Clarify the logic: the flag is renamed to `deleteFn' to signify it will delete
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / PromoteMemoryToRegister.cpp
index d22451c6a134d8f85a6c599eee38ff6f07d37ce1..0efab0bd5af89cb7afcaf2fa6ef85e69dcdf308e 100644 (file)
@@ -1,18 +1,18 @@
-//===- PromoteMemoryToRegister.cpp - Convert memory refs to regs ----------===//
+//===- PromoteMemoryToRegister.cpp - Convert allocas to registers ---------===//
+// 
+//                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
-// This file is used to promote memory references to be register references.  A
-// simple example of the transformation performed by this function is:
-//
-//        FROM CODE                           TO CODE
-//   %X = alloca int, uint 1                 ret int 42
-//   store int 42, int *%X
-//   %Y = load int* %X
-//   ret int %Y
+// 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.
+// 
+//===----------------------------------------------------------------------===//
 //
-// The code is transformed by looping over all of the alloca instruction,
-// calculating dominator frontiers, then inserting phi-nodes following the usual
-// SSA construction algorithm.  This code does not modify the CFG of the
-// function.
+// This file promote memory references to be register references.  It promotes
+// alloca instructions which only have loads and stores as uses (or that have
+// PHI nodes which are only loaded from).  An alloca is transformed by using
+// dominator frontiers to place PHI nodes, then traversing the function in
+// depth-first order to rewrite loads and stores as appropriate.  This is just
+// the standard SSA construction algorithm to construct "pruned" SSA form.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
 #include "llvm/iMemory.h"
 #include "llvm/iPHINode.h"
-#include "llvm/iTerminators.h"
+#include "llvm/iOther.h"
 #include "llvm/Function.h"
 #include "llvm/Constant.h"
-#include "llvm/Type.h"
 #include "llvm/Support/CFG.h"
 #include "Support/StringExtras.h"
+using namespace llvm;
 
 /// isAllocaPromotable - Return true if this alloca is legal for promotion.
-/// This is true if there are only loads and stores to the alloca...
+/// This is true if there are only loads and stores to the alloca... of if there
+/// is a PHI node using the address which can be trivially transformed.
 ///
-bool isAllocaPromotable(const AllocaInst *AI, const TargetData &TD) {
+bool llvm::isAllocaPromotable(const AllocaInst *AI, const TargetData &TD) {
   // FIXME: If the memory unit is of pointer or integer type, we can permit
   // assignments to subsections of the memory unit.
 
   // Only allow direct loads and stores...
   for (Value::use_const_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
        UI != UE; ++UI)     // Loop over all of the uses of the alloca
-    if (!isa<LoadInst>(*UI))
-      if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(*UI)) {
-        if (SI->getOperand(0) == AI)
-          return false;   // Don't allow a store of the AI, only INTO the AI.
-      } else {
-        return false;   // Not a load or store?
-      }
+    if (isa<LoadInst>(*UI)) {
+      // noop
+    } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(*UI)) {
+      if (SI->getOperand(0) == AI)
+        return false;   // Don't allow a store OF the AI, only INTO the AI.
+    } else if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(*UI)) {
+      // We only support PHI nodes in a few simple cases.  The PHI node is only
+      // allowed to have one use, which must be a load instruction, and can only
+      // use alloca instructions (no random pointers).  Also, there cannot be
+      // any accesses to AI between the PHI node and the use of the PHI.
+      if (!PN->hasOneUse()) return false;
+
+      // Our transformation causes the unconditional loading of all pointer
+      // operands to the PHI node.  Because this could cause a fault if there is
+      // a critical edge in the CFG and if one of the pointers is illegal, we
+      // refuse to promote PHI nodes unless they are obviously safe.  For now,
+      // obviously safe means that all of the operands are allocas.
+      //
+      // If we wanted to extend this code to break critical edges, this
+      // restriction could be relaxed, and we could even handle uses of the PHI
+      // node that are volatile loads or stores.
+      //
+      for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
+        if (!isa<AllocaInst>(PN->getIncomingValue(i)))
+          return false;
+      
+      // Now make sure the one user instruction is in the same basic block as
+      // the PHI, and that there are no loads or stores between the PHI node and
+      // the access.
+      BasicBlock::const_iterator UI = cast<Instruction>(PN->use_back());
+      if (!isa<LoadInst>(UI) || cast<LoadInst>(UI)->isVolatile()) return false;
+      
+      // Scan looking for memory accesses.
+      // FIXME: this should REALLY use alias analysis.
+      for (--UI; !isa<PHINode>(UI); --UI)
+        if (isa<LoadInst>(UI) || isa<StoreInst>(UI) || isa<CallInst>(UI))
+          return false;
+
+      // If we got this far, we can promote the PHI use.
+    } else if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(*UI)) {
+      // We only support selects in a few simple cases.  The select is only
+      // allowed to have one use, which must be a load instruction, and can only
+      // use alloca instructions (no random pointers).  Also, there cannot be
+      // any accesses to AI between the PHI node and the use of the PHI.
+      if (!SI->hasOneUse()) return false;
+
+      // Our transformation causes the unconditional loading of all pointer
+      // operands of the select.  Because this could cause a fault if there is a
+      // critical edge in the CFG and if one of the pointers is illegal, we
+      // refuse to promote the select unless it is obviously safe.  For now,
+      // obviously safe means that all of the operands are allocas.
+      //
+      if (!isa<AllocaInst>(SI->getOperand(1)) ||
+          !isa<AllocaInst>(SI->getOperand(2)))
+        return false;
+      
+      // Now make sure the one user instruction is in the same basic block as
+      // the PHI, and that there are no loads or stores between the PHI node and
+      // the access.
+      BasicBlock::const_iterator UI = cast<Instruction>(SI->use_back());
+      if (!isa<LoadInst>(UI) || cast<LoadInst>(UI)->isVolatile()) return false;
+      
+      // Scan looking for memory accesses.
+      // FIXME: this should REALLY use alias analysis.
+      for (--UI; &*UI != SI; --UI)
+        if (isa<LoadInst>(UI) || isa<StoreInst>(UI) || isa<CallInst>(UI))
+          return false;
+
+      // If we got this far, we can promote the select use.
+    } else {
+      return false;   // Not a load, store, or promotable PHI?
+    }
   
   return true;
 }
 
-
 namespace {
   struct PromoteMem2Reg {
-    const std::vector<AllocaInst*>   &Allocas;      // the alloca instructions..
-    std::vector<unsigned> VersionNumbers;           // Current version counters
+    // Allocas - The alloca instructions being promoted
+    std::vector<AllocaInst*> Allocas;
+    DominatorTree &DT;
     DominanceFrontier &DF;
     const TargetData &TD;
 
-    std::map<Instruction*, unsigned>  AllocaLookup; // reverse mapping of above
-    
-    std::vector<std::vector<BasicBlock*> > PhiNodes;// Idx corresponds 2 Allocas
-    
-    // List of instructions to remove at end of pass
-    std::vector<Instruction *>        KillList;
-    
-    std::map<BasicBlock*,
-             std::vector<PHINode*> >  NewPhiNodes; // the PhiNodes we're adding
+    // AllocaLookup - Reverse mapping of Allocas
+    std::map<AllocaInst*, unsigned>  AllocaLookup;
+
+    // NewPhiNodes - The PhiNodes we're adding.
+    std::map<BasicBlock*, std::vector<PHINode*> > NewPhiNodes;
+
+    // Visited - The set of basic blocks the renamer has already visited.
+    std::set<BasicBlock*> Visited;
 
   public:
-    PromoteMem2Reg(const std::vector<AllocaInst*> &A, DominanceFrontier &df,
-                   const TargetData &td)
-      : Allocas(A), DF(df), TD(td) {}
+    PromoteMem2Reg(const std::vector<AllocaInst*> &A, DominatorTree &dt,
+                   DominanceFrontier &df, const TargetData &td)
+      : Allocas(A), DT(dt), DF(df), TD(td) {}
 
     void run();
 
   private:
+    void MarkDominatingPHILive(BasicBlock *BB, unsigned AllocaNum,
+                               std::set<PHINode*> &DeadPHINodes);
+    void PromoteLocallyUsedAlloca(BasicBlock *BB, AllocaInst *AI);
+    void PromoteLocallyUsedAllocas(BasicBlock *BB, 
+                                   const std::vector<AllocaInst*> &AIs);
+
     void RenamePass(BasicBlock *BB, BasicBlock *Pred,
-                    std::vector<Value*> &IncVals,
-                    std::set<BasicBlock*> &Visited);
-    bool QueuePhiNode(BasicBlock *BB, unsigned AllocaIdx);
+                    std::vector<Value*> &IncVals);
+    bool QueuePhiNode(BasicBlock *BB, unsigned AllocaIdx, unsigned &Version,
+                      std::set<PHINode*> &InsertedPHINodes);
   };
 }  // end of anonymous namespace
 
-
 void PromoteMem2Reg::run() {
-  // If there is nothing to do, bail out...
-  if (Allocas.empty()) return;
-
   Function &F = *DF.getRoot()->getParent();
-  VersionNumbers.resize(Allocas.size());
 
-  for (unsigned i = 0, e = Allocas.size(); i != e; ++i) {
-    assert(isAllocaPromotable(Allocas[i], TD) &&
+  // LocallyUsedAllocas - Keep track of all of the alloca instructions which are
+  // only used in a single basic block.  These instructions can be efficiently
+  // promoted by performing a single linear scan over that one block.  Since
+  // individual basic blocks are sometimes large, we group together all allocas
+  // that are live in a single basic block by the basic block they are live in.
+  std::map<BasicBlock*, std::vector<AllocaInst*> > LocallyUsedAllocas;
+
+  for (unsigned AllocaNum = 0; AllocaNum != Allocas.size(); ++AllocaNum) {
+    AllocaInst *AI = Allocas[AllocaNum];
+
+    assert(isAllocaPromotable(AI, TD) &&
            "Cannot promote non-promotable alloca!");
-    assert(Allocas[i]->getParent()->getParent() == &F &&
+    assert(AI->getParent()->getParent() == &F &&
            "All allocas should be in the same function, which is same as DF!");
-    AllocaLookup[Allocas[i]] = i;
-  }
 
+    if (AI->use_empty()) {
+      // If there are no uses of the alloca, just delete it now.
+      AI->getParent()->getInstList().erase(AI);
 
-  // Add each alloca to the KillList.  Note: KillList is destroyed MOST recently
-  // added to least recently.
-  KillList.assign(Allocas.begin(), Allocas.end());
-
-  // Calculate the set of write-locations for each alloca.  This is analogous to
-  // counting the number of 'redefinitions' of each variable.
-  std::vector<std::vector<BasicBlock*> > WriteSets;// Idx corresponds to Allocas
-  WriteSets.resize(Allocas.size());
-  for (unsigned i = 0; i != Allocas.size(); ++i) {
-    AllocaInst *AI = Allocas[i];
-    for (Value::use_iterator U =AI->use_begin(), E = AI->use_end(); U != E; ++U)
-      if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(*U))
-        // jot down the basic-block it came from
-        WriteSets[i].push_back(SI->getParent());
-  }
+      // Remove the alloca from the Allocas list, since it has been processed
+      Allocas[AllocaNum] = Allocas.back();
+      Allocas.pop_back();
+      --AllocaNum;
+      continue;
+    }
+
+    // Calculate the set of read and write-locations for each alloca.  This is
+    // analogous to finding the 'uses' and 'definitions' of each variable.
+    std::vector<BasicBlock*> DefiningBlocks;
+    std::vector<BasicBlock*> UsingBlocks;
+
+    BasicBlock *OnlyBlock = 0;
+    bool OnlyUsedInOneBlock = true;
+
+    // As we scan the uses of the alloca instruction, keep track of stores, and
+    // decide whether all of the loads and stores to the alloca are within the
+    // same basic block.
+  RestartUseScan:
+    for (Value::use_iterator U =AI->use_begin(), E = AI->use_end(); U != E;++U){
+      Instruction *User = cast<Instruction>(*U);
+      if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
+        // Remember the basic blocks which define new values for the alloca
+        DefiningBlocks.push_back(SI->getParent());
+      } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
+        // Otherwise it must be a load instruction, keep track of variable reads
+        UsingBlocks.push_back(LI->getParent());
+      } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(User)) {
+        // Because of the restrictions we placed on Select instruction uses
+        // above things are very simple.  Transform the PHI of addresses into a
+        // select of loaded values.
+        LoadInst *Load = cast<LoadInst>(SI->use_back());
+        std::string LoadName = Load->getName(); Load->setName("");
+
+        Value *TrueVal = new LoadInst(SI->getOperand(1), 
+                                      SI->getOperand(1)->getName()+".val", SI);
+        Value *FalseVal = new LoadInst(SI->getOperand(2), 
+                                       SI->getOperand(2)->getName()+".val", SI);
+
+        Value *NewSI = new SelectInst(SI->getOperand(0), TrueVal,
+                                      FalseVal, Load->getName(), SI);
+        Load->replaceAllUsesWith(NewSI);
+        Load->getParent()->getInstList().erase(Load);
+        SI->getParent()->getInstList().erase(SI);
+
+        // Restart our scan of uses...
+        DefiningBlocks.clear();
+        UsingBlocks.clear();
+        goto RestartUseScan;
+      } else {
+        // Because of the restrictions we placed on PHI node uses above, the PHI
+        // node reads the block in any using predecessors.  Transform the PHI of
+        // addresses into a PHI of loaded values.
+        PHINode *PN = cast<PHINode>(User);
+        assert(PN->hasOneUse() && "Cannot handle PHI Node with != 1 use!");
+        LoadInst *PNUser = cast<LoadInst>(PN->use_back());
+        std::string PNUserName = PNUser->getName(); PNUser->setName("");
+
+        // Create the new PHI node and insert load instructions as appropriate.
+        PHINode *NewPN = new PHINode(AI->getAllocatedType(), PNUserName, PN);
+        std::map<BasicBlock*, LoadInst*> NewLoads;
+        for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
+          BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
+          LoadInst *&NewLoad = NewLoads[Pred];
+          if (NewLoad == 0)  // Insert the new load in the predecessor
+            NewLoad = new LoadInst(PN->getIncomingValue(i),
+                                   PN->getIncomingValue(i)->getName()+".val",
+                                   Pred->getTerminator());
+          NewPN->addIncoming(NewLoad, Pred);
+        }
+
+        // Remove the old load.
+        PNUser->replaceAllUsesWith(NewPN);
+        PNUser->getParent()->getInstList().erase(PNUser);
+
+        // Remove the old PHI node.
+        PN->getParent()->getInstList().erase(PN);
+
+        // Restart our scan of uses...
+        DefiningBlocks.clear();
+        UsingBlocks.clear();
+        goto RestartUseScan;
+      }
+
+      if (OnlyUsedInOneBlock) {
+        if (OnlyBlock == 0)
+          OnlyBlock = User->getParent();
+        else if (OnlyBlock != User->getParent())
+          OnlyUsedInOneBlock = false;
+      }
+    }
+
+    // If the alloca is only read and written in one basic block, just perform a
+    // linear sweep over the block to eliminate it.
+    if (OnlyUsedInOneBlock) {
+      LocallyUsedAllocas[OnlyBlock].push_back(AI);
+
+      // Remove the alloca from the Allocas list, since it will be processed.
+      Allocas[AllocaNum] = Allocas.back();
+      Allocas.pop_back();
+      --AllocaNum;
+      continue;
+    }
+
+    // Compute the locations where PhiNodes need to be inserted.  Look at the
+    // dominance frontier of EACH basic-block we have a write in.
+    //
+    unsigned CurrentVersion = 0;
+    std::set<PHINode*> InsertedPHINodes;
+    while (!DefiningBlocks.empty()) {
+      BasicBlock *BB = DefiningBlocks.back();
+      DefiningBlocks.pop_back();
 
-  // Compute the locations where PhiNodes need to be inserted.  Look at the
-  // dominance frontier of EACH basic-block we have a write in
-  //
-  PhiNodes.resize(Allocas.size());
-  for (unsigned i = 0; i != Allocas.size(); ++i) {
-    for (unsigned j = 0; j != WriteSets[i].size(); j++) {
       // Look up the DF for this write, add it to PhiNodes
-      DominanceFrontier::const_iterator it = DF.find(WriteSets[i][j]);
+      DominanceFrontier::const_iterator it = DF.find(BB);
       if (it != DF.end()) {
         const DominanceFrontier::DomSetType &S = it->second;
         for (DominanceFrontier::DomSetType::iterator P = S.begin(),PE = S.end();
              P != PE; ++P)
-          QueuePhiNode(*P, i);
+          if (QueuePhiNode(*P, AllocaNum, CurrentVersion, InsertedPHINodes))
+            DefiningBlocks.push_back(*P);
       }
     }
-    
-    // Perform iterative step
-    for (unsigned k = 0; k != PhiNodes[i].size(); k++) {
-      DominanceFrontier::const_iterator it = DF.find(PhiNodes[i][k]);
-      if (it != DF.end()) {
-        const DominanceFrontier::DomSetType     &S = it->second;
-        for (DominanceFrontier::DomSetType::iterator P = S.begin(),PE = S.end();
-             P != PE; ++P)
-          QueuePhiNode(*P, i);
-      }
+
+    // Now that we have inserted PHI nodes along the Iterated Dominance Frontier
+    // of the writes to the variable, scan through the reads of the variable,
+    // marking PHI nodes which are actually necessary as alive (by removing them
+    // from the InsertedPHINodes set).  This is not perfect: there may PHI
+    // marked alive because of loads which are dominated by stores, but there
+    // will be no unmarked PHI nodes which are actually used.
+    //
+    for (unsigned i = 0, e = UsingBlocks.size(); i != e; ++i)
+      MarkDominatingPHILive(UsingBlocks[i], AllocaNum, InsertedPHINodes);
+    UsingBlocks.clear();
+
+    // If there are any PHI nodes which are now known to be dead, remove them!
+    for (std::set<PHINode*>::iterator I = InsertedPHINodes.begin(),
+           E = InsertedPHINodes.end(); I != E; ++I) {
+      PHINode *PN = *I;
+      std::vector<PHINode*> &BBPNs = NewPhiNodes[PN->getParent()];
+      BBPNs[AllocaNum] = 0;
+
+      // Check to see if we just removed the last inserted PHI node from this
+      // basic block.  If so, remove the entry for the basic block.
+      bool HasOtherPHIs = false;
+      for (unsigned i = 0, e = BBPNs.size(); i != e; ++i)
+        if (BBPNs[i]) {
+          HasOtherPHIs = true;
+          break;
+        }
+      if (!HasOtherPHIs)
+        NewPhiNodes.erase(PN->getParent());
+
+      PN->getParent()->getInstList().erase(PN);      
     }
+
+    // Keep the reverse mapping of the 'Allocas' array. 
+    AllocaLookup[Allocas[AllocaNum]] = AllocaNum;
   }
+  
+  // Process all allocas which are only used in a single basic block.
+  for (std::map<BasicBlock*, std::vector<AllocaInst*> >::iterator I =
+         LocallyUsedAllocas.begin(), E = LocallyUsedAllocas.end(); I != E; ++I){
+    const std::vector<AllocaInst*> &Allocas = I->second;
+    assert(!Allocas.empty() && "empty alloca list??");
+
+    // It's common for there to only be one alloca in the list.  Handle it
+    // efficiently.
+    if (Allocas.size() == 1)
+      PromoteLocallyUsedAlloca(I->first, Allocas[0]);
+    else
+      PromoteLocallyUsedAllocas(I->first, Allocas);
+  }
+
+  if (Allocas.empty())
+    return; // All of the allocas must have been trivial!
 
   // Set the incoming values for the basic block to be null values for all of
   // the alloca's.  We do this in case there is a load of a value that has not
@@ -153,35 +362,206 @@ void PromoteMem2Reg::run() {
   // Walks all basic blocks in the function performing the SSA rename algorithm
   // and inserting the phi nodes we marked as necessary
   //
-  std::set<BasicBlock*> Visited;      // The basic blocks we've already visited
-  RenamePass(F.begin(), 0, Values, Visited);
+  RenamePass(F.begin(), 0, Values);
 
-  // Remove all instructions marked by being placed in the KillList...
-  //
-  while (!KillList.empty()) {
-    Instruction *I = KillList.back();
-    KillList.pop_back();
+  // The renamer uses the Visited set to avoid infinite loops.  Clear it now.
+  Visited.clear();
+
+  // Remove the allocas themselves from the function...
+  for (unsigned i = 0, e = Allocas.size(); i != e; ++i) {
+    Instruction *A = Allocas[i];
 
-    // If there are any uses of these instructions left, they must be in
+    // If there are any uses of the alloca instructions left, they must be in
     // sections of dead code that were not processed on the dominance frontier.
     // Just delete the users now.
     //
-    while (!I->use_empty()) {
-      Instruction *U = cast<Instruction>(I->use_back());
-      if (!U->use_empty())  // If uses remain in dead code segment...
-        U->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(U->getType()));
-      U->getParent()->getInstList().erase(U);
+    if (!A->use_empty())
+      A->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(A->getType()));
+    A->getParent()->getInstList().erase(A);
+  }
+
+  // At this point, the renamer has added entries to PHI nodes for all reachable
+  // code.  Unfortunately, there may be blocks which are not reachable, which
+  // the renamer hasn't traversed.  If this is the case, the PHI nodes may not
+  // have incoming values for all predecessors.  Loop over all PHI nodes we have
+  // created, inserting null constants if they are missing any incoming values.
+  //
+  for (std::map<BasicBlock*, std::vector<PHINode *> >::iterator I = 
+         NewPhiNodes.begin(), E = NewPhiNodes.end(); I != E; ++I) {
+
+    std::vector<BasicBlock*> Preds(pred_begin(I->first), pred_end(I->first));
+    std::vector<PHINode*> &PNs = I->second;
+    assert(!PNs.empty() && "Empty PHI node list??");
+
+    // Only do work here if there the PHI nodes are missing incoming values.  We
+    // know that all PHI nodes that were inserted in a block will have the same
+    // number of incoming values, so we can just check any PHI node.
+    PHINode *FirstPHI;
+    for (unsigned i = 0; (FirstPHI = PNs[i]) == 0; ++i)
+      /*empty*/;
+
+    if (Preds.size() != FirstPHI->getNumIncomingValues()) {
+      // Ok, now we know that all of the PHI nodes are missing entries for some
+      // basic blocks.  Start by sorting the incoming predecessors for efficient
+      // access.
+      std::sort(Preds.begin(), Preds.end());
+
+      // Now we loop through all BB's which have entries in FirstPHI and remove
+      // them from the Preds list.
+      for (unsigned i = 0, e = FirstPHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
+        // Do a log(n) search of the Preds list for the entry we want.
+        std::vector<BasicBlock*>::iterator EntIt =
+          std::lower_bound(Preds.begin(), Preds.end(),
+                           FirstPHI->getIncomingBlock(i));
+        assert(EntIt != Preds.end() && *EntIt == FirstPHI->getIncomingBlock(i)&&
+               "PHI node has entry for a block which is not a predecessor!");
+
+        // Remove the entry
+        Preds.erase(EntIt);
+      }
+
+      // At this point, the blocks left in the preds list must have dummy
+      // entries inserted into every PHI nodes for the block.
+      for (unsigned i = 0, e = PNs.size(); i != e; ++i)
+        if (PHINode *PN = PNs[i]) {
+          Value *NullVal = Constant::getNullValue(PN->getType());
+          for (unsigned pred = 0, e = Preds.size(); pred != e; ++pred)
+            PN->addIncoming(NullVal, Preds[pred]);
+        }
     }
+  }
+}
 
-    I->getParent()->getInstList().erase(I);
+// MarkDominatingPHILive - Mem2Reg wants to construct "pruned" SSA form, not
+// "minimal" SSA form.  To do this, it inserts all of the PHI nodes on the IDF
+// as usual (inserting the PHI nodes in the DeadPHINodes set), then processes
+// each read of the variable.  For each block that reads the variable, this
+// function is called, which removes used PHI nodes from the DeadPHINodes set.
+// After all of the reads have been processed, any PHI nodes left in the
+// DeadPHINodes set are removed.
+//
+void PromoteMem2Reg::MarkDominatingPHILive(BasicBlock *BB, unsigned AllocaNum,
+                                           std::set<PHINode*> &DeadPHINodes) {
+  // Scan the immediate dominators of this block looking for a block which has a
+  // PHI node for Alloca num.  If we find it, mark the PHI node as being alive!
+  for (DominatorTree::Node *N = DT[BB]; N; N = N->getIDom()) {
+    BasicBlock *DomBB = N->getBlock();
+    std::map<BasicBlock*, std::vector<PHINode*> >::iterator
+      I = NewPhiNodes.find(DomBB);
+    if (I != NewPhiNodes.end() && I->second[AllocaNum]) {
+      // Ok, we found an inserted PHI node which dominates this value.
+      PHINode *DominatingPHI = I->second[AllocaNum];
+
+      // Find out if we previously thought it was dead.
+      std::set<PHINode*>::iterator DPNI = DeadPHINodes.find(DominatingPHI);
+      if (DPNI != DeadPHINodes.end()) {
+        // Ok, until now, we thought this PHI node was dead.  Mark it as being
+        // alive/needed.
+        DeadPHINodes.erase(DPNI);
+
+        // Now that we have marked the PHI node alive, also mark any PHI nodes
+        // which it might use as being alive as well.
+        for (pred_iterator PI = pred_begin(DomBB), PE = pred_end(DomBB);
+             PI != PE; ++PI)
+          MarkDominatingPHILive(*PI, AllocaNum, DeadPHINodes);
+      }
+    }
+  }
+}
+
+/// PromoteLocallyUsedAlloca - Many allocas are only used within a single basic
+/// block.  If this is the case, avoid traversing the CFG and inserting a lot of
+/// potentially useless PHI nodes by just performing a single linear pass over
+/// the basic block using the Alloca.
+///
+void PromoteMem2Reg::PromoteLocallyUsedAlloca(BasicBlock *BB, AllocaInst *AI) {
+  assert(!AI->use_empty() && "There are no uses of the alloca!");
+
+  // Handle degenerate cases quickly.
+  if (AI->hasOneUse()) {
+    Instruction *U = cast<Instruction>(AI->use_back());
+    if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
+      // Must be a load of uninitialized value.
+      LI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(AI->getAllocatedType()));
+    } else {
+      // Otherwise it must be a store which is never read.
+      assert(isa<StoreInst>(U));
+    }
+    BB->getInstList().erase(U);
+  } else {
+    // Uses of the uninitialized memory location shall get zero...
+    Value *CurVal = Constant::getNullValue(AI->getAllocatedType());
+  
+    for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ) {
+      Instruction *Inst = I++;
+      if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
+        if (LI->getOperand(0) == AI) {
+          // Loads just returns the "current value"...
+          LI->replaceAllUsesWith(CurVal);
+          BB->getInstList().erase(LI);
+        }
+      } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
+        if (SI->getOperand(1) == AI) {
+          // Store updates the "current value"...
+          CurVal = SI->getOperand(0);
+          BB->getInstList().erase(SI);
+        }
+      }
+    }
+  }
+
+  // After traversing the basic block, there should be no more uses of the
+  // alloca, remove it now.
+  assert(AI->use_empty() && "Uses of alloca from more than one BB??");
+  AI->getParent()->getInstList().erase(AI);
+}
+
+/// PromoteLocallyUsedAllocas - This method is just like
+/// PromoteLocallyUsedAlloca, except that it processes multiple alloca
+/// instructions in parallel.  This is important in cases where we have large
+/// basic blocks, as we don't want to rescan the entire basic block for each
+/// alloca which is locally used in it (which might be a lot).
+void PromoteMem2Reg::
+PromoteLocallyUsedAllocas(BasicBlock *BB, const std::vector<AllocaInst*> &AIs) {
+  std::map<AllocaInst*, Value*> CurValues;
+  for (unsigned i = 0, e = AIs.size(); i != e; ++i)
+    CurValues[AIs[i]] = 0; // Insert with null value
+
+  for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ) {
+    Instruction *Inst = I++;
+    if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
+      // Is this a load of an alloca we are tracking?
+      if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(LI->getOperand(0))) {
+        std::map<AllocaInst*, Value*>::iterator AIt = CurValues.find(AI);
+        if (AIt != CurValues.end()) {
+          // Loads just returns the "current value"...
+          if (AIt->second == 0)   // Uninitialized value??
+            AIt->second =Constant::getNullValue(AIt->first->getAllocatedType());
+          LI->replaceAllUsesWith(AIt->second);
+          BB->getInstList().erase(LI);
+        }
+      }
+    } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
+      if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(SI->getOperand(1))) {
+        std::map<AllocaInst*, Value*>::iterator AIt = CurValues.find(AI);
+        if (AIt != CurValues.end()) {
+          // Store updates the "current value"...
+          AIt->second = SI->getOperand(0);
+          BB->getInstList().erase(SI);
+        }
+      }
+    }
   }
 }
 
 
+
 // QueuePhiNode - queues a phi-node to be added to a basic-block for a specific
 // Alloca returns true if there wasn't already a phi-node for that variable
 //
-bool PromoteMem2Reg::QueuePhiNode(BasicBlock *BB, unsigned AllocaNo) {
+bool PromoteMem2Reg::QueuePhiNode(BasicBlock *BB, unsigned AllocaNo,
+                                  unsigned &Version,
+                                  std::set<PHINode*> &InsertedPHINodes) {
   // Look up the basic-block in question
   std::vector<PHINode*> &BBPNs = NewPhiNodes[BB];
   if (BBPNs.empty()) BBPNs.resize(Allocas.size());
@@ -191,48 +571,36 @@ bool PromoteMem2Reg::QueuePhiNode(BasicBlock *BB, unsigned AllocaNo) {
 
   // Create a PhiNode using the dereferenced type... and add the phi-node to the
   // BasicBlock.
-  PHINode *PN = new PHINode(Allocas[AllocaNo]->getAllocatedType(),
-                            Allocas[AllocaNo]->getName() + "." +
-                                      utostr(VersionNumbers[AllocaNo]++),
-                            BB->begin());
-
-  // Add null incoming values for all predecessors.  This ensures that if one of
-  // the predecessors is not found in the depth-first traversal of the CFG (ie,
-  // because it is an unreachable predecessor), that all PHI nodes will have the
-  // correct number of entries for their predecessors.
-  Value *NullVal = Constant::getNullValue(PN->getType());
-
-  // This is necessary because adding incoming values to the PHI node adds uses
-  // to the basic blocks being used, which can invalidate the predecessor
-  // iterator!
-  std::vector<BasicBlock*> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
-  for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i)
-    PN->addIncoming(NullVal, Preds[i]);
-
-  BBPNs[AllocaNo] = PN;
-  PhiNodes[AllocaNo].push_back(BB);
+  BBPNs[AllocaNo] = new PHINode(Allocas[AllocaNo]->getAllocatedType(),
+                                Allocas[AllocaNo]->getName() + "." +
+                                        utostr(Version++), BB->begin());
+  InsertedPHINodes.insert(BBPNs[AllocaNo]);
   return true;
 }
 
+
+// RenamePass - Recursively traverse the CFG of the function, renaming loads and
+// stores to the allocas which we are promoting.  IncomingVals indicates what
+// value each Alloca contains on exit from the predecessor block Pred.
+//
 void PromoteMem2Reg::RenamePass(BasicBlock *BB, BasicBlock *Pred,
-                             std::vector<Value*> &IncomingVals,
-                             std::set<BasicBlock*> &Visited) {
-  // If this is a BB needing a phi node, lookup/create the phinode for each
-  // variable we need phinodes for.
-  std::vector<PHINode *> &BBPNs = NewPhiNodes[BB];
-  for (unsigned k = 0; k != BBPNs.size(); ++k)
-    if (PHINode *PN = BBPNs[k]) {
-      // The PHI node may have multiple entries for this predecessor.  We must
-      // make sure we update all of them.
-      for (unsigned i = 0, e = PN->getNumOperands(); i != e; i += 2) {
-        if (PN->getOperand(i+1) == Pred)
-          // At this point we can assume that the array has phi nodes.. let's
-          // update the incoming data.
-          PN->setOperand(i, IncomingVals[k]);
+                                std::vector<Value*> &IncomingVals) {
+
+  // If this BB needs a PHI node, update the PHI node for each variable we need
+  // PHI nodes for.
+  std::map<BasicBlock*, std::vector<PHINode *> >::iterator
+    BBPNI = NewPhiNodes.find(BB);
+  if (BBPNI != NewPhiNodes.end()) {
+    std::vector<PHINode *> &BBPNs = BBPNI->second;
+    for (unsigned k = 0; k != BBPNs.size(); ++k)
+      if (PHINode *PN = BBPNs[k]) {
+        // Add this incoming value to the PHI node.
+        PN->addIncoming(IncomingVals[k], Pred);
+
+        // The currently active variable for this block is now the PHI.
+        IncomingVals[k] = PN;
       }
-      // also note that the active variable IS designated by the phi node
-      IncomingVals[k] = PN;
-    }
+  }
 
   // don't revisit nodes
   if (Visited.count(BB)) return;
@@ -240,41 +608,40 @@ void PromoteMem2Reg::RenamePass(BasicBlock *BB, BasicBlock *Pred,
   // mark as visited
   Visited.insert(BB);
 
-  // keep track of the value of each variable we're watching.. how?
-  for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); II != BB->end(); ++II) {
-    Instruction *I = II; // get the instruction
+  for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); !isa<TerminatorInst>(II); ) {
+    Instruction *I = II++; // get the instruction, increment iterator
 
     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
       if (AllocaInst *Src = dyn_cast<AllocaInst>(LI->getPointerOperand())) {
-        std::map<Instruction*, unsigned>::iterator AI = AllocaLookup.find(Src);
+        std::map<AllocaInst*, unsigned>::iterator AI = AllocaLookup.find(Src);
         if (AI != AllocaLookup.end()) {
           Value *V = IncomingVals[AI->second];
 
           // walk the use list of this load and replace all uses with r
           LI->replaceAllUsesWith(V);
-          KillList.push_back(LI); // Mark the load to be deleted
+          BB->getInstList().erase(LI);
         }
       }
     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
       // Delete this instruction and mark the name as the current holder of the
       // value
       if (AllocaInst *Dest = dyn_cast<AllocaInst>(SI->getPointerOperand())) {
-        std::map<Instruction *, unsigned>::iterator ai =AllocaLookup.find(Dest);
+        std::map<AllocaInst *, unsigned>::iterator ai = AllocaLookup.find(Dest);
         if (ai != AllocaLookup.end()) {
           // what value were we writing?
           IncomingVals[ai->second] = SI->getOperand(0);
-          KillList.push_back(SI);  // Mark the store to be deleted
+          BB->getInstList().erase(SI);
         }
       }
-      
-    } else if (TerminatorInst *TI = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
-      // Recurse across our successors
-      for (unsigned i = 0; i != TI->getNumSuccessors(); i++) {
-        std::vector<Value*> OutgoingVals(IncomingVals);
-        RenamePass(TI->getSuccessor(i), BB, OutgoingVals, Visited);
-      }
     }
   }
+
+  // Recurse to our successors.
+  TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
+  for (unsigned i = 0; i != TI->getNumSuccessors(); i++) {
+    std::vector<Value*> OutgoingVals(IncomingVals);
+    RenamePass(TI->getSuccessor(i), BB, OutgoingVals);
+  }
 }
 
 /// PromoteMemToReg - Promote the specified list of alloca instructions into
@@ -282,7 +649,10 @@ void PromoteMem2Reg::RenamePass(BasicBlock *BB, BasicBlock *Pred,
 /// use of DominanceFrontier information.  This function does not modify the CFG
 /// of the function at all.  All allocas must be from the same function.
 ///
-void PromoteMemToReg(const std::vector<AllocaInst*> &Allocas,
-                     DominanceFrontier &DF, const TargetData &TD) {
-  PromoteMem2Reg(Allocas, DF, TD).run();
+void llvm::PromoteMemToReg(const std::vector<AllocaInst*> &Allocas,
+                           DominatorTree &DT, DominanceFrontier &DF,
+                           const TargetData &TD) {
+  // If there is nothing to do, bail out...
+  if (Allocas.empty()) return;
+  PromoteMem2Reg(Allocas, DT, DF, TD).run();
 }