simplify code, fit in 80 cols.
[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
130     // Check to see if any successors of this block are non-loop-header loops
131     // that are not the header.
132     for (succ_iterator I = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); I != E; ++I) {
133       // If this successor is not in a loop, BB is clearly ok.
134       Loop *L = LI->getLoopFor(*I);
135       if (!L) continue;
136       
137       // If the succ is the loop header, and if L is a top-level loop, then this
138       // is an entrance into a loop through the header, which is also ok.
139       if (L->getHeader() == *I && L->getParentLoop() == 0)
140         continue;
141       
142       // Otherwise, this is an entrance into a loop from some place invalid.
143       // Either the loop structure is invalid and this is not a natural loop (in
144       // which case the compiler is buggy somewhere else) or BB is unreachable.
145       BlockUnreachable = true;
146       break;
147     }
148     
149     // If this block is ok, check the next one.
150     if (!BlockUnreachable) continue;
151     
152     // Otherwise, this block is dead.  To clean up the CFG and to allow later
153     // loop transformations to ignore this case, we delete the edges into the
154     // loop by replacing the terminator.
155     
156     // Remove PHI entries from the successors.
157     for (succ_iterator I = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); I != E; ++I)
158       (*I)->removePredecessor(BB);
159    
160     // Add a new unreachable instruction before the old terminator.
161     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
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 and AliasAnalysis, 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 =
274     BasicBlock::Create(BB->getName()+Suffix, BB->getParent(), BB);
275
276   // The preheader first gets an unconditional branch to the loop header...
277   BranchInst *BI = BranchInst::Create(BB, NewBB);
278
279   // For every PHI node in the block, insert a PHI node into NewBB where the
280   // incoming values from the out of loop edges are moved to NewBB.  We have two
281   // possible cases here.  If the loop is dead, we just insert dummy entries
282   // into the PHI nodes for the new edge.  If the loop is not dead, we move the
283   // incoming edges in BB into new PHI nodes in NewBB.
284   //
285   if (Preds.empty()) {  // Is the loop obviously dead?
286     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
287       PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
288       // Insert dummy values as the incoming value...
289       PN->addIncoming(Constant::getNullValue(PN->getType()), NewBB);
290     }
291     return NewBB;
292   }
293   
294   // Check to see if the values being merged into the new block need PHI
295   // nodes.  If so, insert them.
296   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
297     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
298     ++I;
299
300     // Check to see if all of the values coming in are the same.  If so, we
301     // don't need to create a new PHI node.
302     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(Preds[0]);
303     for (unsigned i = 1, e = Preds.size(); i != e; ++i)
304       if (InVal != PN->getIncomingValueForBlock(Preds[i])) {
305         InVal = 0;
306         break;
307       }
308
309     // If the values coming into the block are not the same, we need a PHI.
310     if (InVal == 0) {
311       // Create the new PHI node, insert it into NewBB at the end of the block
312       PHINode *NewPHI =
313         PHINode::Create(PN->getType(), PN->getName()+".ph", BI);
314       if (AA) AA->copyValue(PN, NewPHI);
315
316       // Move all of the edges from blocks outside the loop to the new PHI
317       for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
318         Value *V = PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
319         NewPHI->addIncoming(V, Preds[i]);
320       }
321       InVal = NewPHI;
322     } else {
323       // Remove all of the edges coming into the PHI nodes from outside of the
324       // block.
325       for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i)
326         PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
327     }
328
329     // Add an incoming value to the PHI node in the loop for the preheader
330     // edge.
331     PN->addIncoming(InVal, NewBB);
332
333     // Can we eliminate this phi node now?
334     if (Value *V = PN->hasConstantValue(true)) {
335       Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
336       // If I is in NewBB, the Dominator call will fail, because NewBB isn't
337       // registered in DominatorTree yet.  Handle this case explicitly.
338       if (!I || (I->getParent() != NewBB &&
339                  getAnalysis<DominatorTree>().dominates(I, PN))) {
340         PN->replaceAllUsesWith(V);
341         if (AA) AA->deleteValue(PN);
342         BB->getInstList().erase(PN);
343       }
344     }
345   }
346
347   // Now that the PHI nodes are updated, actually move the edges from
348   // Preds to point to NewBB instead of BB.
349   //
350   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
351     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
352     for (unsigned s = 0, e = TI->getNumSuccessors(); s != e; ++s)
353       if (TI->getSuccessor(s) == BB)
354         TI->setSuccessor(s, NewBB);
355
356     if (Preds[i]->getUnwindDest() == BB)
357       Preds[i]->setUnwindDest(NewBB);
358   }
359
360   return NewBB;
361 }
362
363 /// InsertPreheaderForLoop - Once we discover that a loop doesn't have a
364 /// preheader, this method is called to insert one.  This method has two phases:
365 /// preheader insertion and analysis updating.
366 ///
367 void LoopSimplify::InsertPreheaderForLoop(Loop *L) {
368   BasicBlock *Header = L->getHeader();
369
370   // Compute the set of predecessors of the loop that are not in the loop.
371   std::vector<BasicBlock*> OutsideBlocks;
372   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), PE = pred_end(Header);
373        PI != PE; ++PI)
374     if (!L->contains(*PI))           // Coming in from outside the loop?
375       OutsideBlocks.push_back(*PI);  // Keep track of it...
376
377   // Split out the loop pre-header.
378   BasicBlock *NewBB =
379     SplitBlockPredecessors(Header, ".preheader", OutsideBlocks);
380   
381
382   //===--------------------------------------------------------------------===//
383   //  Update analysis results now that we have performed the transformation
384   //
385
386   // We know that we have loop information to update... update it now.
387   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
388     Parent->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
389
390   DT->splitBlock(NewBB);
391   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>())
392     DF->splitBlock(NewBB);
393
394   // Make sure that NewBB is put someplace intelligent, which doesn't mess up
395   // code layout too horribly.
396   PlaceSplitBlockCarefully(NewBB, OutsideBlocks, L);
397 }
398
399 /// RewriteLoopExitBlock - Ensure that the loop preheader dominates all exit
400 /// blocks.  This method is used to split exit blocks that have predecessors
401 /// outside of the loop.
402 BasicBlock *LoopSimplify::RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit) {
403   std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks;
404   for (pred_iterator I = pred_begin(Exit), E = pred_end(Exit); I != E; ++I)
405     if (L->contains(*I))
406       LoopBlocks.push_back(*I);
407
408   assert(!LoopBlocks.empty() && "No edges coming in from outside the loop?");
409   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Exit, ".loopexit", LoopBlocks);
410
411   // Update Loop Information - we know that the new block will be in whichever
412   // loop the Exit block is in.  Note that it may not be in that immediate loop,
413   // if the successor is some other loop header.  In that case, we continue 
414   // walking up the loop tree to find a loop that contains both the successor
415   // block and the predecessor block.
416   Loop *SuccLoop = LI->getLoopFor(Exit);
417   while (SuccLoop && !SuccLoop->contains(L->getHeader()))
418     SuccLoop = SuccLoop->getParentLoop();
419   if (SuccLoop)
420     SuccLoop->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
421
422   // Update Dominator Information
423   DT->splitBlock(NewBB);
424   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>())
425     DF->splitBlock(NewBB);
426
427   return NewBB;
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) {
453   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
454     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
455     ++I;
456     if (Value *V = PN->hasConstantValue())
457       if (!isa<Instruction>(V) || DT->dominates(cast<Instruction>(V), PN)) {
458         // This is a degenerate PHI already, don't modify it!
459         PN->replaceAllUsesWith(V);
460         if (AA) AA->deleteValue(PN);
461         PN->eraseFromParent();
462         continue;
463       }
464
465     // Scan this PHI node looking for a use of the PHI node by itself.
466     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
467       if (PN->getIncomingValue(i) == PN &&
468           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
469         // We found something tasty to remove.
470         return PN;
471   }
472   return 0;
473 }
474
475 // PlaceSplitBlockCarefully - If the block isn't already, move the new block to
476 // right after some 'outside block' block.  This prevents the preheader from
477 // being placed inside the loop body, e.g. when the loop hasn't been rotated.
478 void LoopSimplify::PlaceSplitBlockCarefully(BasicBlock *NewBB,
479                                             std::vector<BasicBlock*>&SplitPreds,
480                                             Loop *L) {
481   // Check to see if NewBB is already well placed.
482   Function::iterator BBI = NewBB; --BBI;
483   for (unsigned i = 0, e = SplitPreds.size(); i != e; ++i) {
484     if (&*BBI == SplitPreds[i])
485       return;
486   }
487   
488   // If it isn't already after an outside block, move it after one.  This is
489   // always good as it makes the uncond branch from the outside block into a
490   // fall-through.
491   
492   // Figure out *which* outside block to put this after.  Prefer an outside
493   // block that neighbors a BB actually in the loop.
494   BasicBlock *FoundBB = 0;
495   for (unsigned i = 0, e = SplitPreds.size(); i != e; ++i) {
496     Function::iterator BBI = SplitPreds[i];
497     if (++BBI != NewBB->getParent()->end() && 
498         L->contains(BBI)) {
499       FoundBB = SplitPreds[i];
500       break;
501     }
502   }
503   
504   // If our heuristic for a *good* bb to place this after doesn't find
505   // anything, just pick something.  It's likely better than leaving it within
506   // the loop.
507   if (!FoundBB)
508     FoundBB = SplitPreds[0];
509   NewBB->moveAfter(FoundBB);
510 }
511
512
513 /// SeparateNestedLoop - If this loop has multiple backedges, try to pull one of
514 /// them out into a nested loop.  This is important for code that looks like
515 /// this:
516 ///
517 ///  Loop:
518 ///     ...
519 ///     br cond, Loop, Next
520 ///     ...
521 ///     br cond2, Loop, Out
522 ///
523 /// To identify this common case, we look at the PHI nodes in the header of the
524 /// loop.  PHI nodes with unchanging values on one backedge correspond to values
525 /// that change in the "outer" loop, but not in the "inner" loop.
526 ///
527 /// If we are able to separate out a loop, return the new outer loop that was
528 /// created.
529 ///
530 Loop *LoopSimplify::SeparateNestedLoop(Loop *L) {
531   PHINode *PN = FindPHIToPartitionLoops(L, DT, AA);
532   if (PN == 0) return 0;  // No known way to partition.
533
534   // Pull out all predecessors that have varying values in the loop.  This
535   // handles the case when a PHI node has multiple instances of itself as
536   // arguments.
537   std::vector<BasicBlock*> OuterLoopPreds;
538   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
539     if (PN->getIncomingValue(i) != PN ||
540         !L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
541       OuterLoopPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
542
543   BasicBlock *Header = L->getHeader();
544   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Header, ".outer", OuterLoopPreds);
545
546   // Update dominator information
547   DT->splitBlock(NewBB);
548   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>())
549     DF->splitBlock(NewBB);
550
551   // Make sure that NewBB is put someplace intelligent, which doesn't mess up
552   // code layout too horribly.
553   PlaceSplitBlockCarefully(NewBB, OuterLoopPreds, L);
554   
555   // Create the new outer loop.
556   Loop *NewOuter = new Loop();
557
558   // Change the parent loop to use the outer loop as its child now.
559   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
560     Parent->replaceChildLoopWith(L, NewOuter);
561   else
562     LI->changeTopLevelLoop(L, NewOuter);
563
564   // This block is going to be our new header block: add it to this loop and all
565   // parent loops.
566   NewOuter->addBasicBlockToLoop(NewBB, LI->getBase());
567
568   // L is now a subloop of our outer loop.
569   NewOuter->addChildLoop(L);
570
571   for (unsigned i = 0, e = L->getBlocks().size(); i != e; ++i)
572     NewOuter->addBlockEntry(L->getBlocks()[i]);
573
574   // Determine which blocks should stay in L and which should be moved out to
575   // the Outer loop now.
576   std::set<BasicBlock*> BlocksInL;
577   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); PI!=E; ++PI)
578     if (DT->dominates(Header, *PI))
579       AddBlockAndPredsToSet(*PI, Header, BlocksInL);
580
581
582   // Scan all of the loop children of L, moving them to OuterLoop if they are
583   // not part of the inner loop.
584   const std::vector<Loop*> &SubLoops = L->getSubLoops();
585   for (size_t I = 0; I != SubLoops.size(); )
586     if (BlocksInL.count(SubLoops[I]->getHeader()))
587       ++I;   // Loop remains in L
588     else
589       NewOuter->addChildLoop(L->removeChildLoop(SubLoops.begin() + I));
590
591   // Now that we know which blocks are in L and which need to be moved to
592   // OuterLoop, move any blocks that need it.
593   for (unsigned i = 0; i != L->getBlocks().size(); ++i) {
594     BasicBlock *BB = L->getBlocks()[i];
595     if (!BlocksInL.count(BB)) {
596       // Move this block to the parent, updating the exit blocks sets
597       L->removeBlockFromLoop(BB);
598       if ((*LI)[BB] == L)
599         LI->changeLoopFor(BB, NewOuter);
600       --i;
601     }
602   }
603
604   return NewOuter;
605 }
606
607
608
609 /// InsertUniqueBackedgeBlock - This method is called when the specified loop
610 /// has more than one backedge in it.  If this occurs, revector all of these
611 /// backedges to target a new basic block and have that block branch to the loop
612 /// header.  This ensures that loops have exactly one backedge.
613 ///
614 void LoopSimplify::InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L) {
615   assert(L->getNumBackEdges() > 1 && "Must have > 1 backedge!");
616
617   // Get information about the loop
618   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
619   BasicBlock *Header = L->getHeader();
620   Function *F = Header->getParent();
621
622   // Figure out which basic blocks contain back-edges to the loop header.
623   std::vector<BasicBlock*> BackedgeBlocks;
624   for (pred_iterator I = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); I != E; ++I)
625     if (*I != Preheader) BackedgeBlocks.push_back(*I);
626
627   // Create and insert the new backedge block...
628   BasicBlock *BEBlock = BasicBlock::Create(Header->getName()+".backedge", F);
629   BranchInst *BETerminator = BranchInst::Create(Header, BEBlock);
630
631   // Move the new backedge block to right after the last backedge block.
632   Function::iterator InsertPos = BackedgeBlocks.back(); ++InsertPos;
633   F->getBasicBlockList().splice(InsertPos, F->getBasicBlockList(), BEBlock);
634
635   // Now that the block has been inserted into the function, create PHI nodes in
636   // the backedge block which correspond to any PHI nodes in the header block.
637   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
638     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
639     PHINode *NewPN = PHINode::Create(PN->getType(), PN->getName()+".be",
640                                      BETerminator);
641     NewPN->reserveOperandSpace(BackedgeBlocks.size());
642     if (AA) AA->copyValue(PN, NewPN);
643
644     // Loop over the PHI node, moving all entries except the one for the
645     // preheader over to the new PHI node.
646     unsigned PreheaderIdx = ~0U;
647     bool HasUniqueIncomingValue = true;
648     Value *UniqueValue = 0;
649     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
650       BasicBlock *IBB = PN->getIncomingBlock(i);
651       Value *IV = PN->getIncomingValue(i);
652       if (IBB == Preheader) {
653         PreheaderIdx = i;
654       } else {
655         NewPN->addIncoming(IV, IBB);
656         if (HasUniqueIncomingValue) {
657           if (UniqueValue == 0)
658             UniqueValue = IV;
659           else if (UniqueValue != IV)
660             HasUniqueIncomingValue = false;
661         }
662       }
663     }
664
665     // Delete all of the incoming values from the old PN except the preheader's
666     assert(PreheaderIdx != ~0U && "PHI has no preheader entry??");
667     if (PreheaderIdx != 0) {
668       PN->setIncomingValue(0, PN->getIncomingValue(PreheaderIdx));
669       PN->setIncomingBlock(0, PN->getIncomingBlock(PreheaderIdx));
670     }
671     // Nuke all entries except the zero'th.
672     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues()-1; i != e; ++i)
673       PN->removeIncomingValue(e-i, false);
674
675     // Finally, add the newly constructed PHI node as the entry for the BEBlock.
676     PN->addIncoming(NewPN, BEBlock);
677
678     // As an optimization, if all incoming values in the new PhiNode (which is a
679     // subset of the incoming values of the old PHI node) have the same value,
680     // eliminate the PHI Node.
681     if (HasUniqueIncomingValue) {
682       NewPN->replaceAllUsesWith(UniqueValue);
683       if (AA) AA->deleteValue(NewPN);
684       BEBlock->getInstList().erase(NewPN);
685     }
686   }
687
688   // Now that all of the PHI nodes have been inserted and adjusted, modify the
689   // backedge blocks to branch to the BEBlock instead of the header.
690   for (unsigned i = 0, e = BackedgeBlocks.size(); i != e; ++i) {
691     TerminatorInst *TI = BackedgeBlocks[i]->getTerminator();
692     for (unsigned Op = 0, e = TI->getNumSuccessors(); Op != e; ++Op)
693       if (TI->getSuccessor(Op) == Header)
694         TI->setSuccessor(Op, BEBlock);
695
696     if (BackedgeBlocks[i]->getUnwindDest() == Header)
697       BackedgeBlocks[i]->setUnwindDest(BEBlock);
698   }
699
700   //===--- Update all analyses which we must preserve now -----------------===//
701
702   // Update Loop Information - we know that this block is now in the current
703   // loop and all parent loops.
704   L->addBasicBlockToLoop(BEBlock, LI->getBase());
705
706   // Update dominator information
707   DT->splitBlock(BEBlock);
708   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>())
709     DF->splitBlock(BEBlock);
710 }