Reimplement the loopsimplify code which deletes edges from unreachable
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / LoopSimplify.cpp
1 //===- LoopSimplify.cpp - Loop Canonicalization Pass ----------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs several transformations to transform natural loops into a
11 // simpler form, which makes subsequent analyses and transformations simpler and
12 // more effective.
13 //
14 // Loop pre-header insertion guarantees that there is a single, non-critical
15 // entry edge from outside of the loop to the loop header.  This simplifies a
16 // number of analyses and transformations, such as LICM.
17 //
18 // Loop exit-block insertion guarantees that all exit blocks from the loop
19 // (blocks which are outside of the loop that have predecessors inside of the
20 // loop) only have predecessors from inside of the loop (and are thus dominated
21 // by the loop header).  This simplifies transformations such as store-sinking
22 // that are built into LICM.
23 //
24 // This pass also guarantees that loops will have exactly one backedge.
25 //
26 // Note that the simplifycfg pass will clean up blocks which are split out but
27 // end up being unnecessary, so usage of this pass should not pessimize
28 // generated code.
29 //
30 // This pass obviously modifies the CFG, but updates loop information and
31 // dominator information.
32 //
33 //===----------------------------------------------------------------------===//
34
35 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
36 #include "llvm/Constant.h"
37 #include "llvm/Instructions.h"
38 #include "llvm/Function.h"
39 #include "llvm/Type.h"
40 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
41 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
42 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
43 #include "llvm/Support/CFG.h"
44 #include "llvm/Support/Visibility.h"
45 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
46 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
47 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
48 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
49 using namespace llvm;
50
51 namespace {
52   Statistic<>
53   NumInserted("loopsimplify", "Number of pre-header or exit blocks inserted");
54   Statistic<>
55   NumNested("loopsimplify", "Number of nested loops split out");
56
57   struct VISIBILITY_HIDDEN LoopSimplify : public FunctionPass {
58     // AA - If we have an alias analysis object to update, this is it, otherwise
59     // this is null.
60     AliasAnalysis *AA;
61     LoopInfo *LI;
62
63     virtual bool runOnFunction(Function &F);
64
65     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
66       // We need loop information to identify the loops...
67       AU.addRequired<LoopInfo>();
68       AU.addRequired<DominatorSet>();
69       AU.addRequired<DominatorTree>();
70
71       AU.addPreserved<LoopInfo>();
72       AU.addPreserved<DominatorSet>();
73       AU.addPreserved<ImmediateDominators>();
74       AU.addPreserved<ETForest>();
75       AU.addPreserved<DominatorTree>();
76       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
77       AU.addPreservedID(BreakCriticalEdgesID);  // No critical edges added.
78     }
79   private:
80     bool ProcessLoop(Loop *L);
81     BasicBlock *SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB, const char *Suffix,
82                                        const std::vector<BasicBlock*> &Preds);
83     BasicBlock *RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit);
84     void InsertPreheaderForLoop(Loop *L);
85     Loop *SeparateNestedLoop(Loop *L);
86     void InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L);
87
88     void UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BasicBlock *NewBB,
89                                          std::vector<BasicBlock*> &PredBlocks);
90   };
91
92   RegisterOpt<LoopSimplify>
93   X("loopsimplify", "Canonicalize natural loops", true);
94 }
95
96 // Publically exposed interface to pass...
97 const PassInfo *llvm::LoopSimplifyID = X.getPassInfo();
98 FunctionPass *llvm::createLoopSimplifyPass() { return new LoopSimplify(); }
99
100 /// runOnFunction - Run down all loops in the CFG (recursively, but we could do
101 /// it in any convenient order) inserting preheaders...
102 ///
103 bool LoopSimplify::runOnFunction(Function &F) {
104   bool Changed = false;
105   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
106   AA = getAnalysisToUpdate<AliasAnalysis>();
107
108   // Check to see that no blocks (other than the header) in loops have
109   // predecessors that are not in loops.  This is not valid for natural loops,
110   // but can occur if the blocks are unreachable.  Since they are unreachable we
111   // can just shamelessly destroy their terminators to make them not branch into
112   // the loop!
113   for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
114     // This case can only occur for unreachable blocks.  Blocks that are
115     // unreachable can't be in loops, so filter those blocks out.
116     if (LI->getLoopFor(BB)) continue;
117     
118     bool BlockUnreachable = false;
119     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
120
121     // Check to see if any successors of this block are non-loop-header loops
122     // that are not the header.
123     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
124       // If this successor is not in a loop, BB is clearly ok.
125       Loop *L = LI->getLoopFor(TI->getSuccessor(i));
126       if (!L) continue;
127       
128       // If the succ is the loop header, and if L is a top-level loop, then this
129       // is an entrance into a loop through the header, which is also ok.
130       if (L->getHeader() == TI->getSuccessor(i) && L->getParentLoop() == 0)
131         continue;
132       
133       // Otherwise, this is an entrance into a loop from some place invalid.
134       // Either the loop structure is invalid and this is not a natural loop (in
135       // which case the compiler is buggy somewhere else) or BB is unreachable.
136       BlockUnreachable = true;
137       break;
138     }
139     
140     // If this block is ok, check the next one.
141     if (!BlockUnreachable) continue;
142     
143     // Otherwise, this block is dead.  To clean up the CFG and to allow later
144     // loop transformations to ignore this case, we delete the edges into the
145     // loop by replacing the terminator.
146     
147     // Remove PHI entries from the successors.
148     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
149       TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
150    
151     // Add a new unreachable instruction.
152     new UnreachableInst(TI);
153     
154     // Delete the dead terminator.
155     if (AA) AA->deleteValue(&BB->back());
156     BB->getInstList().pop_back();
157     Changed |= true;
158   }
159   
160   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
161     Changed |= ProcessLoop(*I);
162
163   return Changed;
164 }
165
166 /// ProcessLoop - Walk the loop structure in depth first order, ensuring that
167 /// all loops have preheaders.
168 ///
169 bool LoopSimplify::ProcessLoop(Loop *L) {
170   bool Changed = false;
171   // Canonicalize inner loops before outer loops.  Inner loop canonicalization
172   // can provide work for the outer loop to canonicalize.
173   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
174     Changed |= ProcessLoop(*I);
175   
176   assert(L->getBlocks()[0] == L->getHeader() &&
177          "Header isn't first block in loop?");
178
179   // Does the loop already have a preheader?  If so, don't insert one.
180   if (L->getLoopPreheader() == 0) {
181     InsertPreheaderForLoop(L);
182     NumInserted++;
183     Changed = true;
184   }
185
186   // Next, check to make sure that all exit nodes of the loop only have
187   // predecessors that are inside of the loop.  This check guarantees that the
188   // loop preheader/header will dominate the exit blocks.  If the exit block has
189   // predecessors from outside of the loop, split the edge now.
190   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
191   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
192     
193   SetVector<BasicBlock*> ExitBlockSet(ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end());
194   for (SetVector<BasicBlock*>::iterator I = ExitBlockSet.begin(),
195          E = ExitBlockSet.end(); I != E; ++I) {
196     BasicBlock *ExitBlock = *I;
197     for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), PE = pred_end(ExitBlock);
198          PI != PE; ++PI)
199       // Must be exactly this loop: no subloops, parent loops, or non-loop preds
200       // allowed.
201       if (!L->contains(*PI)) {
202         RewriteLoopExitBlock(L, ExitBlock);
203         NumInserted++;
204         Changed = true;
205         break;
206       }
207   }
208
209   // If the header has more than two predecessors at this point (from the
210   // preheader and from multiple backedges), we must adjust the loop.
211   if (L->getNumBackEdges() != 1) {
212     
213     // If this is really a nested loop, rip it out into a child loop.
214     if (Loop *NL = SeparateNestedLoop(L)) {
215       ++NumNested;
216       // This is a big restructuring change, reprocess the whole loop.
217       ProcessLoop(NL);
218       return true;
219     }
220
221     InsertUniqueBackedgeBlock(L);
222     NumInserted++;
223     Changed = true;
224   }
225
226   // Scan over the PHI nodes in the loop header.  Since they now have only two
227   // incoming values (the loop is canonicalized), we may have simplified the PHI
228   // down to 'X = phi [X, Y]', which should be replaced with 'Y'.
229   PHINode *PN;
230   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
231        (PN = dyn_cast<PHINode>(I++)); )
232     if (Value *V = PN->hasConstantValue()) {
233         PN->replaceAllUsesWith(V);
234         PN->eraseFromParent();
235       }
236
237   return Changed;
238 }
239
240 /// SplitBlockPredecessors - Split the specified block into two blocks.  We want
241 /// to move the predecessors specified in the Preds list to point to the new
242 /// block, leaving the remaining predecessors pointing to BB.  This method
243 /// updates the SSA PHINode's, but no other analyses.
244 ///
245 BasicBlock *LoopSimplify::SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB,
246                                                  const char *Suffix,
247                                        const std::vector<BasicBlock*> &Preds) {
248
249   // Create new basic block, insert right before the original block...
250   BasicBlock *NewBB = new BasicBlock(BB->getName()+Suffix, BB->getParent(), BB);
251
252   // The preheader first gets an unconditional branch to the loop header...
253   BranchInst *BI = new BranchInst(BB, NewBB);
254
255   // For every PHI node in the block, insert a PHI node into NewBB where the
256   // incoming values from the out of loop edges are moved to NewBB.  We have two
257   // possible cases here.  If the loop is dead, we just insert dummy entries
258   // into the PHI nodes for the new edge.  If the loop is not dead, we move the
259   // incoming edges in BB into new PHI nodes in NewBB.
260   //
261   if (!Preds.empty()) {  // Is the loop not obviously dead?
262     // Check to see if the values being merged into the new block need PHI
263     // nodes.  If so, insert them.
264     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
265       PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
266       ++I;
267
268       // Check to see if all of the values coming in are the same.  If so, we
269       // don't need to create a new PHI node.
270       Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(Preds[0]);
271       for (unsigned i = 1, e = Preds.size(); i != e; ++i)
272         if (InVal != PN->getIncomingValueForBlock(Preds[i])) {
273           InVal = 0;
274           break;
275         }
276
277       // If the values coming into the block are not the same, we need a PHI.
278       if (InVal == 0) {
279         // Create the new PHI node, insert it into NewBB at the end of the block
280         PHINode *NewPHI = new PHINode(PN->getType(), PN->getName()+".ph", BI);
281         if (AA) AA->copyValue(PN, NewPHI);
282
283         // Move all of the edges from blocks outside the loop to the new PHI
284         for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
285           Value *V = PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
286           NewPHI->addIncoming(V, Preds[i]);
287         }
288         InVal = NewPHI;
289       } else {
290         // Remove all of the edges coming into the PHI nodes from outside of the
291         // block.
292         for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i)
293           PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
294       }
295
296       // Add an incoming value to the PHI node in the loop for the preheader
297       // edge.
298       PN->addIncoming(InVal, NewBB);
299
300       // Can we eliminate this phi node now?
301       if (Value *V = PN->hasConstantValue(true)) {
302         if (!isa<Instruction>(V) ||
303             getAnalysis<DominatorSet>().dominates(cast<Instruction>(V), PN)) {
304           PN->replaceAllUsesWith(V);
305           if (AA) AA->deleteValue(PN);
306           BB->getInstList().erase(PN);
307         }
308       }
309     }
310
311     // Now that the PHI nodes are updated, actually move the edges from
312     // Preds to point to NewBB instead of BB.
313     //
314     for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
315       TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
316       for (unsigned s = 0, e = TI->getNumSuccessors(); s != e; ++s)
317         if (TI->getSuccessor(s) == BB)
318           TI->setSuccessor(s, NewBB);
319     }
320
321   } else {                       // Otherwise the loop is dead...
322     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
323       PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
324       // Insert dummy values as the incoming value...
325       PN->addIncoming(Constant::getNullValue(PN->getType()), NewBB);
326     }
327   }
328   return NewBB;
329 }
330
331 /// InsertPreheaderForLoop - Once we discover that a loop doesn't have a
332 /// preheader, this method is called to insert one.  This method has two phases:
333 /// preheader insertion and analysis updating.
334 ///
335 void LoopSimplify::InsertPreheaderForLoop(Loop *L) {
336   BasicBlock *Header = L->getHeader();
337
338   // Compute the set of predecessors of the loop that are not in the loop.
339   std::vector<BasicBlock*> OutsideBlocks;
340   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), PE = pred_end(Header);
341        PI != PE; ++PI)
342     if (!L->contains(*PI))           // Coming in from outside the loop?
343       OutsideBlocks.push_back(*PI);  // Keep track of it...
344
345   // Split out the loop pre-header
346   BasicBlock *NewBB =
347     SplitBlockPredecessors(Header, ".preheader", OutsideBlocks);
348
349   //===--------------------------------------------------------------------===//
350   //  Update analysis results now that we have performed the transformation
351   //
352
353   // We know that we have loop information to update... update it now.
354   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
355     Parent->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
356
357   DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();  // Update dominator info
358   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
359
360
361   // Update the dominator tree information.
362   // The immediate dominator of the preheader is the immediate dominator of
363   // the old header.
364   DominatorTree::Node *PHDomTreeNode =
365     DT.createNewNode(NewBB, DT.getNode(Header)->getIDom());
366   BasicBlock *oldHeaderIDom = DT.getNode(Header)->getIDom()->getBlock();
367
368   // Change the header node so that PNHode is the new immediate dominator
369   DT.changeImmediateDominator(DT.getNode(Header), PHDomTreeNode);
370
371   {
372     // The blocks that dominate NewBB are the blocks that dominate Header,
373     // minus Header, plus NewBB.
374     DominatorSet::DomSetType DomSet = DS.getDominators(Header);
375     DomSet.erase(Header);  // Header does not dominate us...
376     DS.addBasicBlock(NewBB, DomSet);
377
378     // The newly created basic block dominates all nodes dominated by Header.
379     for (df_iterator<DominatorTree::Node*> DFI = df_begin(PHDomTreeNode),
380            E = df_end(PHDomTreeNode); DFI != E; ++DFI)
381       DS.addDominator((*DFI)->getBlock(), NewBB);
382   }
383
384   // Update immediate dominator information if we have it...
385   if (ImmediateDominators *ID = getAnalysisToUpdate<ImmediateDominators>()) {
386     // Whatever i-dominated the header node now immediately dominates NewBB
387     ID->addNewBlock(NewBB, ID->get(Header));
388
389     // The preheader now is the immediate dominator for the header node...
390     ID->setImmediateDominator(Header, NewBB);
391   }
392   
393   // Update ET Forest information if we have it...
394   if (ETForest *EF = getAnalysisToUpdate<ETForest>()) {
395     // Whatever i-dominated the header node now immediately dominates NewBB
396     EF->addNewBlock(NewBB, oldHeaderIDom);
397
398     // The preheader now is the immediate dominator for the header node...
399     EF->setImmediateDominator(Header, NewBB);
400   }
401
402   // Update dominance frontier information...
403   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>()) {
404     // The DF(NewBB) is just (DF(Header)-Header), because NewBB dominates
405     // everything that Header does, and it strictly dominates Header in
406     // addition.
407     assert(DF->find(Header) != DF->end() && "Header node doesn't have DF set?");
408     DominanceFrontier::DomSetType NewDFSet = DF->find(Header)->second;
409     NewDFSet.erase(Header);
410     DF->addBasicBlock(NewBB, NewDFSet);
411
412     // Now we must loop over all of the dominance frontiers in the function,
413     // replacing occurrences of Header with NewBB in some cases.  If a block
414     // dominates a (now) predecessor of NewBB, but did not strictly dominate
415     // Header, it will have Header in it's DF set, but should now have NewBB in
416     // its set.
417     for (unsigned i = 0, e = OutsideBlocks.size(); i != e; ++i) {
418       // Get all of the dominators of the predecessor...
419       const DominatorSet::DomSetType &PredDoms =
420         DS.getDominators(OutsideBlocks[i]);
421       for (DominatorSet::DomSetType::const_iterator PDI = PredDoms.begin(),
422              PDE = PredDoms.end(); PDI != PDE; ++PDI) {
423         BasicBlock *PredDom = *PDI;
424         // If the loop header is in DF(PredDom), then PredDom didn't dominate
425         // the header but did dominate a predecessor outside of the loop.  Now
426         // we change this entry to include the preheader in the DF instead of
427         // the header.
428         DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(PredDom);
429         assert(DFI != DF->end() && "No dominance frontier for node?");
430         if (DFI->second.count(Header)) {
431           DF->removeFromFrontier(DFI, Header);
432           DF->addToFrontier(DFI, NewBB);
433         }
434       }
435     }
436   }
437 }
438
439 /// RewriteLoopExitBlock - Ensure that the loop preheader dominates all exit
440 /// blocks.  This method is used to split exit blocks that have predecessors
441 /// outside of the loop.
442 BasicBlock *LoopSimplify::RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit) {
443   std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks;
444   for (pred_iterator I = pred_begin(Exit), E = pred_end(Exit); I != E; ++I)
445     if (L->contains(*I))
446       LoopBlocks.push_back(*I);
447
448   assert(!LoopBlocks.empty() && "No edges coming in from outside the loop?");
449   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Exit, ".loopexit", LoopBlocks);
450
451   // Update Loop Information - we know that the new block will be in whichever
452   // loop the Exit block is in.  Note that it may not be in that immediate loop,
453   // if the successor is some other loop header.  In that case, we continue 
454   // walking up the loop tree to find a loop that contains both the successor
455   // block and the predecessor block.
456   Loop *SuccLoop = LI->getLoopFor(Exit);
457   while (SuccLoop && !SuccLoop->contains(L->getHeader()))
458     SuccLoop = SuccLoop->getParentLoop();
459   if (SuccLoop)
460     SuccLoop->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
461
462   // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
463   UpdateDomInfoForRevectoredPreds(NewBB, LoopBlocks);
464   return NewBB;
465 }
466
467 /// AddBlockAndPredsToSet - Add the specified block, and all of its
468 /// predecessors, to the specified set, if it's not already in there.  Stop
469 /// predecessor traversal when we reach StopBlock.
470 static void AddBlockAndPredsToSet(BasicBlock *BB, BasicBlock *StopBlock,
471                                   std::set<BasicBlock*> &Blocks) {
472   if (!Blocks.insert(BB).second) return;  // already processed.
473   if (BB == StopBlock) return;  // Stop here!
474
475   for (pred_iterator I = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); I != E; ++I)
476     AddBlockAndPredsToSet(*I, StopBlock, Blocks);
477 }
478
479 /// FindPHIToPartitionLoops - The first part of loop-nestification is to find a
480 /// PHI node that tells us how to partition the loops.
481 static PHINode *FindPHIToPartitionLoops(Loop *L, DominatorSet &DS,
482                                         AliasAnalysis *AA) {
483   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ) {
484     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
485     ++I;
486     if (Value *V = PN->hasConstantValue())
487       if (!isa<Instruction>(V) || DS.dominates(cast<Instruction>(V), PN)) {
488         // This is a degenerate PHI already, don't modify it!
489         PN->replaceAllUsesWith(V);
490         if (AA) AA->deleteValue(PN);
491         PN->eraseFromParent();
492         continue;
493       }
494
495     // Scan this PHI node looking for a use of the PHI node by itself.
496     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
497       if (PN->getIncomingValue(i) == PN &&
498           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
499         // We found something tasty to remove.
500         return PN;
501   }
502   return 0;
503 }
504
505 /// SeparateNestedLoop - If this loop has multiple backedges, try to pull one of
506 /// them out into a nested loop.  This is important for code that looks like
507 /// this:
508 ///
509 ///  Loop:
510 ///     ...
511 ///     br cond, Loop, Next
512 ///     ...
513 ///     br cond2, Loop, Out
514 ///
515 /// To identify this common case, we look at the PHI nodes in the header of the
516 /// loop.  PHI nodes with unchanging values on one backedge correspond to values
517 /// that change in the "outer" loop, but not in the "inner" loop.
518 ///
519 /// If we are able to separate out a loop, return the new outer loop that was
520 /// created.
521 ///
522 Loop *LoopSimplify::SeparateNestedLoop(Loop *L) {
523   PHINode *PN = FindPHIToPartitionLoops(L, getAnalysis<DominatorSet>(), AA);
524   if (PN == 0) return 0;  // No known way to partition.
525
526   // Pull out all predecessors that have varying values in the loop.  This
527   // handles the case when a PHI node has multiple instances of itself as
528   // arguments.
529   std::vector<BasicBlock*> OuterLoopPreds;
530   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
531     if (PN->getIncomingValue(i) != PN ||
532         !L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
533       OuterLoopPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
534
535   BasicBlock *Header = L->getHeader();
536   BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Header, ".outer", OuterLoopPreds);
537
538   // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
539   UpdateDomInfoForRevectoredPreds(NewBB, OuterLoopPreds);
540
541   // Create the new outer loop.
542   Loop *NewOuter = new Loop();
543
544   // Change the parent loop to use the outer loop as its child now.
545   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
546     Parent->replaceChildLoopWith(L, NewOuter);
547   else
548     LI->changeTopLevelLoop(L, NewOuter);
549
550   // This block is going to be our new header block: add it to this loop and all
551   // parent loops.
552   NewOuter->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
553
554   // L is now a subloop of our outer loop.
555   NewOuter->addChildLoop(L);
556
557   for (unsigned i = 0, e = L->getBlocks().size(); i != e; ++i)
558     NewOuter->addBlockEntry(L->getBlocks()[i]);
559
560   // Determine which blocks should stay in L and which should be moved out to
561   // the Outer loop now.
562   DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();
563   std::set<BasicBlock*> BlocksInL;
564   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); PI!=E; ++PI)
565     if (DS.dominates(Header, *PI))
566       AddBlockAndPredsToSet(*PI, Header, BlocksInL);
567
568
569   // Scan all of the loop children of L, moving them to OuterLoop if they are
570   // not part of the inner loop.
571   for (Loop::iterator I = L->begin(); I != L->end(); )
572     if (BlocksInL.count((*I)->getHeader()))
573       ++I;   // Loop remains in L
574     else
575       NewOuter->addChildLoop(L->removeChildLoop(I));
576
577   // Now that we know which blocks are in L and which need to be moved to
578   // OuterLoop, move any blocks that need it.
579   for (unsigned i = 0; i != L->getBlocks().size(); ++i) {
580     BasicBlock *BB = L->getBlocks()[i];
581     if (!BlocksInL.count(BB)) {
582       // Move this block to the parent, updating the exit blocks sets
583       L->removeBlockFromLoop(BB);
584       if ((*LI)[BB] == L)
585         LI->changeLoopFor(BB, NewOuter);
586       --i;
587     }
588   }
589
590   return NewOuter;
591 }
592
593
594
595 /// InsertUniqueBackedgeBlock - This method is called when the specified loop
596 /// has more than one backedge in it.  If this occurs, revector all of these
597 /// backedges to target a new basic block and have that block branch to the loop
598 /// header.  This ensures that loops have exactly one backedge.
599 ///
600 void LoopSimplify::InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L) {
601   assert(L->getNumBackEdges() > 1 && "Must have > 1 backedge!");
602
603   // Get information about the loop
604   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
605   BasicBlock *Header = L->getHeader();
606   Function *F = Header->getParent();
607
608   // Figure out which basic blocks contain back-edges to the loop header.
609   std::vector<BasicBlock*> BackedgeBlocks;
610   for (pred_iterator I = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); I != E; ++I)
611     if (*I != Preheader) BackedgeBlocks.push_back(*I);
612
613   // Create and insert the new backedge block...
614   BasicBlock *BEBlock = new BasicBlock(Header->getName()+".backedge", F);
615   BranchInst *BETerminator = new BranchInst(Header, BEBlock);
616
617   // Move the new backedge block to right after the last backedge block.
618   Function::iterator InsertPos = BackedgeBlocks.back(); ++InsertPos;
619   F->getBasicBlockList().splice(InsertPos, F->getBasicBlockList(), BEBlock);
620
621   // Now that the block has been inserted into the function, create PHI nodes in
622   // the backedge block which correspond to any PHI nodes in the header block.
623   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
624     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
625     PHINode *NewPN = new PHINode(PN->getType(), PN->getName()+".be",
626                                  BETerminator);
627     NewPN->reserveOperandSpace(BackedgeBlocks.size());
628     if (AA) AA->copyValue(PN, NewPN);
629
630     // Loop over the PHI node, moving all entries except the one for the
631     // preheader over to the new PHI node.
632     unsigned PreheaderIdx = ~0U;
633     bool HasUniqueIncomingValue = true;
634     Value *UniqueValue = 0;
635     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
636       BasicBlock *IBB = PN->getIncomingBlock(i);
637       Value *IV = PN->getIncomingValue(i);
638       if (IBB == Preheader) {
639         PreheaderIdx = i;
640       } else {
641         NewPN->addIncoming(IV, IBB);
642         if (HasUniqueIncomingValue) {
643           if (UniqueValue == 0)
644             UniqueValue = IV;
645           else if (UniqueValue != IV)
646             HasUniqueIncomingValue = false;
647         }
648       }
649     }
650
651     // Delete all of the incoming values from the old PN except the preheader's
652     assert(PreheaderIdx != ~0U && "PHI has no preheader entry??");
653     if (PreheaderIdx != 0) {
654       PN->setIncomingValue(0, PN->getIncomingValue(PreheaderIdx));
655       PN->setIncomingBlock(0, PN->getIncomingBlock(PreheaderIdx));
656     }
657     // Nuke all entries except the zero'th.
658     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues()-1; i != e; ++i)
659       PN->removeIncomingValue(e-i, false);
660
661     // Finally, add the newly constructed PHI node as the entry for the BEBlock.
662     PN->addIncoming(NewPN, BEBlock);
663
664     // As an optimization, if all incoming values in the new PhiNode (which is a
665     // subset of the incoming values of the old PHI node) have the same value,
666     // eliminate the PHI Node.
667     if (HasUniqueIncomingValue) {
668       NewPN->replaceAllUsesWith(UniqueValue);
669       if (AA) AA->deleteValue(NewPN);
670       BEBlock->getInstList().erase(NewPN);
671     }
672   }
673
674   // Now that all of the PHI nodes have been inserted and adjusted, modify the
675   // backedge blocks to just to the BEBlock instead of the header.
676   for (unsigned i = 0, e = BackedgeBlocks.size(); i != e; ++i) {
677     TerminatorInst *TI = BackedgeBlocks[i]->getTerminator();
678     for (unsigned Op = 0, e = TI->getNumSuccessors(); Op != e; ++Op)
679       if (TI->getSuccessor(Op) == Header)
680         TI->setSuccessor(Op, BEBlock);
681   }
682
683   //===--- Update all analyses which we must preserve now -----------------===//
684
685   // Update Loop Information - we know that this block is now in the current
686   // loop and all parent loops.
687   L->addBasicBlockToLoop(BEBlock, *LI);
688
689   // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
690   UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BEBlock, BackedgeBlocks);
691 }
692
693 /// UpdateDomInfoForRevectoredPreds - This method is used to update the four
694 /// different kinds of dominator information (dominator sets, immediate
695 /// dominators, dominator trees, and dominance frontiers) after a new block has
696 /// been added to the CFG.
697 ///
698 /// This only supports the case when an existing block (known as "NewBBSucc"),
699 /// had some of its predecessors factored into a new basic block.  This
700 /// transformation inserts a new basic block ("NewBB"), with a single
701 /// unconditional branch to NewBBSucc, and moves some predecessors of
702 /// "NewBBSucc" to now branch to NewBB.  These predecessors are listed in
703 /// PredBlocks, even though they are the same as
704 /// pred_begin(NewBB)/pred_end(NewBB).
705 ///
706 void LoopSimplify::UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BasicBlock *NewBB,
707                                          std::vector<BasicBlock*> &PredBlocks) {
708   assert(!PredBlocks.empty() && "No predblocks??");
709   assert(succ_begin(NewBB) != succ_end(NewBB) &&
710          ++succ_begin(NewBB) == succ_end(NewBB) &&
711          "NewBB should have a single successor!");
712   BasicBlock *NewBBSucc = *succ_begin(NewBB);
713   DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();
714
715   // Update dominator information...  The blocks that dominate NewBB are the
716   // intersection of the dominators of predecessors, plus the block itself.
717   //
718   DominatorSet::DomSetType NewBBDomSet = DS.getDominators(PredBlocks[0]);
719   for (unsigned i = 1, e = PredBlocks.size(); i != e; ++i)
720     set_intersect(NewBBDomSet, DS.getDominators(PredBlocks[i]));
721   NewBBDomSet.insert(NewBB);  // All blocks dominate themselves...
722   DS.addBasicBlock(NewBB, NewBBDomSet);
723
724   // The newly inserted basic block will dominate existing basic blocks iff the
725   // PredBlocks dominate all of the non-pred blocks.  If all predblocks dominate
726   // the non-pred blocks, then they all must be the same block!
727   //
728   bool NewBBDominatesNewBBSucc = true;
729   {
730     BasicBlock *OnePred = PredBlocks[0];
731     for (unsigned i = 1, e = PredBlocks.size(); i != e; ++i)
732       if (PredBlocks[i] != OnePred) {
733         NewBBDominatesNewBBSucc = false;
734         break;
735       }
736
737     if (NewBBDominatesNewBBSucc)
738       for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc), E = pred_end(NewBBSucc);
739            PI != E; ++PI)
740         if (*PI != NewBB && !DS.dominates(NewBBSucc, *PI)) {
741           NewBBDominatesNewBBSucc = false;
742           break;
743         }
744   }
745
746   // The other scenario where the new block can dominate its successors are when
747   // all predecessors of NewBBSucc that are not NewBB are dominated by NewBBSucc
748   // already.
749   if (!NewBBDominatesNewBBSucc) {
750     NewBBDominatesNewBBSucc = true;
751     for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc), E = pred_end(NewBBSucc);
752          PI != E; ++PI)
753       if (*PI != NewBB && !DS.dominates(NewBBSucc, *PI)) {
754         NewBBDominatesNewBBSucc = false;
755         break;
756       }
757   }
758
759   // If NewBB dominates some blocks, then it will dominate all blocks that
760   // NewBBSucc does.
761   if (NewBBDominatesNewBBSucc) {
762     BasicBlock *PredBlock = PredBlocks[0];
763     Function *F = NewBB->getParent();
764     for (Function::iterator I = F->begin(), E = F->end(); I != E; ++I)
765       if (DS.dominates(NewBBSucc, I))
766         DS.addDominator(I, NewBB);
767   }
768
769   // Update immediate dominator information if we have it...
770   BasicBlock *NewBBIDom = 0;
771   if (ImmediateDominators *ID = getAnalysisToUpdate<ImmediateDominators>()) {
772     // To find the immediate dominator of the new exit node, we trace up the
773     // immediate dominators of a predecessor until we find a basic block that
774     // dominates the exit block.
775     //
776     BasicBlock *Dom = PredBlocks[0];  // Some random predecessor...
777     while (!NewBBDomSet.count(Dom)) {  // Loop until we find a dominator...
778       assert(Dom != 0 && "No shared dominator found???");
779       Dom = ID->get(Dom);
780     }
781
782     // Set the immediate dominator now...
783     ID->addNewBlock(NewBB, Dom);
784     NewBBIDom = Dom;   // Reuse this if calculating DominatorTree info...
785
786     // If NewBB strictly dominates other blocks, we need to update their idom's
787     // now.  The only block that need adjustment is the NewBBSucc block, whose
788     // idom should currently be set to PredBlocks[0].
789     if (NewBBDominatesNewBBSucc)
790       ID->setImmediateDominator(NewBBSucc, NewBB);
791   }
792
793   // Update DominatorTree information if it is active.
794   if (DominatorTree *DT = getAnalysisToUpdate<DominatorTree>()) {
795     // If we don't have ImmediateDominator info around, calculate the idom as
796     // above.
797     DominatorTree::Node *NewBBIDomNode;
798     if (NewBBIDom) {
799       NewBBIDomNode = DT->getNode(NewBBIDom);
800     } else {
801       NewBBIDomNode = DT->getNode(PredBlocks[0]); // Random pred
802       while (!NewBBDomSet.count(NewBBIDomNode->getBlock())) {
803         NewBBIDomNode = NewBBIDomNode->getIDom();
804         assert(NewBBIDomNode && "No shared dominator found??");
805       }
806       NewBBIDom = NewBBIDomNode->getBlock();
807     }
808
809     // Create the new dominator tree node... and set the idom of NewBB.
810     DominatorTree::Node *NewBBNode = DT->createNewNode(NewBB, NewBBIDomNode);
811
812     // If NewBB strictly dominates other blocks, then it is now the immediate
813     // dominator of NewBBSucc.  Update the dominator tree as appropriate.
814     if (NewBBDominatesNewBBSucc) {
815       DominatorTree::Node *NewBBSuccNode = DT->getNode(NewBBSucc);
816       DT->changeImmediateDominator(NewBBSuccNode, NewBBNode);
817     }
818   }
819
820   // Update ET-Forest information if it is active.
821   if (ETForest *EF = getAnalysisToUpdate<ETForest>()) {
822     EF->addNewBlock(NewBB, NewBBIDom);
823     if (NewBBDominatesNewBBSucc)
824       EF->setImmediateDominator(NewBBSucc, NewBB);
825   }
826
827   // Update dominance frontier information...
828   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>()) {
829     // If NewBB dominates NewBBSucc, then DF(NewBB) is now going to be the
830     // DF(PredBlocks[0]) without the stuff that the new block does not dominate
831     // a predecessor of.
832     if (NewBBDominatesNewBBSucc) {
833       DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(PredBlocks[0]);
834       if (DFI != DF->end()) {
835         DominanceFrontier::DomSetType Set = DFI->second;
836         // Filter out stuff in Set that we do not dominate a predecessor of.
837         for (DominanceFrontier::DomSetType::iterator SetI = Set.begin(),
838                E = Set.end(); SetI != E;) {
839           bool DominatesPred = false;
840           for (pred_iterator PI = pred_begin(*SetI), E = pred_end(*SetI);
841                PI != E; ++PI)
842             if (DS.dominates(NewBB, *PI))
843               DominatesPred = true;
844           if (!DominatesPred)
845             Set.erase(SetI++);
846           else
847             ++SetI;
848         }
849
850         DF->addBasicBlock(NewBB, Set);
851       }
852
853     } else {
854       // DF(NewBB) is {NewBBSucc} because NewBB does not strictly dominate
855       // NewBBSucc, but it does dominate itself (and there is an edge (NewBB ->
856       // NewBBSucc)).  NewBBSucc is the single successor of NewBB.
857       DominanceFrontier::DomSetType NewDFSet;
858       NewDFSet.insert(NewBBSucc);
859       DF->addBasicBlock(NewBB, NewDFSet);
860     }
861
862     // Now we must loop over all of the dominance frontiers in the function,
863     // replacing occurrences of NewBBSucc with NewBB in some cases.  All
864     // blocks that dominate a block in PredBlocks and contained NewBBSucc in
865     // their dominance frontier must be updated to contain NewBB instead.
866     //
867     for (unsigned i = 0, e = PredBlocks.size(); i != e; ++i) {
868       BasicBlock *Pred = PredBlocks[i];
869       // Get all of the dominators of the predecessor...
870       const DominatorSet::DomSetType &PredDoms = DS.getDominators(Pred);
871       for (DominatorSet::DomSetType::const_iterator PDI = PredDoms.begin(),
872              PDE = PredDoms.end(); PDI != PDE; ++PDI) {
873         BasicBlock *PredDom = *PDI;
874
875         // If the NewBBSucc node is in DF(PredDom), then PredDom didn't
876         // dominate NewBBSucc but did dominate a predecessor of it.  Now we
877         // change this entry to include NewBB in the DF instead of NewBBSucc.
878         DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(PredDom);
879         assert(DFI != DF->end() && "No dominance frontier for node?");
880         if (DFI->second.count(NewBBSucc)) {
881           // If NewBBSucc should not stay in our dominator frontier, remove it.
882           // We remove it unless there is a predecessor of NewBBSucc that we
883           // dominate, but we don't strictly dominate NewBBSucc.
884           bool ShouldRemove = true;
885           if (PredDom == NewBBSucc || !DS.dominates(PredDom, NewBBSucc)) {
886             // Okay, we know that PredDom does not strictly dominate NewBBSucc.
887             // Check to see if it dominates any predecessors of NewBBSucc.
888             for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc),
889                    E = pred_end(NewBBSucc); PI != E; ++PI)
890               if (DS.dominates(PredDom, *PI)) {
891                 ShouldRemove = false;
892                 break;
893               }
894           }
895
896           if (ShouldRemove)
897             DF->removeFromFrontier(DFI, NewBBSucc);
898           DF->addToFrontier(DFI, NewBB);
899         }
900       }
901     }
902   }
903 }
904