, if all incoming values in the new PhiNode (which is a
640     // subset of the incoming values of the old PHI node) have the same value,
641     // eliminate the PHI Node.
642     if (HasUniqueIncomingValue) {
643       NewPN->replaceAllUsesWith(UniqueValue);
644       if (AA) AA->deleteValue(NewPN);
645       BEBlock->getInstList().erase(NewPN);
646     }
647   }
648
649   // Now that all of the PHI nodes have been inserted and adjusted, modify the
650   // backedge blocks to just to the BEBlock instead of the header.
651   for (unsigned i = 0, e = BackedgeBlocks.size(); i != e; ++i) {
652     TerminatorInst *TI = BackedgeBlocks[i]->getTerminator();
653     for (unsigned Op = 0, e = TI->getNumSuccessors(); Op != e; ++Op)
654       if (TI->getSuccessor(Op) == Header)
655         TI->setSuccessor(Op, BEBlock);
656   }
657
658   //===--- Update all analyses which we must preserve now -----------------===//
659
660   // Update Loop Information - we know that this block is now in the current
661   // loop and all parent loops.
662   L->addBasicBlockToLoop(BEBlock, *LI);
663
664   // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
665   UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BEBlock, BackedgeBlocks);
666 }
667
668 /// UpdateDomInfoForRevectoredPreds - This method is used to update the four
669 /// different kinds of dominator information (dominator sets, immediate
670 /// dominators, dominator trees, and dominance frontiers) after a new block has
671 /// been added to the CFG.
672 ///
673 /// This only supports the case when an existing block (known as "NewBBSucc"),
674 /// had some of its predecessors factored into a new basic block.  This
675 /// transformation inserts a new basic block ("NewBB"), with a single
676 /// unconditional branch to NewBBSucc, and moves some predecessors of
677 /// "NewBBSucc" to now branch to NewBB.  These predecessors are listed in
678 /// PredBlocks, even though they are the same as
679 /// pred_begin(NewBB)/pred_end(NewBB).
680 ///
681 void LoopSimplify::UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BasicBlock *NewBB,
682                                          std::vector<BasicBlock*> &PredBlocks) {
683   assert(!PredBlocks.empty() && "No predblocks??");
684   assert(succ_begin(NewBB) != succ_end(NewBB) &&
685          ++succ_begin(NewBB) == succ_end(NewBB) &&
686          "NewBB should have a single successor!");
687   BasicBlock *NewBBSucc = *succ_begin(NewBB);
688   DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();
689
690   // Update dominator information...  The blocks that dominate NewBB are the
691   // intersection of the dominators of predecessors, plus the block itself.
692   //
693   DominatorSet::DomSetType NewBBDomSet = DS.getDominators(PredBlocks[0]);
694   for (unsigned i = 1, e = PredBlocks.size(); i != e; ++i)
695     set_intersect(NewBBDomSet, DS.getDominators(PredBlocks[i]));
696   NewBBDomSet.insert(NewBB);  // All blocks dominate themselves...
697   DS.addBasicBlock(NewBB, NewBBDomSet);
698
699   // The newly inserted basic block will dominate existing basic blocks iff the
700   // PredBlocks dominate all of the non-pred blocks.  If all predblocks dominate
701   // the non-pred blocks, then they all must be the same block!
702   //
703   bool NewBBDominatesNewBBSucc = true;
704   {
705     BasicBlock *OnePred = PredBlocks[0];
706     for (unsigned i = 1, e = PredBlocks.size(); i != e; ++i)
707       if (PredBlocks[i] != OnePred) {
708         NewBBDominatesNewBBSucc = false;
709         break;
710       }
711
712     if (NewBBDominatesNewBBSucc)
713       for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc), E = pred_end(NewBBSucc);
714            PI != E; ++PI)
715         if (*PI != NewBB && !DS.dominates(NewBBSucc, *PI)) {
716           NewBBDominatesNewBBSucc = false;
717           break;
718         }
719   }
720
721   // The other scenario where the new block can dominate its successors are when
722   // all predecessors of NewBBSucc that are not NewBB are dominated by NewBBSucc
723   // already.
724   if (!NewBBDominatesNewBBSucc) {
725     NewBBDominatesNewBBSucc = true;
726     for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc), E = pred_end(NewBBSucc);
727          PI != E; ++PI)
728       if (*PI != NewBB && !DS.dominates(NewBBSucc, *PI)) {
729         NewBBDominatesNewBBSucc = false;
730         break;
731       }
732   }
733
734   // If NewBB dominates some blocks, then it will dominate all blocks that
735   // NewBBSucc does.
736   if (NewBBDominatesNewBBSucc) {
737     BasicBlock *PredBlock = PredBlocks[0];
738     Function *F = NewBB->getParent();
739     for (Function::iterator I = F->begin(), E = F->end(); I != E; ++I)
740       if (DS.dominates(NewBBSucc, I))
741         DS.addDominator(I, NewBB);
742   }
743
744   // Update immediate dominator information if we have it...
745   BasicBlock *NewBBIDom = 0;
746   if (ImmediateDominators *ID = getAnalysisToUpdate<ImmediateDominators>()) {
747     // To find the immediate dominator of the new exit node, we trace up the
748     // immediate dominators of a predecessor until we find a basic block that
749     // dominates the exit block.
750     //
751     BasicBlock *Dom = PredBlocks[0];  // Some random predecessor...
752     while (!NewBBDomSet.count(Dom)) {  // Loop until we find a dominator...
753       assert(Dom != 0 && "No shared dominator found???");
754       Dom = ID->get(Dom);
755     }
756
757     // Set the immediate dominator now...
758     ID->addNewBlock(NewBB, Dom);
759     NewBBIDom = Dom;   // Reuse this if calculating DominatorTree info...
760
761     // If NewBB strictly dominates other blocks, we need to update their idom's
762     // now.  The only block that need adjustment is the NewBBSucc block, whose
763     // idom should currently be set to PredBlocks[0].
764     if (NewBBDominatesNewBBSucc)
765       ID->setImmediateDominator(NewBBSucc, NewBB);
766   }
767
768   // Update DominatorTree information if it is active.
769   if (DominatorTree *DT = getAnalysisToUpdate<DominatorTree>()) {
770     // If we don't have ImmediateDominator info around, calculate the idom as
771     // above.
772     DominatorTree::Node *NewBBIDomNode;
773     if (NewBBIDom) {
774       NewBBIDomNode = DT->getNode(NewBBIDom);
775     } else {
776       NewBBIDomNode = DT->getNode(PredBlocks[0]); // Random pred
777       while (!NewBBDomSet.count(NewBBIDomNode->getBlock())) {
778         NewBBIDomNode = NewBBIDomNode->getIDom();
779         assert(NewBBIDomNode && "No shared dominator found??");
780       }
781       NewBBIDom = NewBBIDomNode->getBlock();
782     }
783
784     // Create the new dominator tree node... and set the idom of NewBB.
785     DominatorTree::Node *NewBBNode = DT->createNewNode(NewBB, NewBBIDomNode);
786
787     // If NewBB strictly dominates other blocks, then it is now the immediate
788     // dominator of NewBBSucc.  Update the dominator tree as appropriate.
789     if (NewBBDominatesNewBBSucc) {
790       DominatorTree::Node *NewBBSuccNode = DT->getNode(NewBBSucc);
791       DT->changeImmediateDominator(NewBBSuccNode, NewBBNode);
792     }
793   }
794
795   // Update ET-Forest information if it is active.
796   if (ETForest *EF = getAnalysisToUpdate<ETForest>()) {
797     EF->addNewBlock(NewBB, NewBBIDom);
798     if (NewBBDominatesNewBBSucc)
799       EF->setImmediateDominator(NewBBSucc, NewBB);
800   }
801
802   // Update dominance frontier information...
803   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>()) {
804     // If NewBB dominates NewBBSucc, then DF(NewBB) is now going to be the
805     // DF(PredBlocks[0]) without the stuff that the new block does not dominate
806     // a predecessor of.
807     if (NewBBDominatesNewBBSucc) {
808       DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(PredBlocks[0]);
809       if (DFI != DF->end()) {
810         DominanceFrontier::DomSetType Set = DFI->second;
811         // Filter out stuff in Set that we do not dominate a predecessor of.
812         for (DominanceFrontier::DomSetType::iterator SetI = Set.begin(),
813                E = Set.end(); SetI != E;) {
814           bool DominatesPred = false;
815           for (pred_iterator PI = pred_begin(*SetI), E = pred_end(*SetI);
816                PI != E; ++PI)
817             if (DS.dominates(NewBB, *PI))
818               DominatesPred = true;
819           if (!DominatesPred)
820             Set.erase(SetI++);
821           else
822             ++SetI;
823         }
824
825         DF->addBasicBlock(NewBB, Set);
826       }
827
828     } else {
829       // DF(NewBB) is {NewBBSucc} because NewBB does not strictly dominate
830       // NewBBSucc, but it does dominate itself (and there is an edge (NewBB ->
831       // NewBBSucc)).  NewBBSucc is the single successor of NewBB.
832       DominanceFrontier::DomSetType NewDFSet;
833       NewDFSet.insert(NewBBSucc);
834       DF->addBasicBlock(NewBB, NewDFSet);
835     }
836
837     // Now we must loop over all of the dominance frontiers in the function,
838     // replacing occurrences of NewBBSucc with NewBB in some cases.  All
839     // blocks that dominate a block in PredBlocks and contained NewBBSucc in
840     // their dominance frontier must be updated to contain NewBB instead.
841     //
842     for (unsigned i = 0, e = PredBlocks.size(); i != e; ++i) {
843       BasicBlock *Pred = PredBlocks[i];
844       // Get all of the dominators of the predecessor...
845       const DominatorSet::DomSetType &PredDoms = DS.getDominators(Pred);
846       for (DominatorSet::DomSetType::const_iterator PDI = PredDoms.begin(),
847              PDE = PredDoms.end(); PDI != PDE; ++PDI) {
848         BasicBlock *PredDom = *PDI;
849
850         // If the NewBBSucc node is in DF(PredDom), then PredDom didn't
851         // dominate NewBBSucc but did dominate a predecessor of it.  Now we
852         // change this entry to include NewBB in the DF instead of NewBBSucc.
853         DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(PredDom);
854         assert(DFI != DF->end() && "No dominance frontier for node?");
855         if (DFI->second.count(NewBBSucc)) {
856           // If NewBBSucc should not stay in our dominator frontier, remove it.
857           // We remove it unless there is a predecessor of NewBBSucc that we
858           // dominate, but we don't strictly dominate NewBBSucc.
859           bool ShouldRemove = true;
860           if (PredDom == NewBBSucc || !DS.dominates(PredDom, NewBBSucc)) {
861             // Okay, we know that PredDom does not strictly dominate NewBBSucc.
862             // Check to see if it dominates any predecessors of NewBBSucc.
863             for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc),
864                    E = pred_end(NewBBSucc); PI != E; ++PI)
865               if (DS.dominates(PredDom, *PI)) {
866                 ShouldRemove = false;
867                 break;
868               }
869           }
870
871           if (ShouldRemove)
872             DF->removeFromFrontier(DFI, NewBBSucc);
873           DF->addToFrontier(DFI, NewBB);
874         }
875       }
876     }
877   }
878 }
879