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