remove DebugIterations option. Despite the accusations,
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / JumpThreading.cpp
index eb4a873a464d91e42b1b3c860a65bf9b5b8b2cb5..59af14b86556042187aadb0ca6ab717a25a7e75f 100644 (file)
 #include "llvm/Pass.h"
 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
+#include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
+#include "llvm/Target/TargetData.h"
 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
 #include "llvm/Support/Compiler.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
@@ -51,14 +54,21 @@ namespace {
   /// revectored to the false side of the second if.
   ///
   class VISIBILITY_HIDDEN JumpThreading : public FunctionPass {
+    TargetData *TD;
   public:
     static char ID; // Pass identification
     JumpThreading() : FunctionPass(&ID) {}
 
+    virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+      AU.addRequired<TargetData>();
+    }
+
     bool runOnFunction(Function &F);
     bool ProcessBlock(BasicBlock *BB);
     void ThreadEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *PredBB, BasicBlock *SuccBB);
     BasicBlock *FactorCommonPHIPreds(PHINode *PN, Constant *CstVal);
+    bool ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
+    bool ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
 
     bool ProcessJumpOnPHI(PHINode *PN);
     bool ProcessBranchOnLogical(Value *V, BasicBlock *BB, bool isAnd);
@@ -79,14 +89,29 @@ FunctionPass *llvm::createJumpThreadingPass() { return new JumpThreading(); }
 ///
 bool JumpThreading::runOnFunction(Function &F) {
   DOUT << "Jump threading on function '" << F.getNameStart() << "'\n";
+  TD = &getAnalysis<TargetData>();
   
   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 (ProcessBlock(I))
+    for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E;) {
+      BasicBlock *BB = I;
+      while (ProcessBlock(BB))
+        Changed = true;
+      
+      ++I;
+      
+      // If the block is trivially dead, zap it.  This eliminates the successor
+      // edges which simplifies the CFG.
+      if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
+          BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
+        DOUT << "  JT: Deleting dead block '" << BB->getNameStart()
+             << "' with terminator: " << *BB->getTerminator();
+        DeleteDeadBlock(BB);
         Changed = true;
+      }
+    }
     AnotherIteration = Changed;
     EverChanged |= Changed;
   }
@@ -164,8 +189,15 @@ bool JumpThreading::ProcessBlock(BasicBlock *BB) {
   // because now the condition in this block can be threaded through
   // predecessors of our predecessor block.
   if (BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor())
-    if (SinglePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1) {
+    if (SinglePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
+        SinglePred != BB) {
+      // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
+      // will need to move BB back to the entry position.
+      bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB);
+      
+      if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
+        BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
       return true;
     }
   
@@ -193,29 +225,87 @@ bool JumpThreading::ProcessBlock(BasicBlock *BB) {
     return true;
   }
   
+  // If the terminator is branching on an undef, we can pick any of the
+  // successors to branch to.  Since this is arbitrary, we pick the successor
+  // with the fewest predecessors.  This should reduce the in-degree of the
+  // others.
+  if (isa<UndefValue>(Condition)) {
+    TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
+    unsigned MinSucc = 0;
+    BasicBlock *TestBB = BBTerm->getSuccessor(MinSucc);
+    // Compute the successor with the minimum number of predecessors.
+    unsigned MinNumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
+    for (unsigned i = 1, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
+      TestBB = BBTerm->getSuccessor(i);
+      unsigned NumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
+      if (NumPreds < MinNumPreds)
+        MinSucc = i;
+    }
+    
+    // Fold the branch/switch.
+    for (unsigned i = 0, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
+      if (i == MinSucc) continue;
+      BBTerm->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
+    }
+    
+    DOUT << "  In block '" << BB->getNameStart()
+         << "' folding undef terminator: " << *BBTerm;
+    BranchInst::Create(BBTerm->getSuccessor(MinSucc), BBTerm);
+    BBTerm->eraseFromParent();
+    return true;
+  }
+  
+  Instruction *CondInst = dyn_cast<Instruction>(Condition);
+
+  // If the condition is an instruction defined in another block, see if a
+  // predecessor has the same condition:
+  //     br COND, BBX, BBY
+  //  BBX:
+  //     br COND, BBZ, BBW
+  if (!Condition->hasOneUse() && // Multiple uses.
+      (CondInst == 0 || CondInst->getParent() != BB)) { // Non-local definition.
+    pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
+    if (isa<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
+      for (; PI != E; ++PI)
+        if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
+          if (PBI->isConditional() && PBI->getCondition() == Condition &&
+              ProcessBranchOnDuplicateCond(*PI, BB))
+            return true;
+    } else {
+      assert(isa<SwitchInst>(BB->getTerminator()) && "Unknown jump terminator");
+      for (; PI != E; ++PI)
+        if (SwitchInst *PSI = dyn_cast<SwitchInst>((*PI)->getTerminator()))
+          if (PSI->getCondition() == Condition &&
+              ProcessSwitchOnDuplicateCond(*PI, BB))
+            return true;
+    }
+  }
+
   // If there is only a single predecessor of this block, nothing to fold.
   if (BB->getSinglePredecessor())
     return false;
-
+  
+  // All the rest of our checks depend on the condition being an instruction.
+  if (CondInst == 0)
+    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 (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(CondInst))
+    if (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 ((CondInst->getOpcode() == Instruction::And || 
+       CondInst->getOpcode() == Instruction::Or) &&
+      isa<BranchInst>(BB->getTerminator()) &&
+      ProcessBranchOnLogical(CondInst, BB,
+                             CondInst->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 (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(CondInst))
     if (isa<PHINode>(CondCmp->getOperand(0)) &&
         isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)) &&
         ProcessBranchOnCompare(CondCmp, BB))
@@ -228,7 +318,7 @@ bool JumpThreading::ProcessBlock(BasicBlock *BB) {
   //
   // This is particularly important because reg2mem inserts loads and stores all
   // over the place, and this blocks jump threading if we don't zap them.
-  Value *SimplifyValue = Condition;
+  Value *SimplifyValue = CondInst;
   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(SimplifyValue))
     if (isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)))
       SimplifyValue = CondCmp->getOperand(0);
@@ -243,64 +333,143 @@ bool JumpThreading::ProcessBlock(BasicBlock *BB) {
   return false;
 }
 
-
-/// FindAvailableLoadedValue - Scan backwards from ScanFrom checking to see if
-/// we have the value at the memory address *Ptr locally available within a
-/// small number of instructions.  If the value is available, return it.
+/// ProcessBranchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
+/// block that jump on exactly the same condition.  This means that we almost
+/// always know the direction of the edge in the DESTBB:
+///  PREDBB:
+///     br COND, DESTBB, BBY
+///  DESTBB:
+///     br COND, BBZ, BBW
 ///
-/// If not, return the iterator for the last validated instruction that the 
-/// value would be live through.  If we scanned the entire block, ScanFrom would
-/// be left at begin().
+/// If DESTBB has multiple predecessors, we can't just constant fold the branch
+/// in DESTBB, we have to thread over it.
+bool JumpThreading::ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
+                                                 BasicBlock *BB) {
+  BranchInst *PredBI = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
+  
+  // If both successors of PredBB go to DESTBB, we don't know anything.  We can
+  // fold the branch to an unconditional one, which allows other recursive
+  // simplifications.
+  bool BranchDir;
+  if (PredBI->getSuccessor(1) != BB)
+    BranchDir = true;
+  else if (PredBI->getSuccessor(0) != BB)
+    BranchDir = false;
+  else {
+    DOUT << "  In block '" << PredBB->getNameStart()
+         << "' folding terminator: " << *PredBB->getTerminator();
+    ++NumFolds;
+    ConstantFoldTerminator(PredBB);
+    return true;
+  }
+   
+  BranchInst *DestBI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
+
+  // If the dest block has one predecessor, just fix the branch condition to a
+  // constant and fold it.
+  if (BB->getSinglePredecessor()) {
+    DOUT << "  In block '" << BB->getNameStart()
+         << "' folding condition to '" << BranchDir << "': "
+         << *BB->getTerminator();
+    ++NumFolds;
+    DestBI->setCondition(ConstantInt::get(Type::Int1Ty, BranchDir));
+    ConstantFoldTerminator(BB);
+    return true;
+  }
+  
+  // Otherwise we need to thread from PredBB to DestBB's successor which
+  // involves code duplication.  Check to see if it is worth it.
+  unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
+  if (JumpThreadCost > Threshold) {
+    DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
+         << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n";
+    return false;
+  }
+  
+  // Next, figure out which successor we are threading to.
+  BasicBlock *SuccBB = DestBI->getSuccessor(!BranchDir);
+  
+  // 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;
+}
+
+/// ProcessSwitchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
+/// block that switch on exactly the same condition.  This means that we almost
+/// always know the direction of the edge in the DESTBB:
+///  PREDBB:
+///     switch COND [... DESTBB, BBY ... ]
+///  DESTBB:
+///     switch COND [... BBZ, BBW ]
 ///
-/// FIXME: Move this to transform utils and use from
-/// InstCombiner::visitLoadInst.  It would also be nice to optionally take AA so
-/// that GVN could do this.
-static Value *FindAvailableLoadedValue(Value *Ptr,
-                                       BasicBlock *ScanBB,
-                                       BasicBlock::iterator &ScanFrom) {
-  
-  unsigned NumToScan = 6;
-  while (ScanFrom != ScanBB->begin()) {
-    // Don't scan huge blocks.
-    if (--NumToScan == 0) return 0;
-    
-    Instruction *Inst = --ScanFrom;
-    
-    // If this is a load of Ptr, the loaded value is available.
-    if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
-      if (LI->getOperand(0) == Ptr)
-        return LI;
-    
-    if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
-      // If this is a store through Ptr, the value is available!
-      if (SI->getOperand(1) == Ptr)
-        return SI->getOperand(0);
-
-      // If Ptr is an alloca and this is a store to a different alloca, ignore
-      // the store.  This is a trivial form of alias analysis that is important
-      // for reg2mem'd code.
-      if ((isa<AllocaInst>(Ptr) || isa<GlobalVariable>(Ptr)) &&
-          (isa<AllocaInst>(SI->getOperand(1)) ||
-           isa<GlobalVariable>(SI->getOperand(1))))
-        continue;
+/// Optimizing switches like this is very important, because simplifycfg builds
+/// switches out of repeated 'if' conditions.
+bool JumpThreading::ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
+                                                 BasicBlock *DestBB) {
+  SwitchInst *PredSI = cast<SwitchInst>(PredBB->getTerminator());
+  SwitchInst *DestSI = cast<SwitchInst>(DestBB->getTerminator());
+
+  // There are a variety of optimizations that we can potentially do on these
+  // blocks: we order them from most to least preferable.
+  
+  // If DESTBB *just* contains the switch, then we can forward edges from PREDBB
+  // directly to their destination.  This does not introduce *any* code size
+  // growth.
+  
+  // FIXME: Thread if it just contains a PHI.
+  if (isa<SwitchInst>(DestBB->begin())) {
+    bool MadeChange = false;
+    // Ignore the default edge for now.
+    for (unsigned i = 1, e = DestSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
+      ConstantInt *DestVal = DestSI->getCaseValue(i);
+      BasicBlock *DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
       
-      // Otherwise the store that may or may not alias the pointer, bail out.
-      ++ScanFrom;
-      return 0;
+      // Okay, DestSI has a case for 'DestVal' that goes to 'DestSucc'.  See if
+      // PredSI has an explicit case for it.  If so, forward.  If it is covered
+      // by the default case, we can't update PredSI.
+      unsigned PredCase = PredSI->findCaseValue(DestVal);
+      if (PredCase == 0) continue;
+      
+      // If PredSI doesn't go to DestBB on this value, then it won't reach the
+      // case on this condition.
+      if (PredSI->getSuccessor(PredCase) != DestBB &&
+          DestSI->getSuccessor(i) != DestBB)
+        continue;
+
+      // Otherwise, we're safe to make the change.  Make sure that the edge from
+      // DestSI to DestSucc is not critical and has no PHI nodes.
+      DOUT << "FORWARDING EDGE " << *DestVal << "   FROM: " << *PredSI;
+      DOUT << "THROUGH: " << *DestSI;
+
+      // If the destination has PHI nodes, just split the edge for updating
+      // simplicity.
+      if (isa<PHINode>(DestSucc->begin()) && !DestSucc->getSinglePredecessor()){
+        SplitCriticalEdge(DestSI, i, this);
+        DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
+      }
+      FoldSingleEntryPHINodes(DestSucc);
+      PredSI->setSuccessor(PredCase, DestSucc);
+      MadeChange = true;
     }
     
-  
-    // If this is some other instruction that may clobber Ptr, bail out.
-    if (Inst->mayWriteToMemory()) {
-      // May modify the pointer, bail out.
-      ++ScanFrom;
-      return 0;
-    }
+    if (MadeChange)
+      return true;
   }
   
-  // Got to the start of the block, we didn't find it, but are done for this
-  // block.
-  return 0;
+  return false;
 }
 
 
@@ -330,7 +499,8 @@ bool JumpThreading::SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI) {
   // the entry to its block.
   BasicBlock::iterator BBIt = LI;
 
-  if (Value *AvailableVal = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, LoadBB, BBIt)) {
+  if (Value *AvailableVal = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, LoadBB, 
+                                                     BBIt, 6)) {
     // If the value if the load is locally available within the block, just use
     // it.  This frequently occurs for reg2mem'd allocas.
     //cerr << "LOAD ELIMINATED:\n" << *BBIt << *LI << "\n";
@@ -363,7 +533,7 @@ bool JumpThreading::SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI) {
 
     // Scan the predecessor to see if the value is available in the pred.
     BBIt = PredBB->end();
-    Value *PredAvailable = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, PredBB, BBIt);
+    Value *PredAvailable = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, PredBB, BBIt, 6);
     if (!PredAvailable) {
       OneUnavailablePred = PredBB;
       continue;
@@ -425,7 +595,7 @@ bool JumpThreading::SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI) {
   
   // Now we know that each predecessor of this block has a value in
   // AvailablePreds, sort them for efficient access as we're walking the preds.
-  std::sort(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end());
+  array_pod_sort(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end());
   
   // Create a PHI node at the start of the block for the PRE'd load value.
   PHINode *PN = PHINode::Create(LI->getType(), "", LoadBB->begin());
@@ -732,7 +902,7 @@ void JumpThreading::ThreadEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *PredBB,
     PN->addIncoming(IV, NewBB);
   }
   
-  // Finally, NewBB is good to go.  Update the terminator of PredBB to jump to
+  // Ok, 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();
@@ -741,4 +911,19 @@ void JumpThreading::ThreadEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *PredBB,
       BB->removePredecessor(PredBB);
       PredTerm->setSuccessor(i, NewBB);
     }
+  
+  // At this point, the IR is fully up to date and consistent.  Do a quick scan
+  // over the new instructions and zap any that are constants or dead.  This
+  // frequently happens because of phi translation.
+  BI = NewBB->begin();
+  for (BasicBlock::iterator E = NewBB->end(); BI != E; ) {
+    Instruction *Inst = BI++;
+    if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, TD)) {
+      Inst->replaceAllUsesWith(C);
+      Inst->eraseFromParent();
+      continue;
+    }
+    
+    RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Inst);
+  }
 }