- Somehow I forgot about one / une.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / JumpThreading.cpp
index 7773edb7e7ee5f26c08bb6fcc976c77f0be65ca9..2f91c07c94e20e40d1d99d7e0210c561fcaaf74b 100644 (file)
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
-// This pass performs 'jump threading', which looks at blocks that have multiple
-// predecessors and multiple successors.  If one or more of the predecessors of
-// the block can be proven to always jump to one of the successors, we forward
-// the edge from the predecessor to the successor by duplicating the contents of
-// this block.
+// This file implements the Jump Threading pass.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #define DEBUG_TYPE "jump-threading"
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
+#include "llvm/IntrinsicInst.h"
 #include "llvm/Pass.h"
+#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
 #include "llvm/Support/Compiler.h"
+#include "llvm/Support/Debug.h"
 using namespace llvm;
 
-//STATISTIC(NumThreads, "Number of jumps threaded");
+STATISTIC(NumThreads, "Number of jumps threaded");
+STATISTIC(NumFolds,   "Number of terminators folded");
+
+static cl::opt<unsigned>
+Threshold("jump-threading-threshold", 
+          cl::desc("Max block size to duplicate for jump threading"),
+          cl::init(6), cl::Hidden);
 
 namespace {
-  cl::opt<unsigned>
-  Threshold("jump-threading-threshold", 
-            cl::desc("Max block size to duplicate for jump threading"),
-            cl::init(6), cl::Hidden);
+  /// This pass performs 'jump threading', which looks at blocks that have
+  /// multiple predecessors and multiple successors.  If one or more of the
+  /// predecessors of the block can be proven to always jump to one of the
+  /// successors, we forward the edge from the predecessor to the successor by
+  /// duplicating the contents of this block.
+  ///
+  /// An example of when this can occur is code like this:
+  ///
+  ///   if () { ...
+  ///     X = 4;
+  ///   }
+  ///   if (X < 3) {
+  ///
+  /// In this case, the unconditional branch at the end of the first if can be
+  /// revectored to the false side of the second if.
+  ///
   class VISIBILITY_HIDDEN JumpThreading : public FunctionPass {
   public:
     static char ID; // Pass identification
-    JumpThreading() : FunctionPass((intptr_t)&ID) {}
+    JumpThreading() : FunctionPass(&ID) {}
 
     bool runOnFunction(Function &F);
+    bool ThreadBlock(BasicBlock *BB);
+    void ThreadEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *PredBB, BasicBlock *SuccBB);
+    BasicBlock *FactorCommonPHIPreds(PHINode *PN, Constant *CstVal);
+
+    bool ProcessJumpOnPHI(PHINode *PN);
+    bool ProcessBranchOnLogical(Value *V, BasicBlock *BB, bool isAnd);
+    bool ProcessBranchOnCompare(CmpInst *Cmp, BasicBlock *BB);
   };
-  char JumpThreading::ID = 0;
-  RegisterPass<JumpThreading> X("jump-threading", "Jump Threading");
 }
 
+char JumpThreading::ID = 0;
+static RegisterPass<JumpThreading>
+X("jump-threading", "Jump Threading");
+
 // Public interface to the Jump Threading pass
 FunctionPass *llvm::createJumpThreadingPass() { return new JumpThreading(); }
 
 /// runOnFunction - Top level algorithm.
 ///
 bool JumpThreading::runOnFunction(Function &F) {
-  bool Changed = false;
-  return Changed;
+  DOUT << "Jump threading on function '" << F.getNameStart() << "'\n";
+  
+  bool AnotherIteration = true, EverChanged = false;
+  while (AnotherIteration) {
+    AnotherIteration = false;
+    bool Changed = false;
+    for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I)
+      while (ThreadBlock(I))
+        Changed = true;
+    AnotherIteration = Changed;
+    EverChanged |= Changed;
+  }
+  return EverChanged;
+}
+
+/// FactorCommonPHIPreds - If there are multiple preds with the same incoming
+/// value for the PHI, factor them together so we get one block to thread for
+/// the whole group.
+/// This is important for things like "phi i1 [true, true, false, true, x]"
+/// where we only need to clone the block for the true blocks once.
+///
+BasicBlock *JumpThreading::FactorCommonPHIPreds(PHINode *PN, Constant *CstVal) {
+  SmallVector<BasicBlock*, 16> CommonPreds;
+  for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
+    if (PN->getIncomingValue(i) == CstVal)
+      CommonPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
+  
+  if (CommonPreds.size() == 1)
+    return CommonPreds[0];
+    
+  DOUT << "  Factoring out " << CommonPreds.size()
+       << " common predecessors.\n";
+  return SplitBlockPredecessors(PN->getParent(),
+                                &CommonPreds[0], CommonPreds.size(),
+                                ".thr_comm", this);
+}
+  
+
+/// getJumpThreadDuplicationCost - Return the cost of duplicating this block to
+/// thread across it.
+static unsigned getJumpThreadDuplicationCost(const BasicBlock *BB) {
+  /// Ignore PHI nodes, these will be flattened when duplication happens.
+  BasicBlock::const_iterator I = BB->getFirstNonPHI();
+
+  // Sum up the cost of each instruction until we get to the terminator.  Don't
+  // include the terminator because the copy won't include it.
+  unsigned Size = 0;
+  for (; !isa<TerminatorInst>(I); ++I) {
+    // Debugger intrinsics don't incur code size.
+    if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
+    
+    // If this is a pointer->pointer bitcast, it is free.
+    if (isa<BitCastInst>(I) && isa<PointerType>(I->getType()))
+      continue;
+    
+    // All other instructions count for at least one unit.
+    ++Size;
+    
+    // Calls are more expensive.  If they are non-intrinsic calls, we model them
+    // as having cost of 4.  If they are a non-vector intrinsic, we model them
+    // as having cost of 2 total, and if they are a vector intrinsic, we model
+    // them as having cost 1.
+    if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
+      if (!isa<IntrinsicInst>(CI))
+        Size += 3;
+      else if (isa<VectorType>(CI->getType()))
+        Size += 1;
+    }
+  }
+  
+  // Threading through a switch statement is particularly profitable.  If this
+  // block ends in a switch, decrease its cost to make it more likely to happen.
+  if (isa<SwitchInst>(I))
+    Size = Size > 6 ? Size-6 : 0;
+  
+  return Size;
+}
+
+
+/// ThreadBlock - If there are any predecessors whose control can be threaded
+/// through to a successor, transform them now.
+bool JumpThreading::ThreadBlock(BasicBlock *BB) {
+  // See if this block ends with a branch or switch.  If so, see if the
+  // condition is a phi node.  If so, and if an entry of the phi node is a
+  // constant, we can thread the block.
+  Value *Condition;
+  if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
+    // Can't thread an unconditional jump.
+    if (BI->isUnconditional()) return false;
+    Condition = BI->getCondition();
+  } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator()))
+    Condition = SI->getCondition();
+  else
+    return false; // Must be an invoke.
+  
+  // If the terminator of this block is branching on a constant, simplify the
+  // terminator to an unconditional branch.  This can occur due to threading in
+  // other blocks.
+  if (isa<ConstantInt>(Condition)) {
+    DOUT << "  In block '" << BB->getNameStart()
+         << "' folding terminator: " << *BB->getTerminator();
+    ++NumFolds;
+    ConstantFoldTerminator(BB);
+    return true;
+  }
+  
+  // If there is only a single predecessor of this block, nothing to fold.
+  if (BB->getSinglePredecessor())
+    return false;
+
+  // See if this is a phi node in the current block.
+  PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Condition);
+  if (PN && PN->getParent() == BB)
+    return ProcessJumpOnPHI(PN);
+  
+  // If this is a conditional branch whose condition is and/or of a phi, try to
+  // simplify it.
+  if (BinaryOperator *CondI = dyn_cast<BinaryOperator>(Condition)) {
+    if ((CondI->getOpcode() == Instruction::And || 
+         CondI->getOpcode() == Instruction::Or) &&
+        isa<BranchInst>(BB->getTerminator()) &&
+        ProcessBranchOnLogical(CondI, BB,
+                               CondI->getOpcode() == Instruction::And))
+      return true;
+  }
+  
+  // If we have "br (phi != 42)" and the phi node has any constant values as 
+  // operands, we can thread through this block.
+  if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(Condition))
+    if (isa<PHINode>(CondCmp->getOperand(0)) &&
+        isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)) &&
+        ProcessBranchOnCompare(CondCmp, BB))
+      return true;
+  
+  return false;
+}
+
+/// ProcessJumpOnPHI - We have a conditional branch of switch on a PHI node in
+/// the current block.  See if there are any simplifications we can do based on
+/// inputs to the phi node.
+/// 
+bool JumpThreading::ProcessJumpOnPHI(PHINode *PN) {
+  // See if the phi node has any constant values.  If so, we can determine where
+  // the corresponding predecessor will branch.
+  ConstantInt *PredCst = 0;
+  for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
+    if ((PredCst = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i))))
+      break;
+  
+  // If no incoming value has a constant, we don't know the destination of any
+  // predecessors.
+  if (PredCst == 0)
+    return false;
+  
+  // See if the cost of duplicating this block is low enough.
+  BasicBlock *BB = PN->getParent();
+  unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
+  if (JumpThreadCost > Threshold) {
+    DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
+         << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n";
+    return false;
+  }
+  
+  // If so, we can actually do this threading.  Merge any common predecessors
+  // that will act the same.
+  BasicBlock *PredBB = FactorCommonPHIPreds(PN, PredCst);
+  
+  // Next, figure out which successor we are threading to.
+  BasicBlock *SuccBB;
+  if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
+    SuccBB = BI->getSuccessor(PredCst == ConstantInt::getFalse());
+  else {
+    SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(BB->getTerminator());
+    SuccBB = SI->getSuccessor(SI->findCaseValue(PredCst));
+  }
+  
+  // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
+  if (SuccBB == BB) {
+    DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
+         << "' - would thread to self!\n";
+    return false;
+  }
+  
+  // And finally, do it!
+  DOUT << "  Threading edge from '" << PredBB->getNameStart() << "' to '"
+       << SuccBB->getNameStart() << "' with cost: " << JumpThreadCost
+       << ", across block:\n    "
+       << *BB << "\n";
+       
+  ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB);
+  ++NumThreads;
+  return true;
+}
+
+/// ProcessJumpOnLogicalPHI - PN's basic block contains a conditional branch
+/// whose condition is an AND/OR where one side is PN.  If PN has constant
+/// operands that permit us to evaluate the condition for some operand, thread
+/// through the block.  For example with:
+///   br (and X, phi(Y, Z, false))
+/// the predecessor corresponding to the 'false' will always jump to the false
+/// destination of the branch.
+///
+bool JumpThreading::ProcessBranchOnLogical(Value *V, BasicBlock *BB,
+                                           bool isAnd) {
+  // If this is a binary operator tree of the same AND/OR opcode, check the
+  // LHS/RHS.
+  if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(V))
+    if ((isAnd && BO->getOpcode() == Instruction::And) ||
+        (!isAnd && BO->getOpcode() == Instruction::Or)) {
+      if (ProcessBranchOnLogical(BO->getOperand(0), BB, isAnd))
+        return true;
+      if (ProcessBranchOnLogical(BO->getOperand(1), BB, isAnd))
+        return true;
+    }
+      
+  // If this isn't a PHI node, we can't handle it.
+  PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V);
+  if (!PN || PN->getParent() != BB) return false;
+                                             
+  // We can only do the simplification for phi nodes of 'false' with AND or
+  // 'true' with OR.  See if we have any entries in the phi for this.
+  unsigned PredNo = ~0U;
+  ConstantInt *PredCst = ConstantInt::get(Type::Int1Ty, !isAnd);
+  for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
+    if (PN->getIncomingValue(i) == PredCst) {
+      PredNo = i;
+      break;
+    }
+  }
+  
+  // If no match, bail out.
+  if (PredNo == ~0U)
+    return false;
+  
+  // See if the cost of duplicating this block is low enough.
+  unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
+  if (JumpThreadCost > Threshold) {
+    DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
+         << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n";
+    return false;
+  }
+
+  // If so, we can actually do this threading.  Merge any common predecessors
+  // that will act the same.
+  BasicBlock *PredBB = FactorCommonPHIPreds(PN, PredCst);
+  
+  // Next, figure out which successor we are threading to.  If this was an AND,
+  // the constant must be FALSE, and we must be targeting the 'false' block.
+  // If this is an OR, the constant must be TRUE, and we must be targeting the
+  // 'true' block.
+  BasicBlock *SuccBB = BB->getTerminator()->getSuccessor(isAnd);
+  
+  // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
+  if (SuccBB == BB) {
+    DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
+    << "' - would thread to self!\n";
+    return false;
+  }
+  
+  // And finally, do it!
+  DOUT << "  Threading edge through bool from '" << PredBB->getNameStart()
+       << "' to '" << SuccBB->getNameStart() << "' with cost: "
+       << JumpThreadCost << ", across block:\n    "
+       << *BB << "\n";
+  
+  ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB);
+  ++NumThreads;
+  return true;
+}
+
+/// ProcessBranchOnCompare - We found a branch on a comparison between a phi
+/// node and a constant.  If the PHI node contains any constants as inputs, we
+/// can fold the compare for that edge and thread through it.
+bool JumpThreading::ProcessBranchOnCompare(CmpInst *Cmp, BasicBlock *BB) {
+  PHINode *PN = cast<PHINode>(Cmp->getOperand(0));
+  Constant *RHS = cast<Constant>(Cmp->getOperand(1));
+  
+  // If the phi isn't in the current block, an incoming edge to this block
+  // doesn't control the destination.
+  if (PN->getParent() != BB)
+    return false;
+  
+  // We can do this simplification if any comparisons fold to true or false.
+  // See if any do.
+  Constant *PredCst = 0;
+  bool TrueDirection = false;
+  for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
+    PredCst = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i));
+    if (PredCst == 0) continue;
+    
+    Constant *Res;
+    if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Cmp))
+      Res = ConstantExpr::getICmp(ICI->getPredicate(), PredCst, RHS);
+    else
+      Res = ConstantExpr::getFCmp(cast<FCmpInst>(Cmp)->getPredicate(),
+                                  PredCst, RHS);
+    // If this folded to a constant expr, we can't do anything.
+    if (ConstantInt *ResC = dyn_cast<ConstantInt>(Res)) {
+      TrueDirection = ResC->getZExtValue();
+      break;
+    }
+    // If this folded to undef, just go the false way.
+    if (isa<UndefValue>(Res)) {
+      TrueDirection = false;
+      break;
+    }
+    
+    // Otherwise, we can't fold this input.
+    PredCst = 0;
+  }
+  
+  // If no match, bail out.
+  if (PredCst == 0)
+    return false;
+  
+  // See if the cost of duplicating this block is low enough.
+  unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
+  if (JumpThreadCost > Threshold) {
+    DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
+         << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n";
+    return false;
+  }
+  
+  // If so, we can actually do this threading.  Merge any common predecessors
+  // that will act the same.
+  BasicBlock *PredBB = FactorCommonPHIPreds(PN, PredCst);
+  
+  // Next, get our successor.
+  BasicBlock *SuccBB = BB->getTerminator()->getSuccessor(!TrueDirection);
+  
+  // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
+  if (SuccBB == BB) {
+    DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
+    << "' - would thread to self!\n";
+    return false;
+  }
+  
+  
+  // And finally, do it!
+  DOUT << "  Threading edge through bool from '" << PredBB->getNameStart()
+       << "' to '" << SuccBB->getNameStart() << "' with cost: "
+       << JumpThreadCost << ", across block:\n    "
+       << *BB << "\n";
+  
+  ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB);
+  ++NumThreads;
+  return true;
+}
+
+
+/// ThreadEdge - We have decided that it is safe and profitable to thread an
+/// edge from PredBB to SuccBB across BB.  Transform the IR to reflect this
+/// change.
+void JumpThreading::ThreadEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *PredBB, 
+                               BasicBlock *SuccBB) {
+
+  // Jump Threading can not update SSA properties correctly if the values
+  // defined in the duplicated block are used outside of the block itself.  For
+  // this reason, we spill all values that are used outside of BB to the stack.
+  for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
+    if (!I->isUsedOutsideOfBlock(BB))
+      continue;
+    
+    // We found a use of I outside of BB.  Create a new stack slot to
+    // break this inter-block usage pattern.
+    DemoteRegToStack(*I);
+  }
+  // We are going to have to map operands from the original BB block to the new
+  // copy of the block 'NewBB'.  If there are PHI nodes in BB, evaluate them to
+  // account for entry from PredBB.
+  DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
+  
+  BasicBlock *NewBB =
+    BasicBlock::Create(BB->getName()+".thread", BB->getParent(), BB);
+  NewBB->moveAfter(PredBB);
+  
+  BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
+  for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
+    ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
+  
+  // Clone the non-phi instructions of BB into NewBB, keeping track of the
+  // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
+  for (; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
+    Instruction *New = BI->clone();
+    New->setName(BI->getNameStart());
+    NewBB->getInstList().push_back(New);
+    ValueMapping[BI] = New;
+   
+    // Remap operands to patch up intra-block references.
+    for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
+      if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i)))
+        if (Value *Remapped = ValueMapping[Inst])
+          New->setOperand(i, Remapped);
+  }
+  
+  // We didn't copy the terminator from BB over to NewBB, because there is now
+  // an unconditional jump to SuccBB.  Insert the unconditional jump.
+  BranchInst::Create(SuccBB, NewBB);
+  
+  // Check to see if SuccBB has PHI nodes. If so, we need to add entries to the
+  // PHI nodes for NewBB now.
+  for (BasicBlock::iterator PNI = SuccBB->begin(); isa<PHINode>(PNI); ++PNI) {
+    PHINode *PN = cast<PHINode>(PNI);
+    // Ok, we have a PHI node.  Figure out what the incoming value was for the
+    // DestBlock.
+    Value *IV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
+    
+    // Remap the value if necessary.
+    if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(IV))
+      if (Value *MappedIV = ValueMapping[Inst])
+        IV = MappedIV;
+    PN->addIncoming(IV, NewBB);
+  }
+  
+  // Finally, NewBB is good to go.  Update the terminator of PredBB to jump to
+  // NewBB instead of BB.  This eliminates predecessors from BB, which requires
+  // us to simplify any PHI nodes in BB.
+  TerminatorInst *PredTerm = PredBB->getTerminator();
+  for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
+    if (PredTerm->getSuccessor(i) == BB) {
+      BB->removePredecessor(PredBB);
+      PredTerm->setSuccessor(i, NewBB);
+    }
 }