]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/9.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Scalar/TailDuplication.cpp
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[FreeBSD/stable/9.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / Scalar / TailDuplication.cpp
1 //===- TailDuplication.cpp - Simplify CFG through tail duplication --------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs a limited form of tail duplication, intended to simplify
11 // CFGs by removing some unconditional branches.  This pass is necessary to
12 // straighten out loops created by the C front-end, but also is capable of
13 // making other code nicer.  After this pass is run, the CFG simplify pass
14 // should be run to clean up the mess.
15 //
16 // This pass could be enhanced in the future to use profile information to be
17 // more aggressive.
18 //
19 //===----------------------------------------------------------------------===//
20
21 #define DEBUG_TYPE "tailduplicate"
22 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
23 #include "llvm/Constant.h"
24 #include "llvm/Function.h"
25 #include "llvm/Instructions.h"
26 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
27 #include "llvm/Pass.h"
28 #include "llvm/Type.h"
29 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
31 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
32 #include "llvm/Support/CFG.h"
33 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
34 #include "llvm/Support/Debug.h"
35 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
36 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
37 #include <map>
38 using namespace llvm;
39
40 STATISTIC(NumEliminated, "Number of unconditional branches eliminated");
41
42 static cl::opt<unsigned>
43 TailDupThreshold("taildup-threshold",
44                  cl::desc("Max block size to tail duplicate"),
45                  cl::init(1), cl::Hidden);
46
47 namespace {
48   class TailDup : public FunctionPass {
49     bool runOnFunction(Function &F);
50   public:
51     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
52     TailDup() : FunctionPass(ID) {
53       initializeTailDupPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
54     }
55
56   private:
57     inline bool shouldEliminateUnconditionalBranch(TerminatorInst *, unsigned);
58     inline void eliminateUnconditionalBranch(BranchInst *BI);
59     SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> CycleDetector;
60   };
61 }
62
63 char TailDup::ID = 0;
64 INITIALIZE_PASS(TailDup, "tailduplicate", "Tail Duplication", false, false)
65
66 // Public interface to the Tail Duplication pass
67 FunctionPass *llvm::createTailDuplicationPass() { return new TailDup(); }
68
69 /// runOnFunction - Top level algorithm - Loop over each unconditional branch in
70 /// the function, eliminating it if it looks attractive enough.  CycleDetector
71 /// prevents infinite loops by checking that we aren't redirecting a branch to
72 /// a place it already pointed to earlier; see PR 2323.
73 bool TailDup::runOnFunction(Function &F) {
74   bool Changed = false;
75   CycleDetector.clear();
76   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ) {
77     if (shouldEliminateUnconditionalBranch(I->getTerminator(),
78                                            TailDupThreshold)) {
79       eliminateUnconditionalBranch(cast<BranchInst>(I->getTerminator()));
80       Changed = true;
81     } else {
82       ++I;
83       CycleDetector.clear();
84     }
85   }
86   return Changed;
87 }
88
89 /// shouldEliminateUnconditionalBranch - Return true if this branch looks
90 /// attractive to eliminate.  We eliminate the branch if the destination basic
91 /// block has <= 5 instructions in it, not counting PHI nodes.  In practice,
92 /// since one of these is a terminator instruction, this means that we will add
93 /// up to 4 instructions to the new block.
94 ///
95 /// We don't count PHI nodes in the count since they will be removed when the
96 /// contents of the block are copied over.
97 ///
98 bool TailDup::shouldEliminateUnconditionalBranch(TerminatorInst *TI,
99                                                  unsigned Threshold) {
100   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI);
101   if (!BI || !BI->isUnconditional()) return false;  // Not an uncond branch!
102
103   BasicBlock *Dest = BI->getSuccessor(0);
104   if (Dest == BI->getParent()) return false;        // Do not loop infinitely!
105
106   // Do not inline a block if we will just get another branch to the same block!
107   TerminatorInst *DTI = Dest->getTerminator();
108   if (BranchInst *DBI = dyn_cast<BranchInst>(DTI))
109     if (DBI->isUnconditional() && DBI->getSuccessor(0) == Dest)
110       return false;                                 // Do not loop infinitely!
111
112   // FIXME: DemoteRegToStack cannot yet demote invoke instructions to the stack,
113   // because doing so would require breaking critical edges.  This should be
114   // fixed eventually.
115   if (!DTI->use_empty())
116     return false;
117
118   // Do not bother with blocks with only a single predecessor: simplify
119   // CFG will fold these two blocks together!
120   pred_iterator PI = pred_begin(Dest), PE = pred_end(Dest);
121   ++PI;
122   if (PI == PE) return false;  // Exactly one predecessor!
123
124   BasicBlock::iterator I = Dest->getFirstNonPHI();
125
126   for (unsigned Size = 0; I != Dest->end(); ++I) {
127     if (Size == Threshold) return false;  // The block is too large.
128     
129     // Don't tail duplicate call instructions.  They are very large compared to
130     // other instructions.
131     if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I)) return false;
132
133     // Also alloca and malloc.
134     if (isa<AllocaInst>(I)) return false;
135
136     // Some vector instructions can expand into a number of instructions.
137     if (isa<ShuffleVectorInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
138         isa<InsertElementInst>(I)) return false;
139     
140     // Only count instructions that are not debugger intrinsics.
141     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) ++Size;
142   }
143
144   // Do not tail duplicate a block that has thousands of successors into a block
145   // with a single successor if the block has many other predecessors.  This can
146   // cause an N^2 explosion in CFG edges (and PHI node entries), as seen in
147   // cases that have a large number of indirect gotos.
148   unsigned NumSuccs = DTI->getNumSuccessors();
149   if (NumSuccs > 8) {
150     unsigned TooMany = 128;
151     if (NumSuccs >= TooMany) return false;
152     TooMany = TooMany/NumSuccs;
153     for (; PI != PE; ++PI)
154       if (TooMany-- == 0) return false;
155   }
156   
157   // If this unconditional branch is a fall-through, be careful about
158   // tail duplicating it.  In particular, we don't want to taildup it if the
159   // original block will still be there after taildup is completed: doing so
160   // would eliminate the fall-through, requiring unconditional branches.
161   Function::iterator DestI = Dest;
162   if (&*--DestI == BI->getParent()) {
163     // The uncond branch is a fall-through.  Tail duplication of the block is
164     // will eliminate the fall-through-ness and end up cloning the terminator
165     // at the end of the Dest block.  Since the original Dest block will
166     // continue to exist, this means that one or the other will not be able to
167     // fall through.  One typical example that this helps with is code like:
168     // if (a)
169     //   foo();
170     // if (b)
171     //   foo();
172     // Cloning the 'if b' block into the end of the first foo block is messy.
173     
174     // The messy case is when the fall-through block falls through to other
175     // blocks.  This is what we would be preventing if we cloned the block.
176     DestI = Dest;
177     if (++DestI != Dest->getParent()->end()) {
178       BasicBlock *DestSucc = DestI;
179       // If any of Dest's successors are fall-throughs, don't do this xform.
180       for (succ_iterator SI = succ_begin(Dest), SE = succ_end(Dest);
181            SI != SE; ++SI)
182         if (*SI == DestSucc)
183           return false;
184     }
185   }
186
187   // Finally, check that we haven't redirected to this target block earlier;
188   // there are cases where we loop forever if we don't check this (PR 2323).
189   if (!CycleDetector.insert(Dest))
190     return false;
191
192   return true;
193 }
194
195 /// FindObviousSharedDomOf - We know there is a branch from SrcBlock to
196 /// DestBlock, and that SrcBlock is not the only predecessor of DstBlock.  If we
197 /// can find a predecessor of SrcBlock that is a dominator of both SrcBlock and
198 /// DstBlock, return it.
199 static BasicBlock *FindObviousSharedDomOf(BasicBlock *SrcBlock,
200                                           BasicBlock *DstBlock) {
201   // SrcBlock must have a single predecessor.
202   pred_iterator PI = pred_begin(SrcBlock), PE = pred_end(SrcBlock);
203   if (PI == PE || ++PI != PE) return 0;
204
205   BasicBlock *SrcPred = *pred_begin(SrcBlock);
206
207   // Look at the predecessors of DstBlock.  One of them will be SrcBlock.  If
208   // there is only one other pred, get it, otherwise we can't handle it.
209   PI = pred_begin(DstBlock); PE = pred_end(DstBlock);
210   BasicBlock *DstOtherPred = 0;
211   BasicBlock *P = *PI;
212   if (P == SrcBlock) {
213     if (++PI == PE) return 0;
214     DstOtherPred = *PI;
215     if (++PI != PE) return 0;
216   } else {
217     DstOtherPred = P;
218     if (++PI == PE || *PI != SrcBlock || ++PI != PE) return 0;
219   }
220
221   // We can handle two situations here: "if then" and "if then else" blocks.  An
222   // 'if then' situation is just where DstOtherPred == SrcPred.
223   if (DstOtherPred == SrcPred)
224     return SrcPred;
225
226   // Check to see if we have an "if then else" situation, which means that
227   // DstOtherPred will have a single predecessor and it will be SrcPred.
228   PI = pred_begin(DstOtherPred); PE = pred_end(DstOtherPred);
229   if (PI != PE && *PI == SrcPred) {
230     if (++PI != PE) return 0;  // Not a single pred.
231     return SrcPred;  // Otherwise, it's an "if then" situation.  Return the if.
232   }
233
234   // Otherwise, this is something we can't handle.
235   return 0;
236 }
237
238
239 /// eliminateUnconditionalBranch - Clone the instructions from the destination
240 /// block into the source block, eliminating the specified unconditional branch.
241 /// If the destination block defines values used by successors of the dest
242 /// block, we may need to insert PHI nodes.
243 ///
244 void TailDup::eliminateUnconditionalBranch(BranchInst *Branch) {
245   BasicBlock *SourceBlock = Branch->getParent();
246   BasicBlock *DestBlock = Branch->getSuccessor(0);
247   assert(SourceBlock != DestBlock && "Our predicate is broken!");
248
249   DEBUG(dbgs() << "TailDuplication[" << SourceBlock->getParent()->getName()
250         << "]: Eliminating branch: " << *Branch);
251
252   // See if we can avoid duplicating code by moving it up to a dominator of both
253   // blocks.
254   if (BasicBlock *DomBlock = FindObviousSharedDomOf(SourceBlock, DestBlock)) {
255     DEBUG(dbgs() << "Found shared dominator: " << DomBlock->getName() << "\n");
256
257     // If there are non-phi instructions in DestBlock that have no operands
258     // defined in DestBlock, and if the instruction has no side effects, we can
259     // move the instruction to DomBlock instead of duplicating it.
260     BasicBlock::iterator BBI = DestBlock->getFirstNonPHI();
261     while (!isa<TerminatorInst>(BBI)) {
262       Instruction *I = BBI++;
263
264       bool CanHoist = I->isSafeToSpeculativelyExecute() &&
265                       !I->mayReadFromMemory();
266       if (CanHoist) {
267         for (unsigned op = 0, e = I->getNumOperands(); op != e; ++op)
268           if (Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(op)))
269             if (OpI->getParent() == DestBlock ||
270                 (isa<InvokeInst>(OpI) && OpI->getParent() == DomBlock)) {
271               CanHoist = false;
272               break;
273             }
274         if (CanHoist) {
275           // Remove from DestBlock, move right before the term in DomBlock.
276           DestBlock->getInstList().remove(I);
277           DomBlock->getInstList().insert(DomBlock->getTerminator(), I);
278           DEBUG(dbgs() << "Hoisted: " << *I);
279         }
280       }
281     }
282   }
283
284   // Tail duplication can not update SSA properties correctly if the values
285   // defined in the duplicated tail are used outside of the tail itself.  For
286   // this reason, we spill all values that are used outside of the tail to the
287   // stack.
288   for (BasicBlock::iterator I = DestBlock->begin(); I != DestBlock->end(); ++I)
289     if (I->isUsedOutsideOfBlock(DestBlock)) {
290       // We found a use outside of the tail.  Create a new stack slot to
291       // break this inter-block usage pattern.
292       DemoteRegToStack(*I);
293     }
294
295   // We are going to have to map operands from the original block B to the new
296   // copy of the block B'.  If there are PHI nodes in the DestBlock, these PHI
297   // nodes also define part of this mapping.  Loop over these PHI nodes, adding
298   // them to our mapping.
299   //
300   std::map<Value*, Value*> ValueMapping;
301
302   BasicBlock::iterator BI = DestBlock->begin();
303   bool HadPHINodes = isa<PHINode>(BI);
304   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
305     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(SourceBlock);
306
307   // Clone the non-phi instructions of the dest block into the source block,
308   // keeping track of the mapping...
309   //
310   for (; BI != DestBlock->end(); ++BI) {
311     Instruction *New = BI->clone();
312     New->setName(BI->getName());
313     SourceBlock->getInstList().push_back(New);
314     ValueMapping[BI] = New;
315   }
316
317   // Now that we have built the mapping information and cloned all of the
318   // instructions (giving us a new terminator, among other things), walk the new
319   // instructions, rewriting references of old instructions to use new
320   // instructions.
321   //
322   BI = Branch; ++BI;  // Get an iterator to the first new instruction
323   for (; BI != SourceBlock->end(); ++BI)
324     for (unsigned i = 0, e = BI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
325       std::map<Value*, Value*>::const_iterator I =
326         ValueMapping.find(BI->getOperand(i));
327       if (I != ValueMapping.end())
328         BI->setOperand(i, I->second);
329     }
330
331   // Next we check to see if any of the successors of DestBlock had PHI nodes.
332   // If so, we need to add entries to the PHI nodes for SourceBlock now.
333   for (succ_iterator SI = succ_begin(DestBlock), SE = succ_end(DestBlock);
334        SI != SE; ++SI) {
335     BasicBlock *Succ = *SI;
336     for (BasicBlock::iterator PNI = Succ->begin(); isa<PHINode>(PNI); ++PNI) {
337       PHINode *PN = cast<PHINode>(PNI);
338       // Ok, we have a PHI node.  Figure out what the incoming value was for the
339       // DestBlock.
340       Value *IV = PN->getIncomingValueForBlock(DestBlock);
341
342       // Remap the value if necessary...
343       std::map<Value*, Value*>::const_iterator I = ValueMapping.find(IV);
344       if (I != ValueMapping.end())
345         IV = I->second;
346       PN->addIncoming(IV, SourceBlock);
347     }
348   }
349
350   // Next, remove the old branch instruction, and any PHI node entries that we
351   // had.
352   BI = Branch; ++BI;  // Get an iterator to the first new instruction
353   DestBlock->removePredecessor(SourceBlock); // Remove entries in PHI nodes...
354   SourceBlock->getInstList().erase(Branch);  // Destroy the uncond branch...
355
356   // Final step: now that we have finished everything up, walk the cloned
357   // instructions one last time, constant propagating and DCE'ing them, because
358   // they may not be needed anymore.
359   //
360   if (HadPHINodes) {
361     while (BI != SourceBlock->end()) {
362       Instruction *Inst = BI++;
363       if (isInstructionTriviallyDead(Inst))
364         Inst->eraseFromParent();
365       else if (Value *V = SimplifyInstruction(Inst)) {
366         Inst->replaceAllUsesWith(V);
367         Inst->eraseFromParent();
368       }
369     }
370   }
371
372   ++NumEliminated;  // We just killed a branch!
373 }