904c6fee45f888af941f442edba6b26ff1c8c080
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / LoopSimplify.cpp
1 //===- LoopSimplify.cpp - Loop Canonicalization Pass ----------------------===//
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 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 // Indirectbr instructions introduce several complications. If the loop
27 // contains or is entered by an indirectbr instruction, it may not be possible
28 // to transform the loop and make these guarantees. Client code should check
29 // that these conditions are true before relying on them.
30 //
31 // Note that the simplifycfg pass will clean up blocks which are split out but
32 // end up being unnecessary, so usage of this pass should not pessimize
33 // generated code.
34 //
35 // This pass obviously modifies the CFG, but updates loop information and
36 // dominator information.
37 //
38 //===----------------------------------------------------------------------===//
39
40 #define DEBUG_TYPE "loop-simplify"
41 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
42 #include "llvm/Constants.h"
43 #include "llvm/Instructions.h"
44 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
45 #include "llvm/Function.h"
46 #include "llvm/LLVMContext.h"
47 #include "llvm/Type.h"
48 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
49 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
50 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
51 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
52 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
53 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
54 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
55 #include "llvm/Support/CFG.h"
56 #include "llvm/Support/Debug.h"
57 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
58 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
59 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
60 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
61 using namespace llvm;
62
63 STATISTIC(NumInserted, "Number of pre-header or exit blocks inserted");
64 STATISTIC(NumNested  , "Number of nested loops split out");
65
66 namespace {
67   struct LoopSimplify : public LoopPass {
68     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
69     LoopSimplify() : LoopPass(ID) {
70       initializeLoopSimplifyPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
71     }
72
73     // AA - If we have an alias analysis object to update, this is it, otherwise
74     // this is null.
75     AliasAnalysis *AA;
76     LoopInfo *LI;
77     DominatorTree *DT;
78     ScalarEvolution *SE;
79     Loop *L;
80     virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
81
82     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
83       // We need loop information to identify the loops...
84       AU.addRequired<DominatorTree>();
85       AU.addPreserved<DominatorTree>();
86
87       AU.addRequired<LoopInfo>();
88       AU.addPreserved<LoopInfo>();
89
90       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
91       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
92       AU.addPreservedID(BreakCriticalEdgesID);  // No critical edges added.
93     }
94
95     /// verifyAnalysis() - Verify LoopSimplifyForm's guarantees.
96     void verifyAnalysis() const;
97
98   private:
99     bool ProcessLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
100     BasicBlock *RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit);
101     BasicBlock *InsertPreheaderForLoop(Loop *L);
102     Loop *SeparateNestedLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
103     BasicBlock *InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L, BasicBlock *Preheader);
104     void PlaceSplitBlockCarefully(BasicBlock *NewBB,
105                                   SmallVectorImpl<BasicBlock*> &SplitPreds,
106                                   Loop *L);
107   };
108 }
109
110 char LoopSimplify::ID = 0;
111 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopSimplify, "loop-simplify",
112                 "Canonicalize natural loops", true, false)
113 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
114 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
115 INITIALIZE_PASS_END(LoopSimplify, "loop-simplify",
116                 "Canonicalize natural loops", true, false)
117
118 // Publicly exposed interface to pass...
119 char &llvm::LoopSimplifyID = LoopSimplify::ID;
120 Pass *llvm::createLoopSimplifyPass() { return new LoopSimplify(); }
121
122 /// runOnLoop - Run down all loops in the CFG (recursively, but we could do
123 /// it in any convenient order) inserting preheaders...
124 ///
125 bool LoopSimplify::runOnLoop(Loop *l, LPPassManager &LPM) {
126   L = l;
127   bool Changed = false;
128   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
129   AA = getAnalysisIfAvailable<AliasAnalysis>();
130   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
131   SE = getAnalysisIfAvailable<ScalarEvolution>();
132
133   Changed |= ProcessLoop(L, LPM);
134
135   return Changed;
136 }
137
138 /// ProcessLoop - Walk the loop structure in depth first order, ensuring that
139 /// all loops have preheaders.
140 ///
141 bool LoopSimplify::ProcessLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
142   bool Changed = false;
143 ReprocessLoop:
144
145   // Check to see that no blocks (other than the header) in this loop have
146   // predecessors that are not in the loop.  This is not valid for natural
147   // loops, but can occur if the blocks are unreachable.  Since they are
148   // unreachable we can just shamelessly delete those CFG edges!
149   for (Loop::block_iterator BB = L->block_begin(), E = L->block_end();
150        BB != E; ++BB) {
151     if (*BB == L->getHeader()) continue;
152
153     SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> BadPreds;
154     for (pred_iterator PI = pred_begin(*BB),
155          PE = pred_end(*BB); PI != PE; ++PI) {
156       BasicBlock *P = *PI;
157       if (!L->contains(P))
158         BadPreds.insert(P);
159     }
160
161     // Delete each unique out-of-loop (and thus dead) predecessor.
162     for (SmallPtrSet<BasicBlock*, 4>::iterator I = BadPreds.begin(),
163          E = BadPreds.end(); I != E; ++I) {
164
165       DEBUG(dbgs() << "LoopSimplify: Deleting edge from dead predecessor "
166                    << (*I)->getName() << "\n");
167
168       // Inform each successor of each dead pred.
169       for (succ_iterator SI = succ_begin(*I), SE = succ_end(*I); SI != SE; ++SI)
170         (*SI)->removePredecessor(*I);
171       // Zap the dead pred's terminator and replace it with unreachable.
172       TerminatorInst *TI = (*I)->getTerminator();
173        TI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(TI->getType()));
174       (*I)->getTerminator()->eraseFromParent();
175       new UnreachableInst((*I)->getContext(), *I);
176       Changed = true;
177     }
178   }
179
180   // If there are exiting blocks with branches on undef, resolve the undef in
181   // the direction which will exit the loop. This will help simplify loop
182   // trip count computations.
183   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
184   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
185   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::iterator I = ExitingBlocks.begin(),
186        E = ExitingBlocks.end(); I != E; ++I)
187     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>((*I)->getTerminator()))
188       if (BI->isConditional()) {
189         if (UndefValue *Cond = dyn_cast<UndefValue>(BI->getCondition())) {
190
191           DEBUG(dbgs() << "LoopSimplify: Resolving \"br i1 undef\" to exit in "
192                        << (*I)->getName() << "\n");
193
194           BI->setCondition(ConstantInt::get(Cond->getType(),
195                                             !L->contains(BI->getSuccessor(0))));
196           Changed = true;
197         }
198       }
199
200   // Does the loop already have a preheader?  If so, don't insert one.
201   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
202   if (!Preheader) {
203     Preheader = InsertPreheaderForLoop(L);
204     if (Preheader) {
205       ++NumInserted;
206       Changed = true;
207     }
208   }
209
210   // Next, check to make sure that all exit nodes of the loop only have
211   // predecessors that are inside of the loop.  This check guarantees that the
212   // loop preheader/header will dominate the exit blocks.  If the exit block has
213   // predecessors from outside of the loop, split the edge now.
214   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
215   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
216
217   SmallSetVector<BasicBlock *, 8> ExitBlockSet(ExitBlocks.begin(),
218                                                ExitBlocks.end());
219   for (SmallSetVector<BasicBlock *, 8>::iterator I = ExitBlockSet.begin(),
220          E = ExitBlockSet.end(); I != E; ++I) {
221     BasicBlock *ExitBlock = *I;
222     for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), PE = pred_end(ExitBlock);
223          PI != PE; ++PI)
224       // Must be exactly this loop: no subloops, parent loops, or non-loop preds
225       // allowed.
226       if (!L->contains(*PI)) {
227         if (RewriteLoopExitBlock(L, ExitBlock)) {
228           ++NumInserted;
229           Changed = true;
230         }
231         break;
232       }
233   }
234
235   // If the header has more than two predecessors at this point (from the
236   // preheader and from multiple backedges), we must adjust the loop.
237   BasicBlock *LoopLatch = L->getLoopLatch();
238   if (!LoopLatch) {
239     // If this is really a nested loop, rip it out into a child loop.  Don't do
240     // this for loops with a giant number of backedges, just factor them into a
241     // common backedge instead.
242     if (L->getNumBackEdges() < 8) {
243       if (SeparateNestedLoop(L, LPM)) {
244         ++NumNested;
245         // This is a big restructuring change, reprocess the whole loop.
246         Changed = true;
247         // GCC doesn't tail recursion eliminate this.
248         goto ReprocessLoop;
249       }
250     }
251
252     // If we either couldn't, or didn't want to, identify nesting of the loops,
253     // insert a new block that all backedges target, then make it jump to the
254     // loop header.
255     LoopLatch = InsertUniqueBackedgeBlock(L, Preheader);
256     if (LoopLatch) {
257       ++NumInserted;
258       Changed = true;
259     }
260   }
261
262   // Scan over the PHI nodes in the loop header.  Since they now have only two
263   // incoming values (the loop is canonicalized), we may have simplified the PHI
264   // down to 'X = phi [X, Y]', which should be replaced with 'Y'.
265   PHINode *PN;
266   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
267        (PN = dyn_cast<PHINode>(I++)); )
268     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, 0, 0, DT)) {
269       if (AA) AA->deleteValue(PN);
270       if (SE) SE->forgetValue(PN);
271       PN->replaceAllUsesWith(V);
272       PN->eraseFromParent();
273     }
274
275   // If this loop has multiple exits and the exits all go to the same
276   // block, attempt to merge the exits. This helps several passes, such
277   // as LoopRotation, which do not support loops with multiple exits.
278   // SimplifyCFG also does this (and this code uses the same utility
279   // function), however this code is loop-aware, where SimplifyCFG is
280   // not. That gives it the advantage of being able to hoist
281   // loop-invariant instructions out of the way to open up more
282   // opportunities, and the disadvantage of having the responsibility
283   // to preserve dominator information.
284   bool UniqueExit = true;
285   if (!ExitBlocks.empty())
286     for (unsigned i = 1, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
287       if (ExitBlocks[i] != ExitBlocks[0]) {
288         UniqueExit = false;
289         break;
290       }
291   if (UniqueExit) {
292     for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
293       BasicBlock *ExitingBlock = ExitingBlocks[i];
294       if (!ExitingBlock->getSinglePredecessor()) continue;
295       BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
296       if (!BI || !BI->isConditional()) continue;
297       CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(BI->getCondition());
298       if (!CI || CI->getParent() != ExitingBlock) continue;
299
300       // Attempt to hoist out all instructions except for the
301       // comparison and the branch.
302       bool AllInvariant = true;
303       for (BasicBlock::iterator I = ExitingBlock->begin(); &*I != BI; ) {
304         Instruction *Inst = I++;
305         // Skip debug info intrinsics.
306         if (isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst))
307           continue;
308         if (Inst == CI)
309           continue;
310         if (!L->makeLoopInvariant(Inst, Changed,
311                                   Preheader ? Preheader->getTerminator() : 0)) {
312           AllInvariant = false;
313           break;
314         }
315       }
316       if (!AllInvariant) continue;
317
318       // The block has now been cleared of all instructions except for
319       // a comparison and a conditional branch. SimplifyCFG may be able
320       // to fold it now.
321       if (!FoldBranchToCommonDest(BI)) continue;
322
323       // Success. The block is now dead, so remove it from the loop,
324       // update the dominator tree and delete it.
325       DEBUG(dbgs() << "LoopSimplify: Eliminating exiting block "
326                    << ExitingBlock->getName() << "\n");
327
328       // If any reachable control flow within this loop has changed, notify
329       // ScalarEvolution. Currently assume the parent loop doesn't change
330       // (spliting edges doesn't count). If blocks, CFG edges, or other values
331       // in the parent loop change, then we need call to forgetLoop() for the
332       // parent instead.
333       if (SE)
334         SE->forgetLoop(L);
335
336       assert(pred_begin(ExitingBlock) == pred_end(ExitingBlock));
337       Changed = true;
338       LI->removeBlock(ExitingBlock);
339
340       DomTreeNode *Node = DT->getNode(ExitingBlock);
341       const std::vector<DomTreeNodeBase<BasicBlock> *> &Children =
342         Node->getChildren();
343       while (!Children.empty()) {
344         DomTreeNode *Child = Children.front();
345         DT->changeImmediateDominator(Child, Node->getIDom());
346       }
347       DT->eraseNode(ExitingBlock);
348
349       BI->getSuccessor(0)->removePredecessor(ExitingBlock);
350       BI->getSuccessor(1)->removePredecessor(ExitingBlock);
351       ExitingBlock->eraseFromParent();
352     }
353   }
354
355   return Changed;
356 }
357
358 /// InsertPreheaderForLoop - Once we discover that a loop doesn't have a
359 /// preheader, this method is called to insert one.  This method has two phases:
360 /// preheader insertion and analysis updating.
361 ///
362 BasicBlock *LoopSimplify::InsertPreheaderForLoop(Loop *L) {
363   BasicBlock *Header = L->getHeader();
364
365   // Compute the set of predecessors of the loop that are not in the loop.
366   SmallVector<BasicBlock*, 8> OutsideBlocks;
367   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), PE = pred_end(Header);
368        PI != PE; ++PI) {
369     BasicBlock *P = *PI;
370     if (!L->contains(P)) {         // Coming in from outside the loop?
371       // If the loop is branched to from an indirect branch, we won't
372       // be able to fully transform the loop, because it prohibits
373       // edge splitting.
374       if (isa<IndirectBrInst>(P->getTerminator())) return 0;
375
376       // Keep track of it.
377       OutsideBlocks.push_back(P);
378     }
379   }
380
381   // Split out the loop pre-header.
382   BasicBlock *NewBB =
383     SplitBlockPredecessors(Header, OutsideBlocks, ".preheader", this);
384
385   NewBB->getTerminator()->setDebugLoc(Header->getFirstNonPHI()->getDebugLoc());
386   DEBUG(dbgs() << "LoopSimplify: Creating pre-header " << NewBB->getName()
387                << "\n");
388
389   // Make sure that NewBB is put someplace intelligent, which doesn't mess up
390   // code layout too horribly.
391   PlaceSplitBlockCarefully(NewBB, OutsideBlocks, L);
392
393   return NewBB;
394 }
395
396 /// RewriteLoopExitBlock - Ensure that the loop preheader dominates all exit
397 /// blocks.  This method is used to split exit blocks that have predecessors
398 /// outside of the loop.
399 BasicBlock *LoopSimplify::RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit) {
400   SmallVector<BasicBlock*, 8> LoopBlocks;
401   for (pred_iterator I = pred_begin(Exit), E = pred_end(Exit); I != E; ++I) {
402     BasicBlock *P = *I;
403     if (L->contains(P)) {
404       // Don't do this if the loop is exited via an indirect branch.
405       if (isa<IndirectBrInst>(P->getTerminator())) return 0;
406
407       LoopBlocks.push_back(P);
408     }
409   }
410
411   assert(!LoopBlocks.empty() && "No edges coming in from outside the loop?");
412   BasicBlock *NewExitBB = 0;
413
414   if (Exit->isLandingPad()) {
415     SmallVector<BasicBlock*, 2> NewBBs;
416     SplitLandingPadPredecessors(Exit, ArrayRef<BasicBlock*>(&LoopBlocks[0],
417                                                             LoopBlocks.size()),
418                                 ".loopexit", ".nonloopexit",
419                                 this, NewBBs);
420     NewExitBB = NewBBs[0];
421   } else {
422     NewExitBB = SplitBlockPredecessors(Exit, LoopBlocks, ".loopexit", this);
423   }
424
425   DEBUG(dbgs() << "LoopSimplify: Creating dedicated exit block "
426                << NewExitBB->getName() << "\n");
427   return NewExitBB;
428 }
429
430 /// AddBlockAndPredsToSet - Add the specified block, and all of its
431 /// predecessors, to the specified set, if it's not already in there.  Stop
432 /// predecessor traversal when we reach StopBlock.
433 static void AddBlockAndPredsToSet(BasicBlock *InputBB, BasicBlock *StopBlock,
434                                   std::set<BasicBlock*> &Blocks) {
435   std::vector<BasicBlock *> WorkList;
436   WorkList.push_back(InputBB);
437   do {
438     BasicBlock *BB = WorkList.back(); WorkList.pop_back();
439     if (Blocks.insert(BB).second && BB != StopBlock)
440       // If BB is not already processed and it is not a stop block then
441       // insert its predecessor in the work list
442       for (pred_iterator I = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); I != E; ++I) {
443         BasicBlock *WBB = *I;
444         WorkList.push_back(WBB);
445       }
446   } while(!WorkList.empty());
447 }
448
449 /// FindPHIToPartitionLoops - The first part of loop-nestification is to find a
450 /// PHI node that tells us how to partition the loops.
451 static PHINode *FindPHIToPartitionLoops(Loop *L, DominatorTree *DT,
452                                         AliasAnalysis *AA, LoopInfo *LI) {
453   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
454     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
455     ++I;
456     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, 0, 0, DT)) {
457       // This is a degenerate PHI already, don't modify it!
458       PN->replaceAllUsesWith(V);
459       if (AA) AA->deleteValue(PN);
460       PN->eraseFromParent();
461       continue;
462     }
463
464     // Scan this PHI node looking for a use of the PHI node by itself.
465     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
466       if (PN->getIncomingValue(i) == PN &&
467           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
468         // We found something tasty to remove.
469         return PN;
470   }
471   return 0;
472 }
473
474 // PlaceSplitBlockCarefully - If the block isn't already, move the new block to
475 // right after some 'outside block' block.  This prevents the preheader from
476 // being placed inside the loop body, e.g. when the loop hasn't been rotated.
477 void LoopSimplify::PlaceSplitBlockCarefully(BasicBlock *NewBB,
478                                        SmallVectorImpl<BasicBlock*> &SplitPreds,
479                                             Loop *L) {
480   // Check to see if NewBB is already well placed.
481   Function::iterator BBI = NewBB; --BBI;
482   for (unsigned i = 0, e = SplitPreds.size(); i != e; ++i) {
483     if (&*BBI == SplitPreds[i])
484       return;
485   }
486
487   // If it isn't already after an outside block, move it after one.  This is
488   // always good as it makes the uncond branch from the outside block into a
489   // fall-through.
490
491   // Figure out *which* outside block to put this after.  Prefer an outside
492   // block that neighbors a BB actually in the loop.
493   BasicBlock *FoundBB = 0;
494   for (unsigned i = 0, e = SplitPreds.size(); i != e; ++i) {
495     Function::iterator BBI = SplitPreds[i];
496     if (++BBI != NewBB->getParent()->end() &&
497         L->contains(BBI)) {
498       FoundBB = SplitPreds[i];
499       break;
500     }
501   }
502
503   // If our heuristic for a *good* bb to place this after doesn't find
504   // anything, just pick something.  It's likely better than leaving it within
505   // the loop.
506   if (!FoundBB)
507     FoundBB = SplitPreds[0];
508   NewBB->moveAfter(FoundBB);
509 }
510
511
512 /// SeparateNestedLoop - If this loop has multiple backedges, try to pull one of
513 /// them out into a nested loop.  This is important for code that looks like
514 /// this:
515 ///
516 ///  Loop:
517 ///     ...
518 ///     br cond, Loop, Next
519 ///     ...
520 ///     br cond2, Loop, Out
521 ///
522 /// To identify this common case, we look at the PHI nodes in the header of the
523 /// loop.  PHI nodes with unchanging values on one backedge correspond to values
524 /// that change in the "outer" loop, but not in the "inner" loop.
525 ///
526 /// If we are able to separate out a loop, return the new outer loop that was
527 /// created.
528 ///
529 Loop *LoopSimplify::SeparateNestedLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
530   PHINode *PN = FindPHIToPartitionLoops(L, DT, AA, LI);
531   if (PN == 0) return 0;  // No known way to partition.
532
533   // Pull out all predecessors that have varying values in the loop.  This
534   // handles the case when a PHI node has multiple instances of itself as
535   // arguments.
536   SmallVector<BasicBlock*, 8> OuterLoopPreds;
537   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
538     if (PN->getIncomingValue(i) != PN ||
539         !L->contains(PN->getIncomingBlock(i))) {
540       // We can't split indirectbr edges.
541       if (isa<IndirectBrInst>(PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator()))
542         return 0;
543
544       OuterLoopPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
545     }
546
547   DEBUG(dbgs() << "LoopSimplify: Splitting out a new outer loop\n");
548
549   // If ScalarEvolution is around and knows anything about values in
550   // this loop, tell it to forget them, because we're about to
551   // substantially change it.
552   if (SE)
553     SE->forgetLoop(L);
554
555   BasicBlock *Header = L->getHeader();
556   BasicBlock *NewBB =
557     SplitBlockPredecessors(Header, OuterLoopPreds,  ".outer", this);
558
559   // Make sure that NewBB is put someplace intelligent, which doesn't mess up
560   // code layout too horribly.
561   PlaceSplitBlockCarefully(NewBB, OuterLoopPreds, L);
562
563   // Create the new outer loop.
564   Loop *NewOuter = new Loop();
565
566   // Change the parent loop to use the outer loop as its child now.
567   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
568     Parent->replaceChildLoopWith(L, NewOuter);
569   else
570     LI->changeTopLevelLoop(L, NewOuter);
571
572   // L is now a subloop of our outer loop.
573   NewOuter->addChildLoop(L);
574
575   // Add the new loop to the pass manager queue.
576   LPM.insertLoopIntoQueue(NewOuter);
577
578   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
579        I != E; ++I)
580     NewOuter->addBlockEntry(*I);
581
582   // Now reset the header in L, which had been moved by
583   // SplitBlockPredecessors for the outer loop.
584   L->moveToHeader(Header);
585
586   // Determine which blocks should stay in L and which should be moved out to
587   // the Outer loop now.
588   std::set<BasicBlock*> BlocksInL;
589   for (pred_iterator PI=pred_begin(Header), E = pred_end(Header); PI!=E; ++PI) {
590     BasicBlock *P = *PI;
591     if (DT->dominates(Header, P))
592       AddBlockAndPredsToSet(P, Header, BlocksInL);
593   }
594
595   // Scan all of the loop children of L, moving them to OuterLoop if they are
596   // not part of the inner loop.
597   const std::vector<Loop*> &SubLoops = L->getSubLoops();
598   for (size_t I = 0; I != SubLoops.size(); )
599     if (BlocksInL.count(SubLoops[I]->getHeader()))
600       ++I;   // Loop remains in L
601     else
602       NewOuter->addChildLoop(L->removeChildLoop(SubLoops.begin() + I));
603
604   // Now that we know which blocks are in L and which need to be moved to
605   // OuterLoop, move any blocks that need it.
606   for (unsigned i = 0; i != L->getBlocks().size(); ++i) {
607     BasicBlock *BB = L->getBlocks()[i];
608     if (!BlocksInL.count(BB)) {
609       // Move this block to the parent, updating the exit blocks sets
610       L->removeBlockFromLoop(BB);
611       if ((*LI)[BB] == L)
612         LI->changeLoopFor(BB, NewOuter);
613       --i;
614     }
615   }
616
617   return NewOuter;
618 }
619
620
621
622 /// InsertUniqueBackedgeBlock - This method is called when the specified loop
623 /// has more than one backedge in it.  If this occurs, revector all of these
624 /// backedges to target a new basic block and have that block branch to the loop
625 /// header.  This ensures that loops have exactly one backedge.
626 ///
627 BasicBlock *
628 LoopSimplify::InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L, BasicBlock *Preheader) {
629   assert(L->getNumBackEdges() > 1 && "Must have > 1 backedge!");
630
631   // Get information about the loop
632   BasicBlock *Header = L->getHeader();
633   Function *F = Header->getParent();
634
635   // Unique backedge insertion currently depends on having a preheader.
636   if (!Preheader)
637     return 0;
638
639   // Figure out which basic blocks contain back-edges to the loop header.
640   std::vector<BasicBlock*> BackedgeBlocks;
641   for (pred_iterator I = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); I != E; ++I){
642     BasicBlock *P = *I;
643
644     // Indirectbr edges cannot be split, so we must fail if we find one.
645     if (isa<IndirectBrInst>(P->getTerminator()))
646       return 0;
647
648     if (P != Preheader) BackedgeBlocks.push_back(P);
649   }
650
651   // Create and insert the new backedge block...
652   BasicBlock *BEBlock = BasicBlock::Create(Header->getContext(),
653                                            Header->getName()+".backedge", F);
654   BranchInst *BETerminator = BranchInst::Create(Header, BEBlock);
655
656   DEBUG(dbgs() << "LoopSimplify: Inserting unique backedge block "
657                << BEBlock->getName() << "\n");
658
659   // Move the new backedge block to right after the last backedge block.
660   Function::iterator InsertPos = BackedgeBlocks.back(); ++InsertPos;
661   F->getBasicBlockList().splice(InsertPos, F->getBasicBlockList(), BEBlock);
662
663   // Now that the block has been inserted into the function, create PHI nodes in
664   // the backedge block which correspond to any PHI nodes in the header block.
665   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
666     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
667     PHINode *NewPN = PHINode::Create(PN->getType(), BackedgeBlocks.size(),
668                                      PN->getName()+".be", BETerminator);
669     if (AA) AA->copyValue(PN, NewPN);
670
671     // Loop over the PHI node, moving all entries except the one for the
672     // preheader over to the new PHI node.
673     unsigned PreheaderIdx = ~0U;
674     bool HasUniqueIncomingValue = true;
675     Value *UniqueValue = 0;
676     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
677       BasicBlock *IBB = PN->getIncomingBlock(i);
678       Value *IV = PN->getIncomingValue(i);
679       if (IBB == Preheader) {
680         PreheaderIdx = i;
681       } else {
682         NewPN->addIncoming(IV, IBB);
683         if (HasUniqueIncomingValue) {
684           if (UniqueValue == 0)
685             UniqueValue = IV;
686           else if (UniqueValue != IV)
687             HasUniqueIncomingValue = false;
688         }
689       }
690     }
691
692     // Delete all of the incoming values from the old PN except the preheader's
693     assert(PreheaderIdx != ~0U && "PHI has no preheader entry??");
694     if (PreheaderIdx != 0) {
695       PN->setIncomingValue(0, PN->getIncomingValue(PreheaderIdx));
696       PN->setIncomingBlock(0, PN->getIncomingBlock(PreheaderIdx));
697     }
698     // Nuke all entries except the zero'th.
699     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues()-1; i != e; ++i)
700       PN->removeIncomingValue(e-i, false);
701
702     // Finally, add the newly constructed PHI node as the entry for the BEBlock.
703     PN->addIncoming(NewPN, BEBlock);
704
705     // As an optimization, if all incoming values in the new PhiNode (which is a
706     // subset of the incoming values of the old PHI node) have the same value,
707     // eliminate the PHI Node.
708     if (HasUniqueIncomingValue) {
709       NewPN->replaceAllUsesWith(UniqueValue);
710       if (AA) AA->deleteValue(NewPN);
711       BEBlock->getInstList().erase(NewPN);
712     }
713   }
714
715   // Now that all of the PHI nodes have been inserted and adjusted, modify the
716   // backedge blocks to just to the BEBlock instead of the header.
717   for (unsigned i = 0, e = BackedgeBlocks.size(); i != e; ++i) {
718     TerminatorInst *TI = BackedgeBlocks[i]->getTerminator();
719     for (unsigned Op = 0, e = TI->getNumSuccessors(); Op != e; ++Op)
720       if (TI->getSuccessor(Op) == Header)
721         TI->setSuccessor(Op, BEBlock);
722   }
723
724   //===--- Update all analyses which we must preserve now -----------------===//
725
726   // Update Loop Information - we know that this block is now in the current
727   // loop and all parent loops.
728   L->addBasicBlockToLoop(BEBlock, LI->getBase());
729
730   // Update dominator information
731   DT->splitBlock(BEBlock);
732
733   return BEBlock;
734 }
735
736 void LoopSimplify::verifyAnalysis() const {
737   // It used to be possible to just assert L->isLoopSimplifyForm(), however
738   // with the introduction of indirectbr, there are now cases where it's
739   // not possible to transform a loop as necessary. We can at least check
740   // that there is an indirectbr near any time there's trouble.
741
742   // Indirectbr can interfere with preheader and unique backedge insertion.
743   if (!L->getLoopPreheader() || !L->getLoopLatch()) {
744     bool HasIndBrPred = false;
745     for (pred_iterator PI = pred_begin(L->getHeader()),
746          PE = pred_end(L->getHeader()); PI != PE; ++PI)
747       if (isa<IndirectBrInst>((*PI)->getTerminator())) {
748         HasIndBrPred = true;
749         break;
750       }
751     assert(HasIndBrPred &&
752            "LoopSimplify has no excuse for missing loop header info!");
753     (void)HasIndBrPred;
754   }
755
756   // Indirectbr can interfere with exit block canonicalization.
757   if (!L->hasDedicatedExits()) {
758     bool HasIndBrExiting = false;
759     SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
760     L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
761     for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
762       if (isa<IndirectBrInst>((ExitingBlocks[i])->getTerminator())) {
763         HasIndBrExiting = true;
764         break;
765       }
766     }
767
768     assert(HasIndBrExiting &&
769            "LoopSimplify has no excuse for missing exit block info!");
770     (void)HasIndBrExiting;
771   }
772 }