e25ff90b47798584280a6264df2f17b2a1da53dd
[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 // 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 #define DEBUG_TYPE "loopsimplify"
36 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
37 #include "llvm/Constants.h"
38 #include "llvm/Instructions.h"
39 #include "llvm/Function.h"
40 #include "llvm/Type.h"
41 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
42 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
43 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
44 #include "llvm/Support/CFG.h"
45 #include "llvm/Support/Compiler.h"
46 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
47 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
48 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
49 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
50 using namespace llvm;
51
52 STATISTIC(NumInserted, "Number of pre-header or exit blocks inserted");
53 STATISTIC(NumNested  , "Number of nested loops split out");
54
55 namespace {
56   struct VISIBILITY_HIDDEN LoopSimplify : public FunctionPass {
57     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
58     LoopSimplify() : FunctionPass((intptr_t)&ID) {}
59
60     // AA - If we have an alias analysis object to update, this is it, otherwise
61     // this is null.
62     AliasAnalysis *AA;
63     LoopInfo *LI;
64     DominatorTree *DT;
65     virtual bool runOnFunction(Function &F);
66
67     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
68       // We need loop information to identify the loops...
69       AU.addRequired<LoopInfo>();
70       AU.addRequired<DominatorTree>();
71
72       AU.addPreserved<LoopInfo>();
73       AU.addPreserved<DominatorTree>();
74       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
75       AU.addPreservedID(BreakCriticalEdgesID);  // No critical edges added.
76     }
77
78     /// verifyAnalysis() - Verify loop nest.
79     void verifyAnalysis() const {
80 #ifndef NDEBUG
81       LoopInfo *NLI = &getAnalysis<LoopInfo>();
82       for (LoopInfo::iterator I = NLI->begin(), E = NLI->end(); I != E; ++I) 
83         (*I)->verifyLoop();
84 #endif  
85     }
86
87   private:
88     bool ProcessLoop(Loop *L);
89     BasicBlock *SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB, const char *Suffix,
90                                        const std::vector<BasicBlock*> &Preds);
91     BasicBlock *RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit);
92     void InsertPreheaderForLoop(Loop *L);
93     Loop *SeparateNestedLoop(Loop *L);
94     void InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L);
95     void PlaceSplitBlockCarefully(BasicBlock *NewBB,
96                                   std::vector<BasicBlock*> &SplitPreds,
97                                   Loop *L);
98   };
99
100   char LoopSimplify::ID = 0;
101   RegisterPass<LoopSimplify>
102   X("loopsimplify", "Canonicalize natural loops", true);
103 }
104
105 // Publically exposed interface to pass...
106 const PassInfo *llvm::LoopSimplifyID = X.getPassInfo();
107 FunctionPass *llvm::createLoopSimplifyPass() { return new LoopSimplify(); }
108
109 /// runOnFunction - Run down all loops in the CFG (recursively, but we could do
110 /// it in any convenient order) inserting preheaders...
111 ///
112 bool LoopSimplify::runOnFunction(Function &F) {
113   bool Changed = false;
114   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
115   AA = getAnalysisToUpdate<AliasAnalysis>();
116   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
117
118   // Check to see that no blocks (other than the header) in loops have
119   // predecessors that are not in loops.  This is not valid for natural loops,
120   // but can occur if the blocks are unreachable.  Since they are unreachable we
121   // can just shamelessly destroy their terminators to make them not branch into
122   // the loop!
123   for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
124     // This case can only occur for unreachable blocks.  Blocks that are
125     // unreachable can't be in loops, so filter those blocks out.
126     if (LI->getLoopFor(BB)) continue;
127     
128     bool BlockUnreachable = false;
129     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
130
131     // Check to see if any successors of this block are non-loop-header loops
132     // that are not the header.
133     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
134       // If this successor is not in a loop, BB is clearly ok.
135       Loop *L = LI->getLoopFor(TI->getSuccessor(i));
136       if (!L) continue;
137       
138       // If the succ is the loop header, and if L is a top-level loop, then this
139       // is an entrance into a loop through the header, which is also ok.
140       if (L->getHeader() == TI->getSuccessor(i) && L->getParentLoop() == 0)
141         continue;
142       
143       // Otherwise, this is an entrance into a loop from some place invalid.
144       // Either the loop structure is invalid and this is not a natural loop (in
145       // which case the compiler is buggy somewhere else) or BB is unreachable.
146       BlockUnreachable = true;
147       break;
148     }
149     
150     // If this block is ok, check the next one.
151     if (!BlockUnreachable) continue;
152     
153     // Otherwise, this block is dead.  To clean up the CFG and to allow later
154     // loop transformations to ignore this case, we delete the edges into the
155     // loop by replacing the terminator.
156     
157     // Remove PHI entries from the successors.
158     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
159       TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
160    
161     // Add a new unreachable instruction before the old terminator.
162     new UnreachableInst(TI);
163     
164     // Delete the dead terminator.
165     if (AA) AA->deleteValue(TI);
166     if (!TI->use_empty())
167       TI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(TI->getType()));
168     TI->eraseFromParent();
169     Changed |= true;
170   }
171   
172   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
173     Changed |= ProcessLoop(*I);
174
175   return Changed;
176 }
177
178 /// ProcessLoop - Walk the loop structure in depth first order, ensuring that
179 /// all loops have preheaders.
180 ///
181 bool LoopSimplify::ProcessLoop(Loop *L) {
182   bool Changed = false;
183 ReprocessLoop:
184   
185   // Canonicalize inner loops before outer loops.  Inner loop canonicalization
186   // can provide work for the outer loop to canonicalize.
187   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
188     Changed |= ProcessLoop(*I);
189   
190   assert(L->getBlocks()[0] == L->getHeader() &&
191          "Header isn't first block in loop?");
192
193   // Does the loop already have a preheader?  If so, don't insert one.
194   if (L->getLoopPreheader() == 0) {
195     InsertPreheaderForLoop(L);
196     NumInserted++;
197     Changed = true;
198   }
199
200   // Next, check to make sure that all exit nodes of the loop only have
201   // predecessors that are inside of the loop.  This check guarantees that the
202   // loop preheader/header will dominate the exit blocks.  If the exit block has
203   // predecessors from outside of the loop, split the edge now.
204   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
205   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
206     
207   SetVector<BasicBlock*> ExitBlockSet(ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end());
208   for (SetVector<BasicBlock*>::iterator I = ExitBlockSet.begin(),
209          E = ExitBlockSet.end(); I != E; ++I) {
210     BasicBlock *ExitBlock = *I;
211     for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), PE = pred_end(ExitBlock);
212          PI != PE; ++PI)
213       // Must be exactly this loop: no subloops, parent loops, or non-loop preds
214       // allowed.
215       if (!L->contains(*PI)) {
216         RewriteLoopExitBlock(L, ExitBlock);
217         NumInserted++;
218         Changed = true;
219         break;
220       }
221   }
222
223   // If the header has more than two predecessors at this point (from the
224   // preheader and from multiple backedges), we must adjust the loop.
225   unsigned NumBackedges = L->getNumBackEdges();
226   if (NumBackedges != 1) {
227     // If this is really a nested loop, rip it out into a child loop.  Don't do
228     // this for loops with a giant number of backedges, just factor them into a
229     // common backedge instead.
230     if (NumBackedges < 8) {
231       if (Loop *NL = SeparateNestedLoop(L)) {
232         ++NumNested;
233         // This is a big restructuring change, reprocess the whole loop.
234         ProcessLoop(NL);
235         Changed = true;
236         // GCC doesn't tail recursion eliminate this.
237         goto ReprocessLoop;
238       }
239     }
240
241     // If we either couldn't, or didn't want to, identify nesting of the loops,
242     // insert a new block that all backedges target, then make it jump to the
243     // loop header.
244     InsertUniqueBackedgeBlock(L);
245     NumInserted++;
246     Changed = true;
247   }
248
249   // Scan over the PHI nodes in the loop header.  Since they now have only two
250   // incoming values (the loop is canonicalized), we may have simplified the PHI
251   // down to 'X = phi [X, Y]', which should be replaced with 'Y'.
252   PHINode *PN;
253   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
254        (PN = dyn_cast<PHINode>(I++)); )
255     if (Value *V = PN->hasConstantValue()) {
256         PN->replaceAllUsesWith(V);
257         PN->eraseFromParent();
258       }
259
260   return Changed;
261 }
262
263 /// SplitBlockPredecessors - Split the specified block into two blocks.  We want
264 /// to move the predecessors specified in the Preds list to point to the new
265 /// block, leaving the remaining predecessors pointing to BB.  This method
266 /// updates the SSA PHINode's, but no other analyses.
267 ///
268 BasicBlock *LoopSimplify::SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB,
269                                                  const char *Suffix,
270                                        const std::vector<BasicBlock*> &Preds) {
271
272   // Create new basic block, insert right before the original block...
273   BasicBlock *NewBB = new BasicBlock(BB->getName()+Suffix, BB->getParent(), BB);
274
275   // The preheader first gets an unconditional branch to the loop header...
276   BranchInst *BI = new BranchInst(BB, NewBB);
277
278   // For every PHI node in the block, insert a PHI node into NewBB where the
279   // incoming values from the out of loop edges are moved to NewBB.  We have two
280   // possible cases here.  If the loop is dead, we just insert dummy entries
281   // into the PHI nodes for the new edge.  If the loop is not dead, we move the
282   // incoming edges in BB into new PHI nodes in NewBB.
283   //
284   if (!Preds.empty()) {  // Is the loop not obviously dead?
285     // Check to see if the values being merged into the new block need PHI
286     // nodes.  If so, insert them.
287     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
288       PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
289       ++I;
290
291       // Check to see if all of the values coming in are the same.  If so, we
292       // don't need to create a new PHI node.
293       Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(Preds[0]);
294       for (unsigned i = 1, e = Preds.size(); i != e; ++i)
295         if (InVal != PN->getIncomingValueForBlock(Preds[i])) {
296           InVal = 0;
297           break;
298         }
299
300       // If the values coming into the block are not the same, we need a PHI.
301       if (InVal == 0) {
302         // Create the new PHI node, insert it into NewBB at the end of the block
303         PHINode *NewPHI = new PHINode(PN->getType(), PN->getName()+".ph", BI);
304         if (AA) AA->copyValue(PN, NewPHI);
305
306         // Move all of the edges from blocks outside the loop to the new PHI
307         for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
308           Value *V = PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
309           NewPHI->addIncoming(V, Preds[i]);
310         }
311         InVal = NewPHI;
312       } else {
313         // Remove all of the edges coming into the PHI nodes from outside of the
314         // block.
315         for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i)
316           PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
317       }
318
319       // Add an incoming value to the PHI node in the loop for the preheader
320       // edge.
321       PN->addIncoming(InVal, NewBB);
322
323       // Can we eliminate this phi node now?
324       if (Value *V = PN->hasConstantValue(true)) {
325         Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
326         // If I is in NewBB, the Dominator call will fail, because NewBB isn't
327         // registered in DominatorTree yet.  Handle this case explicitly.
328         if (!I || (I->getParent() != NewBB &&
329                    getAnalysis<DominatorTree>().dominates(I, PN))) {
330           PN->replaceAllUsesWith(V);
331           if (AA) AA->deleteValue(PN);
332           BB->getInstList().erase(PN);
333         }
334       }
335     }
336
337     // Now that the PHI nodes are updated, actually move the edges from
338     // Preds to point to NewBB instead of BB.
339     //
340     for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
341       TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
342       for (unsigned s = 0, e = TI->getNumSuccessors(); s != e; ++s)
343         if (TI->getSuccessor(s) == BB)
344           TI->setSuccessor(s, NewBB);
345     }
346
347   } else {                       // Otherwise the loop is dead...
348     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
349       PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
350       // Insert dummy values as the incoming value...
351       PN->addIncoming(Constant::getNullValue(PN->getType()), NewBB);
352     }
353   }
354
355   return NewBB;
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 void 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   std::vector<BasicBlock*> OutsideBlocks;
367   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), PE = pred_end(Header);
368        PI != PE; ++PI)
369     if (!L->contains(*PI))           // Coming in from outside the loop?
370       OutsideBlocks.push_back(*PI);  // Keep track of it...
371
372   // Split out the loop pre-header.
373   BasicBlock *NewBB =
374     SplitBlockPredecessors(Header, ".preheader", OutsideBlocks);
375   
376
377   //===--------------------------------------------------------------------===//
378   //  Update analysis results now that we have performed the transformation
379   //
380
381   // We know that we have loop information to update... update it now.
382   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
383     Parent->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
384
385   DT->splitBlock(NewBB);
386   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>())
387     DF->splitBlock(NewBB);
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
394 /// RewriteLoopExitBlock - Ensure that the loop preheader dominates all exit
395 /// blocks.  This method is used to split exit blocks that have predecessors
396 /// outside of the loop.
397 BasicBlock *LoopSimplify::RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit) {
398   std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks;
399   for (pred_iterator I = pred_begin(Exit), E = pred_end(Exit); I != E; ++I)
400     if (L->contains(*I))
401       LoopBlocks.push_back(*I);
402
403   assert(!LoopBlocks.empty() && "No edges coming in from outside the loop?");
404   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Exit, ".loopexit", LoopBlocks);
405
406   // Update Loop Information - we know that the new block will be in whichever
407   // loop the Exit block is in.  Note that it may not be in that immediate loop,
408   // if the successor is some other loop header.  In that case, we continue 
409   // walking up the loop tree to find a loop that contains both the successor
410   // block and the predecessor block.
411   Loop *SuccLoop = LI->getLoopFor(Exit);
412   while (SuccLoop && !SuccLoop->contains(L->getHeader()))
413     SuccLoop = SuccLoop->getParentLoop();
414   if (SuccLoop)
415     SuccLoop->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
416
417   // Update Dominator Information
418   DT->splitBlock(NewBB);
419   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>())
420     DF->splitBlock(NewBB);
421
422   return NewBB;
423 }
424
425 /// AddBlockAndPredsToSet - Add the specified block, and all of its
426 /// predecessors, to the specified set, if it's not already in there.  Stop
427 /// predecessor traversal when we reach StopBlock.
428 static void AddBlockAndPredsToSet(BasicBlock *InputBB, BasicBlock *StopBlock,
429                                   std::set<BasicBlock*> &Blocks) {
430   std::vector<BasicBlock *> WorkList;
431   WorkList.push_back(InputBB);
432   do {
433     BasicBlock *BB = WorkList.back(); WorkList.pop_back();
434     if (Blocks.insert(BB).second && BB != StopBlock)
435       // If BB is not already processed and it is not a stop block then
436       // insert its predecessor in the work list
437       for (pred_iterator I = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); I != E; ++I) {
438         BasicBlock *WBB = *I;
439         WorkList.push_back(WBB);
440       }
441   } while(!WorkList.empty());
442 }
443
444 /// FindPHIToPartitionLoops - The first part of loop-nestification is to find a
445 /// PHI node that tells us how to partition the loops.
446 static PHINode *FindPHIToPartitionLoops(Loop *L, DominatorTree *DT,
447                                         AliasAnalysis *AA) {
448   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
449     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
450     ++I;
451     if (Value *V = PN->hasConstantValue())
452       if (!isa<Instruction>(V) || DT->dominates(cast<Instruction>(V), PN)) {
453         // This is a degenerate PHI already, don't modify it!
454         PN->replaceAllUsesWith(V);
455         if (AA) AA->deleteValue(PN);
456         PN->eraseFromParent();
457         continue;
458       }
459
460     // Scan this PHI node looking for a use of the PHI node by itself.
461     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
462       if (PN->getIncomingValue(i) == PN &&
463           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
464         // We found something tasty to remove.
465         return PN;
466   }
467   return 0;
468 }
469
470 // PlaceSplitBlockCarefully - If the block isn't already, move the new block to
471 // right after some 'outside block' block.  This prevents the preheader from
472 // being placed inside the loop body, e.g. when the loop hasn't been rotated.
473 void LoopSimplify::PlaceSplitBlockCarefully(BasicBlock *NewBB,
474                                             std::vector<BasicBlock*>&SplitPreds,
475                                             Loop *L) {
476   // Check to see if NewBB is already well placed.
477   Function::iterator BBI = NewBB; --BBI;
478   for (unsigned i = 0, e = SplitPreds.size(); i != e; ++i) {
479     if (&*BBI == SplitPreds[i])
480       return;
481   }
482   
483   // If it isn't already after an outside block, move it after one.  This is
484   // always good as it makes the uncond branch from the outside block into a
485   // fall-through.
486   
487   // Figure out *which* outside block to put this after.  Prefer an outside
488   // block that neighbors a BB actually in the loop.
489   BasicBlock *FoundBB = 0;
490   for (unsigned i = 0, e = SplitPreds.size(); i != e; ++i) {
491     Function::iterator BBI = SplitPreds[i];
492     if (++BBI != NewBB->getParent()->end() && 
493         L->contains(BBI)) {
494       FoundBB = SplitPreds[i];
495       break;
496     }
497   }
498   
499   // If our heuristic for a *good* bb to place this after doesn't find
500   // anything, just pick something.  It's likely better than leaving it within
501   // the loop.
502   if (!FoundBB)
503     FoundBB = SplitPreds[0];
504   NewBB->moveAfter(FoundBB);
505 }
506
507
508 /// SeparateNestedLoop - If this loop has multiple backedges, try to pull one of
509 /// them out into a nested loop.  This is important for code that looks like
510 /// this:
511 ///
512 ///  Loop:
513 ///     ...
514 ///     br cond, Loop, Next
515 ///     ...
516 ///     br cond2, Loop, Out
517 ///
518 /// To identify this common case, we look at the PHI nodes in the header of the
519 /// loop.  PHI nodes with unchanging values on one backedge correspond to values
520 /// that change in the "outer" loop, but not in the "inner" loop.
521 ///
522 /// If we are able to separate out a loop, return the new outer loop that was
523 /// created.
524 ///
525 Loop *LoopSimplify::SeparateNestedLoop(Loop *L) {
526   PHINode *PN = FindPHIToPartitionLoops(L, DT, AA);
527   if (PN == 0) return 0;  // No known way to partition.
528
529   // Pull out all predecessors that have varying values in the loop.  This
530   // handles the case when a PHI node has multiple instances of itself as
531   // arguments.
532   std::vector<BasicBlock*> OuterLoopPreds;
533   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
534     if (PN->getIncomingValue(i) != PN ||
535         !L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
536       OuterLoopPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
537
538   BasicBlock *Header = L->getHeader();
539   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Header, ".outer", OuterLoopPreds);
540
541   // Update dominator information
542   DT->splitBlock(NewBB);
543   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>())
544     DF->splitBlock(NewBB);
545
546   // Make sure that NewBB is put someplace intelligent, which doesn't mess up
547   // code layout too horribly.
548   PlaceSplitBlockCarefully(NewBB, OuterLoopPreds, L);
549   
550   // Create the new outer loop.
551   Loop *NewOuter = new Loop();
552
553   // Change the parent loop to use the outer loop as its child now.
554   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
555     Parent->replaceChildLoopWith(L, NewOuter);
556   else
557     LI->changeTopLevelLoop(L, NewOuter);
558
559   // This block is going to be our new header block: add it to this loop and all
560   // parent loops.
561   NewOuter->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
562
563   // L is now a subloop of our outer loop.
564   NewOuter->addChildLoop(L);
565
566   for (unsigned i = 0, e = L->getBlocks().size(); i != e; ++i)
567     NewOuter->addBlockEntry(L->getBlocks()[i]);
568
569   // Determine which blocks should stay in L and which should be moved out to
570   // the Outer loop now.
571   std::set<BasicBlock*> BlocksInL;
572   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); PI!=E; ++PI)
573     if (DT->dominates(Header, *PI))
574       AddBlockAndPredsToSet(*PI, Header, BlocksInL);
575
576
577   // Scan all of the loop children of L, moving them to OuterLoop if they are
578   // not part of the inner loop.
579   const std::vector<Loop*> &SubLoops = L->getSubLoops();
580   for (size_t I = 0; I != SubLoops.size(); )
581     if (BlocksInL.count(SubLoops[I]->getHeader()))
582       ++I;   // Loop remains in L
583     else
584       NewOuter->addChildLoop(L->removeChildLoop(SubLoops.begin() + I));
585
586   // Now that we know which blocks are in L and which need to be moved to
587   // OuterLoop, move any blocks that need it.
588   for (unsigned i = 0; i != L->getBlocks().size(); ++i) {
589     BasicBlock *BB = L->getBlocks()[i];
590     if (!BlocksInL.count(BB)) {
591       // Move this block to the parent, updating the exit blocks sets
592       L->removeBlockFromLoop(BB);
593       if ((*LI)[BB] == L)
594         LI->changeLoopFor(BB, NewOuter);
595       --i;
596     }
597   }
598
599   return NewOuter;
600 }
601
602
603
604 /// InsertUniqueBackedgeBlock - This method is called when the specified loop
605 /// has more than one backedge in it.  If this occurs, revector all of these
606 /// backedges to target a new basic block and have that block branch to the loop
607 /// header.  This ensures that loops have exactly one backedge.
608 ///
609 void LoopSimplify::InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L) {
610   assert(L->getNumBackEdges() > 1 && "Must have > 1 backedge!");
611
612   // Get information about the loop
613   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
614   BasicBlock *Header = L->getHeader();
615   Function *F = Header->getParent();
616
617   // Figure out which basic blocks contain back-edges to the loop header.
618   std::vector<BasicBlock*> BackedgeBlocks;
619   for (pred_iterator I = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); I != E; ++I)
620     if (*I != Preheader) BackedgeBlocks.push_back(*I);
621
622   // Create and insert the new backedge block...
623   BasicBlock *BEBlock = new BasicBlock(Header->getName()+".backedge", F);
624   BranchInst *BETerminator = new BranchInst(Header, BEBlock);
625
626   // Move the new backedge block to right after the last backedge block.
627   Function::iterator InsertPos = BackedgeBlocks.back(); ++InsertPos;
628   F->getBasicBlockList().splice(InsertPos, F->getBasicBlockList(), BEBlock);
629
630   // Now that the block has been inserted into the function, create PHI nodes in
631   // the backedge block which correspond to any PHI nodes in the header block.
632   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
633     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
634     PHINode *NewPN = new PHINode(PN->getType(), PN->getName()+".be",
635                                  BETerminator);
636     NewPN->reserveOperandSpace(BackedgeBlocks.size());
637     if (AA) AA->copyValue(PN, NewPN);
638
639     // Loop over the PHI node, moving all entries except the one for the
640     // preheader over to the new PHI node.
641     unsigned PreheaderIdx = ~0U;
642     bool HasUniqueIncomingValue = true;
643     Value *UniqueValue = 0;
644     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
645       BasicBlock *IBB = PN->getIncomingBlock(i);
646       Value *IV = PN->getIncomingValue(i);
647       if (IBB == Preheader) {
648         PreheaderIdx = i;
649       } else {
650         NewPN->addIncoming(IV, IBB);
651         if (HasUniqueIncomingValue) {
652           if (UniqueValue == 0)
653             UniqueValue = IV;
654           else if (UniqueValue != IV)
655             HasUniqueIncomingValue = false;
656         }
657       }
658     }
659
660     // Delete all of the incoming values from the old PN except the preheader's
661     assert(PreheaderIdx != ~0U && "PHI has no preheader entry??");
662     if (PreheaderIdx != 0) {
663       PN->setIncomingValue(0, PN->getIncomingValue(PreheaderIdx));
664       PN->setIncomingBlock(0, PN->getIncomingBlock(PreheaderIdx));
665     }
666     // Nuke all entries except the zero'th.
667     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues()-1; i != e; ++i)
668       PN->removeIncomingValue(e-i, false);
669
670     // Finally, add the newly constructed PHI node as the entry for the BEBlock.
671     PN->addIncoming(NewPN, BEBlock);
672
673     // As an optimization, if all incoming values in the new PhiNode (which is a
674     // subset of the incoming values of the old PHI node) have the same value,
675     // eliminate the PHI Node.
676     if (HasUniqueIncomingValue) {
677       NewPN->replaceAllUsesWith(UniqueValue);
678       if (AA) AA->deleteValue(NewPN);
679       BEBlock->getInstList().erase(NewPN);
680     }
681   }
682
683   // Now that all of the PHI nodes have been inserted and adjusted, modify the
684   // backedge blocks to just to the BEBlock instead of the header.
685   for (unsigned i = 0, e = BackedgeBlocks.size(); i != e; ++i) {
686     TerminatorInst *TI = BackedgeBlocks[i]->getTerminator();
687     for (unsigned Op = 0, e = TI->getNumSuccessors(); Op != e; ++Op)
688       if (TI->getSuccessor(Op) == Header)
689         TI->setSuccessor(Op, BEBlock);
690   }
691
692   //===--- Update all analyses which we must preserve now -----------------===//
693
694   // Update Loop Information - we know that this block is now in the current
695   // loop and all parent loops.
696   L->addBasicBlockToLoop(BEBlock, LI->getBase());
697
698   // Update dominator information
699   DT->splitBlock(BEBlock);
700   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>())
701     DF->splitBlock(BEBlock);
702 }