f85914b61d9d81323f68c4f3bfbe653ec66cf987
[oota-llvm.git] / lib / Target / README.txt
1 Target Independent Opportunities:
2
3 //===---------------------------------------------------------------------===//
4
5 With the recent changes to make the implicit def/use set explicit in
6 machineinstrs, we should change the target descriptions for 'call' instructions
7 so that the .td files don't list all the call-clobbered registers as implicit
8 defs.  Instead, these should be added by the code generator (e.g. on the dag).
9
10 This has a number of uses:
11
12 1. PPC32/64 and X86 32/64 can avoid having multiple copies of call instructions
13    for their different impdef sets.
14 2. Targets with multiple calling convs (e.g. x86) which have different clobber
15    sets don't need copies of call instructions.
16 3. 'Interprocedural register allocation' can be done to reduce the clobber sets
17    of calls.
18
19 //===---------------------------------------------------------------------===//
20
21 We should recognized various "overflow detection" idioms and translate them into
22 llvm.uadd.with.overflow and similar intrinsics.  Here is a multiply idiom:
23
24 unsigned int mul(unsigned int a,unsigned int b) {
25  if ((unsigned long long)a*b>0xffffffff)
26    exit(0);
27   return a*b;
28 }
29
30 The legalization code for mul-with-overflow needs to be made more robust before
31 this can be implemented though.
32
33 //===---------------------------------------------------------------------===//
34
35 Get the C front-end to expand hypot(x,y) -> llvm.sqrt(x*x+y*y) when errno and
36 precision don't matter (ffastmath).  Misc/mandel will like this. :)  This isn't
37 safe in general, even on darwin.  See the libm implementation of hypot for
38 examples (which special case when x/y are exactly zero to get signed zeros etc
39 right).
40
41 //===---------------------------------------------------------------------===//
42
43 On targets with expensive 64-bit multiply, we could LSR this:
44
45 for (i = ...; ++i) {
46    x = 1ULL << i;
47
48 into:
49  long long tmp = 1;
50  for (i = ...; ++i, tmp+=tmp)
51    x = tmp;
52
53 This would be a win on ppc32, but not x86 or ppc64.
54
55 //===---------------------------------------------------------------------===//
56
57 Shrink: (setlt (loadi32 P), 0) -> (setlt (loadi8 Phi), 0)
58
59 //===---------------------------------------------------------------------===//
60
61 Reassociate should turn things like:
62
63 int factorial(int X) {
64  return X*X*X*X*X*X*X*X;
65 }
66
67 into llvm.powi calls, allowing the code generator to produce balanced
68 multiplication trees.
69
70 First, the intrinsic needs to be extended to support integers, and second the
71 code generator needs to be enhanced to lower these to multiplication trees.
72
73 //===---------------------------------------------------------------------===//
74
75 Interesting? testcase for add/shift/mul reassoc:
76
77 int bar(int x, int y) {
78   return x*x*x+y+x*x*x*x*x*y*y*y*y;
79 }
80 int foo(int z, int n) {
81   return bar(z, n) + bar(2*z, 2*n);
82 }
83
84 This is blocked on not handling X*X*X -> powi(X, 3) (see note above).  The issue
85 is that we end up getting t = 2*X  s = t*t   and don't turn this into 4*X*X,
86 which is the same number of multiplies and is canonical, because the 2*X has
87 multiple uses.  Here's a simple example:
88
89 define i32 @test15(i32 %X1) {
90   %B = mul i32 %X1, 47   ; X1*47
91   %C = mul i32 %B, %B
92   ret i32 %C
93 }
94
95
96 //===---------------------------------------------------------------------===//
97
98 Reassociate should handle the example in GCC PR16157:
99
100 extern int a0, a1, a2, a3, a4; extern int b0, b1, b2, b3, b4; 
101 void f () {  /* this can be optimized to four additions... */ 
102         b4 = a4 + a3 + a2 + a1 + a0; 
103         b3 = a3 + a2 + a1 + a0; 
104         b2 = a2 + a1 + a0; 
105         b1 = a1 + a0; 
106
107
108 This requires reassociating to forms of expressions that are already available,
109 something that reassoc doesn't think about yet.
110
111
112 //===---------------------------------------------------------------------===//
113
114 This function: (derived from GCC PR19988)
115 double foo(double x, double y) {
116   return ((x + 0.1234 * y) * (x + -0.1234 * y));
117 }
118
119 compiles to:
120 _foo:
121         movapd  %xmm1, %xmm2
122         mulsd   LCPI1_1(%rip), %xmm1
123         mulsd   LCPI1_0(%rip), %xmm2
124         addsd   %xmm0, %xmm1
125         addsd   %xmm0, %xmm2
126         movapd  %xmm1, %xmm0
127         mulsd   %xmm2, %xmm0
128         ret
129
130 Reassociate should be able to turn it into:
131
132 double foo(double x, double y) {
133   return ((x + 0.1234 * y) * (x - 0.1234 * y));
134 }
135
136 Which allows the multiply by constant to be CSE'd, producing:
137
138 _foo:
139         mulsd   LCPI1_0(%rip), %xmm1
140         movapd  %xmm1, %xmm2
141         addsd   %xmm0, %xmm2
142         subsd   %xmm1, %xmm0
143         mulsd   %xmm2, %xmm0
144         ret
145
146 This doesn't need -ffast-math support at all.  This is particularly bad because
147 the llvm-gcc frontend is canonicalizing the later into the former, but clang
148 doesn't have this problem.
149
150 //===---------------------------------------------------------------------===//
151
152 These two functions should generate the same code on big-endian systems:
153
154 int g(int *j,int *l)  {  return memcmp(j,l,4);  }
155 int h(int *j, int *l) {  return *j - *l; }
156
157 this could be done in SelectionDAGISel.cpp, along with other special cases,
158 for 1,2,4,8 bytes.
159
160 //===---------------------------------------------------------------------===//
161
162 It would be nice to revert this patch:
163 http://lists.cs.uiuc.edu/pipermail/llvm-commits/Week-of-Mon-20060213/031986.html
164
165 And teach the dag combiner enough to simplify the code expanded before 
166 legalize.  It seems plausible that this knowledge would let it simplify other
167 stuff too.
168
169 //===---------------------------------------------------------------------===//
170
171 For vector types, TargetData.cpp::getTypeInfo() returns alignment that is equal
172 to the type size. It works but can be overly conservative as the alignment of
173 specific vector types are target dependent.
174
175 //===---------------------------------------------------------------------===//
176
177 We should produce an unaligned load from code like this:
178
179 v4sf example(float *P) {
180   return (v4sf){P[0], P[1], P[2], P[3] };
181 }
182
183 //===---------------------------------------------------------------------===//
184
185 Add support for conditional increments, and other related patterns.  Instead
186 of:
187
188         movl 136(%esp), %eax
189         cmpl $0, %eax
190         je LBB16_2      #cond_next
191 LBB16_1:        #cond_true
192         incl _foo
193 LBB16_2:        #cond_next
194
195 emit:
196         movl    _foo, %eax
197         cmpl    $1, %edi
198         sbbl    $-1, %eax
199         movl    %eax, _foo
200
201 //===---------------------------------------------------------------------===//
202
203 Combine: a = sin(x), b = cos(x) into a,b = sincos(x).
204
205 Expand these to calls of sin/cos and stores:
206       double sincos(double x, double *sin, double *cos);
207       float sincosf(float x, float *sin, float *cos);
208       long double sincosl(long double x, long double *sin, long double *cos);
209
210 Doing so could allow SROA of the destination pointers.  See also:
211 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=17687
212
213 This is now easily doable with MRVs.  We could even make an intrinsic for this
214 if anyone cared enough about sincos.
215
216 //===---------------------------------------------------------------------===//
217
218 quantum_sigma_x in 462.libquantum contains the following loop:
219
220       for(i=0; i<reg->size; i++)
221         {
222           /* Flip the target bit of each basis state */
223           reg->node[i].state ^= ((MAX_UNSIGNED) 1 << target);
224         } 
225
226 Where MAX_UNSIGNED/state is a 64-bit int.  On a 32-bit platform it would be just
227 so cool to turn it into something like:
228
229    long long Res = ((MAX_UNSIGNED) 1 << target);
230    if (target < 32) {
231      for(i=0; i<reg->size; i++)
232        reg->node[i].state ^= Res & 0xFFFFFFFFULL;
233    } else {
234      for(i=0; i<reg->size; i++)
235        reg->node[i].state ^= Res & 0xFFFFFFFF00000000ULL
236    }
237    
238 ... which would only do one 32-bit XOR per loop iteration instead of two.
239
240 It would also be nice to recognize the reg->size doesn't alias reg->node[i], but
241 this requires TBAA.
242
243 //===---------------------------------------------------------------------===//
244
245 This isn't recognized as bswap by instcombine (yes, it really is bswap):
246
247 unsigned long reverse(unsigned v) {
248     unsigned t;
249     t = v ^ ((v << 16) | (v >> 16));
250     t &= ~0xff0000;
251     v = (v << 24) | (v >> 8);
252     return v ^ (t >> 8);
253 }
254
255 //===---------------------------------------------------------------------===//
256
257 [LOOP DELETION]
258
259 We don't delete this output free loop, because trip count analysis doesn't
260 realize that it is finite (if it were infinite, it would be undefined).  Not
261 having this blocks Loop Idiom from matching strlen and friends.  
262
263 void foo(char *C) {
264   int x = 0;
265   while (*C)
266     ++x,++C;
267 }
268
269 //===---------------------------------------------------------------------===//
270
271 [LOOP RECOGNITION]
272
273 These idioms should be recognized as popcount (see PR1488):
274
275 unsigned countbits_slow(unsigned v) {
276   unsigned c;
277   for (c = 0; v; v >>= 1)
278     c += v & 1;
279   return c;
280 }
281 unsigned countbits_fast(unsigned v){
282   unsigned c;
283   for (c = 0; v; c++)
284     v &= v - 1; // clear the least significant bit set
285   return c;
286 }
287
288 BITBOARD = unsigned long long
289 int PopCnt(register BITBOARD a) {
290   register int c=0;
291   while(a) {
292     c++;
293     a &= a - 1;
294   }
295   return c;
296 }
297 unsigned int popcount(unsigned int input) {
298   unsigned int count = 0;
299   for (unsigned int i =  0; i < 4 * 8; i++)
300     count += (input >> i) & i;
301   return count;
302 }
303
304 This should be recognized as CLZ:  rdar://8459039
305
306 unsigned clz_a(unsigned a) {
307   int i;
308   for (i=0;i<32;i++)
309     if (a & (1<<(31-i)))
310       return i;
311   return 32;
312 }
313
314 This sort of thing should be added to the loop idiom pass.
315
316 //===---------------------------------------------------------------------===//
317
318 These should turn into single 16-bit (unaligned?) loads on little/big endian
319 processors.
320
321 unsigned short read_16_le(const unsigned char *adr) {
322   return adr[0] | (adr[1] << 8);
323 }
324 unsigned short read_16_be(const unsigned char *adr) {
325   return (adr[0] << 8) | adr[1];
326 }
327
328 //===---------------------------------------------------------------------===//
329
330 -instcombine should handle this transform:
331    icmp pred (sdiv X / C1 ), C2
332 when X, C1, and C2 are unsigned.  Similarly for udiv and signed operands. 
333
334 Currently InstCombine avoids this transform but will do it when the signs of
335 the operands and the sign of the divide match. See the FIXME in 
336 InstructionCombining.cpp in the visitSetCondInst method after the switch case 
337 for Instruction::UDiv (around line 4447) for more details.
338
339 The SingleSource/Benchmarks/Shootout-C++/hash and hash2 tests have examples of
340 this construct. 
341
342 //===---------------------------------------------------------------------===//
343
344 [LOOP OPTIMIZATION]
345
346 SingleSource/Benchmarks/Misc/dt.c shows several interesting optimization
347 opportunities in its double_array_divs_variable function: it needs loop
348 interchange, memory promotion (which LICM already does), vectorization and
349 variable trip count loop unrolling (since it has a constant trip count). ICC
350 apparently produces this very nice code with -ffast-math:
351
352 ..B1.70:                        # Preds ..B1.70 ..B1.69
353        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
354        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
355        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
356        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
357        addl      $8, %edx                                      #
358        cmpl      $131072, %edx                                 #108.2
359        jb        ..B1.70       # Prob 99%                      #108.2
360
361 It would be better to count down to zero, but this is a lot better than what we
362 do.
363
364 //===---------------------------------------------------------------------===//
365
366 Consider:
367
368 typedef unsigned U32;
369 typedef unsigned long long U64;
370 int test (U32 *inst, U64 *regs) {
371     U64 effective_addr2;
372     U32 temp = *inst;
373     int r1 = (temp >> 20) & 0xf;
374     int b2 = (temp >> 16) & 0xf;
375     effective_addr2 = temp & 0xfff;
376     if (b2) effective_addr2 += regs[b2];
377     b2 = (temp >> 12) & 0xf;
378     if (b2) effective_addr2 += regs[b2];
379     effective_addr2 &= regs[4];
380      if ((effective_addr2 & 3) == 0)
381         return 1;
382     return 0;
383 }
384
385 Note that only the low 2 bits of effective_addr2 are used.  On 32-bit systems,
386 we don't eliminate the computation of the top half of effective_addr2 because
387 we don't have whole-function selection dags.  On x86, this means we use one
388 extra register for the function when effective_addr2 is declared as U64 than
389 when it is declared U32.
390
391 PHI Slicing could be extended to do this.
392
393 //===---------------------------------------------------------------------===//
394
395 LSR should know what GPR types a target has from TargetData.  This code:
396
397 volatile short X, Y; // globals
398
399 void foo(int N) {
400   int i;
401   for (i = 0; i < N; i++) { X = i; Y = i*4; }
402 }
403
404 produces two near identical IV's (after promotion) on PPC/ARM:
405
406 LBB1_2:
407         ldr r3, LCPI1_0
408         ldr r3, [r3]
409         strh r2, [r3]
410         ldr r3, LCPI1_1
411         ldr r3, [r3]
412         strh r1, [r3]
413         add r1, r1, #4
414         add r2, r2, #1   <- [0,+,1]
415         sub r0, r0, #1   <- [0,-,1]
416         cmp r0, #0
417         bne LBB1_2
418
419 LSR should reuse the "+" IV for the exit test.
420
421 //===---------------------------------------------------------------------===//
422
423 Tail call elim should be more aggressive, checking to see if the call is
424 followed by an uncond branch to an exit block.
425
426 ; This testcase is due to tail-duplication not wanting to copy the return
427 ; instruction into the terminating blocks because there was other code
428 ; optimized out of the function after the taildup happened.
429 ; RUN: llvm-as < %s | opt -tailcallelim | llvm-dis | not grep call
430
431 define i32 @t4(i32 %a) {
432 entry:
433         %tmp.1 = and i32 %a, 1          ; <i32> [#uses=1]
434         %tmp.2 = icmp ne i32 %tmp.1, 0          ; <i1> [#uses=1]
435         br i1 %tmp.2, label %then.0, label %else.0
436
437 then.0:         ; preds = %entry
438         %tmp.5 = add i32 %a, -1         ; <i32> [#uses=1]
439         %tmp.3 = call i32 @t4( i32 %tmp.5 )             ; <i32> [#uses=1]
440         br label %return
441
442 else.0:         ; preds = %entry
443         %tmp.7 = icmp ne i32 %a, 0              ; <i1> [#uses=1]
444         br i1 %tmp.7, label %then.1, label %return
445
446 then.1:         ; preds = %else.0
447         %tmp.11 = add i32 %a, -2                ; <i32> [#uses=1]
448         %tmp.9 = call i32 @t4( i32 %tmp.11 )            ; <i32> [#uses=1]
449         br label %return
450
451 return:         ; preds = %then.1, %else.0, %then.0
452         %result.0 = phi i32 [ 0, %else.0 ], [ %tmp.3, %then.0 ],
453                             [ %tmp.9, %then.1 ]
454         ret i32 %result.0
455 }
456
457 //===---------------------------------------------------------------------===//
458
459 Tail recursion elimination should handle:
460
461 int pow2m1(int n) {
462  if (n == 0)
463    return 0;
464  return 2 * pow2m1 (n - 1) + 1;
465 }
466
467 Also, multiplies can be turned into SHL's, so they should be handled as if
468 they were associative.  "return foo() << 1" can be tail recursion eliminated.
469
470 //===---------------------------------------------------------------------===//
471
472 Argument promotion should promote arguments for recursive functions, like 
473 this:
474
475 ; RUN: llvm-as < %s | opt -argpromotion | llvm-dis | grep x.val
476
477 define internal i32 @foo(i32* %x) {
478 entry:
479         %tmp = load i32* %x             ; <i32> [#uses=0]
480         %tmp.foo = call i32 @foo( i32* %x )             ; <i32> [#uses=1]
481         ret i32 %tmp.foo
482 }
483
484 define i32 @bar(i32* %x) {
485 entry:
486         %tmp3 = call i32 @foo( i32* %x )                ; <i32> [#uses=1]
487         ret i32 %tmp3
488 }
489
490 //===---------------------------------------------------------------------===//
491
492 We should investigate an instruction sinking pass.  Consider this silly
493 example in pic mode:
494
495 #include <assert.h>
496 void foo(int x) {
497   assert(x);
498   //...
499 }
500
501 we compile this to:
502 _foo:
503         subl    $28, %esp
504         call    "L1$pb"
505 "L1$pb":
506         popl    %eax
507         cmpl    $0, 32(%esp)
508         je      LBB1_2  # cond_true
509 LBB1_1: # return
510         # ...
511         addl    $28, %esp
512         ret
513 LBB1_2: # cond_true
514 ...
515
516 The PIC base computation (call+popl) is only used on one path through the 
517 code, but is currently always computed in the entry block.  It would be 
518 better to sink the picbase computation down into the block for the 
519 assertion, as it is the only one that uses it.  This happens for a lot of 
520 code with early outs.
521
522 Another example is loads of arguments, which are usually emitted into the 
523 entry block on targets like x86.  If not used in all paths through a 
524 function, they should be sunk into the ones that do.
525
526 In this case, whole-function-isel would also handle this.
527
528 //===---------------------------------------------------------------------===//
529
530 Investigate lowering of sparse switch statements into perfect hash tables:
531 http://burtleburtle.net/bob/hash/perfect.html
532
533 //===---------------------------------------------------------------------===//
534
535 We should turn things like "load+fabs+store" and "load+fneg+store" into the
536 corresponding integer operations.  On a yonah, this loop:
537
538 double a[256];
539 void foo() {
540   int i, b;
541   for (b = 0; b < 10000000; b++)
542   for (i = 0; i < 256; i++)
543     a[i] = -a[i];
544 }
545
546 is twice as slow as this loop:
547
548 long long a[256];
549 void foo() {
550   int i, b;
551   for (b = 0; b < 10000000; b++)
552   for (i = 0; i < 256; i++)
553     a[i] ^= (1ULL << 63);
554 }
555
556 and I suspect other processors are similar.  On X86 in particular this is a
557 big win because doing this with integers allows the use of read/modify/write
558 instructions.
559
560 //===---------------------------------------------------------------------===//
561
562 DAG Combiner should try to combine small loads into larger loads when 
563 profitable.  For example, we compile this C++ example:
564
565 struct THotKey { short Key; bool Control; bool Shift; bool Alt; };
566 extern THotKey m_HotKey;
567 THotKey GetHotKey () { return m_HotKey; }
568
569 into (-m64 -O3 -fno-exceptions -static -fomit-frame-pointer):
570
571 __Z9GetHotKeyv:                         ## @_Z9GetHotKeyv
572         movq    _m_HotKey@GOTPCREL(%rip), %rax
573         movzwl  (%rax), %ecx
574         movzbl  2(%rax), %edx
575         shlq    $16, %rdx
576         orq     %rcx, %rdx
577         movzbl  3(%rax), %ecx
578         shlq    $24, %rcx
579         orq     %rdx, %rcx
580         movzbl  4(%rax), %eax
581         shlq    $32, %rax
582         orq     %rcx, %rax
583         ret
584
585 //===---------------------------------------------------------------------===//
586
587 We should add an FRINT node to the DAG to model targets that have legal
588 implementations of ceil/floor/rint.
589
590 //===---------------------------------------------------------------------===//
591
592 Consider:
593
594 int test() {
595   long long input[8] = {1,0,1,0,1,0,1,0};
596   foo(input);
597 }
598
599 Clang compiles this into:
600
601   call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %tmp, i8 0, i64 64, i32 16, i1 false)
602   %0 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 0
603   store i64 1, i64* %0, align 16
604   %1 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 2
605   store i64 1, i64* %1, align 16
606   %2 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 4
607   store i64 1, i64* %2, align 16
608   %3 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 6
609   store i64 1, i64* %3, align 16
610
611 Which gets codegen'd into:
612
613         pxor    %xmm0, %xmm0
614         movaps  %xmm0, -16(%rbp)
615         movaps  %xmm0, -32(%rbp)
616         movaps  %xmm0, -48(%rbp)
617         movaps  %xmm0, -64(%rbp)
618         movq    $1, -64(%rbp)
619         movq    $1, -48(%rbp)
620         movq    $1, -32(%rbp)
621         movq    $1, -16(%rbp)
622
623 It would be better to have 4 movq's of 0 instead of the movaps's.
624
625 //===---------------------------------------------------------------------===//
626
627 http://llvm.org/PR717:
628
629 The following code should compile into "ret int undef". Instead, LLVM
630 produces "ret int 0":
631
632 int f() {
633   int x = 4;
634   int y;
635   if (x == 3) y = 0;
636   return y;
637 }
638
639 //===---------------------------------------------------------------------===//
640
641 The loop unroller should partially unroll loops (instead of peeling them)
642 when code growth isn't too bad and when an unroll count allows simplification
643 of some code within the loop.  One trivial example is:
644
645 #include <stdio.h>
646 int main() {
647     int nRet = 17;
648     int nLoop;
649     for ( nLoop = 0; nLoop < 1000; nLoop++ ) {
650         if ( nLoop & 1 )
651             nRet += 2;
652         else
653             nRet -= 1;
654     }
655     return nRet;
656 }
657
658 Unrolling by 2 would eliminate the '&1' in both copies, leading to a net
659 reduction in code size.  The resultant code would then also be suitable for
660 exit value computation.
661
662 //===---------------------------------------------------------------------===//
663
664 We miss a bunch of rotate opportunities on various targets, including ppc, x86,
665 etc.  On X86, we miss a bunch of 'rotate by variable' cases because the rotate
666 matching code in dag combine doesn't look through truncates aggressively 
667 enough.  Here are some testcases reduces from GCC PR17886:
668
669 unsigned long long f5(unsigned long long x, unsigned long long y) {
670   return (x << 8) | ((y >> 48) & 0xffull);
671 }
672 unsigned long long f6(unsigned long long x, unsigned long long y, int z) {
673   switch(z) {
674   case 1:
675     return (x << 8) | ((y >> 48) & 0xffull);
676   case 2:
677     return (x << 16) | ((y >> 40) & 0xffffull);
678   case 3:
679     return (x << 24) | ((y >> 32) & 0xffffffull);
680   case 4:
681     return (x << 32) | ((y >> 24) & 0xffffffffull);
682   default:
683     return (x << 40) | ((y >> 16) & 0xffffffffffull);
684   }
685 }
686
687 //===---------------------------------------------------------------------===//
688
689 This (and similar related idioms):
690
691 unsigned int foo(unsigned char i) {
692   return i | (i<<8) | (i<<16) | (i<<24);
693
694
695 compiles into:
696
697 define i32 @foo(i8 zeroext %i) nounwind readnone ssp noredzone {
698 entry:
699   %conv = zext i8 %i to i32
700   %shl = shl i32 %conv, 8
701   %shl5 = shl i32 %conv, 16
702   %shl9 = shl i32 %conv, 24
703   %or = or i32 %shl9, %conv
704   %or6 = or i32 %or, %shl5
705   %or10 = or i32 %or6, %shl
706   ret i32 %or10
707 }
708
709 it would be better as:
710
711 unsigned int bar(unsigned char i) {
712   unsigned int j=i | (i << 8); 
713   return j | (j<<16);
714 }
715
716 aka:
717
718 define i32 @bar(i8 zeroext %i) nounwind readnone ssp noredzone {
719 entry:
720   %conv = zext i8 %i to i32
721   %shl = shl i32 %conv, 8
722   %or = or i32 %shl, %conv
723   %shl5 = shl i32 %or, 16
724   %or6 = or i32 %shl5, %or
725   ret i32 %or6
726 }
727
728 or even i*0x01010101, depending on the speed of the multiplier.  The best way to
729 handle this is to canonicalize it to a multiply in IR and have codegen handle
730 lowering multiplies to shifts on cpus where shifts are faster.
731
732 //===---------------------------------------------------------------------===//
733
734 We do a number of simplifications in simplify libcalls to strength reduce
735 standard library functions, but we don't currently merge them together.  For
736 example, it is useful to merge memcpy(a,b,strlen(b)) -> strcpy.  This can only
737 be done safely if "b" isn't modified between the strlen and memcpy of course.
738
739 //===---------------------------------------------------------------------===//
740
741 We compile this program: (from GCC PR11680)
742 http://gcc.gnu.org/bugzilla/attachment.cgi?id=4487
743
744 Into code that runs the same speed in fast/slow modes, but both modes run 2x
745 slower than when compile with GCC (either 4.0 or 4.2):
746
747 $ llvm-g++ perf.cpp -O3 -fno-exceptions
748 $ time ./a.out fast
749 1.821u 0.003s 0:01.82 100.0%    0+0k 0+0io 0pf+0w
750
751 $ g++ perf.cpp -O3 -fno-exceptions
752 $ time ./a.out fast
753 0.821u 0.001s 0:00.82 100.0%    0+0k 0+0io 0pf+0w
754
755 It looks like we are making the same inlining decisions, so this may be raw
756 codegen badness or something else (haven't investigated).
757
758 //===---------------------------------------------------------------------===//
759
760 Divisibility by constant can be simplified (according to GCC PR12849) from
761 being a mulhi to being a mul lo (cheaper).  Testcase:
762
763 void bar(unsigned n) {
764   if (n % 3 == 0)
765     true();
766 }
767
768 This is equivalent to the following, where 2863311531 is the multiplicative
769 inverse of 3, and 1431655766 is ((2^32)-1)/3+1:
770 void bar(unsigned n) {
771   if (n * 2863311531U < 1431655766U)
772     true();
773 }
774
775 The same transformation can work with an even modulo with the addition of a
776 rotate: rotate the result of the multiply to the right by the number of bits
777 which need to be zero for the condition to be true, and shrink the compare RHS
778 by the same amount.  Unless the target supports rotates, though, that
779 transformation probably isn't worthwhile.
780
781 The transformation can also easily be made to work with non-zero equality
782 comparisons: just transform, for example, "n % 3 == 1" to "(n-1) % 3 == 0".
783
784 //===---------------------------------------------------------------------===//
785
786 Better mod/ref analysis for scanf would allow us to eliminate the vtable and a
787 bunch of other stuff from this example (see PR1604): 
788
789 #include <cstdio>
790 struct test {
791     int val;
792     virtual ~test() {}
793 };
794
795 int main() {
796     test t;
797     std::scanf("%d", &t.val);
798     std::printf("%d\n", t.val);
799 }
800
801 //===---------------------------------------------------------------------===//
802
803 These functions perform the same computation, but produce different assembly.
804
805 define i8 @select(i8 %x) readnone nounwind {
806   %A = icmp ult i8 %x, 250
807   %B = select i1 %A, i8 0, i8 1
808   ret i8 %B 
809 }
810
811 define i8 @addshr(i8 %x) readnone nounwind {
812   %A = zext i8 %x to i9
813   %B = add i9 %A, 6       ;; 256 - 250 == 6
814   %C = lshr i9 %B, 8
815   %D = trunc i9 %C to i8
816   ret i8 %D
817 }
818
819 //===---------------------------------------------------------------------===//
820
821 From gcc bug 24696:
822 int
823 f (unsigned long a, unsigned long b, unsigned long c)
824 {
825   return ((a & (c - 1)) != 0) || ((b & (c - 1)) != 0);
826 }
827 int
828 f (unsigned long a, unsigned long b, unsigned long c)
829 {
830   return ((a & (c - 1)) != 0) | ((b & (c - 1)) != 0);
831 }
832 Both should combine to ((a|b) & (c-1)) != 0.  Currently not optimized with
833 "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
834
835 //===---------------------------------------------------------------------===//
836
837 From GCC Bug 20192:
838 #define PMD_MASK    (~((1UL << 23) - 1))
839 void clear_pmd_range(unsigned long start, unsigned long end)
840 {
841    if (!(start & ~PMD_MASK) && !(end & ~PMD_MASK))
842        f();
843 }
844 The expression should optimize to something like
845 "!((start|end)&~PMD_MASK). Currently not optimized with "clang
846 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
847
848 //===---------------------------------------------------------------------===//
849
850 unsigned int f(unsigned int i, unsigned int n) {++i; if (i == n) ++i; return
851 i;}
852 unsigned int f2(unsigned int i, unsigned int n) {++i; i += i == n; return i;}
853 These should combine to the same thing.  Currently, the first function
854 produces better code on X86.
855
856 //===---------------------------------------------------------------------===//
857
858 From GCC Bug 15784:
859 #define abs(x) x>0?x:-x
860 int f(int x, int y)
861 {
862  return (abs(x)) >= 0;
863 }
864 This should optimize to x == INT_MIN. (With -fwrapv.)  Currently not
865 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
866
867 //===---------------------------------------------------------------------===//
868
869 From GCC Bug 14753:
870 void
871 rotate_cst (unsigned int a)
872 {
873  a = (a << 10) | (a >> 22);
874  if (a == 123)
875    bar ();
876 }
877 void
878 minus_cst (unsigned int a)
879 {
880  unsigned int tem;
881
882  tem = 20 - a;
883  if (tem == 5)
884    bar ();
885 }
886 void
887 mask_gt (unsigned int a)
888 {
889  /* This is equivalent to a > 15.  */
890  if ((a & ~7) > 8)
891    bar ();
892 }
893 void
894 rshift_gt (unsigned int a)
895 {
896  /* This is equivalent to a > 23.  */
897  if ((a >> 2) > 5)
898    bar ();
899 }
900
901 void neg_eq_cst(unsigned int a) {
902 if (-a == 123)
903 bar();
904 }
905
906 All should simplify to a single comparison.  All of these are
907 currently not optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt
908 -std-compile-opts".
909
910 //===---------------------------------------------------------------------===//
911
912 From GCC Bug 32605:
913 int c(int* x) {return (char*)x+2 == (char*)x;}
914 Should combine to 0.  Currently not optimized with "clang
915 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts" (although llc can optimize it).
916
917 //===---------------------------------------------------------------------===//
918
919 int a(unsigned b) {return ((b << 31) | (b << 30)) >> 31;}
920 Should be combined to  "((b >> 1) | b) & 1".  Currently not optimized
921 with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
922
923 //===---------------------------------------------------------------------===//
924
925 unsigned a(unsigned x, unsigned y) { return x | (y & 1) | (y & 2);}
926 Should combine to "x | (y & 3)".  Currently not optimized with "clang
927 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
928
929 //===---------------------------------------------------------------------===//
930
931 int a(int a, int b, int c) {return (~a & c) | ((c|a) & b);}
932 Should fold to "(~a & c) | (a & b)".  Currently not optimized with
933 "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
934
935 //===---------------------------------------------------------------------===//
936
937 int a(int a,int b) {return (~(a|b))|a;}
938 Should fold to "a|~b".  Currently not optimized with "clang
939 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
940
941 //===---------------------------------------------------------------------===//
942
943 int a(int a, int b) {return (a&&b) || (a&&!b);}
944 Should fold to "a".  Currently not optimized with "clang -emit-llvm-bc
945 | opt -std-compile-opts".
946
947 //===---------------------------------------------------------------------===//
948
949 int a(int a, int b, int c) {return (a&&b) || (!a&&c);}
950 Should fold to "a ? b : c", or at least something sane.  Currently not
951 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
952
953 //===---------------------------------------------------------------------===//
954
955 int a(int a, int b, int c) {return (a&&b) || (a&&c) || (a&&b&&c);}
956 Should fold to a && (b || c).  Currently not optimized with "clang
957 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
958
959 //===---------------------------------------------------------------------===//
960
961 int a(int x) {return x | ((x & 8) ^ 8);}
962 Should combine to x | 8.  Currently not optimized with "clang
963 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
964
965 //===---------------------------------------------------------------------===//
966
967 int a(int x) {return x ^ ((x & 8) ^ 8);}
968 Should also combine to x | 8.  Currently not optimized with "clang
969 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
970
971 //===---------------------------------------------------------------------===//
972
973 int a(int x) {return ((x | -9) ^ 8) & x;}
974 Should combine to x & -9.  Currently not optimized with "clang
975 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
976
977 //===---------------------------------------------------------------------===//
978
979 unsigned a(unsigned a) {return a * 0x11111111 >> 28 & 1;}
980 Should combine to "a * 0x88888888 >> 31".  Currently not optimized
981 with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
982
983 //===---------------------------------------------------------------------===//
984
985 unsigned a(char* x) {if ((*x & 32) == 0) return b();}
986 There's an unnecessary zext in the generated code with "clang
987 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
988
989 //===---------------------------------------------------------------------===//
990
991 unsigned a(unsigned long long x) {return 40 * (x >> 1);}
992 Should combine to "20 * (((unsigned)x) & -2)".  Currently not
993 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
994
995 //===---------------------------------------------------------------------===//
996
997 This was noticed in the entryblock for grokdeclarator in 403.gcc:
998
999         %tmp = icmp eq i32 %decl_context, 4          
1000         %decl_context_addr.0 = select i1 %tmp, i32 3, i32 %decl_context 
1001         %tmp1 = icmp eq i32 %decl_context_addr.0, 1 
1002         %decl_context_addr.1 = select i1 %tmp1, i32 0, i32 %decl_context_addr.0
1003
1004 tmp1 should be simplified to something like:
1005   (!tmp || decl_context == 1)
1006
1007 This allows recursive simplifications, tmp1 is used all over the place in
1008 the function, e.g. by:
1009
1010         %tmp23 = icmp eq i32 %decl_context_addr.1, 0            ; <i1> [#uses=1]
1011         %tmp24 = xor i1 %tmp1, true             ; <i1> [#uses=1]
1012         %or.cond8 = and i1 %tmp23, %tmp24               ; <i1> [#uses=1]
1013
1014 later.
1015
1016 //===---------------------------------------------------------------------===//
1017
1018 [STORE SINKING]
1019
1020 Store sinking: This code:
1021
1022 void f (int n, int *cond, int *res) {
1023     int i;
1024     *res = 0;
1025     for (i = 0; i < n; i++)
1026         if (*cond)
1027             *res ^= 234; /* (*) */
1028 }
1029
1030 On this function GVN hoists the fully redundant value of *res, but nothing
1031 moves the store out.  This gives us this code:
1032
1033 bb:             ; preds = %bb2, %entry
1034         %.rle = phi i32 [ 0, %entry ], [ %.rle6, %bb2 ] 
1035         %i.05 = phi i32 [ 0, %entry ], [ %indvar.next, %bb2 ]
1036         %1 = load i32* %cond, align 4
1037         %2 = icmp eq i32 %1, 0
1038         br i1 %2, label %bb2, label %bb1
1039
1040 bb1:            ; preds = %bb
1041         %3 = xor i32 %.rle, 234 
1042         store i32 %3, i32* %res, align 4
1043         br label %bb2
1044
1045 bb2:            ; preds = %bb, %bb1
1046         %.rle6 = phi i32 [ %3, %bb1 ], [ %.rle, %bb ]   
1047         %indvar.next = add i32 %i.05, 1 
1048         %exitcond = icmp eq i32 %indvar.next, %n
1049         br i1 %exitcond, label %return, label %bb
1050
1051 DSE should sink partially dead stores to get the store out of the loop.
1052
1053 Here's another partial dead case:
1054 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=12395
1055
1056 //===---------------------------------------------------------------------===//
1057
1058 Scalar PRE hoists the mul in the common block up to the else:
1059
1060 int test (int a, int b, int c, int g) {
1061   int d, e;
1062   if (a)
1063     d = b * c;
1064   else
1065     d = b - c;
1066   e = b * c + g;
1067   return d + e;
1068 }
1069
1070 It would be better to do the mul once to reduce codesize above the if.
1071 This is GCC PR38204.
1072
1073
1074 //===---------------------------------------------------------------------===//
1075 This simple function from 179.art:
1076
1077 int winner, numf2s;
1078 struct { double y; int   reset; } *Y;
1079
1080 void find_match() {
1081    int i;
1082    winner = 0;
1083    for (i=0;i<numf2s;i++)
1084        if (Y[i].y > Y[winner].y)
1085               winner =i;
1086 }
1087
1088 Compiles into (with clang TBAA):
1089
1090 for.body:                                         ; preds = %for.inc, %bb.nph
1091   %indvar = phi i64 [ 0, %bb.nph ], [ %indvar.next, %for.inc ]
1092   %i.01718 = phi i32 [ 0, %bb.nph ], [ %i.01719, %for.inc ]
1093   %tmp4 = getelementptr inbounds %struct.anon* %tmp3, i64 %indvar, i32 0
1094   %tmp5 = load double* %tmp4, align 8, !tbaa !4
1095   %idxprom7 = sext i32 %i.01718 to i64
1096   %tmp10 = getelementptr inbounds %struct.anon* %tmp3, i64 %idxprom7, i32 0
1097   %tmp11 = load double* %tmp10, align 8, !tbaa !4
1098   %cmp12 = fcmp ogt double %tmp5, %tmp11
1099   br i1 %cmp12, label %if.then, label %for.inc
1100
1101 if.then:                                          ; preds = %for.body
1102   %i.017 = trunc i64 %indvar to i32
1103   br label %for.inc
1104
1105 for.inc:                                          ; preds = %for.body, %if.then
1106   %i.01719 = phi i32 [ %i.01718, %for.body ], [ %i.017, %if.then ]
1107   %indvar.next = add i64 %indvar, 1
1108   %exitcond = icmp eq i64 %indvar.next, %tmp22
1109   br i1 %exitcond, label %for.cond.for.end_crit_edge, label %for.body
1110
1111
1112 It is good that we hoisted the reloads of numf2's, and Y out of the loop and
1113 sunk the store to winner out.
1114
1115 However, this is awful on several levels: the conditional truncate in the loop
1116 (-indvars at fault? why can't we completely promote the IV to i64?).
1117
1118 Beyond that, we have a partially redundant load in the loop: if "winner" (aka 
1119 %i.01718) isn't updated, we reload Y[winner].y the next time through the loop.
1120 Similarly, the addressing that feeds it (including the sext) is redundant. In
1121 the end we get this generated assembly:
1122
1123 LBB0_2:                                 ## %for.body
1124                                         ## =>This Inner Loop Header: Depth=1
1125         movsd   (%rdi), %xmm0
1126         movslq  %edx, %r8
1127         shlq    $4, %r8
1128         ucomisd (%rcx,%r8), %xmm0
1129         jbe     LBB0_4
1130         movl    %esi, %edx
1131 LBB0_4:                                 ## %for.inc
1132         addq    $16, %rdi
1133         incq    %rsi
1134         cmpq    %rsi, %rax
1135         jne     LBB0_2
1136
1137 All things considered this isn't too bad, but we shouldn't need the movslq or
1138 the shlq instruction, or the load folded into ucomisd every time through the
1139 loop.
1140
1141 On an x86-specific topic, if the loop can't be restructure, the movl should be a
1142 cmov.
1143
1144 //===---------------------------------------------------------------------===//
1145
1146 [STORE SINKING]
1147
1148 GCC PR37810 is an interesting case where we should sink load/store reload
1149 into the if block and outside the loop, so we don't reload/store it on the
1150 non-call path.
1151
1152 for () {
1153   *P += 1;
1154   if ()
1155     call();
1156   else
1157     ...
1158 ->
1159 tmp = *P
1160 for () {
1161   tmp += 1;
1162   if () {
1163     *P = tmp;
1164     call();
1165     tmp = *P;
1166   } else ...
1167 }
1168 *P = tmp;
1169
1170 We now hoist the reload after the call (Transforms/GVN/lpre-call-wrap.ll), but
1171 we don't sink the store.  We need partially dead store sinking.
1172
1173 //===---------------------------------------------------------------------===//
1174
1175 [LOAD PRE CRIT EDGE SPLITTING]
1176
1177 GCC PR37166: Sinking of loads prevents SROA'ing the "g" struct on the stack
1178 leading to excess stack traffic. This could be handled by GVN with some crazy
1179 symbolic phi translation.  The code we get looks like (g is on the stack):
1180
1181 bb2:            ; preds = %bb1
1182 ..
1183         %9 = getelementptr %struct.f* %g, i32 0, i32 0          
1184         store i32 %8, i32* %9, align  bel %bb3
1185
1186 bb3:            ; preds = %bb1, %bb2, %bb
1187         %c_addr.0 = phi %struct.f* [ %g, %bb2 ], [ %c, %bb ], [ %c, %bb1 ]
1188         %b_addr.0 = phi %struct.f* [ %b, %bb2 ], [ %g, %bb ], [ %b, %bb1 ]
1189         %10 = getelementptr %struct.f* %c_addr.0, i32 0, i32 0
1190         %11 = load i32* %10, align 4
1191
1192 %11 is partially redundant, an in BB2 it should have the value %8.
1193
1194 GCC PR33344 and PR35287 are similar cases.
1195
1196
1197 //===---------------------------------------------------------------------===//
1198
1199 [LOAD PRE]
1200
1201 There are many load PRE testcases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/loadpre* in the
1202 GCC testsuite, ones we don't get yet are (checked through loadpre25):
1203
1204 [CRIT EDGE BREAKING]
1205 loadpre3.c predcom-4.c
1206
1207 [PRE OF READONLY CALL]
1208 loadpre5.c
1209
1210 [TURN SELECT INTO BRANCH]
1211 loadpre14.c loadpre15.c 
1212
1213 actually a conditional increment: loadpre18.c loadpre19.c
1214
1215 //===---------------------------------------------------------------------===//
1216
1217 [LOAD PRE / STORE SINKING / SPEC HACK]
1218
1219 This is a chunk of code from 456.hmmer:
1220
1221 int f(int M, int *mc, int *mpp, int *tpmm, int *ip, int *tpim, int *dpp,
1222      int *tpdm, int xmb, int *bp, int *ms) {
1223  int k, sc;
1224  for (k = 1; k <= M; k++) {
1225      mc[k] = mpp[k-1]   + tpmm[k-1];
1226      if ((sc = ip[k-1]  + tpim[k-1]) > mc[k])  mc[k] = sc;
1227      if ((sc = dpp[k-1] + tpdm[k-1]) > mc[k])  mc[k] = sc;
1228      if ((sc = xmb  + bp[k])         > mc[k])  mc[k] = sc;
1229      mc[k] += ms[k];
1230    }
1231 }
1232
1233 It is very profitable for this benchmark to turn the conditional stores to mc[k]
1234 into a conditional move (select instr in IR) and allow the final store to do the
1235 store.  See GCC PR27313 for more details.  Note that this is valid to xform even
1236 with the new C++ memory model, since mc[k] is previously loaded and later
1237 stored.
1238
1239 //===---------------------------------------------------------------------===//
1240
1241 [SCALAR PRE]
1242 There are many PRE testcases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/ssa-pre-*.c in the
1243 GCC testsuite.
1244
1245 //===---------------------------------------------------------------------===//
1246
1247 There are some interesting cases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/pred-comm* in the
1248 GCC testsuite.  For example, we get the first example in predcom-1.c, but 
1249 miss the second one:
1250
1251 unsigned fib[1000];
1252 unsigned avg[1000];
1253
1254 __attribute__ ((noinline))
1255 void count_averages(int n) {
1256   int i;
1257   for (i = 1; i < n; i++)
1258     avg[i] = (((unsigned long) fib[i - 1] + fib[i] + fib[i + 1]) / 3) & 0xffff;
1259 }
1260
1261 which compiles into two loads instead of one in the loop.
1262
1263 predcom-2.c is the same as predcom-1.c
1264
1265 predcom-3.c is very similar but needs loads feeding each other instead of
1266 store->load.
1267
1268
1269 //===---------------------------------------------------------------------===//
1270
1271 [ALIAS ANALYSIS]
1272
1273 Type based alias analysis:
1274 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=14705
1275
1276 We should do better analysis of posix_memalign.  At the least it should
1277 no-capture its pointer argument, at best, we should know that the out-value
1278 result doesn't point to anything (like malloc).  One example of this is in
1279 SingleSource/Benchmarks/Misc/dt.c
1280
1281 //===---------------------------------------------------------------------===//
1282
1283 Interesting missed case because of control flow flattening (should be 2 loads):
1284 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=26629
1285 With: llvm-gcc t2.c -S -o - -O0 -emit-llvm | llvm-as | 
1286              opt -mem2reg -gvn -instcombine | llvm-dis
1287 we miss it because we need 1) CRIT EDGE 2) MULTIPLE DIFFERENT
1288 VALS PRODUCED BY ONE BLOCK OVER DIFFERENT PATHS
1289
1290 //===---------------------------------------------------------------------===//
1291
1292 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=19633
1293 We could eliminate the branch condition here, loading from null is undefined:
1294
1295 struct S { int w, x, y, z; };
1296 struct T { int r; struct S s; };
1297 void bar (struct S, int);
1298 void foo (int a, struct T b)
1299 {
1300   struct S *c = 0;
1301   if (a)
1302     c = &b.s;
1303   bar (*c, a);
1304 }
1305
1306 //===---------------------------------------------------------------------===//
1307
1308 simplifylibcalls should do several optimizations for strspn/strcspn:
1309
1310 strcspn(x, "a") -> inlined loop for up to 3 letters (similarly for strspn):
1311
1312 size_t __strcspn_c3 (__const char *__s, int __reject1, int __reject2,
1313                      int __reject3) {
1314   register size_t __result = 0;
1315   while (__s[__result] != '\0' && __s[__result] != __reject1 &&
1316          __s[__result] != __reject2 && __s[__result] != __reject3)
1317     ++__result;
1318   return __result;
1319 }
1320
1321 This should turn into a switch on the character.  See PR3253 for some notes on
1322 codegen.
1323
1324 456.hmmer apparently uses strcspn and strspn a lot.  471.omnetpp uses strspn.
1325
1326 //===---------------------------------------------------------------------===//
1327
1328 "gas" uses this idiom:
1329   else if (strchr ("+-/*%|&^:[]()~", *intel_parser.op_string))
1330 ..
1331   else if (strchr ("<>", *intel_parser.op_string)
1332
1333 Those should be turned into a switch.
1334
1335 //===---------------------------------------------------------------------===//
1336
1337 252.eon contains this interesting code:
1338
1339         %3072 = getelementptr [100 x i8]* %tempString, i32 0, i32 0
1340         %3073 = call i8* @strcpy(i8* %3072, i8* %3071) nounwind
1341         %strlen = call i32 @strlen(i8* %3072)    ; uses = 1
1342         %endptr = getelementptr [100 x i8]* %tempString, i32 0, i32 %strlen
1343         call void @llvm.memcpy.i32(i8* %endptr, 
1344           i8* getelementptr ([5 x i8]* @"\01LC42", i32 0, i32 0), i32 5, i32 1)
1345         %3074 = call i32 @strlen(i8* %endptr) nounwind readonly 
1346         
1347 This is interesting for a couple reasons.  First, in this:
1348
1349 The memcpy+strlen strlen can be replaced with:
1350
1351         %3074 = call i32 @strlen([5 x i8]* @"\01LC42") nounwind readonly 
1352
1353 Because the destination was just copied into the specified memory buffer.  This,
1354 in turn, can be constant folded to "4".
1355
1356 In other code, it contains:
1357
1358         %endptr6978 = bitcast i8* %endptr69 to i32*            
1359         store i32 7107374, i32* %endptr6978, align 1
1360         %3167 = call i32 @strlen(i8* %endptr69) nounwind readonly    
1361
1362 Which could also be constant folded.  Whatever is producing this should probably
1363 be fixed to leave this as a memcpy from a string.
1364
1365 Further, eon also has an interesting partially redundant strlen call:
1366
1367 bb8:            ; preds = %_ZN18eonImageCalculatorC1Ev.exit
1368         %682 = getelementptr i8** %argv, i32 6          ; <i8**> [#uses=2]
1369         %683 = load i8** %682, align 4          ; <i8*> [#uses=4]
1370         %684 = load i8* %683, align 1           ; <i8> [#uses=1]
1371         %685 = icmp eq i8 %684, 0               ; <i1> [#uses=1]
1372         br i1 %685, label %bb10, label %bb9
1373
1374 bb9:            ; preds = %bb8
1375         %686 = call i32 @strlen(i8* %683) nounwind readonly          
1376         %687 = icmp ugt i32 %686, 254           ; <i1> [#uses=1]
1377         br i1 %687, label %bb10, label %bb11
1378
1379 bb10:           ; preds = %bb9, %bb8
1380         %688 = call i32 @strlen(i8* %683) nounwind readonly          
1381
1382 This could be eliminated by doing the strlen once in bb8, saving code size and
1383 improving perf on the bb8->9->10 path.
1384
1385 //===---------------------------------------------------------------------===//
1386
1387 I see an interesting fully redundant call to strlen left in 186.crafty:InputMove
1388 which looks like:
1389        %movetext11 = getelementptr [128 x i8]* %movetext, i32 0, i32 0 
1390  
1391
1392 bb62:           ; preds = %bb55, %bb53
1393         %promote.0 = phi i32 [ %169, %bb55 ], [ 0, %bb53 ]             
1394         %171 = call i32 @strlen(i8* %movetext11) nounwind readonly align 1
1395         %172 = add i32 %171, -1         ; <i32> [#uses=1]
1396         %173 = getelementptr [128 x i8]* %movetext, i32 0, i32 %172       
1397
1398 ...  no stores ...
1399        br i1 %or.cond, label %bb65, label %bb72
1400
1401 bb65:           ; preds = %bb62
1402         store i8 0, i8* %173, align 1
1403         br label %bb72
1404
1405 bb72:           ; preds = %bb65, %bb62
1406         %trank.1 = phi i32 [ %176, %bb65 ], [ -1, %bb62 ]            
1407         %177 = call i32 @strlen(i8* %movetext11) nounwind readonly align 1
1408
1409 Note that on the bb62->bb72 path, that the %177 strlen call is partially
1410 redundant with the %171 call.  At worst, we could shove the %177 strlen call
1411 up into the bb65 block moving it out of the bb62->bb72 path.   However, note
1412 that bb65 stores to the string, zeroing out the last byte.  This means that on
1413 that path the value of %177 is actually just %171-1.  A sub is cheaper than a
1414 strlen!
1415
1416 This pattern repeats several times, basically doing:
1417
1418   A = strlen(P);
1419   P[A-1] = 0;
1420   B = strlen(P);
1421   where it is "obvious" that B = A-1.
1422
1423 //===---------------------------------------------------------------------===//
1424
1425 186.crafty has this interesting pattern with the "out.4543" variable:
1426
1427 call void @llvm.memcpy.i32(
1428         i8* getelementptr ([10 x i8]* @out.4543, i32 0, i32 0),
1429        i8* getelementptr ([7 x i8]* @"\01LC28700", i32 0, i32 0), i32 7, i32 1) 
1430 %101 = call@printf(i8* ...   @out.4543, i32 0, i32 0)) nounwind 
1431
1432 It is basically doing:
1433
1434   memcpy(globalarray, "string");
1435   printf(...,  globalarray);
1436   
1437 Anyway, by knowing that printf just reads the memory and forward substituting
1438 the string directly into the printf, this eliminates reads from globalarray.
1439 Since this pattern occurs frequently in crafty (due to the "DisplayTime" and
1440 other similar functions) there are many stores to "out".  Once all the printfs
1441 stop using "out", all that is left is the memcpy's into it.  This should allow
1442 globalopt to remove the "stored only" global.
1443
1444 //===---------------------------------------------------------------------===//
1445
1446 This code:
1447
1448 define inreg i32 @foo(i8* inreg %p) nounwind {
1449   %tmp0 = load i8* %p
1450   %tmp1 = ashr i8 %tmp0, 5
1451   %tmp2 = sext i8 %tmp1 to i32
1452   ret i32 %tmp2
1453 }
1454
1455 could be dagcombine'd to a sign-extending load with a shift.
1456 For example, on x86 this currently gets this:
1457
1458         movb    (%eax), %al
1459         sarb    $5, %al
1460         movsbl  %al, %eax
1461
1462 while it could get this:
1463
1464         movsbl  (%eax), %eax
1465         sarl    $5, %eax
1466
1467 //===---------------------------------------------------------------------===//
1468
1469 GCC PR31029:
1470
1471 int test(int x) { return 1-x == x; }     // --> return false
1472 int test2(int x) { return 2-x == x; }    // --> return x == 1 ?
1473
1474 Always foldable for odd constants, what is the rule for even?
1475
1476 //===---------------------------------------------------------------------===//
1477
1478 PR 3381: GEP to field of size 0 inside a struct could be turned into GEP
1479 for next field in struct (which is at same address).
1480
1481 For example: store of float into { {{}}, float } could be turned into a store to
1482 the float directly.
1483
1484 //===---------------------------------------------------------------------===//
1485
1486 The arg promotion pass should make use of nocapture to make its alias analysis
1487 stuff much more precise.
1488
1489 //===---------------------------------------------------------------------===//
1490
1491 The following functions should be optimized to use a select instead of a
1492 branch (from gcc PR40072):
1493
1494 char char_int(int m) {if(m>7) return 0; return m;}
1495 int int_char(char m) {if(m>7) return 0; return m;}
1496
1497 //===---------------------------------------------------------------------===//
1498
1499 int func(int a, int b) { if (a & 0x80) b |= 0x80; else b &= ~0x80; return b; }
1500
1501 Generates this:
1502
1503 define i32 @func(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1504 entry:
1505   %0 = and i32 %a, 128                            ; <i32> [#uses=1]
1506   %1 = icmp eq i32 %0, 0                          ; <i1> [#uses=1]
1507   %2 = or i32 %b, 128                             ; <i32> [#uses=1]
1508   %3 = and i32 %b, -129                           ; <i32> [#uses=1]
1509   %b_addr.0 = select i1 %1, i32 %3, i32 %2        ; <i32> [#uses=1]
1510   ret i32 %b_addr.0
1511 }
1512
1513 However, it's functionally equivalent to:
1514
1515          b = (b & ~0x80) | (a & 0x80);
1516
1517 Which generates this:
1518
1519 define i32 @func(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1520 entry:
1521   %0 = and i32 %b, -129                           ; <i32> [#uses=1]
1522   %1 = and i32 %a, 128                            ; <i32> [#uses=1]
1523   %2 = or i32 %0, %1                              ; <i32> [#uses=1]
1524   ret i32 %2
1525 }
1526
1527 This can be generalized for other forms:
1528
1529      b = (b & ~0x80) | (a & 0x40) << 1;
1530
1531 //===---------------------------------------------------------------------===//
1532
1533 These two functions produce different code. They shouldn't:
1534
1535 #include <stdint.h>
1536  
1537 uint8_t p1(uint8_t b, uint8_t a) {
1538   b = (b & ~0xc0) | (a & 0xc0);
1539   return (b);
1540 }
1541  
1542 uint8_t p2(uint8_t b, uint8_t a) {
1543   b = (b & ~0x40) | (a & 0x40);
1544   b = (b & ~0x80) | (a & 0x80);
1545   return (b);
1546 }
1547
1548 define zeroext i8 @p1(i8 zeroext %b, i8 zeroext %a) nounwind readnone ssp {
1549 entry:
1550   %0 = and i8 %b, 63                              ; <i8> [#uses=1]
1551   %1 = and i8 %a, -64                             ; <i8> [#uses=1]
1552   %2 = or i8 %1, %0                               ; <i8> [#uses=1]
1553   ret i8 %2
1554 }
1555
1556 define zeroext i8 @p2(i8 zeroext %b, i8 zeroext %a) nounwind readnone ssp {
1557 entry:
1558   %0 = and i8 %b, 63                              ; <i8> [#uses=1]
1559   %.masked = and i8 %a, 64                        ; <i8> [#uses=1]
1560   %1 = and i8 %a, -128                            ; <i8> [#uses=1]
1561   %2 = or i8 %1, %0                               ; <i8> [#uses=1]
1562   %3 = or i8 %2, %.masked                         ; <i8> [#uses=1]
1563   ret i8 %3
1564 }
1565
1566 //===---------------------------------------------------------------------===//
1567
1568 IPSCCP does not currently propagate argument dependent constants through
1569 functions where it does not not all of the callers.  This includes functions
1570 with normal external linkage as well as templates, C99 inline functions etc.
1571 Specifically, it does nothing to:
1572
1573 define i32 @test(i32 %x, i32 %y, i32 %z) nounwind {
1574 entry:
1575   %0 = add nsw i32 %y, %z                         
1576   %1 = mul i32 %0, %x                             
1577   %2 = mul i32 %y, %z                             
1578   %3 = add nsw i32 %1, %2                         
1579   ret i32 %3
1580 }
1581
1582 define i32 @test2() nounwind {
1583 entry:
1584   %0 = call i32 @test(i32 1, i32 2, i32 4) nounwind
1585   ret i32 %0
1586 }
1587
1588 It would be interesting extend IPSCCP to be able to handle simple cases like
1589 this, where all of the arguments to a call are constant.  Because IPSCCP runs
1590 before inlining, trivial templates and inline functions are not yet inlined.
1591 The results for a function + set of constant arguments should be memoized in a
1592 map.
1593
1594 //===---------------------------------------------------------------------===//
1595
1596 The libcall constant folding stuff should be moved out of SimplifyLibcalls into
1597 libanalysis' constantfolding logic.  This would allow IPSCCP to be able to
1598 handle simple things like this:
1599
1600 static int foo(const char *X) { return strlen(X); }
1601 int bar() { return foo("abcd"); }
1602
1603 //===---------------------------------------------------------------------===//
1604
1605 functionattrs doesn't know much about memcpy/memset.  This function should be
1606 marked readnone rather than readonly, since it only twiddles local memory, but
1607 functionattrs doesn't handle memset/memcpy/memmove aggressively:
1608
1609 struct X { int *p; int *q; };
1610 int foo() {
1611  int i = 0, j = 1;
1612  struct X x, y;
1613  int **p;
1614  y.p = &i;
1615  x.q = &j;
1616  p = __builtin_memcpy (&x, &y, sizeof (int *));
1617  return **p;
1618 }
1619
1620 This can be seen at:
1621 $ clang t.c -S -o - -mkernel -O0 -emit-llvm | opt -functionattrs -S
1622
1623
1624 //===---------------------------------------------------------------------===//
1625
1626 Missed instcombine transformation:
1627 define i1 @a(i32 %x) nounwind readnone {
1628 entry:
1629   %cmp = icmp eq i32 %x, 30
1630   %sub = add i32 %x, -30
1631   %cmp2 = icmp ugt i32 %sub, 9
1632   %or = or i1 %cmp, %cmp2
1633   ret i1 %or
1634 }
1635 This should be optimized to a single compare.  Testcase derived from gcc.
1636
1637 //===---------------------------------------------------------------------===//
1638
1639 Missed instcombine or reassociate transformation:
1640 int a(int a, int b) { return (a==12)&(b>47)&(b<58); }
1641
1642 The sgt and slt should be combined into a single comparison. Testcase derived
1643 from gcc.
1644
1645 //===---------------------------------------------------------------------===//
1646
1647 Missed instcombine transformation:
1648
1649   %382 = srem i32 %tmp14.i, 64                    ; [#uses=1]
1650   %383 = zext i32 %382 to i64                     ; [#uses=1]
1651   %384 = shl i64 %381, %383                       ; [#uses=1]
1652   %385 = icmp slt i32 %tmp14.i, 64                ; [#uses=1]
1653
1654 The srem can be transformed to an and because if %tmp14.i is negative, the
1655 shift is undefined.  Testcase derived from 403.gcc.
1656
1657 //===---------------------------------------------------------------------===//
1658
1659 This is a range comparison on a divided result (from 403.gcc):
1660
1661   %1337 = sdiv i32 %1336, 8                       ; [#uses=1]
1662   %.off.i208 = add i32 %1336, 7                   ; [#uses=1]
1663   %1338 = icmp ult i32 %.off.i208, 15             ; [#uses=1]
1664   
1665 We already catch this (removing the sdiv) if there isn't an add, we should
1666 handle the 'add' as well.  This is a common idiom with it's builtin_alloca code.
1667 C testcase:
1668
1669 int a(int x) { return (unsigned)(x/16+7) < 15; }
1670
1671 Another similar case involves truncations on 64-bit targets:
1672
1673   %361 = sdiv i64 %.046, 8                        ; [#uses=1]
1674   %362 = trunc i64 %361 to i32                    ; [#uses=2]
1675 ...
1676   %367 = icmp eq i32 %362, 0                      ; [#uses=1]
1677
1678 //===---------------------------------------------------------------------===//
1679
1680 Missed instcombine/dagcombine transformation:
1681 define void @lshift_lt(i8 zeroext %a) nounwind {
1682 entry:
1683   %conv = zext i8 %a to i32
1684   %shl = shl i32 %conv, 3
1685   %cmp = icmp ult i32 %shl, 33
1686   br i1 %cmp, label %if.then, label %if.end
1687
1688 if.then:
1689   tail call void @bar() nounwind
1690   ret void
1691
1692 if.end:
1693   ret void
1694 }
1695 declare void @bar() nounwind
1696
1697 The shift should be eliminated.  Testcase derived from gcc.
1698
1699 //===---------------------------------------------------------------------===//
1700
1701 These compile into different code, one gets recognized as a switch and the
1702 other doesn't due to phase ordering issues (PR6212):
1703
1704 int test1(int mainType, int subType) {
1705   if (mainType == 7)
1706     subType = 4;
1707   else if (mainType == 9)
1708     subType = 6;
1709   else if (mainType == 11)
1710     subType = 9;
1711   return subType;
1712 }
1713
1714 int test2(int mainType, int subType) {
1715   if (mainType == 7)
1716     subType = 4;
1717   if (mainType == 9)
1718     subType = 6;
1719   if (mainType == 11)
1720     subType = 9;
1721   return subType;
1722 }
1723
1724 //===---------------------------------------------------------------------===//
1725
1726 The following test case (from PR6576):
1727
1728 define i32 @mul(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1729 entry:
1730  %cond1 = icmp eq i32 %b, 0                      ; <i1> [#uses=1]
1731  br i1 %cond1, label %exit, label %bb.nph
1732 bb.nph:                                           ; preds = %entry
1733  %tmp = mul i32 %b, %a                           ; <i32> [#uses=1]
1734  ret i32 %tmp
1735 exit:                                             ; preds = %entry
1736  ret i32 0
1737 }
1738
1739 could be reduced to:
1740
1741 define i32 @mul(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1742 entry:
1743  %tmp = mul i32 %b, %a
1744  ret i32 %tmp
1745 }
1746
1747 //===---------------------------------------------------------------------===//
1748
1749 We should use DSE + llvm.lifetime.end to delete dead vtable pointer updates.
1750 See GCC PR34949
1751
1752 Another interesting case is that something related could be used for variables
1753 that go const after their ctor has finished.  In these cases, globalopt (which
1754 can statically run the constructor) could mark the global const (so it gets put
1755 in the readonly section).  A testcase would be:
1756
1757 #include <complex>
1758 using namespace std;
1759 const complex<char> should_be_in_rodata (42,-42);
1760 complex<char> should_be_in_data (42,-42);
1761 complex<char> should_be_in_bss;
1762
1763 Where we currently evaluate the ctors but the globals don't become const because
1764 the optimizer doesn't know they "become const" after the ctor is done.  See
1765 GCC PR4131 for more examples.
1766
1767 //===---------------------------------------------------------------------===//
1768
1769 In this code:
1770
1771 long foo(long x) {
1772   return x > 1 ? x : 1;
1773 }
1774
1775 LLVM emits a comparison with 1 instead of 0. 0 would be equivalent
1776 and cheaper on most targets.
1777
1778 LLVM prefers comparisons with zero over non-zero in general, but in this
1779 case it choses instead to keep the max operation obvious.
1780
1781 //===---------------------------------------------------------------------===//
1782
1783 Take the following testcase on x86-64 (similar testcases exist for all targets
1784 with addc/adde):
1785
1786 define void @a(i64* nocapture %s, i64* nocapture %t, i64 %a, i64 %b,
1787 i64 %c) nounwind {
1788 entry:
1789  %0 = zext i64 %a to i128                        ; <i128> [#uses=1]
1790  %1 = zext i64 %b to i128                        ; <i128> [#uses=1]
1791  %2 = add i128 %1, %0                            ; <i128> [#uses=2]
1792  %3 = zext i64 %c to i128                        ; <i128> [#uses=1]
1793  %4 = shl i128 %3, 64                            ; <i128> [#uses=1]
1794  %5 = add i128 %4, %2                            ; <i128> [#uses=1]
1795  %6 = lshr i128 %5, 64                           ; <i128> [#uses=1]
1796  %7 = trunc i128 %6 to i64                       ; <i64> [#uses=1]
1797  store i64 %7, i64* %s, align 8
1798  %8 = trunc i128 %2 to i64                       ; <i64> [#uses=1]
1799  store i64 %8, i64* %t, align 8
1800  ret void
1801 }
1802
1803 Generated code:
1804         addq    %rcx, %rdx
1805         sbbq    %rax, %rax
1806         subq    %rax, %r8
1807         movq    %r8, (%rdi)
1808         movq    %rdx, (%rsi)
1809         ret
1810
1811 Expected code:
1812        addq    %rcx, %rdx
1813        adcq    $0, %r8
1814        movq    %r8, (%rdi)
1815        movq    %rdx, (%rsi)
1816        ret
1817
1818 //===---------------------------------------------------------------------===//
1819
1820 Switch lowering generates less than ideal code for the following switch:
1821 define void @a(i32 %x) nounwind {
1822 entry:
1823   switch i32 %x, label %if.end [
1824     i32 0, label %if.then
1825     i32 1, label %if.then
1826     i32 2, label %if.then
1827     i32 3, label %if.then
1828     i32 5, label %if.then
1829   ]
1830 if.then:
1831   tail call void @foo() nounwind
1832   ret void
1833 if.end:
1834   ret void
1835 }
1836 declare void @foo()
1837
1838 Generated code on x86-64 (other platforms give similar results):
1839 a:
1840         cmpl    $5, %edi
1841         ja      .LBB0_2
1842         movl    %edi, %eax
1843         movl    $47, %ecx
1844         btq     %rax, %rcx
1845         jb      .LBB0_3
1846 .LBB0_2:
1847         ret
1848 .LBB0_3:
1849         jmp     foo  # TAILCALL
1850
1851 The movl+movl+btq+jb could be simplified to a cmpl+jne.
1852
1853 Or, if we wanted to be really clever, we could simplify the whole thing to
1854 something like the following, which eliminates a branch:
1855         xorl    $1, %edi
1856         cmpl    $4, %edi
1857         ja      .LBB0_2
1858         ret
1859 .LBB0_2:
1860         jmp     foo  # TAILCALL
1861
1862 //===---------------------------------------------------------------------===//
1863
1864 We compile this:
1865
1866 int foo(int a) { return (a & (~15)) / 16; }
1867
1868 Into:
1869
1870 define i32 @foo(i32 %a) nounwind readnone ssp {
1871 entry:
1872   %and = and i32 %a, -16
1873   %div = sdiv i32 %and, 16
1874   ret i32 %div
1875 }
1876
1877 but this code (X & -A)/A is X >> log2(A) when A is a power of 2, so this case
1878 should be instcombined into just "a >> 4".
1879
1880 We do get this at the codegen level, so something knows about it, but 
1881 instcombine should catch it earlier:
1882
1883 _foo:                                   ## @foo
1884 ## BB#0:                                ## %entry
1885         movl    %edi, %eax
1886         sarl    $4, %eax
1887         ret
1888
1889 //===---------------------------------------------------------------------===//
1890
1891 This code (from GCC PR28685):
1892
1893 int test(int a, int b) {
1894   int lt = a < b;
1895   int eq = a == b;
1896   if (lt)
1897     return 1;
1898   return eq;
1899 }
1900
1901 Is compiled to:
1902
1903 define i32 @test(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1904 entry:
1905   %cmp = icmp slt i32 %a, %b
1906   br i1 %cmp, label %return, label %if.end
1907
1908 if.end:                                           ; preds = %entry
1909   %cmp5 = icmp eq i32 %a, %b
1910   %conv6 = zext i1 %cmp5 to i32
1911   ret i32 %conv6
1912
1913 return:                                           ; preds = %entry
1914   ret i32 1
1915 }
1916
1917 it could be:
1918
1919 define i32 @test__(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1920 entry:
1921   %0 = icmp sle i32 %a, %b
1922   %retval = zext i1 %0 to i32
1923   ret i32 %retval
1924 }
1925
1926 //===---------------------------------------------------------------------===//
1927
1928 This code can be seen in viterbi:
1929
1930   %64 = call noalias i8* @malloc(i64 %62) nounwind
1931 ...
1932   %67 = call i64 @llvm.objectsize.i64(i8* %64, i1 false) nounwind
1933   %68 = call i8* @__memset_chk(i8* %64, i32 0, i64 %62, i64 %67) nounwind
1934
1935 llvm.objectsize.i64 should be taught about malloc/calloc, allowing it to
1936 fold to %62.  This is a security win (overflows of malloc will get caught)
1937 and also a performance win by exposing more memsets to the optimizer.
1938
1939 This occurs several times in viterbi.
1940
1941 Note that this would change the semantics of @llvm.objectsize which by its
1942 current definition always folds to a constant. We also should make sure that
1943 we remove checking in code like
1944
1945   char *p = malloc(strlen(s)+1);
1946   __strcpy_chk(p, s, __builtin_objectsize(p, 0));
1947
1948 //===---------------------------------------------------------------------===//
1949
1950 This code (from Benchmarks/Dhrystone/dry.c):
1951
1952 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
1953 entry:
1954   %sext = shl i32 %0, 24
1955   %conv = ashr i32 %sext, 24
1956   %sext6 = shl i32 %1, 24
1957   %conv4 = ashr i32 %sext6, 24
1958   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
1959   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
1960   ret i32 %.
1961 }
1962
1963 Should be simplified into something like:
1964
1965 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
1966 entry:
1967   %sext = shl i32 %0, 24
1968   %conv = and i32 %sext, 0xFF000000
1969   %sext6 = shl i32 %1, 24
1970   %conv4 = and i32 %sext6, 0xFF000000
1971   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
1972   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
1973   ret i32 %.
1974 }
1975
1976 and then to:
1977
1978 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
1979 entry:
1980   %conv = and i32 %0, 0xFF
1981   %conv4 = and i32 %1, 0xFF
1982   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
1983   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
1984   ret i32 %.
1985 }
1986 //===---------------------------------------------------------------------===//
1987
1988 clang -O3 currently compiles this code
1989
1990 int g(unsigned int a) {
1991   unsigned int c[100];
1992   c[10] = a;
1993   c[11] = a;
1994   unsigned int b = c[10] + c[11];
1995   if(b > a*2) a = 4;
1996   else a = 8;
1997   return a + 7;
1998 }
1999
2000 into
2001
2002 define i32 @g(i32 a) nounwind readnone {
2003   %add = shl i32 %a, 1
2004   %mul = shl i32 %a, 1
2005   %cmp = icmp ugt i32 %add, %mul
2006   %a.addr.0 = select i1 %cmp, i32 11, i32 15
2007   ret i32 %a.addr.0
2008 }
2009
2010 The icmp should fold to false. This CSE opportunity is only available
2011 after GVN and InstCombine have run.
2012
2013 //===---------------------------------------------------------------------===//
2014
2015 memcpyopt should turn this:
2016
2017 define i8* @test10(i32 %x) {
2018   %alloc = call noalias i8* @malloc(i32 %x) nounwind
2019   call void @llvm.memset.p0i8.i32(i8* %alloc, i8 0, i32 %x, i32 1, i1 false)
2020   ret i8* %alloc
2021 }
2022
2023 into a call to calloc.  We should make sure that we analyze calloc as
2024 aggressively as malloc though.
2025
2026 //===---------------------------------------------------------------------===//
2027
2028 clang -O3 doesn't optimize this:
2029
2030 void f1(int* begin, int* end) {
2031   std::fill(begin, end, 0);
2032 }
2033
2034 into a memset.  This is PR8942.
2035
2036 //===---------------------------------------------------------------------===//
2037
2038 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
2039
2040 void f(int N) {
2041   std::vector<int> v(N);
2042
2043   extern void sink(void*); sink(&v);
2044 }
2045
2046 into
2047
2048 define void @_Z1fi(i32 %N) nounwind {
2049 entry:
2050   %v2 = alloca [3 x i32*], align 8
2051   %v2.sub = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 0
2052   %tmpcast = bitcast [3 x i32*]* %v2 to %"class.std::vector"*
2053   %conv = sext i32 %N to i64
2054   store i32* null, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2055   %tmp3.i.i.i.i.i = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 1
2056   store i32* null, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2057   %tmp4.i.i.i.i.i = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 2
2058   store i32* null, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2059   %cmp.i.i.i.i = icmp eq i32 %N, 0
2060   br i1 %cmp.i.i.i.i, label %_ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.thread.i.i, label %cond.true.i.i.i.i
2061
2062 _ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.thread.i.i: ; preds = %entry
2063   store i32* null, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2064   store i32* null, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2065   %add.ptr.i5.i.i = getelementptr inbounds i32* null, i64 %conv
2066   store i32* %add.ptr.i5.i.i, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2067   br label %_ZNSt6vectorIiSaIiEEC1EmRKiRKS0_.exit
2068
2069 cond.true.i.i.i.i:                                ; preds = %entry
2070   %cmp.i.i.i.i.i = icmp slt i32 %N, 0
2071   br i1 %cmp.i.i.i.i.i, label %if.then.i.i.i.i.i, label %_ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.i.i
2072
2073 if.then.i.i.i.i.i:                                ; preds = %cond.true.i.i.i.i
2074   call void @_ZSt17__throw_bad_allocv() noreturn nounwind
2075   unreachable
2076
2077 _ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.i.i:    ; preds = %cond.true.i.i.i.i
2078   %mul.i.i.i.i.i = shl i64 %conv, 2
2079   %call3.i.i.i.i.i = call noalias i8* @_Znwm(i64 %mul.i.i.i.i.i) nounwind
2080   %0 = bitcast i8* %call3.i.i.i.i.i to i32*
2081   store i32* %0, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2082   store i32* %0, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2083   %add.ptr.i.i.i = getelementptr inbounds i32* %0, i64 %conv
2084   store i32* %add.ptr.i.i.i, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2085   call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %call3.i.i.i.i.i, i8 0, i64 %mul.i.i.i.i.i, i32 4, i1 false)
2086   br label %_ZNSt6vectorIiSaIiEEC1EmRKiRKS0_.exit
2087
2088 This is just the handling the construction of the vector. Most surprising here
2089 is the fact that all three null stores in %entry are dead (because we do no
2090 cross-block DSE).
2091
2092 Also surprising is that %conv isn't simplified to 0 in %....exit.thread.i.i.
2093 This is a because the client of LazyValueInfo doesn't simplify all instruction
2094 operands, just selected ones.
2095
2096 //===---------------------------------------------------------------------===//
2097
2098 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
2099
2100 void f(char* a, int n) {
2101   __builtin_memset(a, 0, n);
2102   for (int i = 0; i < n; ++i)
2103     a[i] = 0;
2104 }
2105
2106 into:
2107
2108 define void @_Z1fPci(i8* nocapture %a, i32 %n) nounwind {
2109 entry:
2110   %conv = sext i32 %n to i64
2111   tail call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %a, i8 0, i64 %conv, i32 1, i1 false)
2112   %cmp8 = icmp sgt i32 %n, 0
2113   br i1 %cmp8, label %for.body.lr.ph, label %for.end
2114
2115 for.body.lr.ph:                                   ; preds = %entry
2116   %tmp10 = add i32 %n, -1
2117   %tmp11 = zext i32 %tmp10 to i64
2118   %tmp12 = add i64 %tmp11, 1
2119   call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %a, i8 0, i64 %tmp12, i32 1, i1 false)
2120   ret void
2121
2122 for.end:                                          ; preds = %entry
2123   ret void
2124 }
2125
2126 This shouldn't need the ((zext (%n - 1)) + 1) game, and it should ideally fold
2127 the two memset's together. The issue with %n seems to stem from poor handling
2128 of the original loop.
2129
2130 To simplify this, we need SCEV to know that "n != 0" because of the dominating
2131 conditional.  That would turn the second memset into a simple memset of 'n'.
2132
2133 //===---------------------------------------------------------------------===//
2134
2135 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
2136
2137 struct S {
2138   unsigned short m1, m2;
2139   unsigned char m3, m4;
2140 };
2141
2142 void f(int N) {
2143   std::vector<S> v(N);
2144   extern void sink(void*); sink(&v);
2145 }
2146
2147 into poor code for zero-initializing 'v' when N is >0. The problem is that
2148 S is only 6 bytes, but each element is 8 byte-aligned. We generate a loop and
2149 4 stores on each iteration. If the struct were 8 bytes, this gets turned into
2150 a memset.
2151
2152 In order to handle this we have to:
2153   A) Teach clang to generate metadata for memsets of structs that have holes in
2154      them.
2155   B) Teach clang to use such a memset for zero init of this struct (since it has
2156      a hole), instead of doing elementwise zeroing.
2157
2158 //===---------------------------------------------------------------------===//
2159
2160 clang -O3 currently compiles this code:
2161
2162 extern const int magic;
2163 double f() { return 0.0 * magic; }
2164
2165 into
2166
2167 @magic = external constant i32
2168
2169 define double @_Z1fv() nounwind readnone {
2170 entry:
2171   %tmp = load i32* @magic, align 4, !tbaa !0
2172   %conv = sitofp i32 %tmp to double
2173   %mul = fmul double %conv, 0.000000e+00
2174   ret double %mul
2175 }
2176
2177 We should be able to fold away this fmul to 0.0.  More generally, fmul(x,0.0)
2178 can be folded to 0.0 if we can prove that the LHS is not -0.0, not a NaN, and
2179 not an INF.  The CannotBeNegativeZero predicate in value tracking should be
2180 extended to support general "fpclassify" operations that can return 
2181 yes/no/unknown for each of these predicates.
2182
2183 In this predicate, we know that uitofp is trivially never NaN or -0.0, and
2184 we know that it isn't +/-Inf if the floating point type has enough exponent bits
2185 to represent the largest integer value as < inf.
2186
2187 //===---------------------------------------------------------------------===//
2188
2189 When optimizing a transformation that can change the sign of 0.0 (such as the
2190 0.0*val -> 0.0 transformation above), it might be provable that the sign of the
2191 expression doesn't matter.  For example, by the above rules, we can't transform
2192 fmul(sitofp(x), 0.0) into 0.0, because x might be -1 and the result of the
2193 expression is defined to be -0.0.
2194
2195 If we look at the uses of the fmul for example, we might be able to prove that
2196 all uses don't care about the sign of zero.  For example, if we have:
2197
2198   fadd(fmul(sitofp(x), 0.0), 2.0)
2199
2200 Since we know that x+2.0 doesn't care about the sign of any zeros in X, we can
2201 transform the fmul to 0.0, and then the fadd to 2.0.
2202
2203 //===---------------------------------------------------------------------===//
2204
2205 We should enhance memcpy/memcpy/memset to allow a metadata node on them
2206 indicating that some bytes of the transfer are undefined.  This is useful for
2207 frontends like clang when lowering struct copies, when some elements of the
2208 struct are undefined.  Consider something like this:
2209
2210 struct x {
2211   char a;
2212   int b[4];
2213 };
2214 void foo(struct x*P);
2215 struct x testfunc() {
2216   struct x V1, V2;
2217   foo(&V1);
2218   V2 = V1;
2219
2220   return V2;
2221 }
2222
2223 We currently compile this to:
2224 $ clang t.c -S -o - -O0 -emit-llvm | opt -scalarrepl -S
2225
2226
2227 %struct.x = type { i8, [4 x i32] }
2228
2229 define void @testfunc(%struct.x* sret %agg.result) nounwind ssp {
2230 entry:
2231   %V1 = alloca %struct.x, align 4
2232   call void @foo(%struct.x* %V1)
2233   %tmp1 = bitcast %struct.x* %V1 to i8*
2234   %0 = bitcast %struct.x* %V1 to i160*
2235   %srcval1 = load i160* %0, align 4
2236   %tmp2 = bitcast %struct.x* %agg.result to i8*
2237   %1 = bitcast %struct.x* %agg.result to i160*
2238   store i160 %srcval1, i160* %1, align 4
2239   ret void
2240 }
2241
2242 This happens because SRoA sees that the temp alloca has is being memcpy'd into
2243 and out of and it has holes and it has to be conservative.  If we knew about the
2244 holes, then this could be much much better.
2245
2246 Having information about these holes would also improve memcpy (etc) lowering at
2247 llc time when it gets inlined, because we can use smaller transfers.  This also
2248 avoids partial register stalls in some important cases.
2249
2250 //===---------------------------------------------------------------------===//
2251
2252 We don't fold (icmp (add) (add)) unless the two adds only have a single use.
2253 There are a lot of cases that we're refusing to fold in (e.g.) 256.bzip2, for
2254 example:
2255
2256  %indvar.next90 = add i64 %indvar89, 1     ;; Has 2 uses
2257  %tmp96 = add i64 %tmp95, 1                ;; Has 1 use
2258  %exitcond97 = icmp eq i64 %indvar.next90, %tmp96
2259
2260 We don't fold this because we don't want to introduce an overlapped live range
2261 of the ivar.  However if we can make this more aggressive without causing
2262 performance issues in two ways:
2263
2264 1. If *either* the LHS or RHS has a single use, we can definitely do the
2265    transformation.  In the overlapping liverange case we're trading one register
2266    use for one fewer operation, which is a reasonable trade.  Before doing this
2267    we should verify that the llc output actually shrinks for some benchmarks.
2268 2. If both ops have multiple uses, we can still fold it if the operations are
2269    both sinkable to *after* the icmp (e.g. in a subsequent block) which doesn't
2270    increase register pressure.
2271
2272 There are a ton of icmp's we aren't simplifying because of the reg pressure
2273 concern.  Care is warranted here though because many of these are induction
2274 variables and other cases that matter a lot to performance, like the above.
2275 Here's a blob of code that you can drop into the bottom of visitICmp to see some
2276 missed cases:
2277
2278   { Value *A, *B, *C, *D;
2279     if (match(Op0, m_Add(m_Value(A), m_Value(B))) && 
2280         match(Op1, m_Add(m_Value(C), m_Value(D))) &&
2281         (A == C || A == D || B == C || B == D)) {
2282       errs() << "OP0 = " << *Op0 << "  U=" << Op0->getNumUses() << "\n";
2283       errs() << "OP1 = " << *Op1 << "  U=" << Op1->getNumUses() << "\n";
2284       errs() << "CMP = " << I << "\n\n";
2285     }
2286   }
2287
2288 //===---------------------------------------------------------------------===//
2289
2290