Change errs() to dbgs().
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / TailDuplication.cpp
index b6407c4bcbecc53c033f10c184a6fc22027bdc83..b06ae3def00ecf4484027b2fe23b637dc73ed67e 100644 (file)
@@ -1,10 +1,10 @@
 //===- TailDuplication.cpp - Simplify CFG through tail duplication --------===//
-// 
+//
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
-// This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
-// the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
-// 
+// This file is distributed under the University of Illinois Open Source
+// License. See LICENSE.TXT for details.
+//
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
 // This pass performs a limited form of tail duplication, intended to simplify
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
+#define DEBUG_TYPE "tailduplicate"
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
 #include "llvm/Constant.h"
 #include "llvm/Function.h"
-#include "llvm/iPHINode.h"
-#include "llvm/iTerminators.h"
+#include "llvm/Instructions.h"
+#include "llvm/IntrinsicInst.h"
 #include "llvm/Pass.h"
 #include "llvm/Type.h"
 #include "llvm/Support/CFG.h"
+#include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
-#include "Support/CommandLine.h"
-#include "Support/Debug.h"
-#include "Support/Statistic.h"
+#include "llvm/Support/CommandLine.h"
+#include "llvm/Support/Debug.h"
+#include "llvm/Support/raw_ostream.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
+#include <map>
 using namespace llvm;
 
-namespace {
-  cl::opt<unsigned>
-  Threshold("taildup-threshold", cl::desc("Max block size to tail duplicate"),
-            cl::init(6), cl::Hidden);
-  Statistic<> NumEliminated("tailduplicate",
-                            "Number of unconditional branches eliminated");
-  Statistic<> NumPHINodes("tailduplicate", "Number of phi nodes inserted");
+STATISTIC(NumEliminated, "Number of unconditional branches eliminated");
+
+static cl::opt<unsigned>
+TailDupThreshold("taildup-threshold",
+                 cl::desc("Max block size to tail duplicate"),
+                 cl::init(1), cl::Hidden);
 
+namespace {
   class TailDup : public FunctionPass {
     bool runOnFunction(Function &F);
+  public:
+    static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
+    TailDup() : FunctionPass(&ID) {}
+
   private:
-    inline bool shouldEliminateUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI);
+    inline bool shouldEliminateUnconditionalBranch(TerminatorInst *, unsigned);
     inline void eliminateUnconditionalBranch(BranchInst *BI);
+    SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> CycleDetector;
   };
-  RegisterOpt<TailDup> X("tailduplicate", "Tail Duplication");
 }
 
+char TailDup::ID = 0;
+static RegisterPass<TailDup> X("tailduplicate", "Tail Duplication");
+
 // Public interface to the Tail Duplication pass
-Pass *llvm::createTailDuplicationPass() { return new TailDup(); }
+FunctionPass *llvm::createTailDuplicationPass() { return new TailDup(); }
 
 /// runOnFunction - Top level algorithm - Loop over each unconditional branch in
-/// the function, eliminating it if it looks attractive enough.
-///
+/// the function, eliminating it if it looks attractive enough.  CycleDetector
+/// prevents infinite loops by checking that we aren't redirecting a branch to
+/// a place it already pointed to earlier; see PR 2323.
 bool TailDup::runOnFunction(Function &F) {
   bool Changed = false;
-  for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; )
-    if (shouldEliminateUnconditionalBranch(I->getTerminator())) {
+  CycleDetector.clear();
+  for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ) {
+    if (shouldEliminateUnconditionalBranch(I->getTerminator(),
+                                           TailDupThreshold)) {
       eliminateUnconditionalBranch(cast<BranchInst>(I->getTerminator()));
       Changed = true;
     } else {
       ++I;
+      CycleDetector.clear();
     }
+  }
   return Changed;
 }
 
@@ -76,7 +93,8 @@ bool TailDup::runOnFunction(Function &F) {
 /// We don't count PHI nodes in the count since they will be removed when the
 /// contents of the block are copied over.
 ///
-bool TailDup::shouldEliminateUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI) {
+bool TailDup::shouldEliminateUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI,
+                                                 unsigned Threshold) {
   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI);
   if (!BI || !BI->isUnconditional()) return false;  // Not an uncond branch!
 
@@ -95,31 +113,123 @@ bool TailDup::shouldEliminateUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI) {
   if (!DTI->use_empty())
     return false;
 
-  // Do not bother working on dead blocks...
-  pred_iterator PI = pred_begin(Dest), PE = pred_end(Dest);
-  if (PI == PE && Dest != Dest->getParent()->begin())
-    return false;   // It's just a dead block, ignore it...
-
-  // Also, do not bother with blocks with only a single predecessor: simplify
+  // Do not bother with blocks with only a single predecessor: simplify
   // CFG will fold these two blocks together!
+  pred_iterator PI = pred_begin(Dest), PE = pred_end(Dest);
   ++PI;
   if (PI == PE) return false;  // Exactly one predecessor!
 
-  BasicBlock::iterator I = Dest->begin();
-  while (isa<PHINode>(*I)) ++I;
+  BasicBlock::iterator I = Dest->getFirstNonPHI();
+
+  for (unsigned Size = 0; I != Dest->end(); ++I) {
+    if (Size == Threshold) return false;  // The block is too large.
+    
+    // Don't tail duplicate call instructions.  They are very large compared to
+    // other instructions.
+    if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I)) return false;
 
-  for (unsigned Size = 0; I != Dest->end(); ++Size, ++I)
-    if (Size == Threshold) return false;  // The block is too large...
+    // Also alloca and malloc.
+    if (isa<AllocaInst>(I)) return false;
+
+    // Some vector instructions can expand into a number of instructions.
+    if (isa<ShuffleVectorInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
+        isa<InsertElementInst>(I)) return false;
+    
+    // Only count instructions that are not debugger intrinsics.
+    if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) ++Size;
+  }
 
   // Do not tail duplicate a block that has thousands of successors into a block
   // with a single successor if the block has many other predecessors.  This can
   // cause an N^2 explosion in CFG edges (and PHI node entries), as seen in
   // cases that have a large number of indirect gotos.
-  if (DTI->getNumSuccessors() > 8)
-    if (std::distance(PI, PE) * DTI->getNumSuccessors() > 128)
-      return false;
+  unsigned NumSuccs = DTI->getNumSuccessors();
+  if (NumSuccs > 8) {
+    unsigned TooMany = 128;
+    if (NumSuccs >= TooMany) return false;
+    TooMany = TooMany/NumSuccs;
+    for (; PI != PE; ++PI)
+      if (TooMany-- == 0) return false;
+  }
+  
+  // If this unconditional branch is a fall-through, be careful about
+  // tail duplicating it.  In particular, we don't want to taildup it if the
+  // original block will still be there after taildup is completed: doing so
+  // would eliminate the fall-through, requiring unconditional branches.
+  Function::iterator DestI = Dest;
+  if (&*--DestI == BI->getParent()) {
+    // The uncond branch is a fall-through.  Tail duplication of the block is
+    // will eliminate the fall-through-ness and end up cloning the terminator
+    // at the end of the Dest block.  Since the original Dest block will
+    // continue to exist, this means that one or the other will not be able to
+    // fall through.  One typical example that this helps with is code like:
+    // if (a)
+    //   foo();
+    // if (b)
+    //   foo();
+    // Cloning the 'if b' block into the end of the first foo block is messy.
+    
+    // The messy case is when the fall-through block falls through to other
+    // blocks.  This is what we would be preventing if we cloned the block.
+    DestI = Dest;
+    if (++DestI != Dest->getParent()->end()) {
+      BasicBlock *DestSucc = DestI;
+      // If any of Dest's successors are fall-throughs, don't do this xform.
+      for (succ_iterator SI = succ_begin(Dest), SE = succ_end(Dest);
+           SI != SE; ++SI)
+        if (*SI == DestSucc)
+          return false;
+    }
+  }
+
+  // Finally, check that we haven't redirected to this target block earlier;
+  // there are cases where we loop forever if we don't check this (PR 2323).
+  if (!CycleDetector.insert(Dest))
+    return false;
+
+  return true;
+}
+
+/// FindObviousSharedDomOf - We know there is a branch from SrcBlock to
+/// DestBlock, and that SrcBlock is not the only predecessor of DstBlock.  If we
+/// can find a predecessor of SrcBlock that is a dominator of both SrcBlock and
+/// DstBlock, return it.
+static BasicBlock *FindObviousSharedDomOf(BasicBlock *SrcBlock,
+                                          BasicBlock *DstBlock) {
+  // SrcBlock must have a single predecessor.
+  pred_iterator PI = pred_begin(SrcBlock), PE = pred_end(SrcBlock);
+  if (PI == PE || ++PI != PE) return 0;
+
+  BasicBlock *SrcPred = *pred_begin(SrcBlock);
+
+  // Look at the predecessors of DstBlock.  One of them will be SrcBlock.  If
+  // there is only one other pred, get it, otherwise we can't handle it.
+  PI = pred_begin(DstBlock); PE = pred_end(DstBlock);
+  BasicBlock *DstOtherPred = 0;
+  if (*PI == SrcBlock) {
+    if (++PI == PE) return 0;
+    DstOtherPred = *PI;
+    if (++PI != PE) return 0;
+  } else {
+    DstOtherPred = *PI;
+    if (++PI == PE || *PI != SrcBlock || ++PI != PE) return 0;
+  }
+
+  // We can handle two situations here: "if then" and "if then else" blocks.  An
+  // 'if then' situation is just where DstOtherPred == SrcPred.
+  if (DstOtherPred == SrcPred)
+    return SrcPred;
+
+  // Check to see if we have an "if then else" situation, which means that
+  // DstOtherPred will have a single predecessor and it will be SrcPred.
+  PI = pred_begin(DstOtherPred); PE = pred_end(DstOtherPred);
+  if (PI != PE && *PI == SrcPred) {
+    if (++PI != PE) return 0;  // Not a single pred.
+    return SrcPred;  // Otherwise, it's an "if then" situation.  Return the if.
+  }
 
-  return true;  
+  // Otherwise, this is something we can't handle.
+  return 0;
 }
 
 
@@ -133,48 +243,50 @@ void TailDup::eliminateUnconditionalBranch(BranchInst *Branch) {
   BasicBlock *DestBlock = Branch->getSuccessor(0);
   assert(SourceBlock != DestBlock && "Our predicate is broken!");
 
-  DEBUG(std::cerr << "TailDuplication[" << SourceBlock->getParent()->getName()
-                  << "]: Eliminating branch: " << *Branch);
+  DEBUG(errs() << "TailDuplication[" << SourceBlock->getParent()->getName()
+        << "]: Eliminating branch: " << *Branch);
 
-  // Tail duplication can not update SSA properties correctly if the values
-  // defined in the duplicated tail are used outside of the tail itself.  For
-  // this reason, we spill all values that are used outside of the tail to the
-  // stack.
-  for (BasicBlock::iterator I = DestBlock->begin(); I != DestBlock->end(); ++I)
-    for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
-         ++UI) {
-      bool ShouldDemote = false;
-      if (cast<Instruction>(*UI)->getParent() != DestBlock) {
-        // We must allow our successors to use tail values in their PHI nodes
-        // (if the incoming value corresponds to the tail block).
-        if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(*UI)) {
-          for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
-            if (PN->getIncomingValue(i) == I &&
-                PN->getIncomingBlock(i) != DestBlock) {
-              ShouldDemote = true;
+  // See if we can avoid duplicating code by moving it up to a dominator of both
+  // blocks.
+  if (BasicBlock *DomBlock = FindObviousSharedDomOf(SourceBlock, DestBlock)) {
+    DEBUG(errs() << "Found shared dominator: " << DomBlock->getName() << "\n");
+
+    // If there are non-phi instructions in DestBlock that have no operands
+    // defined in DestBlock, and if the instruction has no side effects, we can
+    // move the instruction to DomBlock instead of duplicating it.
+    BasicBlock::iterator BBI = DestBlock->getFirstNonPHI();
+    while (!isa<TerminatorInst>(BBI)) {
+      Instruction *I = BBI++;
+
+      bool CanHoist = I->isSafeToSpeculativelyExecute() &&
+                      !I->mayReadFromMemory();
+      if (CanHoist) {
+        for (unsigned op = 0, e = I->getNumOperands(); op != e; ++op)
+          if (Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(op)))
+            if (OpI->getParent() == DestBlock ||
+                (isa<InvokeInst>(OpI) && OpI->getParent() == DomBlock)) {
+              CanHoist = false;
               break;
             }
-
-        } else {
-          ShouldDemote = true;
+        if (CanHoist) {
+          // Remove from DestBlock, move right before the term in DomBlock.
+          DestBlock->getInstList().remove(I);
+          DomBlock->getInstList().insert(DomBlock->getTerminator(), I);
+          DEBUG(errs() << "Hoisted: " << *I);
         }
-      } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(cast<Instruction>(*UI))) {
-        // If the user of this instruction is a PHI node in the current block,
-        // which has an entry from another block using the value, spill it.
-        for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
-          if (PN->getIncomingValue(i) == I &&
-              PN->getIncomingBlock(i) != DestBlock) {
-            ShouldDemote = true;
-            break;
-          }
       }
+    }
+  }
 
-      if (ShouldDemote) {
-        // We found a use outside of the tail.  Create a new stack slot to
-        // break this inter-block usage pattern.
-        DemoteRegToStack(*I);
-        break;
-      }
+  // Tail duplication can not update SSA properties correctly if the values
+  // defined in the duplicated tail are used outside of the tail itself.  For
+  // this reason, we spill all values that are used outside of the tail to the
+  // stack.
+  for (BasicBlock::iterator I = DestBlock->begin(); I != DestBlock->end(); ++I)
+    if (I->isUsedOutsideOfBlock(DestBlock)) {
+      // We found a use outside of the tail.  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 block B to the new
@@ -206,24 +318,28 @@ void TailDup::eliminateUnconditionalBranch(BranchInst *Branch) {
   //
   BI = Branch; ++BI;  // Get an iterator to the first new instruction
   for (; BI != SourceBlock->end(); ++BI)
-    for (unsigned i = 0, e = BI->getNumOperands(); i != e; ++i)
-      if (Value *Remapped = ValueMapping[BI->getOperand(i)])
-        BI->setOperand(i, Remapped);
+    for (unsigned i = 0, e = BI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+      std::map<Value*, Value*>::const_iterator I =
+        ValueMapping.find(BI->getOperand(i));
+      if (I != ValueMapping.end())
+        BI->setOperand(i, I->second);
+    }
 
   // Next we check to see if any of the successors of DestBlock had PHI nodes.
   // If so, we need to add entries to the PHI nodes for SourceBlock now.
   for (succ_iterator SI = succ_begin(DestBlock), SE = succ_end(DestBlock);
        SI != SE; ++SI) {
     BasicBlock *Succ = *SI;
-    for (BasicBlock::iterator PNI = Succ->begin();
-         PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PNI); ++PNI) {
+    for (BasicBlock::iterator PNI = Succ->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(DestBlock);
-      
+
       // Remap the value if necessary...
-      if (Value *MappedIV = ValueMapping[IV])
-        IV = MappedIV;
+      std::map<Value*, Value*>::const_iterator I = ValueMapping.find(IV);
+      if (I != ValueMapping.end())
+        IV = I->second;
       PN->addIncoming(IV, SourceBlock);
     }
   }
@@ -238,10 +354,17 @@ void TailDup::eliminateUnconditionalBranch(BranchInst *Branch) {
   // instructions one last time, constant propagating and DCE'ing them, because
   // they may not be needed anymore.
   //
-  if (HadPHINodes)
-    while (BI != SourceBlock->end())
-      if (!dceInstruction(BI) && !doConstantPropagation(BI))
-        ++BI;
+  if (HadPHINodes) {
+    while (BI != SourceBlock->end()) {
+      Instruction *Inst = BI++;
+      if (isInstructionTriviallyDead(Inst))
+        Inst->eraseFromParent();
+      else if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst)) {
+        Inst->replaceAllUsesWith(C);
+        Inst->eraseFromParent();
+      }
+    }
+  }
 
   ++NumEliminated;  // We just killed a branch!
 }