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[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / LoopSimplify.cpp
index 3c77b01a86a197e7b278f7541f5278b4b4372e0d..b2752089d44614531eb019186060aa1b26e6865b 100644 (file)
@@ -1,7 +1,15 @@
-//===- LoopPreheaders.cpp - Loop Preheader Insertion Pass -----------------===//
+//===- LoopSimplify.cpp - Loop Canonicalization Pass ----------------------===//
+// 
+//                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
-// Insert Loop pre-headers and exit blocks into the CFG for each function in the
-// module.  This pass updates loop information and dominator information.
+// 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 pass performs several transformations to transform natural loops into a
+// simpler form, which makes subsequent analyses and transformations simpler and
+// more effective.
 //
 // Loop pre-header insertion guarantees that there is a single, non-critical
 // entry edge from outside of the loop to the loop header.  This simplifies a
 //
 // Loop exit-block insertion guarantees that all exit blocks from the loop
 // (blocks which are outside of the loop that have predecessors inside of the
-// loop) are dominated by the loop header.  This simplifies transformations such
-// as store-sinking that are built into LICM.
+// loop) only have predecessors from inside of the loop (and are thus dominated
+// by the loop header).  This simplifies transformations such as store-sinking
+// that are built into LICM.
+//
+// This pass also guarantees that loops will have exactly one backedge.
 //
 // Note that the simplifycfg pass will clean up blocks which are split out but
-// end up being unnecessary, so usage of this pass does not necessarily
-// pessimize generated code.
+// end up being unnecessary, so usage of this pass should not pessimize
+// generated code.
+//
+// This pass obviously modifies the CFG, but updates loop information and
+// dominator information.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
-#include "llvm/Analysis/Dominators.h"
-#include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
-#include "llvm/Function.h"
+#include "llvm/Constant.h"
 #include "llvm/iTerminators.h"
 #include "llvm/iPHINode.h"
-#include "llvm/Constant.h"
+#include "llvm/Function.h"
+#include "llvm/Type.h"
+#include "llvm/Analysis/Dominators.h"
+#include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
 #include "llvm/Support/CFG.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
 #include "Support/SetOperations.h"
 #include "Support/Statistic.h"
 #include "Support/DepthFirstIterator.h"
+using namespace llvm;
 
 namespace {
-  Statistic<> NumInserted("preheaders", "Number of pre-header nodes inserted");
+  Statistic<>
+  NumInserted("loopsimplify", "Number of pre-header or exit blocks inserted");
+  Statistic<>
+  NumNested("loopsimplify", "Number of nested loops split out");
 
-  struct Preheaders : public FunctionPass {
+  struct LoopSimplify : public FunctionPass {
     virtual bool runOnFunction(Function &F);
     
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
       // We need loop information to identify the loops...
       AU.addRequired<LoopInfo>();
       AU.addRequired<DominatorSet>();
+      AU.addRequired<DominatorTree>();
 
       AU.addPreserved<LoopInfo>();
       AU.addPreserved<DominatorSet>();
@@ -52,27 +73,32 @@ namespace {
     bool ProcessLoop(Loop *L);
     BasicBlock *SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB, const char *Suffix,
                                        const std::vector<BasicBlock*> &Preds);
-    void RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit);
+    BasicBlock *RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit);
     void InsertPreheaderForLoop(Loop *L);
+    Loop *SeparateNestedLoop(Loop *L);
+    void InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L);
+
+    void UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BasicBlock *NewBB,
+                                         std::vector<BasicBlock*> &PredBlocks);
   };
 
-  RegisterOpt<Preheaders> X("preheaders", "Natural loop pre-header insertion");
+  RegisterOpt<LoopSimplify>
+  X("loopsimplify", "Canonicalize natural loops", true);
 }
 
 // Publically exposed interface to pass...
-const PassInfo *LoopPreheadersID = X.getPassInfo();
-Pass *createLoopPreheaderInsertionPass() { return new Preheaders(); }
-
+const PassInfo *llvm::LoopSimplifyID = X.getPassInfo();
+Pass *llvm::createLoopSimplifyPass() { return new LoopSimplify(); }
 
 /// runOnFunction - Run down all loops in the CFG (recursively, but we could do
 /// it in any convenient order) inserting preheaders...
 ///
-bool Preheaders::runOnFunction(Function &F) {
+bool LoopSimplify::runOnFunction(Function &F) {
   bool Changed = false;
   LoopInfo &LI = getAnalysis<LoopInfo>();
 
-  for (unsigned i = 0, e = LI.getTopLevelLoops().size(); i != e; ++i)
-    Changed |= ProcessLoop(LI.getTopLevelLoops()[i]);
+  for (LoopInfo::iterator I = LI.begin(), E = LI.end(); I != E; ++I)
+    Changed |= ProcessLoop(*I);
 
   return Changed;
 }
@@ -81,9 +107,39 @@ bool Preheaders::runOnFunction(Function &F) {
 /// ProcessLoop - Walk the loop structure in depth first order, ensuring that
 /// all loops have preheaders.
 ///
-bool Preheaders::ProcessLoop(Loop *L) {
+bool LoopSimplify::ProcessLoop(Loop *L) {
   bool Changed = false;
 
+  // Check to see that no blocks (other than the header) in the loop have
+  // predecessors that are not in the loop.  This is not valid for natural
+  // loops, but can occur if the blocks are unreachable.  Since they are
+  // unreachable we can just shamelessly destroy their terminators to make them
+  // not branch into the loop!
+  assert(L->getBlocks()[0] == L->getHeader() &&
+         "Header isn't first block in loop?");
+  for (unsigned i = 1, e = L->getBlocks().size(); i != e; ++i) {
+    BasicBlock *LoopBB = L->getBlocks()[i];
+  Retry:
+    for (pred_iterator PI = pred_begin(LoopBB), E = pred_end(LoopBB);
+         PI != E; ++PI)
+      if (!L->contains(*PI)) {
+        // This predecessor is not in the loop.  Kill its terminator!
+        BasicBlock *DeadBlock = *PI;
+        for (succ_iterator SI = succ_begin(DeadBlock), E = succ_end(DeadBlock);
+             SI != E; ++SI)
+          (*SI)->removePredecessor(DeadBlock);  // Remove PHI node entries
+
+        // Delete the dead terminator.
+        DeadBlock->getInstList().pop_back();
+
+        Value *RetVal = 0;
+        if (LoopBB->getParent()->getReturnType() != Type::VoidTy)
+          RetVal = Constant::getNullValue(LoopBB->getParent()->getReturnType());
+        new ReturnInst(RetVal, DeadBlock);
+        goto Retry;  // We just invalidated the pred_iterator.  Retry.
+      }
+  }
+
   // Does the loop already have a preheader?  If so, don't modify the loop...
   if (L->getLoopPreheader() == 0) {
     InsertPreheaderForLoop(L);
@@ -91,23 +147,46 @@ bool Preheaders::ProcessLoop(Loop *L) {
     Changed = true;
   }
 
-  // Regardless of whether or not we added a preheader to the loop we must
-  // guarantee that the preheader dominates all exit nodes.  If there are any
-  // exit nodes not dominated, split them now.
-  DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();
-  BasicBlock *Header = L->getHeader();
-  for (unsigned i = 0, e = L->getExitBlocks().size(); i != e; ++i)
-    if (!DS.dominates(Header, L->getExitBlocks()[i])) {
-      RewriteLoopExitBlock(L, L->getExitBlocks()[i]);
-      assert(DS.dominates(Header, L->getExitBlocks()[i]) &&
-             "RewriteLoopExitBlock failed?");
-      NumInserted++;
-      Changed = true;
+  // Next, check to make sure that all exit nodes of the loop only have
+  // predecessors that are inside of the loop.  This check guarantees that the
+  // loop preheader/header will dominate the exit blocks.  If the exit block has
+  // predecessors from outside of the loop, split the edge now.
+  std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
+  L->getExitBlocks(ExitBlocks);
+  for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
+    BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[i];
+    for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), PE = pred_end(ExitBlock);
+         PI != PE; ++PI)
+      if (!L->contains(*PI)) {
+        BasicBlock *NewBB = RewriteLoopExitBlock(L, ExitBlock);
+        for (unsigned j = i; j != ExitBlocks.size(); ++j)
+          if (ExitBlocks[j] == ExitBlock)
+            ExitBlocks[j] = NewBB;
+
+        NumInserted++;
+        Changed = true;
+        break;
+      }
     }
 
-  const std::vector<Loop*> &SubLoops = L->getSubLoops();
-  for (unsigned i = 0, e = SubLoops.size(); i != e; ++i)
-    Changed |= ProcessLoop(SubLoops[i]);
+  // If the header has more than two predecessors at this point (from the
+  // preheader and from multiple backedges), we must adjust the loop.
+  if (L->getNumBackEdges() != 1) {
+    // If this is really a nested loop, rip it out into a child loop.
+    if (Loop *NL = SeparateNestedLoop(L)) {
+      ++NumNested;
+      // This is a big restructuring change, reprocess the whole loop.
+      ProcessLoop(NL);
+      return true;
+    }
+
+    InsertUniqueBackedgeBlock(L);
+    NumInserted++;
+    Changed = true;
+  }
+
+  for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
+    Changed |= ProcessLoop(*I);
   return Changed;
 }
 
@@ -116,16 +195,15 @@ bool Preheaders::ProcessLoop(Loop *L) {
 /// block, leaving the remaining predecessors pointing to BB.  This method
 /// updates the SSA PHINode's, but no other analyses.
 ///
-BasicBlock *Preheaders::SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB,
-                                               const char *Suffix,
+BasicBlock *LoopSimplify::SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB,
+                                                 const char *Suffix,
                                        const std::vector<BasicBlock*> &Preds) {
   
   // Create new basic block, insert right before the original block...
-  BasicBlock *NewBB = new BasicBlock(BB->getName()+Suffix, BB);
+  BasicBlock *NewBB = new BasicBlock(BB->getName()+Suffix, BB->getParent(), BB);
 
   // The preheader first gets an unconditional branch to the loop header...
-  BranchInst *BI = new BranchInst(BB);
-  NewBB->getInstList().push_back(BI);
+  BranchInst *BI = new BranchInst(BB, NewBB);
   
   // For every PHI node in the block, insert a PHI node into NewBB where the
   // incoming values from the out of loop edges are moved to NewBB.  We have two
@@ -134,21 +212,48 @@ BasicBlock *Preheaders::SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB,
   // incoming edges in BB into new PHI nodes in NewBB.
   //
   if (!Preds.empty()) {  // Is the loop not obviously dead?
+    // Check to see if the values being merged into the new block need PHI
+    // nodes.  If so, insert them.
     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin();
-         PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
+         PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ) {
+      ++I;
+
+      // Check to see if all of the values coming in are the same.  If so, we
+      // don't need to create a new PHI node.
+      Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(Preds[0]);
+      for (unsigned i = 1, e = Preds.size(); i != e; ++i)
+        if (InVal != PN->getIncomingValueForBlock(Preds[i])) {
+          InVal = 0;
+          break;
+        }
       
-      // Create the new PHI node, insert it into NewBB at the end of the block
-      PHINode *NewPHI = new PHINode(PN->getType(), PN->getName()+".ph", BI);
+      // If the values coming into the block are not the same, we need a PHI.
+      if (InVal == 0) {
+        // Create the new PHI node, insert it into NewBB at the end of the block
+        PHINode *NewPHI = new PHINode(PN->getType(), PN->getName()+".ph", BI);
         
-      // Move all of the edges from blocks outside the loop to the new PHI
-      for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
-        Value *V = PN->removeIncomingValue(Preds[i]);
-        NewPHI->addIncoming(V, Preds[i]);
+        // Move all of the edges from blocks outside the loop to the new PHI
+        for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
+          Value *V = PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
+          NewPHI->addIncoming(V, Preds[i]);
+        }
+        InVal = NewPHI;
+      } else {
+        // Remove all of the edges coming into the PHI nodes from outside of the
+        // block.
+        for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i)
+          PN->removeIncomingValue(Preds[i], false);
       }
-      
+
       // Add an incoming value to the PHI node in the loop for the preheader
-      // edge
-      PN->addIncoming(NewPHI, NewBB);
+      // edge.
+      PN->addIncoming(InVal, NewBB);
+
+      // Can we eliminate this phi node now?
+      if (Value *V = hasConstantValue(PN)) {
+        PN->replaceAllUsesWith(V);
+        BB->getInstList().erase(PN);
+      }
     }
     
     // Now that the PHI nodes are updated, actually move the edges from
@@ -170,25 +275,11 @@ BasicBlock *Preheaders::SplitBlockPredecessors(BasicBlock *BB,
   return NewBB;
 }
 
-// ChangeExitBlock - This recursive function is used to change any exit blocks
-// that use OldExit to use NewExit instead.  This is recursive because children
-// may need to be processed as well.
-//
-static void ChangeExitBlock(Loop *L, BasicBlock *OldExit, BasicBlock *NewExit) {
-  if (L->hasExitBlock(OldExit)) {
-    L->changeExitBlock(OldExit, NewExit);
-    const std::vector<Loop*> &SubLoops = L->getSubLoops();
-    for (unsigned i = 0, e = SubLoops.size(); i != e; ++i)
-      ChangeExitBlock(SubLoops[i], OldExit, NewExit);
-  }
-}
-
-
 /// InsertPreheaderForLoop - Once we discover that a loop doesn't have a
 /// preheader, this method is called to insert one.  This method has two phases:
 /// preheader insertion and analysis updating.
 ///
-void Preheaders::InsertPreheaderForLoop(Loop *L) {
+void LoopSimplify::InsertPreheaderForLoop(Loop *L) {
   BasicBlock *Header = L->getHeader();
 
   // Compute the set of predecessors of the loop that are not in the loop.
@@ -216,31 +307,39 @@ void Preheaders::InsertPreheaderForLoop(Loop *L) {
   // is a sibling loop, ie, one with the same parent loop, or one if it's
   // children.
   //
-  const std::vector<Loop*> *ParentSubLoops;
-  if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
-    ParentSubLoops = &Parent->getSubLoops();
-  else       // Must check top-level loops...
-    ParentSubLoops = &getAnalysis<LoopInfo>().getTopLevelLoops();
-
-  // Loop over all sibling loops, performing the substitution (recursively to
-  // include child loops)...
-  for (unsigned i = 0, e = ParentSubLoops->size(); i != e; ++i)
-    ChangeExitBlock((*ParentSubLoops)[i], Header, NewBB);
-  
+  LoopInfo::iterator ParentLoops, ParentLoopsE;
+  if (Loop *Parent = L->getParentLoop()) {
+    ParentLoops = Parent->begin();
+    ParentLoopsE = Parent->end();
+  } else {      // Must check top-level loops...
+    ParentLoops = getAnalysis<LoopInfo>().begin();
+    ParentLoopsE = getAnalysis<LoopInfo>().end();
+  }
+
   DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();  // Update dominator info
+  DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
+    
+
+  // Update the dominator tree information.
+  // The immediate dominator of the preheader is the immediate dominator of
+  // the old header.
+  DominatorTree::Node *PHDomTreeNode =
+    DT.createNewNode(NewBB, DT.getNode(Header)->getIDom());
+
+  // Change the header node so that PNHode is the new immediate dominator
+  DT.changeImmediateDominator(DT.getNode(Header), PHDomTreeNode);
+
   {
     // The blocks that dominate NewBB are the blocks that dominate Header,
     // minus Header, plus NewBB.
     DominatorSet::DomSetType DomSet = DS.getDominators(Header);
-    DomSet.insert(NewBB);  // We dominate ourself
     DomSet.erase(Header);  // Header does not dominate us...
     DS.addBasicBlock(NewBB, DomSet);
 
     // The newly created basic block dominates all nodes dominated by Header.
-    for (Function::iterator I = Header->getParent()->begin(),
-           E = Header->getParent()->end(); I != E; ++I)
-      if (DS.dominates(Header, I))
-        DS.addDominator(I, NewBB);
+    for (df_iterator<DominatorTree::Node*> DFI = df_begin(PHDomTreeNode),
+           E = df_end(PHDomTreeNode); DFI != E; ++DFI)
+      DS.addDominator((*DFI)->getBlock(), NewBB);
   }
   
   // Update immediate dominator information if we have it...
@@ -252,19 +351,6 @@ void Preheaders::InsertPreheaderForLoop(Loop *L) {
     ID->setImmediateDominator(Header, NewBB);
   }
   
-  // Update DominatorTree information if it is active.
-  if (DominatorTree *DT = getAnalysisToUpdate<DominatorTree>()) {
-    // The immediate dominator of the preheader is the immediate dominator of
-    // the old header.
-    //
-    DominatorTree::Node *HeaderNode = DT->getNode(Header);
-    DominatorTree::Node *PHNode = DT->createNewNode(NewBB,
-                                                    HeaderNode->getIDom());
-    
-    // Change the header node so that PNHode is the new immediate dominator
-    DT->changeImmediateDominator(HeaderNode, PHNode);
-  }
-
   // Update dominance frontier information...
   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>()) {
     // The DF(NewBB) is just (DF(Header)-Header), because NewBB dominates
@@ -302,12 +388,11 @@ void Preheaders::InsertPreheaderForLoop(Loop *L) {
   }
 }
 
-void Preheaders::RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit) {
+/// RewriteLoopExitBlock - Ensure that the loop preheader dominates all exit
+/// blocks.  This method is used to split exit blocks that have predecessors
+/// outside of the loop.
+BasicBlock *LoopSimplify::RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit) {
   DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();
-  assert(!DS.dominates(L->getHeader(), Exit) &&
-         "Loop already dominates exit block??");
-  assert(std::find(L->getExitBlocks().begin(), L->getExitBlocks().end(), Exit)
-         != L->getExitBlocks().end() && "Not a current exit block!");
   
   std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks;
   for (pred_iterator I = pred_begin(Exit), E = pred_end(Exit); I != E; ++I)
@@ -322,30 +407,315 @@ void Preheaders::RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit) {
   if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
     Parent->addBasicBlockToLoop(NewBB, getAnalysis<LoopInfo>());
 
-  // Replace any instances of Exit with NewBB in this and any nested loops...
-  for (df_iterator<Loop*> I = df_begin(L), E = df_end(L); I != E; ++I)
-    if (I->hasExitBlock(Exit))
-      I->changeExitBlock(Exit, NewBB);   // Update exit block information
+  // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
+  UpdateDomInfoForRevectoredPreds(NewBB, LoopBlocks);
+  return NewBB;
+}
+
+/// AddBlockAndPredsToSet - Add the specified block, and all of its
+/// predecessors, to the specified set, if it's not already in there.  Stop
+/// predecessor traversal when we reach StopBlock.
+static void AddBlockAndPredsToSet(BasicBlock *BB, BasicBlock *StopBlock,
+                                  std::set<BasicBlock*> &Blocks) {
+  if (!Blocks.insert(BB).second) return;  // already processed.
+  if (BB == StopBlock) return;  // Stop here!
+
+  for (pred_iterator I = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); I != E; ++I)
+    AddBlockAndPredsToSet(*I, StopBlock, Blocks);
+}
+
+/// FindPHIToPartitionLoops - The first part of loop-nestification is to find a
+/// PHI node that tells us how to partition the loops.
+static PHINode *FindPHIToPartitionLoops(Loop *L) {
+  for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
+       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ) {
+    ++I;
+    if (Value *V = hasConstantValue(PN)) {
+      // This is a degenerate PHI already, don't modify it!
+      PN->replaceAllUsesWith(V);
+      PN->getParent()->getInstList().erase(PN);
+    } else {
+      // Scan this PHI node looking for a use of the PHI node by itself.
+      for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
+        if (PN->getIncomingValue(i) == PN &&
+            L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
+          // We found something tasty to remove.
+          return PN;
+    }
+  }
+  return 0;
+}
+
+/// SeparateNestedLoop - If this loop has multiple backedges, try to pull one of
+/// them out into a nested loop.  This is important for code that looks like
+/// this:
+///
+///  Loop:
+///     ...
+///     br cond, Loop, Next
+///     ...
+///     br cond2, Loop, Out
+///
+/// To identify this common case, we look at the PHI nodes in the header of the
+/// loop.  PHI nodes with unchanging values on one backedge correspond to values
+/// that change in the "outer" loop, but not in the "inner" loop.
+///
+/// If we are able to separate out a loop, return the new outer loop that was
+/// created.
+///
+Loop *LoopSimplify::SeparateNestedLoop(Loop *L) {
+  PHINode *PN = FindPHIToPartitionLoops(L);
+  if (PN == 0) return 0;  // No known way to partition.
+
+  // Pull out all predecessors that have varying values in the loop.  This
+  // handles the case when a PHI node has multiple instances of itself as
+  // arguments.
+  std::vector<BasicBlock*> OuterLoopPreds;
+  for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
+    if (PN->getIncomingValue(i) != PN ||
+        !L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
+      OuterLoopPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
+
+  BasicBlock *Header = L->getHeader();
+  BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(Header, ".outer", OuterLoopPreds);
+
+  // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
+  UpdateDomInfoForRevectoredPreds(NewBB, OuterLoopPreds);
+
+  // Create the new outer loop.
+  Loop *NewOuter = new Loop();
+
+  LoopInfo &LI = getAnalysis<LoopInfo>();
+
+  // Change the parent loop to use the outer loop as its child now.
+  if (Loop *Parent = L->getParentLoop())
+    Parent->replaceChildLoopWith(L, NewOuter);
+  else
+    LI.changeTopLevelLoop(L, NewOuter);
+
+  // This block is going to be our new header block: add it to this loop and all
+  // parent loops.
+  NewOuter->addBasicBlockToLoop(NewBB, getAnalysis<LoopInfo>());
+
+  // L is now a subloop of our outer loop.
+  NewOuter->addChildLoop(L);
+
+  for (unsigned i = 0, e = L->getBlocks().size(); i != e; ++i)
+    NewOuter->addBlockEntry(L->getBlocks()[i]);
+
+  // Determine which blocks should stay in L and which should be moved out to
+  // the Outer loop now.
+  DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();
+  std::set<BasicBlock*> BlocksInL;
+  for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); PI!=E; ++PI)
+    if (DS.dominates(Header, *PI))
+      AddBlockAndPredsToSet(*PI, Header, BlocksInL);
+
+
+  // Scan all of the loop children of L, moving them to OuterLoop if they are
+  // not part of the inner loop.
+  for (Loop::iterator I = L->begin(); I != L->end(); )
+    if (BlocksInL.count((*I)->getHeader()))
+      ++I;   // Loop remains in L
+    else
+      NewOuter->addChildLoop(L->removeChildLoop(I));
+
+  // Now that we know which blocks are in L and which need to be moved to
+  // OuterLoop, move any blocks that need it.
+  for (unsigned i = 0; i != L->getBlocks().size(); ++i) {
+    BasicBlock *BB = L->getBlocks()[i];
+    if (!BlocksInL.count(BB)) {
+      // Move this block to the parent, updating the exit blocks sets
+      L->removeBlockFromLoop(BB);
+      if (LI[BB] == L)
+        LI.changeLoopFor(BB, NewOuter);
+      --i;
+    }
+  }
+
+  return NewOuter;
+}
+
+
+
+/// InsertUniqueBackedgeBlock - This method is called when the specified loop
+/// has more than one backedge in it.  If this occurs, revector all of these
+/// backedges to target a new basic block and have that block branch to the loop
+/// header.  This ensures that loops have exactly one backedge.
+///
+void LoopSimplify::InsertUniqueBackedgeBlock(Loop *L) {
+  assert(L->getNumBackEdges() > 1 && "Must have > 1 backedge!");
+
+  // Get information about the loop
+  BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
+  BasicBlock *Header = L->getHeader();
+  Function *F = Header->getParent();
+
+  // Figure out which basic blocks contain back-edges to the loop header.
+  std::vector<BasicBlock*> BackedgeBlocks;
+  for (pred_iterator I = pred_begin(Header), E = pred_end(Header); I != E; ++I)
+    if (*I != Preheader) BackedgeBlocks.push_back(*I);
+
+  // Create and insert the new backedge block...
+  BasicBlock *BEBlock = new BasicBlock(Header->getName()+".backedge", F);
+  BranchInst *BETerminator = new BranchInst(Header, BEBlock);
+
+  // Move the new backedge block to right after the last backedge block.
+  Function::iterator InsertPos = BackedgeBlocks.back(); ++InsertPos;
+  F->getBasicBlockList().splice(InsertPos, F->getBasicBlockList(), BEBlock);
+  
+  // Now that the block has been inserted into the function, create PHI nodes in
+  // the backedge block which correspond to any PHI nodes in the header block.
+  for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
+       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
+    PHINode *NewPN = new PHINode(PN->getType(), PN->getName()+".be",
+                                 BETerminator);
+    NewPN->op_reserve(2*BackedgeBlocks.size());
+
+    // Loop over the PHI node, moving all entries except the one for the
+    // preheader over to the new PHI node.
+    unsigned PreheaderIdx = ~0U;
+    bool HasUniqueIncomingValue = true;
+    Value *UniqueValue = 0;
+    for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
+      BasicBlock *IBB = PN->getIncomingBlock(i);
+      Value *IV = PN->getIncomingValue(i);
+      if (IBB == Preheader) {
+        PreheaderIdx = i;
+      } else {
+        NewPN->addIncoming(IV, IBB);
+        if (HasUniqueIncomingValue) {
+          if (UniqueValue == 0)
+            UniqueValue = IV;
+          else if (UniqueValue != IV)
+            HasUniqueIncomingValue = false;
+        }
+      }
+    }
+      
+    // Delete all of the incoming values from the old PN except the preheader's
+    assert(PreheaderIdx != ~0U && "PHI has no preheader entry??");
+    if (PreheaderIdx != 0) {
+      PN->setIncomingValue(0, PN->getIncomingValue(PreheaderIdx));
+      PN->setIncomingBlock(0, PN->getIncomingBlock(PreheaderIdx));
+    }
+    PN->op_erase(PN->op_begin()+2, PN->op_end());
+
+    // Finally, add the newly constructed PHI node as the entry for the BEBlock.
+    PN->addIncoming(NewPN, BEBlock);
+
+    // As an optimization, if all incoming values in the new PhiNode (which is a
+    // subset of the incoming values of the old PHI node) have the same value,
+    // eliminate the PHI Node.
+    if (HasUniqueIncomingValue) {
+      NewPN->replaceAllUsesWith(UniqueValue);
+      BEBlock->getInstList().erase(NewPN);
+    }
+  }
+
+  // Now that all of the PHI nodes have been inserted and adjusted, modify the
+  // backedge blocks to just to the BEBlock instead of the header.
+  for (unsigned i = 0, e = BackedgeBlocks.size(); i != e; ++i) {
+    TerminatorInst *TI = BackedgeBlocks[i]->getTerminator();
+    for (unsigned Op = 0, e = TI->getNumSuccessors(); Op != e; ++Op)
+      if (TI->getSuccessor(Op) == Header)
+        TI->setSuccessor(Op, BEBlock);
+  }
+
+  //===--- Update all analyses which we must preserve now -----------------===//
+
+  // Update Loop Information - we know that this block is now in the current
+  // loop and all parent loops.
+  L->addBasicBlockToLoop(BEBlock, getAnalysis<LoopInfo>());
+
+  // Update dominator information (set, immdom, domtree, and domfrontier)
+  UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BEBlock, BackedgeBlocks);
+}
+
+/// UpdateDomInfoForRevectoredPreds - This method is used to update the four
+/// different kinds of dominator information (dominator sets, immediate
+/// dominators, dominator trees, and dominance frontiers) after a new block has
+/// been added to the CFG.
+///
+/// This only supports the case when an existing block (known as "NewBBSucc"),
+/// had some of its predecessors factored into a new basic block.  This
+/// transformation inserts a new basic block ("NewBB"), with a single
+/// unconditional branch to NewBBSucc, and moves some predecessors of
+/// "NewBBSucc" to now branch to NewBB.  These predecessors are listed in
+/// PredBlocks, even though they are the same as
+/// pred_begin(NewBB)/pred_end(NewBB).
+///
+void LoopSimplify::UpdateDomInfoForRevectoredPreds(BasicBlock *NewBB,
+                                         std::vector<BasicBlock*> &PredBlocks) {
+  assert(!PredBlocks.empty() && "No predblocks??");
+  assert(succ_begin(NewBB) != succ_end(NewBB) &&
+         ++succ_begin(NewBB) == succ_end(NewBB) &&
+         "NewBB should have a single successor!");
+  BasicBlock *NewBBSucc = *succ_begin(NewBB);
+  DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();
 
   // Update dominator information...  The blocks that dominate NewBB are the
   // intersection of the dominators of predecessors, plus the block itself.
-  // The newly created basic block does not dominate anything except itself.
   //
-  DominatorSet::DomSetType NewBBDomSet = DS.getDominators(LoopBlocks[0]);
-  for (unsigned i = 1, e = LoopBlocks.size(); i != e; ++i)
-    set_intersect(NewBBDomSet, DS.getDominators(LoopBlocks[i]));
+  DominatorSet::DomSetType NewBBDomSet = DS.getDominators(PredBlocks[0]);
+  for (unsigned i = 1, e = PredBlocks.size(); i != e; ++i)
+    set_intersect(NewBBDomSet, DS.getDominators(PredBlocks[i]));
   NewBBDomSet.insert(NewBB);  // All blocks dominate themselves...
   DS.addBasicBlock(NewBB, NewBBDomSet);
 
+  // The newly inserted basic block will dominate existing basic blocks iff the
+  // PredBlocks dominate all of the non-pred blocks.  If all predblocks dominate
+  // the non-pred blocks, then they all must be the same block!
+  //
+  bool NewBBDominatesNewBBSucc = true;
+  {
+    BasicBlock *OnePred = PredBlocks[0];
+    for (unsigned i = 1, e = PredBlocks.size(); i != e; ++i)
+      if (PredBlocks[i] != OnePred) {
+        NewBBDominatesNewBBSucc = false;
+        break;
+      }
+
+    if (NewBBDominatesNewBBSucc)
+      for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc), E = pred_end(NewBBSucc);
+           PI != E; ++PI)
+        if (*PI != NewBB && !DS.dominates(NewBBSucc, *PI)) {
+          NewBBDominatesNewBBSucc = false;
+          break;
+        }
+  }
+
+  // The other scenario where the new block can dominate its successors are when
+  // all predecessors of NewBBSucc that are not NewBB are dominated by NewBBSucc
+  // already.
+  if (!NewBBDominatesNewBBSucc) {
+    NewBBDominatesNewBBSucc = true;
+    for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc), E = pred_end(NewBBSucc);
+         PI != E; ++PI)
+      if (*PI != NewBB && !DS.dominates(NewBBSucc, *PI)) {
+        NewBBDominatesNewBBSucc = false;
+        break;
+      }
+  }
+
+  // If NewBB dominates some blocks, then it will dominate all blocks that
+  // NewBBSucc does.
+  if (NewBBDominatesNewBBSucc) {
+    BasicBlock *PredBlock = PredBlocks[0];
+    Function *F = NewBB->getParent();
+    for (Function::iterator I = F->begin(), E = F->end(); I != E; ++I)
+      if (DS.dominates(NewBBSucc, I))
+        DS.addDominator(I, NewBB);
+  }
+
   // Update immediate dominator information if we have it...
   BasicBlock *NewBBIDom = 0;
   if (ImmediateDominators *ID = getAnalysisToUpdate<ImmediateDominators>()) {
-    // This block does not strictly dominate anything, so it is not an immediate
-    // dominator.  To find the immediate dominator of the new exit node, we
-    // trace up the immediate dominators of a predecessor until we find a basic
-    // block that dominates the exit block.
+    // To find the immediate dominator of the new exit node, we trace up the
+    // immediate dominators of a predecessor until we find a basic block that
+    // dominates the exit block.
     //
-    BasicBlock *Dom = LoopBlocks[0];  // Some random predecessor...
+    BasicBlock *Dom = PredBlocks[0];  // Some random predecessor...
     while (!NewBBDomSet.count(Dom)) {  // Loop until we find a dominator...
       assert(Dom != 0 && "No shared dominator found???");
       Dom = ID->get(Dom);
@@ -354,60 +724,115 @@ void Preheaders::RewriteLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *Exit) {
     // Set the immediate dominator now...
     ID->addNewBlock(NewBB, Dom);
     NewBBIDom = Dom;   // Reuse this if calculating DominatorTree info...
+
+    // If NewBB strictly dominates other blocks, we need to update their idom's
+    // now.  The only block that need adjustment is the NewBBSucc block, whose
+    // idom should currently be set to PredBlocks[0].
+    if (NewBBDominatesNewBBSucc)
+      ID->setImmediateDominator(NewBBSucc, NewBB);
   }
 
   // Update DominatorTree information if it is active.
   if (DominatorTree *DT = getAnalysisToUpdate<DominatorTree>()) {
-    // NewBB doesn't dominate anything, so just create a node and link it into
-    // its immediate dominator.  If we don't have ImmediateDominator info
-    // around, calculate the idom as above.
+    // If we don't have ImmediateDominator info around, calculate the idom as
+    // above.
     DominatorTree::Node *NewBBIDomNode;
     if (NewBBIDom) {
       NewBBIDomNode = DT->getNode(NewBBIDom);
     } else {
-      NewBBIDomNode = DT->getNode(LoopBlocks[0]); // Random pred
+      NewBBIDomNode = DT->getNode(PredBlocks[0]); // Random pred
       while (!NewBBDomSet.count(NewBBIDomNode->getBlock())) {
         NewBBIDomNode = NewBBIDomNode->getIDom();
         assert(NewBBIDomNode && "No shared dominator found??");
       }
     }
 
-    // Create the new dominator tree node...
-    DT->createNewNode(NewBB, NewBBIDomNode);
+    // Create the new dominator tree node... and set the idom of NewBB.
+    DominatorTree::Node *NewBBNode = DT->createNewNode(NewBB, NewBBIDomNode);
+
+    // If NewBB strictly dominates other blocks, then it is now the immediate
+    // dominator of NewBBSucc.  Update the dominator tree as appropriate.
+    if (NewBBDominatesNewBBSucc) {
+      DominatorTree::Node *NewBBSuccNode = DT->getNode(NewBBSucc);
+      DT->changeImmediateDominator(NewBBSuccNode, NewBBNode);
+    }
   }
 
   // Update dominance frontier information...
   if (DominanceFrontier *DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>()) {
-    // DF(NewBB) is {Exit} because NewBB does not strictly dominate Exit, but it
-    // does dominate itself (and there is an edge (NewBB -> Exit)).
-    DominanceFrontier::DomSetType NewDFSet;
-    NewDFSet.insert(Exit);
-    DF->addBasicBlock(NewBB, NewDFSet);
+    // If NewBB dominates NewBBSucc, then DF(NewBB) is now going to be the
+    // DF(PredBlocks[0]) without the stuff that the new block does not dominate
+    // a predecessor of.
+    if (NewBBDominatesNewBBSucc) {
+      DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(PredBlocks[0]);
+      if (DFI != DF->end()) {
+        DominanceFrontier::DomSetType Set = DFI->second;
+        // Filter out stuff in Set that we do not dominate a predecessor of.
+        for (DominanceFrontier::DomSetType::iterator SetI = Set.begin(),
+               E = Set.end(); SetI != E;) {
+          bool DominatesPred = false;
+          for (pred_iterator PI = pred_begin(*SetI), E = pred_end(*SetI);
+               PI != E; ++PI)
+            if (DS.dominates(NewBB, *PI))
+              DominatesPred = true;
+          if (!DominatesPred)
+            Set.erase(SetI++);
+          else
+            ++SetI;
+        }
+
+        DF->addBasicBlock(NewBB, Set);
+      }
+
+    } else {
+      // DF(NewBB) is {NewBBSucc} because NewBB does not strictly dominate
+      // NewBBSucc, but it does dominate itself (and there is an edge (NewBB ->
+      // NewBBSucc)).  NewBBSucc is the single successor of NewBB.
+      DominanceFrontier::DomSetType NewDFSet;
+      NewDFSet.insert(NewBBSucc);
+      DF->addBasicBlock(NewBB, NewDFSet);
+    }
 
     // Now we must loop over all of the dominance frontiers in the function,
-    // replacing occurrences of Exit with NewBB in some cases.  If a block
-    // dominates a (now) predecessor of NewBB, but did not strictly dominate
-    // Exit, it will have Exit in it's DF set, but should now have NewBB in its
-    // set.
-    for (unsigned i = 0, e = LoopBlocks.size(); i != e; ++i) {
+    // replacing occurrences of NewBBSucc with NewBB in some cases.  All
+    // blocks that dominate a block in PredBlocks and contained NewBBSucc in
+    // their dominance frontier must be updated to contain NewBB instead.
+    //
+    for (unsigned i = 0, e = PredBlocks.size(); i != e; ++i) {
+      BasicBlock *Pred = PredBlocks[i];
       // Get all of the dominators of the predecessor...
-      const DominatorSet::DomSetType &PredDoms =DS.getDominators(LoopBlocks[i]);
+      const DominatorSet::DomSetType &PredDoms = DS.getDominators(Pred);
       for (DominatorSet::DomSetType::const_iterator PDI = PredDoms.begin(),
              PDE = PredDoms.end(); PDI != PDE; ++PDI) {
         BasicBlock *PredDom = *PDI;
-        // Make sure to only rewrite blocks that are part of the loop...
-        if (L->contains(PredDom)) {
-          // If the exit node is in DF(PredDom), then PredDom didn't dominate
-          // Exit but did dominate a predecessor inside of the loop.  Now we
-          // change this entry to include NewBB in the DF instead of Exit.
-          DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(PredDom);
-          assert(DFI != DF->end() && "No dominance frontier for node?");
-          if (DFI->second.count(Exit)) {
-            DF->removeFromFrontier(DFI, Exit);
-            DF->addToFrontier(DFI, NewBB);
+        
+        // If the NewBBSucc node is in DF(PredDom), then PredDom didn't
+        // dominate NewBBSucc but did dominate a predecessor of it.  Now we
+        // change this entry to include NewBB in the DF instead of NewBBSucc.
+        DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(PredDom);
+        assert(DFI != DF->end() && "No dominance frontier for node?");
+        if (DFI->second.count(NewBBSucc)) {
+          // If NewBBSucc should not stay in our dominator frontier, remove it.
+          // We remove it unless there is a predecessor of NewBBSucc that we
+          // dominate, but we don't strictly dominate NewBBSucc.
+          bool ShouldRemove = true;
+          if (PredDom == NewBBSucc || !DS.dominates(PredDom, NewBBSucc)) {
+            // Okay, we know that PredDom does not strictly dominate NewBBSucc.
+            // Check to see if it dominates any predecessors of NewBBSucc.
+            for (pred_iterator PI = pred_begin(NewBBSucc),
+                   E = pred_end(NewBBSucc); PI != E; ++PI)
+              if (DS.dominates(PredDom, *PI)) {
+                ShouldRemove = false;
+                break;
+              }
           }
+            
+          if (ShouldRemove)
+            DF->removeFromFrontier(DFI, NewBBSucc);
+          DF->addToFrontier(DFI, NewBB);
         }
       }
     }
   }
 }
+