37e970b8b6144a2fac181ad5be70693a07c39229
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / GVN.cpp
1 //===- GVN.cpp - Eliminate redundant values and loads ---------------------===//
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 global value numbering to eliminate fully redundant
11 // instructions.  It also performs simple dead load elimination.
12 //
13 // Note that this pass does the value numbering itself; it does not use the
14 // ValueNumbering analysis passes.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #define DEBUG_TYPE "gvn"
19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
20 #include "llvm/GlobalVariable.h"
21 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
22 #include "llvm/LLVMContext.h"
23 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
24 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
25 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
26 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
27 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
28 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
29 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
30 #include "llvm/Analysis/PHITransAddr.h"
31 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
32 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
33 #include "llvm/Target/TargetData.h"
34 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
35 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
36 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
37 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
38 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
39 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
40 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
41 #include "llvm/Support/Allocator.h"
42 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
43 #include "llvm/Support/Debug.h"
44 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
45 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
46 using namespace llvm;
47 using namespace PatternMatch;
48
49 STATISTIC(NumGVNInstr,  "Number of instructions deleted");
50 STATISTIC(NumGVNLoad,   "Number of loads deleted");
51 STATISTIC(NumGVNPRE,    "Number of instructions PRE'd");
52 STATISTIC(NumGVNBlocks, "Number of blocks merged");
53 STATISTIC(NumGVNSimpl,  "Number of instructions simplified");
54 STATISTIC(NumGVNEqProp, "Number of equalities propagated");
55 STATISTIC(NumPRELoad,   "Number of loads PRE'd");
56
57 static cl::opt<bool> EnablePRE("enable-pre",
58                                cl::init(true), cl::Hidden);
59 static cl::opt<bool> EnableLoadPRE("enable-load-pre", cl::init(true));
60
61 //===----------------------------------------------------------------------===//
62 //                         ValueTable Class
63 //===----------------------------------------------------------------------===//
64
65 /// This class holds the mapping between values and value numbers.  It is used
66 /// as an efficient mechanism to determine the expression-wise equivalence of
67 /// two values.
68 namespace {
69   struct Expression {
70     uint32_t opcode;
71     Type *type;
72     SmallVector<uint32_t, 4> varargs;
73
74     Expression(uint32_t o = ~2U) : opcode(o) { }
75
76     bool operator==(const Expression &other) const {
77       if (opcode != other.opcode)
78         return false;
79       if (opcode == ~0U || opcode == ~1U)
80         return true;
81       if (type != other.type)
82         return false;
83       if (varargs != other.varargs)
84         return false;
85       return true;
86     }
87   };
88
89   class ValueTable {
90     DenseMap<Value*, uint32_t> valueNumbering;
91     DenseMap<Expression, uint32_t> expressionNumbering;
92     AliasAnalysis *AA;
93     MemoryDependenceAnalysis *MD;
94     DominatorTree *DT;
95
96     uint32_t nextValueNumber;
97
98     Expression create_expression(Instruction* I);
99     Expression create_cmp_expression(unsigned Opcode,
100                                      CmpInst::Predicate Predicate,
101                                      Value *LHS, Value *RHS);
102     Expression create_extractvalue_expression(ExtractValueInst* EI);
103     uint32_t lookup_or_add_call(CallInst* C);
104   public:
105     ValueTable() : nextValueNumber(1) { }
106     uint32_t lookup_or_add(Value *V);
107     uint32_t lookup(Value *V) const;
108     uint32_t lookup_or_add_cmp(unsigned Opcode, CmpInst::Predicate Pred,
109                                Value *LHS, Value *RHS);
110     void add(Value *V, uint32_t num);
111     void clear();
112     void erase(Value *v);
113     void setAliasAnalysis(AliasAnalysis* A) { AA = A; }
114     AliasAnalysis *getAliasAnalysis() const { return AA; }
115     void setMemDep(MemoryDependenceAnalysis* M) { MD = M; }
116     void setDomTree(DominatorTree* D) { DT = D; }
117     uint32_t getNextUnusedValueNumber() { return nextValueNumber; }
118     void verifyRemoved(const Value *) const;
119   };
120 }
121
122 namespace llvm {
123 template <> struct DenseMapInfo<Expression> {
124   static inline Expression getEmptyKey() {
125     return ~0U;
126   }
127
128   static inline Expression getTombstoneKey() {
129     return ~1U;
130   }
131
132   static unsigned getHashValue(const Expression e) {
133     unsigned hash = e.opcode;
134
135     hash = ((unsigned)((uintptr_t)e.type >> 4) ^
136             (unsigned)((uintptr_t)e.type >> 9));
137
138     for (SmallVector<uint32_t, 4>::const_iterator I = e.varargs.begin(),
139          E = e.varargs.end(); I != E; ++I)
140       hash = *I + hash * 37;
141     
142     return hash;
143   }
144   static bool isEqual(const Expression &LHS, const Expression &RHS) {
145     return LHS == RHS;
146   }
147 };
148
149 }
150
151 //===----------------------------------------------------------------------===//
152 //                     ValueTable Internal Functions
153 //===----------------------------------------------------------------------===//
154
155 Expression ValueTable::create_expression(Instruction *I) {
156   Expression e;
157   e.type = I->getType();
158   e.opcode = I->getOpcode();
159   for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
160        OI != OE; ++OI)
161     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*OI));
162   if (I->isCommutative()) {
163     // Ensure that commutative instructions that only differ by a permutation
164     // of their operands get the same value number by sorting the operand value
165     // numbers.  Since all commutative instructions have two operands it is more
166     // efficient to sort by hand rather than using, say, std::sort.
167     assert(I->getNumOperands() == 2 && "Unsupported commutative instruction!");
168     if (e.varargs[0] > e.varargs[1])
169       std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
170   }
171   
172   if (CmpInst *C = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
173     // Sort the operand value numbers so x<y and y>x get the same value number.
174     CmpInst::Predicate Predicate = C->getPredicate();
175     if (e.varargs[0] > e.varargs[1]) {
176       std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
177       Predicate = CmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
178     }
179     e.opcode = (C->getOpcode() << 8) | Predicate;
180   } else if (InsertValueInst *E = dyn_cast<InsertValueInst>(I)) {
181     for (InsertValueInst::idx_iterator II = E->idx_begin(), IE = E->idx_end();
182          II != IE; ++II)
183       e.varargs.push_back(*II);
184   }
185   
186   return e;
187 }
188
189 Expression ValueTable::create_cmp_expression(unsigned Opcode,
190                                              CmpInst::Predicate Predicate,
191                                              Value *LHS, Value *RHS) {
192   assert((Opcode == Instruction::ICmp || Opcode == Instruction::FCmp) &&
193          "Not a comparison!");
194   Expression e;
195   e.type = CmpInst::makeCmpResultType(LHS->getType());
196   e.varargs.push_back(lookup_or_add(LHS));
197   e.varargs.push_back(lookup_or_add(RHS));
198
199   // Sort the operand value numbers so x<y and y>x get the same value number.
200   if (e.varargs[0] > e.varargs[1]) {
201     std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
202     Predicate = CmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
203   }
204   e.opcode = (Opcode << 8) | Predicate;
205   return e;
206 }
207
208 Expression ValueTable::create_extractvalue_expression(ExtractValueInst *EI) {
209   assert(EI != 0 && "Not an ExtractValueInst?");
210   Expression e;
211   e.type = EI->getType();
212   e.opcode = 0;
213
214   IntrinsicInst *I = dyn_cast<IntrinsicInst>(EI->getAggregateOperand());
215   if (I != 0 && EI->getNumIndices() == 1 && *EI->idx_begin() == 0 ) {
216     // EI might be an extract from one of our recognised intrinsics. If it
217     // is we'll synthesize a semantically equivalent expression instead on
218     // an extract value expression.
219     switch (I->getIntrinsicID()) {
220       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
221       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
222         e.opcode = Instruction::Add;
223         break;
224       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
225       case Intrinsic::usub_with_overflow:
226         e.opcode = Instruction::Sub;
227         break;
228       case Intrinsic::smul_with_overflow:
229       case Intrinsic::umul_with_overflow:
230         e.opcode = Instruction::Mul;
231         break;
232       default:
233         break;
234     }
235
236     if (e.opcode != 0) {
237       // Intrinsic recognized. Grab its args to finish building the expression.
238       assert(I->getNumArgOperands() == 2 &&
239              "Expect two args for recognised intrinsics.");
240       e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getArgOperand(0)));
241       e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getArgOperand(1)));
242       return e;
243     }
244   }
245
246   // Not a recognised intrinsic. Fall back to producing an extract value
247   // expression.
248   e.opcode = EI->getOpcode();
249   for (Instruction::op_iterator OI = EI->op_begin(), OE = EI->op_end();
250        OI != OE; ++OI)
251     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*OI));
252
253   for (ExtractValueInst::idx_iterator II = EI->idx_begin(), IE = EI->idx_end();
254          II != IE; ++II)
255     e.varargs.push_back(*II);
256
257   return e;
258 }
259
260 //===----------------------------------------------------------------------===//
261 //                     ValueTable External Functions
262 //===----------------------------------------------------------------------===//
263
264 /// add - Insert a value into the table with a specified value number.
265 void ValueTable::add(Value *V, uint32_t num) {
266   valueNumbering.insert(std::make_pair(V, num));
267 }
268
269 uint32_t ValueTable::lookup_or_add_call(CallInst* C) {
270   if (AA->doesNotAccessMemory(C)) {
271     Expression exp = create_expression(C);
272     uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
273     if (!e) e = nextValueNumber++;
274     valueNumbering[C] = e;
275     return e;
276   } else if (AA->onlyReadsMemory(C)) {
277     Expression exp = create_expression(C);
278     uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
279     if (!e) {
280       e = nextValueNumber++;
281       valueNumbering[C] = e;
282       return e;
283     }
284     if (!MD) {
285       e = nextValueNumber++;
286       valueNumbering[C] = e;
287       return e;
288     }
289
290     MemDepResult local_dep = MD->getDependency(C);
291
292     if (!local_dep.isDef() && !local_dep.isNonLocal()) {
293       valueNumbering[C] =  nextValueNumber;
294       return nextValueNumber++;
295     }
296
297     if (local_dep.isDef()) {
298       CallInst* local_cdep = cast<CallInst>(local_dep.getInst());
299
300       if (local_cdep->getNumArgOperands() != C->getNumArgOperands()) {
301         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
302         return nextValueNumber++;
303       }
304
305       for (unsigned i = 0, e = C->getNumArgOperands(); i < e; ++i) {
306         uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getArgOperand(i));
307         uint32_t cd_vn = lookup_or_add(local_cdep->getArgOperand(i));
308         if (c_vn != cd_vn) {
309           valueNumbering[C] = nextValueNumber;
310           return nextValueNumber++;
311         }
312       }
313
314       uint32_t v = lookup_or_add(local_cdep);
315       valueNumbering[C] = v;
316       return v;
317     }
318
319     // Non-local case.
320     const MemoryDependenceAnalysis::NonLocalDepInfo &deps =
321       MD->getNonLocalCallDependency(CallSite(C));
322     // FIXME: Move the checking logic to MemDep!
323     CallInst* cdep = 0;
324
325     // Check to see if we have a single dominating call instruction that is
326     // identical to C.
327     for (unsigned i = 0, e = deps.size(); i != e; ++i) {
328       const NonLocalDepEntry *I = &deps[i];
329       if (I->getResult().isNonLocal())
330         continue;
331
332       // We don't handle non-definitions.  If we already have a call, reject
333       // instruction dependencies.
334       if (!I->getResult().isDef() || cdep != 0) {
335         cdep = 0;
336         break;
337       }
338
339       CallInst *NonLocalDepCall = dyn_cast<CallInst>(I->getResult().getInst());
340       // FIXME: All duplicated with non-local case.
341       if (NonLocalDepCall && DT->properlyDominates(I->getBB(), C->getParent())){
342         cdep = NonLocalDepCall;
343         continue;
344       }
345
346       cdep = 0;
347       break;
348     }
349
350     if (!cdep) {
351       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
352       return nextValueNumber++;
353     }
354
355     if (cdep->getNumArgOperands() != C->getNumArgOperands()) {
356       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
357       return nextValueNumber++;
358     }
359     for (unsigned i = 0, e = C->getNumArgOperands(); i < e; ++i) {
360       uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getArgOperand(i));
361       uint32_t cd_vn = lookup_or_add(cdep->getArgOperand(i));
362       if (c_vn != cd_vn) {
363         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
364         return nextValueNumber++;
365       }
366     }
367
368     uint32_t v = lookup_or_add(cdep);
369     valueNumbering[C] = v;
370     return v;
371
372   } else {
373     valueNumbering[C] = nextValueNumber;
374     return nextValueNumber++;
375   }
376 }
377
378 /// lookup_or_add - Returns the value number for the specified value, assigning
379 /// it a new number if it did not have one before.
380 uint32_t ValueTable::lookup_or_add(Value *V) {
381   DenseMap<Value*, uint32_t>::iterator VI = valueNumbering.find(V);
382   if (VI != valueNumbering.end())
383     return VI->second;
384
385   if (!isa<Instruction>(V)) {
386     valueNumbering[V] = nextValueNumber;
387     return nextValueNumber++;
388   }
389   
390   Instruction* I = cast<Instruction>(V);
391   Expression exp;
392   switch (I->getOpcode()) {
393     case Instruction::Call:
394       return lookup_or_add_call(cast<CallInst>(I));
395     case Instruction::Add:
396     case Instruction::FAdd:
397     case Instruction::Sub:
398     case Instruction::FSub:
399     case Instruction::Mul:
400     case Instruction::FMul:
401     case Instruction::UDiv:
402     case Instruction::SDiv:
403     case Instruction::FDiv:
404     case Instruction::URem:
405     case Instruction::SRem:
406     case Instruction::FRem:
407     case Instruction::Shl:
408     case Instruction::LShr:
409     case Instruction::AShr:
410     case Instruction::And:
411     case Instruction::Or :
412     case Instruction::Xor:
413     case Instruction::ICmp:
414     case Instruction::FCmp:
415     case Instruction::Trunc:
416     case Instruction::ZExt:
417     case Instruction::SExt:
418     case Instruction::FPToUI:
419     case Instruction::FPToSI:
420     case Instruction::UIToFP:
421     case Instruction::SIToFP:
422     case Instruction::FPTrunc:
423     case Instruction::FPExt:
424     case Instruction::PtrToInt:
425     case Instruction::IntToPtr:
426     case Instruction::BitCast:
427     case Instruction::Select:
428     case Instruction::ExtractElement:
429     case Instruction::InsertElement:
430     case Instruction::ShuffleVector:
431     case Instruction::InsertValue:
432     case Instruction::GetElementPtr:
433       exp = create_expression(I);
434       break;
435     case Instruction::ExtractValue:
436       exp = create_extractvalue_expression(cast<ExtractValueInst>(I));
437       break;
438     default:
439       valueNumbering[V] = nextValueNumber;
440       return nextValueNumber++;
441   }
442
443   uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
444   if (!e) e = nextValueNumber++;
445   valueNumbering[V] = e;
446   return e;
447 }
448
449 /// lookup - Returns the value number of the specified value. Fails if
450 /// the value has not yet been numbered.
451 uint32_t ValueTable::lookup(Value *V) const {
452   DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator VI = valueNumbering.find(V);
453   assert(VI != valueNumbering.end() && "Value not numbered?");
454   return VI->second;
455 }
456
457 /// lookup_or_add_cmp - Returns the value number of the given comparison,
458 /// assigning it a new number if it did not have one before.  Useful when
459 /// we deduced the result of a comparison, but don't immediately have an
460 /// instruction realizing that comparison to hand.
461 uint32_t ValueTable::lookup_or_add_cmp(unsigned Opcode,
462                                        CmpInst::Predicate Predicate,
463                                        Value *LHS, Value *RHS) {
464   Expression exp = create_cmp_expression(Opcode, Predicate, LHS, RHS);
465   uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
466   if (!e) e = nextValueNumber++;
467   return e;
468 }
469
470 /// clear - Remove all entries from the ValueTable.
471 void ValueTable::clear() {
472   valueNumbering.clear();
473   expressionNumbering.clear();
474   nextValueNumber = 1;
475 }
476
477 /// erase - Remove a value from the value numbering.
478 void ValueTable::erase(Value *V) {
479   valueNumbering.erase(V);
480 }
481
482 /// verifyRemoved - Verify that the value is removed from all internal data
483 /// structures.
484 void ValueTable::verifyRemoved(const Value *V) const {
485   for (DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator
486          I = valueNumbering.begin(), E = valueNumbering.end(); I != E; ++I) {
487     assert(I->first != V && "Inst still occurs in value numbering map!");
488   }
489 }
490
491 //===----------------------------------------------------------------------===//
492 //                                GVN Pass
493 //===----------------------------------------------------------------------===//
494
495 namespace {
496
497   class GVN : public FunctionPass {
498     bool NoLoads;
499     MemoryDependenceAnalysis *MD;
500     DominatorTree *DT;
501     const TargetData *TD;
502     const TargetLibraryInfo *TLI;
503
504     ValueTable VN;
505     
506     /// LeaderTable - A mapping from value numbers to lists of Value*'s that
507     /// have that value number.  Use findLeader to query it.
508     struct LeaderTableEntry {
509       Value *Val;
510       BasicBlock *BB;
511       LeaderTableEntry *Next;
512     };
513     DenseMap<uint32_t, LeaderTableEntry> LeaderTable;
514     BumpPtrAllocator TableAllocator;
515     
516     SmallVector<Instruction*, 8> InstrsToErase;
517   public:
518     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
519     explicit GVN(bool noloads = false)
520         : FunctionPass(ID), NoLoads(noloads), MD(0) {
521       initializeGVNPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
522     }
523
524     bool runOnFunction(Function &F);
525     
526     /// markInstructionForDeletion - This removes the specified instruction from
527     /// our various maps and marks it for deletion.
528     void markInstructionForDeletion(Instruction *I) {
529       VN.erase(I);
530       InstrsToErase.push_back(I);
531     }
532     
533     const TargetData *getTargetData() const { return TD; }
534     DominatorTree &getDominatorTree() const { return *DT; }
535     AliasAnalysis *getAliasAnalysis() const { return VN.getAliasAnalysis(); }
536     MemoryDependenceAnalysis &getMemDep() const { return *MD; }
537   private:
538     /// addToLeaderTable - Push a new Value to the LeaderTable onto the list for
539     /// its value number.
540     void addToLeaderTable(uint32_t N, Value *V, BasicBlock *BB) {
541       LeaderTableEntry &Curr = LeaderTable[N];
542       if (!Curr.Val) {
543         Curr.Val = V;
544         Curr.BB = BB;
545         return;
546       }
547       
548       LeaderTableEntry *Node = TableAllocator.Allocate<LeaderTableEntry>();
549       Node->Val = V;
550       Node->BB = BB;
551       Node->Next = Curr.Next;
552       Curr.Next = Node;
553     }
554     
555     /// removeFromLeaderTable - Scan the list of values corresponding to a given
556     /// value number, and remove the given value if encountered.
557     void removeFromLeaderTable(uint32_t N, Value *V, BasicBlock *BB) {
558       LeaderTableEntry* Prev = 0;
559       LeaderTableEntry* Curr = &LeaderTable[N];
560
561       while (Curr->Val != V || Curr->BB != BB) {
562         Prev = Curr;
563         Curr = Curr->Next;
564       }
565       
566       if (Prev) {
567         Prev->Next = Curr->Next;
568       } else {
569         if (!Curr->Next) {
570           Curr->Val = 0;
571           Curr->BB = 0;
572         } else {
573           LeaderTableEntry* Next = Curr->Next;
574           Curr->Val = Next->Val;
575           Curr->BB = Next->BB;
576           Curr->Next = Next->Next;
577         }
578       }
579     }
580
581     // List of critical edges to be split between iterations.
582     SmallVector<std::pair<TerminatorInst*, unsigned>, 4> toSplit;
583
584     // This transformation requires dominator postdominator info
585     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
586       AU.addRequired<DominatorTree>();
587       AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
588       if (!NoLoads)
589         AU.addRequired<MemoryDependenceAnalysis>();
590       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
591
592       AU.addPreserved<DominatorTree>();
593       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
594     }
595     
596
597     // Helper fuctions
598     // FIXME: eliminate or document these better
599     bool processLoad(LoadInst *L);
600     bool processInstruction(Instruction *I);
601     bool processNonLocalLoad(LoadInst *L);
602     bool processBlock(BasicBlock *BB);
603     void dump(DenseMap<uint32_t, Value*> &d);
604     bool iterateOnFunction(Function &F);
605     bool performPRE(Function &F);
606     Value *findLeader(BasicBlock *BB, uint32_t num);
607     void cleanupGlobalSets();
608     void verifyRemoved(const Instruction *I) const;
609     bool splitCriticalEdges();
610     unsigned replaceAllDominatedUsesWith(Value *From, Value *To,
611                                          BasicBlock *Root);
612     bool propagateEquality(Value *LHS, Value *RHS, BasicBlock *Root);
613   };
614
615   char GVN::ID = 0;
616 }
617
618 // createGVNPass - The public interface to this file...
619 FunctionPass *llvm::createGVNPass(bool NoLoads) {
620   return new GVN(NoLoads);
621 }
622
623 INITIALIZE_PASS_BEGIN(GVN, "gvn", "Global Value Numbering", false, false)
624 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MemoryDependenceAnalysis)
625 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
626 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
627 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
628 INITIALIZE_PASS_END(GVN, "gvn", "Global Value Numbering", false, false)
629
630 void GVN::dump(DenseMap<uint32_t, Value*>& d) {
631   errs() << "{\n";
632   for (DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator I = d.begin(),
633        E = d.end(); I != E; ++I) {
634       errs() << I->first << "\n";
635       I->second->dump();
636   }
637   errs() << "}\n";
638 }
639
640 /// IsValueFullyAvailableInBlock - Return true if we can prove that the value
641 /// we're analyzing is fully available in the specified block.  As we go, keep
642 /// track of which blocks we know are fully alive in FullyAvailableBlocks.  This
643 /// map is actually a tri-state map with the following values:
644 ///   0) we know the block *is not* fully available.
645 ///   1) we know the block *is* fully available.
646 ///   2) we do not know whether the block is fully available or not, but we are
647 ///      currently speculating that it will be.
648 ///   3) we are speculating for this block and have used that to speculate for
649 ///      other blocks.
650 static bool IsValueFullyAvailableInBlock(BasicBlock *BB,
651                             DenseMap<BasicBlock*, char> &FullyAvailableBlocks) {
652   // Optimistically assume that the block is fully available and check to see
653   // if we already know about this block in one lookup.
654   std::pair<DenseMap<BasicBlock*, char>::iterator, char> IV =
655     FullyAvailableBlocks.insert(std::make_pair(BB, 2));
656
657   // If the entry already existed for this block, return the precomputed value.
658   if (!IV.second) {
659     // If this is a speculative "available" value, mark it as being used for
660     // speculation of other blocks.
661     if (IV.first->second == 2)
662       IV.first->second = 3;
663     return IV.first->second != 0;
664   }
665
666   // Otherwise, see if it is fully available in all predecessors.
667   pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
668
669   // If this block has no predecessors, it isn't live-in here.
670   if (PI == PE)
671     goto SpeculationFailure;
672
673   for (; PI != PE; ++PI)
674     // If the value isn't fully available in one of our predecessors, then it
675     // isn't fully available in this block either.  Undo our previous
676     // optimistic assumption and bail out.
677     if (!IsValueFullyAvailableInBlock(*PI, FullyAvailableBlocks))
678       goto SpeculationFailure;
679
680   return true;
681
682 // SpeculationFailure - If we get here, we found out that this is not, after
683 // all, a fully-available block.  We have a problem if we speculated on this and
684 // used the speculation to mark other blocks as available.
685 SpeculationFailure:
686   char &BBVal = FullyAvailableBlocks[BB];
687
688   // If we didn't speculate on this, just return with it set to false.
689   if (BBVal == 2) {
690     BBVal = 0;
691     return false;
692   }
693
694   // If we did speculate on this value, we could have blocks set to 1 that are
695   // incorrect.  Walk the (transitive) successors of this block and mark them as
696   // 0 if set to one.
697   SmallVector<BasicBlock*, 32> BBWorklist;
698   BBWorklist.push_back(BB);
699
700   do {
701     BasicBlock *Entry = BBWorklist.pop_back_val();
702     // Note that this sets blocks to 0 (unavailable) if they happen to not
703     // already be in FullyAvailableBlocks.  This is safe.
704     char &EntryVal = FullyAvailableBlocks[Entry];
705     if (EntryVal == 0) continue;  // Already unavailable.
706
707     // Mark as unavailable.
708     EntryVal = 0;
709
710     for (succ_iterator I = succ_begin(Entry), E = succ_end(Entry); I != E; ++I)
711       BBWorklist.push_back(*I);
712   } while (!BBWorklist.empty());
713
714   return false;
715 }
716
717
718 /// CanCoerceMustAliasedValueToLoad - Return true if
719 /// CoerceAvailableValueToLoadType will succeed.
720 static bool CanCoerceMustAliasedValueToLoad(Value *StoredVal,
721                                             Type *LoadTy,
722                                             const TargetData &TD) {
723   // If the loaded or stored value is an first class array or struct, don't try
724   // to transform them.  We need to be able to bitcast to integer.
725   if (LoadTy->isStructTy() || LoadTy->isArrayTy() ||
726       StoredVal->getType()->isStructTy() ||
727       StoredVal->getType()->isArrayTy())
728     return false;
729   
730   // The store has to be at least as big as the load.
731   if (TD.getTypeSizeInBits(StoredVal->getType()) <
732         TD.getTypeSizeInBits(LoadTy))
733     return false;
734   
735   return true;
736 }
737   
738
739 /// CoerceAvailableValueToLoadType - If we saw a store of a value to memory, and
740 /// then a load from a must-aliased pointer of a different type, try to coerce
741 /// the stored value.  LoadedTy is the type of the load we want to replace and
742 /// InsertPt is the place to insert new instructions.
743 ///
744 /// If we can't do it, return null.
745 static Value *CoerceAvailableValueToLoadType(Value *StoredVal, 
746                                              Type *LoadedTy,
747                                              Instruction *InsertPt,
748                                              const TargetData &TD) {
749   if (!CanCoerceMustAliasedValueToLoad(StoredVal, LoadedTy, TD))
750     return 0;
751   
752   // If this is already the right type, just return it.
753   Type *StoredValTy = StoredVal->getType();
754   
755   uint64_t StoreSize = TD.getTypeSizeInBits(StoredValTy);
756   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadedTy);
757   
758   // If the store and reload are the same size, we can always reuse it.
759   if (StoreSize == LoadSize) {
760     // Pointer to Pointer -> use bitcast.
761     if (StoredValTy->isPointerTy() && LoadedTy->isPointerTy())
762       return new BitCastInst(StoredVal, LoadedTy, "", InsertPt);
763     
764     // Convert source pointers to integers, which can be bitcast.
765     if (StoredValTy->isPointerTy()) {
766       StoredValTy = TD.getIntPtrType(StoredValTy->getContext());
767       StoredVal = new PtrToIntInst(StoredVal, StoredValTy, "", InsertPt);
768     }
769     
770     Type *TypeToCastTo = LoadedTy;
771     if (TypeToCastTo->isPointerTy())
772       TypeToCastTo = TD.getIntPtrType(StoredValTy->getContext());
773     
774     if (StoredValTy != TypeToCastTo)
775       StoredVal = new BitCastInst(StoredVal, TypeToCastTo, "", InsertPt);
776     
777     // Cast to pointer if the load needs a pointer type.
778     if (LoadedTy->isPointerTy())
779       StoredVal = new IntToPtrInst(StoredVal, LoadedTy, "", InsertPt);
780     
781     return StoredVal;
782   }
783   
784   // If the loaded value is smaller than the available value, then we can
785   // extract out a piece from it.  If the available value is too small, then we
786   // can't do anything.
787   assert(StoreSize >= LoadSize && "CanCoerceMustAliasedValueToLoad fail");
788   
789   // Convert source pointers to integers, which can be manipulated.
790   if (StoredValTy->isPointerTy()) {
791     StoredValTy = TD.getIntPtrType(StoredValTy->getContext());
792     StoredVal = new PtrToIntInst(StoredVal, StoredValTy, "", InsertPt);
793   }
794   
795   // Convert vectors and fp to integer, which can be manipulated.
796   if (!StoredValTy->isIntegerTy()) {
797     StoredValTy = IntegerType::get(StoredValTy->getContext(), StoreSize);
798     StoredVal = new BitCastInst(StoredVal, StoredValTy, "", InsertPt);
799   }
800   
801   // If this is a big-endian system, we need to shift the value down to the low
802   // bits so that a truncate will work.
803   if (TD.isBigEndian()) {
804     Constant *Val = ConstantInt::get(StoredVal->getType(), StoreSize-LoadSize);
805     StoredVal = BinaryOperator::CreateLShr(StoredVal, Val, "tmp", InsertPt);
806   }
807   
808   // Truncate the integer to the right size now.
809   Type *NewIntTy = IntegerType::get(StoredValTy->getContext(), LoadSize);
810   StoredVal = new TruncInst(StoredVal, NewIntTy, "trunc", InsertPt);
811   
812   if (LoadedTy == NewIntTy)
813     return StoredVal;
814   
815   // If the result is a pointer, inttoptr.
816   if (LoadedTy->isPointerTy())
817     return new IntToPtrInst(StoredVal, LoadedTy, "inttoptr", InsertPt);
818   
819   // Otherwise, bitcast.
820   return new BitCastInst(StoredVal, LoadedTy, "bitcast", InsertPt);
821 }
822
823 /// AnalyzeLoadFromClobberingWrite - This function is called when we have a
824 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering memory write (store,
825 /// memset, memcpy, memmove).  This means that the write *may* provide bits used
826 /// by the load but we can't be sure because the pointers don't mustalias.
827 ///
828 /// Check this case to see if there is anything more we can do before we give
829 /// up.  This returns -1 if we have to give up, or a byte number in the stored
830 /// value of the piece that feeds the load.
831 static int AnalyzeLoadFromClobberingWrite(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
832                                           Value *WritePtr,
833                                           uint64_t WriteSizeInBits,
834                                           const TargetData &TD) {
835   // If the loaded or stored value is a first class array or struct, don't try
836   // to transform them.  We need to be able to bitcast to integer.
837   if (LoadTy->isStructTy() || LoadTy->isArrayTy())
838     return -1;
839   
840   int64_t StoreOffset = 0, LoadOffset = 0;
841   Value *StoreBase = GetPointerBaseWithConstantOffset(WritePtr, StoreOffset,TD);
842   Value *LoadBase = GetPointerBaseWithConstantOffset(LoadPtr, LoadOffset, TD);
843   if (StoreBase != LoadBase)
844     return -1;
845   
846   // If the load and store are to the exact same address, they should have been
847   // a must alias.  AA must have gotten confused.
848   // FIXME: Study to see if/when this happens.  One case is forwarding a memset
849   // to a load from the base of the memset.
850 #if 0
851   if (LoadOffset == StoreOffset) {
852     dbgs() << "STORE/LOAD DEP WITH COMMON POINTER MISSED:\n"
853     << "Base       = " << *StoreBase << "\n"
854     << "Store Ptr  = " << *WritePtr << "\n"
855     << "Store Offs = " << StoreOffset << "\n"
856     << "Load Ptr   = " << *LoadPtr << "\n";
857     abort();
858   }
859 #endif
860   
861   // If the load and store don't overlap at all, the store doesn't provide
862   // anything to the load.  In this case, they really don't alias at all, AA
863   // must have gotten confused.
864   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadTy);
865   
866   if ((WriteSizeInBits & 7) | (LoadSize & 7))
867     return -1;
868   uint64_t StoreSize = WriteSizeInBits >> 3;  // Convert to bytes.
869   LoadSize >>= 3;
870   
871   
872   bool isAAFailure = false;
873   if (StoreOffset < LoadOffset)
874     isAAFailure = StoreOffset+int64_t(StoreSize) <= LoadOffset;
875   else
876     isAAFailure = LoadOffset+int64_t(LoadSize) <= StoreOffset;
877
878   if (isAAFailure) {
879 #if 0
880     dbgs() << "STORE LOAD DEP WITH COMMON BASE:\n"
881     << "Base       = " << *StoreBase << "\n"
882     << "Store Ptr  = " << *WritePtr << "\n"
883     << "Store Offs = " << StoreOffset << "\n"
884     << "Load Ptr   = " << *LoadPtr << "\n";
885     abort();
886 #endif
887     return -1;
888   }
889   
890   // If the Load isn't completely contained within the stored bits, we don't
891   // have all the bits to feed it.  We could do something crazy in the future
892   // (issue a smaller load then merge the bits in) but this seems unlikely to be
893   // valuable.
894   if (StoreOffset > LoadOffset ||
895       StoreOffset+StoreSize < LoadOffset+LoadSize)
896     return -1;
897   
898   // Okay, we can do this transformation.  Return the number of bytes into the
899   // store that the load is.
900   return LoadOffset-StoreOffset;
901 }  
902
903 /// AnalyzeLoadFromClobberingStore - This function is called when we have a
904 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.
905 static int AnalyzeLoadFromClobberingStore(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
906                                           StoreInst *DepSI,
907                                           const TargetData &TD) {
908   // Cannot handle reading from store of first-class aggregate yet.
909   if (DepSI->getValueOperand()->getType()->isStructTy() ||
910       DepSI->getValueOperand()->getType()->isArrayTy())
911     return -1;
912
913   Value *StorePtr = DepSI->getPointerOperand();
914   uint64_t StoreSize =TD.getTypeSizeInBits(DepSI->getValueOperand()->getType());
915   return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr,
916                                         StorePtr, StoreSize, TD);
917 }
918
919 /// AnalyzeLoadFromClobberingLoad - This function is called when we have a
920 /// memdep query of a load that ends up being clobbered by another load.  See if
921 /// the other load can feed into the second load.
922 static int AnalyzeLoadFromClobberingLoad(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
923                                          LoadInst *DepLI, const TargetData &TD){
924   // Cannot handle reading from store of first-class aggregate yet.
925   if (DepLI->getType()->isStructTy() || DepLI->getType()->isArrayTy())
926     return -1;
927   
928   Value *DepPtr = DepLI->getPointerOperand();
929   uint64_t DepSize = TD.getTypeSizeInBits(DepLI->getType());
930   int R = AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, DepPtr, DepSize, TD);
931   if (R != -1) return R;
932   
933   // If we have a load/load clobber an DepLI can be widened to cover this load,
934   // then we should widen it!
935   int64_t LoadOffs = 0;
936   const Value *LoadBase =
937     GetPointerBaseWithConstantOffset(LoadPtr, LoadOffs, TD);
938   unsigned LoadSize = TD.getTypeStoreSize(LoadTy);
939   
940   unsigned Size = MemoryDependenceAnalysis::
941     getLoadLoadClobberFullWidthSize(LoadBase, LoadOffs, LoadSize, DepLI, TD);
942   if (Size == 0) return -1;
943   
944   return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, DepPtr, Size*8, TD);
945 }
946
947
948
949 static int AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
950                                             MemIntrinsic *MI,
951                                             const TargetData &TD) {
952   // If the mem operation is a non-constant size, we can't handle it.
953   ConstantInt *SizeCst = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
954   if (SizeCst == 0) return -1;
955   uint64_t MemSizeInBits = SizeCst->getZExtValue()*8;
956
957   // If this is memset, we just need to see if the offset is valid in the size
958   // of the memset..
959   if (MI->getIntrinsicID() == Intrinsic::memset)
960     return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, MI->getDest(),
961                                           MemSizeInBits, TD);
962   
963   // If we have a memcpy/memmove, the only case we can handle is if this is a
964   // copy from constant memory.  In that case, we can read directly from the
965   // constant memory.
966   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(MI);
967   
968   Constant *Src = dyn_cast<Constant>(MTI->getSource());
969   if (Src == 0) return -1;
970   
971   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GetUnderlyingObject(Src, &TD));
972   if (GV == 0 || !GV->isConstant()) return -1;
973   
974   // See if the access is within the bounds of the transfer.
975   int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr,
976                                               MI->getDest(), MemSizeInBits, TD);
977   if (Offset == -1)
978     return Offset;
979   
980   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
981   // offset applied as appropriate.
982   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
983                                  llvm::Type::getInt8PtrTy(Src->getContext()));
984   Constant *OffsetCst = 
985     ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
986   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Src, OffsetCst);
987   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::getUnqual(LoadTy));
988   if (ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, &TD))
989     return Offset;
990   return -1;
991 }
992                                             
993
994 /// GetStoreValueForLoad - This function is called when we have a
995 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.  This means
996 /// that the store provides bits used by the load but we the pointers don't
997 /// mustalias.  Check this case to see if there is anything more we can do
998 /// before we give up.
999 static Value *GetStoreValueForLoad(Value *SrcVal, unsigned Offset,
1000                                    Type *LoadTy,
1001                                    Instruction *InsertPt, const TargetData &TD){
1002   LLVMContext &Ctx = SrcVal->getType()->getContext();
1003   
1004   uint64_t StoreSize = (TD.getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) + 7) / 8;
1005   uint64_t LoadSize = (TD.getTypeSizeInBits(LoadTy) + 7) / 8;
1006   
1007   IRBuilder<> Builder(InsertPt->getParent(), InsertPt);
1008   
1009   // Compute which bits of the stored value are being used by the load.  Convert
1010   // to an integer type to start with.
1011   if (SrcVal->getType()->isPointerTy())
1012     SrcVal = Builder.CreatePtrToInt(SrcVal, TD.getIntPtrType(Ctx));
1013   if (!SrcVal->getType()->isIntegerTy())
1014     SrcVal = Builder.CreateBitCast(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, StoreSize*8));
1015   
1016   // Shift the bits to the least significant depending on endianness.
1017   unsigned ShiftAmt;
1018   if (TD.isLittleEndian())
1019     ShiftAmt = Offset*8;
1020   else
1021     ShiftAmt = (StoreSize-LoadSize-Offset)*8;
1022   
1023   if (ShiftAmt)
1024     SrcVal = Builder.CreateLShr(SrcVal, ShiftAmt);
1025   
1026   if (LoadSize != StoreSize)
1027     SrcVal = Builder.CreateTrunc(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8));
1028   
1029   return CoerceAvailableValueToLoadType(SrcVal, LoadTy, InsertPt, TD);
1030 }
1031
1032 /// GetLoadValueForLoad - This function is called when we have a
1033 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering load.  This means
1034 /// that the load *may* provide bits used by the load but we can't be sure
1035 /// because the pointers don't mustalias.  Check this case to see if there is
1036 /// anything more we can do before we give up.
1037 static Value *GetLoadValueForLoad(LoadInst *SrcVal, unsigned Offset,
1038                                   Type *LoadTy, Instruction *InsertPt,
1039                                   GVN &gvn) {
1040   const TargetData &TD = *gvn.getTargetData();
1041   // If Offset+LoadTy exceeds the size of SrcVal, then we must be wanting to
1042   // widen SrcVal out to a larger load.
1043   unsigned SrcValSize = TD.getTypeStoreSize(SrcVal->getType());
1044   unsigned LoadSize = TD.getTypeStoreSize(LoadTy);
1045   if (Offset+LoadSize > SrcValSize) {
1046     assert(SrcVal->isSimple() && "Cannot widen volatile/atomic load!");
1047     assert(SrcVal->getType()->isIntegerTy() && "Can't widen non-integer load");
1048     // If we have a load/load clobber an DepLI can be widened to cover this
1049     // load, then we should widen it to the next power of 2 size big enough!
1050     unsigned NewLoadSize = Offset+LoadSize;
1051     if (!isPowerOf2_32(NewLoadSize))
1052       NewLoadSize = NextPowerOf2(NewLoadSize);
1053
1054     Value *PtrVal = SrcVal->getPointerOperand();
1055     
1056     // Insert the new load after the old load.  This ensures that subsequent
1057     // memdep queries will find the new load.  We can't easily remove the old
1058     // load completely because it is already in the value numbering table.
1059     IRBuilder<> Builder(SrcVal->getParent(), ++BasicBlock::iterator(SrcVal));
1060     Type *DestPTy = 
1061       IntegerType::get(LoadTy->getContext(), NewLoadSize*8);
1062     DestPTy = PointerType::get(DestPTy, 
1063                        cast<PointerType>(PtrVal->getType())->getAddressSpace());
1064     Builder.SetCurrentDebugLocation(SrcVal->getDebugLoc());
1065     PtrVal = Builder.CreateBitCast(PtrVal, DestPTy);
1066     LoadInst *NewLoad = Builder.CreateLoad(PtrVal);
1067     NewLoad->takeName(SrcVal);
1068     NewLoad->setAlignment(SrcVal->getAlignment());
1069
1070     DEBUG(dbgs() << "GVN WIDENED LOAD: " << *SrcVal << "\n");
1071     DEBUG(dbgs() << "TO: " << *NewLoad << "\n");
1072     
1073     // Replace uses of the original load with the wider load.  On a big endian
1074     // system, we need to shift down to get the relevant bits.
1075     Value *RV = NewLoad;
1076     if (TD.isBigEndian())
1077       RV = Builder.CreateLShr(RV,
1078                     NewLoadSize*8-SrcVal->getType()->getPrimitiveSizeInBits());
1079     RV = Builder.CreateTrunc(RV, SrcVal->getType());
1080     SrcVal->replaceAllUsesWith(RV);
1081     
1082     // We would like to use gvn.markInstructionForDeletion here, but we can't
1083     // because the load is already memoized into the leader map table that GVN
1084     // tracks.  It is potentially possible to remove the load from the table,
1085     // but then there all of the operations based on it would need to be
1086     // rehashed.  Just leave the dead load around.
1087     gvn.getMemDep().removeInstruction(SrcVal);
1088     SrcVal = NewLoad;
1089   }
1090   
1091   return GetStoreValueForLoad(SrcVal, Offset, LoadTy, InsertPt, TD);
1092 }
1093
1094
1095 /// GetMemInstValueForLoad - This function is called when we have a
1096 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering mem intrinsic.
1097 static Value *GetMemInstValueForLoad(MemIntrinsic *SrcInst, unsigned Offset,
1098                                      Type *LoadTy, Instruction *InsertPt,
1099                                      const TargetData &TD){
1100   LLVMContext &Ctx = LoadTy->getContext();
1101   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadTy)/8;
1102
1103   IRBuilder<> Builder(InsertPt->getParent(), InsertPt);
1104   
1105   // We know that this method is only called when the mem transfer fully
1106   // provides the bits for the load.
1107   if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(SrcInst)) {
1108     // memset(P, 'x', 1234) -> splat('x'), even if x is a variable, and
1109     // independently of what the offset is.
1110     Value *Val = MSI->getValue();
1111     if (LoadSize != 1)
1112       Val = Builder.CreateZExt(Val, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8));
1113     
1114     Value *OneElt = Val;
1115     
1116     // Splat the value out to the right number of bits.
1117     for (unsigned NumBytesSet = 1; NumBytesSet != LoadSize; ) {
1118       // If we can double the number of bytes set, do it.
1119       if (NumBytesSet*2 <= LoadSize) {
1120         Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, NumBytesSet*8);
1121         Val = Builder.CreateOr(Val, ShVal);
1122         NumBytesSet <<= 1;
1123         continue;
1124       }
1125       
1126       // Otherwise insert one byte at a time.
1127       Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, 1*8);
1128       Val = Builder.CreateOr(OneElt, ShVal);
1129       ++NumBytesSet;
1130     }
1131     
1132     return CoerceAvailableValueToLoadType(Val, LoadTy, InsertPt, TD);
1133   }
1134  
1135   // Otherwise, this is a memcpy/memmove from a constant global.
1136   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(SrcInst);
1137   Constant *Src = cast<Constant>(MTI->getSource());
1138
1139   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
1140   // offset applied as appropriate.
1141   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
1142                                  llvm::Type::getInt8PtrTy(Src->getContext()));
1143   Constant *OffsetCst = 
1144   ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
1145   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Src, OffsetCst);
1146   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::getUnqual(LoadTy));
1147   return ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, &TD);
1148 }
1149
1150 namespace {
1151
1152 struct AvailableValueInBlock {
1153   /// BB - The basic block in question.
1154   BasicBlock *BB;
1155   enum ValType {
1156     SimpleVal,  // A simple offsetted value that is accessed.
1157     LoadVal,    // A value produced by a load.
1158     MemIntrin   // A memory intrinsic which is loaded from.
1159   };
1160   
1161   /// V - The value that is live out of the block.
1162   PointerIntPair<Value *, 2, ValType> Val;
1163   
1164   /// Offset - The byte offset in Val that is interesting for the load query.
1165   unsigned Offset;
1166   
1167   static AvailableValueInBlock get(BasicBlock *BB, Value *V,
1168                                    unsigned Offset = 0) {
1169     AvailableValueInBlock Res;
1170     Res.BB = BB;
1171     Res.Val.setPointer(V);
1172     Res.Val.setInt(SimpleVal);
1173     Res.Offset = Offset;
1174     return Res;
1175   }
1176
1177   static AvailableValueInBlock getMI(BasicBlock *BB, MemIntrinsic *MI,
1178                                      unsigned Offset = 0) {
1179     AvailableValueInBlock Res;
1180     Res.BB = BB;
1181     Res.Val.setPointer(MI);
1182     Res.Val.setInt(MemIntrin);
1183     Res.Offset = Offset;
1184     return Res;
1185   }
1186   
1187   static AvailableValueInBlock getLoad(BasicBlock *BB, LoadInst *LI,
1188                                        unsigned Offset = 0) {
1189     AvailableValueInBlock Res;
1190     Res.BB = BB;
1191     Res.Val.setPointer(LI);
1192     Res.Val.setInt(LoadVal);
1193     Res.Offset = Offset;
1194     return Res;
1195   }
1196
1197   bool isSimpleValue() const { return Val.getInt() == SimpleVal; }
1198   bool isCoercedLoadValue() const { return Val.getInt() == LoadVal; }
1199   bool isMemIntrinValue() const { return Val.getInt() == MemIntrin; }
1200
1201   Value *getSimpleValue() const {
1202     assert(isSimpleValue() && "Wrong accessor");
1203     return Val.getPointer();
1204   }
1205   
1206   LoadInst *getCoercedLoadValue() const {
1207     assert(isCoercedLoadValue() && "Wrong accessor");
1208     return cast<LoadInst>(Val.getPointer());
1209   }
1210   
1211   MemIntrinsic *getMemIntrinValue() const {
1212     assert(isMemIntrinValue() && "Wrong accessor");
1213     return cast<MemIntrinsic>(Val.getPointer());
1214   }
1215   
1216   /// MaterializeAdjustedValue - Emit code into this block to adjust the value
1217   /// defined here to the specified type.  This handles various coercion cases.
1218   Value *MaterializeAdjustedValue(Type *LoadTy, GVN &gvn) const {
1219     Value *Res;
1220     if (isSimpleValue()) {
1221       Res = getSimpleValue();
1222       if (Res->getType() != LoadTy) {
1223         const TargetData *TD = gvn.getTargetData();
1224         assert(TD && "Need target data to handle type mismatch case");
1225         Res = GetStoreValueForLoad(Res, Offset, LoadTy, BB->getTerminator(),
1226                                    *TD);
1227         
1228         DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL VAL:\nOffset: " << Offset << "  "
1229                      << *getSimpleValue() << '\n'
1230                      << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1231       }
1232     } else if (isCoercedLoadValue()) {
1233       LoadInst *Load = getCoercedLoadValue();
1234       if (Load->getType() == LoadTy && Offset == 0) {
1235         Res = Load;
1236       } else {
1237         Res = GetLoadValueForLoad(Load, Offset, LoadTy, BB->getTerminator(),
1238                                   gvn);
1239         
1240         DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL LOAD:\nOffset: " << Offset << "  "
1241                      << *getCoercedLoadValue() << '\n'
1242                      << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1243       }
1244     } else {
1245       const TargetData *TD = gvn.getTargetData();
1246       assert(TD && "Need target data to handle type mismatch case");
1247       Res = GetMemInstValueForLoad(getMemIntrinValue(), Offset,
1248                                    LoadTy, BB->getTerminator(), *TD);
1249       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL MEM INTRIN:\nOffset: " << Offset
1250                    << "  " << *getMemIntrinValue() << '\n'
1251                    << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1252     }
1253     return Res;
1254   }
1255 };
1256
1257 } // end anonymous namespace
1258
1259 /// ConstructSSAForLoadSet - Given a set of loads specified by ValuesPerBlock,
1260 /// construct SSA form, allowing us to eliminate LI.  This returns the value
1261 /// that should be used at LI's definition site.
1262 static Value *ConstructSSAForLoadSet(LoadInst *LI, 
1263                          SmallVectorImpl<AvailableValueInBlock> &ValuesPerBlock,
1264                                      GVN &gvn) {
1265   // Check for the fully redundant, dominating load case.  In this case, we can
1266   // just use the dominating value directly.
1267   if (ValuesPerBlock.size() == 1 && 
1268       gvn.getDominatorTree().properlyDominates(ValuesPerBlock[0].BB,
1269                                                LI->getParent()))
1270     return ValuesPerBlock[0].MaterializeAdjustedValue(LI->getType(), gvn);
1271
1272   // Otherwise, we have to construct SSA form.
1273   SmallVector<PHINode*, 8> NewPHIs;
1274   SSAUpdater SSAUpdate(&NewPHIs);
1275   SSAUpdate.Initialize(LI->getType(), LI->getName());
1276   
1277   Type *LoadTy = LI->getType();
1278   
1279   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i) {
1280     const AvailableValueInBlock &AV = ValuesPerBlock[i];
1281     BasicBlock *BB = AV.BB;
1282     
1283     if (SSAUpdate.HasValueForBlock(BB))
1284       continue;
1285
1286     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, AV.MaterializeAdjustedValue(LoadTy, gvn));
1287   }
1288   
1289   // Perform PHI construction.
1290   Value *V = SSAUpdate.GetValueInMiddleOfBlock(LI->getParent());
1291   
1292   // If new PHI nodes were created, notify alias analysis.
1293   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1294     AliasAnalysis *AA = gvn.getAliasAnalysis();
1295     
1296     for (unsigned i = 0, e = NewPHIs.size(); i != e; ++i)
1297       AA->copyValue(LI, NewPHIs[i]);
1298     
1299     // Now that we've copied information to the new PHIs, scan through
1300     // them again and inform alias analysis that we've added potentially
1301     // escaping uses to any values that are operands to these PHIs.
1302     for (unsigned i = 0, e = NewPHIs.size(); i != e; ++i) {
1303       PHINode *P = NewPHIs[i];
1304       for (unsigned ii = 0, ee = P->getNumIncomingValues(); ii != ee; ++ii) {
1305         unsigned jj = PHINode::getOperandNumForIncomingValue(ii);
1306         AA->addEscapingUse(P->getOperandUse(jj));
1307       }
1308     }
1309   }
1310
1311   return V;
1312 }
1313
1314 static bool isLifetimeStart(const Instruction *Inst) {
1315   if (const IntrinsicInst* II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst))
1316     return II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start;
1317   return false;
1318 }
1319
1320 /// processNonLocalLoad - Attempt to eliminate a load whose dependencies are
1321 /// non-local by performing PHI construction.
1322 bool GVN::processNonLocalLoad(LoadInst *LI) {
1323   // Find the non-local dependencies of the load.
1324   SmallVector<NonLocalDepResult, 64> Deps;
1325   AliasAnalysis::Location Loc = VN.getAliasAnalysis()->getLocation(LI);
1326   MD->getNonLocalPointerDependency(Loc, true, LI->getParent(), Deps);
1327   //DEBUG(dbgs() << "INVESTIGATING NONLOCAL LOAD: "
1328   //             << Deps.size() << *LI << '\n');
1329
1330   // If we had to process more than one hundred blocks to find the
1331   // dependencies, this load isn't worth worrying about.  Optimizing
1332   // it will be too expensive.
1333   unsigned NumDeps = Deps.size();
1334   if (NumDeps > 100)
1335     return false;
1336
1337   // If we had a phi translation failure, we'll have a single entry which is a
1338   // clobber in the current block.  Reject this early.
1339   if (NumDeps == 1 &&
1340       !Deps[0].getResult().isDef() && !Deps[0].getResult().isClobber()) {
1341     DEBUG(
1342       dbgs() << "GVN: non-local load ";
1343       WriteAsOperand(dbgs(), LI);
1344       dbgs() << " has unknown dependencies\n";
1345     );
1346     return false;
1347   }
1348
1349   // Filter out useless results (non-locals, etc).  Keep track of the blocks
1350   // where we have a value available in repl, also keep track of whether we see
1351   // dependencies that produce an unknown value for the load (such as a call
1352   // that could potentially clobber the load).
1353   SmallVector<AvailableValueInBlock, 64> ValuesPerBlock;
1354   SmallVector<BasicBlock*, 64> UnavailableBlocks;
1355
1356   for (unsigned i = 0, e = NumDeps; i != e; ++i) {
1357     BasicBlock *DepBB = Deps[i].getBB();
1358     MemDepResult DepInfo = Deps[i].getResult();
1359
1360     if (!DepInfo.isDef() && !DepInfo.isClobber()) {
1361       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1362       continue;
1363     }
1364
1365     if (DepInfo.isClobber()) {
1366       // The address being loaded in this non-local block may not be the same as
1367       // the pointer operand of the load if PHI translation occurs.  Make sure
1368       // to consider the right address.
1369       Value *Address = Deps[i].getAddress();
1370       
1371       // If the dependence is to a store that writes to a superset of the bits
1372       // read by the load, we can extract the bits we need for the load from the
1373       // stored value.
1374       if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInfo.getInst())) {
1375         if (TD && Address) {
1376           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingStore(LI->getType(), Address,
1377                                                       DepSI, *TD);
1378           if (Offset != -1) {
1379             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1380                                                        DepSI->getValueOperand(),
1381                                                                 Offset));
1382             continue;
1383           }
1384         }
1385       }
1386       
1387       // Check to see if we have something like this:
1388       //    load i32* P
1389       //    load i8* (P+1)
1390       // if we have this, replace the later with an extraction from the former.
1391       if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInfo.getInst())) {
1392         // If this is a clobber and L is the first instruction in its block, then
1393         // we have the first instruction in the entry block.
1394         if (DepLI != LI && Address && TD) {
1395           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingLoad(LI->getType(),
1396                                                      LI->getPointerOperand(),
1397                                                      DepLI, *TD);
1398           
1399           if (Offset != -1) {
1400             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getLoad(DepBB,DepLI,
1401                                                                     Offset));
1402             continue;
1403           }
1404         }
1405       }
1406
1407       // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can
1408       // forward a value on from it.
1409       if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(DepInfo.getInst())) {
1410         if (TD && Address) {
1411           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(LI->getType(), Address,
1412                                                         DepMI, *TD);
1413           if (Offset != -1) {
1414             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getMI(DepBB, DepMI,
1415                                                                   Offset));
1416             continue;
1417           }            
1418         }
1419       }
1420       
1421       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1422       continue;
1423     }
1424
1425     // DepInfo.isDef() here
1426
1427     Instruction *DepInst = DepInfo.getInst();
1428
1429     // Loading the allocation -> undef.
1430     if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMalloc(DepInst) ||
1431         // Loading immediately after lifetime begin -> undef.
1432         isLifetimeStart(DepInst)) {
1433       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1434                                              UndefValue::get(LI->getType())));
1435       continue;
1436     }
1437     
1438     if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1439       // Reject loads and stores that are to the same address but are of
1440       // different types if we have to.
1441       if (S->getValueOperand()->getType() != LI->getType()) {
1442         // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can
1443         // reuse it.
1444         if (TD == 0 || !CanCoerceMustAliasedValueToLoad(S->getValueOperand(),
1445                                                         LI->getType(), *TD)) {
1446           UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1447           continue;
1448         }
1449       }
1450
1451       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1452                                                          S->getValueOperand()));
1453       continue;
1454     }
1455     
1456     if (LoadInst *LD = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1457       // If the types mismatch and we can't handle it, reject reuse of the load.
1458       if (LD->getType() != LI->getType()) {
1459         // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can
1460         // reuse it.
1461         if (TD == 0 || !CanCoerceMustAliasedValueToLoad(LD, LI->getType(),*TD)){
1462           UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1463           continue;
1464         }          
1465       }
1466       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getLoad(DepBB, LD));
1467       continue;
1468     }
1469     
1470     UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1471     continue;
1472   }
1473
1474   // If we have no predecessors that produce a known value for this load, exit
1475   // early.
1476   if (ValuesPerBlock.empty()) return false;
1477
1478   // If all of the instructions we depend on produce a known value for this
1479   // load, then it is fully redundant and we can use PHI insertion to compute
1480   // its value.  Insert PHIs and remove the fully redundant value now.
1481   if (UnavailableBlocks.empty()) {
1482     DEBUG(dbgs() << "GVN REMOVING NONLOCAL LOAD: " << *LI << '\n');
1483     
1484     // Perform PHI construction.
1485     Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, *this);
1486     LI->replaceAllUsesWith(V);
1487
1488     if (isa<PHINode>(V))
1489       V->takeName(LI);
1490     if (V->getType()->isPointerTy())
1491       MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1492     markInstructionForDeletion(LI);
1493     ++NumGVNLoad;
1494     return true;
1495   }
1496
1497   if (!EnablePRE || !EnableLoadPRE)
1498     return false;
1499
1500   // Okay, we have *some* definitions of the value.  This means that the value
1501   // is available in some of our (transitive) predecessors.  Lets think about
1502   // doing PRE of this load.  This will involve inserting a new load into the
1503   // predecessor when it's not available.  We could do this in general, but
1504   // prefer to not increase code size.  As such, we only do this when we know
1505   // that we only have to insert *one* load (which means we're basically moving
1506   // the load, not inserting a new one).
1507
1508   SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> Blockers;
1509   for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
1510     Blockers.insert(UnavailableBlocks[i]);
1511
1512   // Let's find the first basic block with more than one predecessor.  Walk
1513   // backwards through predecessors if needed.
1514   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
1515   BasicBlock *TmpBB = LoadBB;
1516
1517   bool isSinglePred = false;
1518   bool allSingleSucc = true;
1519   while (TmpBB->getSinglePredecessor()) {
1520     isSinglePred = true;
1521     TmpBB = TmpBB->getSinglePredecessor();
1522     if (TmpBB == LoadBB) // Infinite (unreachable) loop.
1523       return false;
1524     if (Blockers.count(TmpBB))
1525       return false;
1526     
1527     // If any of these blocks has more than one successor (i.e. if the edge we
1528     // just traversed was critical), then there are other paths through this 
1529     // block along which the load may not be anticipated.  Hoisting the load 
1530     // above this block would be adding the load to execution paths along
1531     // which it was not previously executed.
1532     if (TmpBB->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1)
1533       return false;
1534   }
1535
1536   assert(TmpBB);
1537   LoadBB = TmpBB;
1538
1539   // FIXME: It is extremely unclear what this loop is doing, other than
1540   // artificially restricting loadpre.
1541   if (isSinglePred) {
1542     bool isHot = false;
1543     for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i) {
1544       const AvailableValueInBlock &AV = ValuesPerBlock[i];
1545       if (AV.isSimpleValue())
1546         // "Hot" Instruction is in some loop (because it dominates its dep.
1547         // instruction).
1548         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(AV.getSimpleValue()))
1549           if (DT->dominates(LI, I)) {
1550             isHot = true;
1551             break;
1552           }
1553     }
1554
1555     // We are interested only in "hot" instructions. We don't want to do any
1556     // mis-optimizations here.
1557     if (!isHot)
1558       return false;
1559   }
1560
1561   // Check to see how many predecessors have the loaded value fully
1562   // available.
1563   DenseMap<BasicBlock*, Value*> PredLoads;
1564   DenseMap<BasicBlock*, char> FullyAvailableBlocks;
1565   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i)
1566     FullyAvailableBlocks[ValuesPerBlock[i].BB] = true;
1567   for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
1568     FullyAvailableBlocks[UnavailableBlocks[i]] = false;
1569
1570   SmallVector<std::pair<TerminatorInst*, unsigned>, 4> NeedToSplit;
1571   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB);
1572        PI != E; ++PI) {
1573     BasicBlock *Pred = *PI;
1574     if (IsValueFullyAvailableInBlock(Pred, FullyAvailableBlocks)) {
1575       continue;
1576     }
1577     PredLoads[Pred] = 0;
1578
1579     if (Pred->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1) {
1580       if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator())) {
1581         DEBUG(dbgs() << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF INDBR CRITICAL EDGE '"
1582               << Pred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1583         return false;
1584       }
1585
1586       if (LoadBB->isLandingPad()) {
1587         DEBUG(dbgs()
1588               << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF LANDING PAD CRITICAL EDGE '"
1589               << Pred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1590         return false;
1591       }
1592
1593       unsigned SuccNum = GetSuccessorNumber(Pred, LoadBB);
1594       NeedToSplit.push_back(std::make_pair(Pred->getTerminator(), SuccNum));
1595     }
1596   }
1597
1598   if (!NeedToSplit.empty()) {
1599     toSplit.append(NeedToSplit.begin(), NeedToSplit.end());
1600     return false;
1601   }
1602
1603   // Decide whether PRE is profitable for this load.
1604   unsigned NumUnavailablePreds = PredLoads.size();
1605   assert(NumUnavailablePreds != 0 &&
1606          "Fully available value should be eliminated above!");
1607   
1608   // If this load is unavailable in multiple predecessors, reject it.
1609   // FIXME: If we could restructure the CFG, we could make a common pred with
1610   // all the preds that don't have an available LI and insert a new load into
1611   // that one block.
1612   if (NumUnavailablePreds != 1)
1613       return false;
1614
1615   // Check if the load can safely be moved to all the unavailable predecessors.
1616   bool CanDoPRE = true;
1617   SmallVector<Instruction*, 8> NewInsts;
1618   for (DenseMap<BasicBlock*, Value*>::iterator I = PredLoads.begin(),
1619          E = PredLoads.end(); I != E; ++I) {
1620     BasicBlock *UnavailablePred = I->first;
1621
1622     // Do PHI translation to get its value in the predecessor if necessary.  The
1623     // returned pointer (if non-null) is guaranteed to dominate UnavailablePred.
1624
1625     // If all preds have a single successor, then we know it is safe to insert
1626     // the load on the pred (?!?), so we can insert code to materialize the
1627     // pointer if it is not available.
1628     PHITransAddr Address(LI->getPointerOperand(), TD);
1629     Value *LoadPtr = 0;
1630     if (allSingleSucc) {
1631       LoadPtr = Address.PHITranslateWithInsertion(LoadBB, UnavailablePred,
1632                                                   *DT, NewInsts);
1633     } else {
1634       Address.PHITranslateValue(LoadBB, UnavailablePred, DT);
1635       LoadPtr = Address.getAddr();
1636     }
1637
1638     // If we couldn't find or insert a computation of this phi translated value,
1639     // we fail PRE.
1640     if (LoadPtr == 0) {
1641       DEBUG(dbgs() << "COULDN'T INSERT PHI TRANSLATED VALUE OF: "
1642             << *LI->getPointerOperand() << "\n");
1643       CanDoPRE = false;
1644       break;
1645     }
1646
1647     // Make sure it is valid to move this load here.  We have to watch out for:
1648     //  @1 = getelementptr (i8* p, ...
1649     //  test p and branch if == 0
1650     //  load @1
1651     // It is valid to have the getelementptr before the test, even if p can
1652     // be 0, as getelementptr only does address arithmetic.
1653     // If we are not pushing the value through any multiple-successor blocks
1654     // we do not have this case.  Otherwise, check that the load is safe to
1655     // put anywhere; this can be improved, but should be conservatively safe.
1656     if (!allSingleSucc &&
1657         // FIXME: REEVALUTE THIS.
1658         !isSafeToLoadUnconditionally(LoadPtr,
1659                                      UnavailablePred->getTerminator(),
1660                                      LI->getAlignment(), TD)) {
1661       CanDoPRE = false;
1662       break;
1663     }
1664
1665     I->second = LoadPtr;
1666   }
1667
1668   if (!CanDoPRE) {
1669     while (!NewInsts.empty()) {
1670       Instruction *I = NewInsts.pop_back_val();
1671       if (MD) MD->removeInstruction(I);
1672       I->eraseFromParent();
1673     }
1674     return false;
1675   }
1676
1677   // Okay, we can eliminate this load by inserting a reload in the predecessor
1678   // and using PHI construction to get the value in the other predecessors, do
1679   // it.
1680   DEBUG(dbgs() << "GVN REMOVING PRE LOAD: " << *LI << '\n');
1681   DEBUG(if (!NewInsts.empty())
1682           dbgs() << "INSERTED " << NewInsts.size() << " INSTS: "
1683                  << *NewInsts.back() << '\n');
1684   
1685   // Assign value numbers to the new instructions.
1686   for (unsigned i = 0, e = NewInsts.size(); i != e; ++i) {
1687     // FIXME: We really _ought_ to insert these value numbers into their 
1688     // parent's availability map.  However, in doing so, we risk getting into
1689     // ordering issues.  If a block hasn't been processed yet, we would be
1690     // marking a value as AVAIL-IN, which isn't what we intend.
1691     VN.lookup_or_add(NewInsts[i]);
1692   }
1693
1694   for (DenseMap<BasicBlock*, Value*>::iterator I = PredLoads.begin(),
1695          E = PredLoads.end(); I != E; ++I) {
1696     BasicBlock *UnavailablePred = I->first;
1697     Value *LoadPtr = I->second;
1698
1699     Instruction *NewLoad = new LoadInst(LoadPtr, LI->getName()+".pre", false,
1700                                         LI->getAlignment(),
1701                                         UnavailablePred->getTerminator());
1702
1703     // Transfer the old load's TBAA tag to the new load.
1704     if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa))
1705       NewLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1706
1707     // Transfer DebugLoc.
1708     NewLoad->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1709
1710     // Add the newly created load.
1711     ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(UnavailablePred,
1712                                                         NewLoad));
1713     MD->invalidateCachedPointerInfo(LoadPtr);
1714     DEBUG(dbgs() << "GVN INSERTED " << *NewLoad << '\n');
1715   }
1716
1717   // Perform PHI construction.
1718   Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, *this);
1719   LI->replaceAllUsesWith(V);
1720   if (isa<PHINode>(V))
1721     V->takeName(LI);
1722   if (V->getType()->isPointerTy())
1723     MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1724   markInstructionForDeletion(LI);
1725   ++NumPRELoad;
1726   return true;
1727 }
1728
1729 /// processLoad - Attempt to eliminate a load, first by eliminating it
1730 /// locally, and then attempting non-local elimination if that fails.
1731 bool GVN::processLoad(LoadInst *L) {
1732   if (!MD)
1733     return false;
1734
1735   if (!L->isSimple())
1736     return false;
1737
1738   if (L->use_empty()) {
1739     markInstructionForDeletion(L);
1740     return true;
1741   }
1742   
1743   // ... to a pointer that has been loaded from before...
1744   MemDepResult Dep = MD->getDependency(L);
1745
1746   // If we have a clobber and target data is around, see if this is a clobber
1747   // that we can fix up through code synthesis.
1748   if (Dep.isClobber() && TD) {
1749     // Check to see if we have something like this:
1750     //   store i32 123, i32* %P
1751     //   %A = bitcast i32* %P to i8*
1752     //   %B = gep i8* %A, i32 1
1753     //   %C = load i8* %B
1754     //
1755     // We could do that by recognizing if the clobber instructions are obviously
1756     // a common base + constant offset, and if the previous store (or memset)
1757     // completely covers this load.  This sort of thing can happen in bitfield
1758     // access code.
1759     Value *AvailVal = 0;
1760     if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(Dep.getInst())) {
1761       int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingStore(L->getType(),
1762                                                   L->getPointerOperand(),
1763                                                   DepSI, *TD);
1764       if (Offset != -1)
1765         AvailVal = GetStoreValueForLoad(DepSI->getValueOperand(), Offset,
1766                                         L->getType(), L, *TD);
1767     }
1768     
1769     // Check to see if we have something like this:
1770     //    load i32* P
1771     //    load i8* (P+1)
1772     // if we have this, replace the later with an extraction from the former.
1773     if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(Dep.getInst())) {
1774       // If this is a clobber and L is the first instruction in its block, then
1775       // we have the first instruction in the entry block.
1776       if (DepLI == L)
1777         return false;
1778       
1779       int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingLoad(L->getType(),
1780                                                  L->getPointerOperand(),
1781                                                  DepLI, *TD);
1782       if (Offset != -1)
1783         AvailVal = GetLoadValueForLoad(DepLI, Offset, L->getType(), L, *this);
1784     }
1785     
1786     // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can forward
1787     // a value on from it.
1788     if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(Dep.getInst())) {
1789       int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(L->getType(),
1790                                                     L->getPointerOperand(),
1791                                                     DepMI, *TD);
1792       if (Offset != -1)
1793         AvailVal = GetMemInstValueForLoad(DepMI, Offset, L->getType(), L, *TD);
1794     }
1795         
1796     if (AvailVal) {
1797       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED INST:\n" << *Dep.getInst() << '\n'
1798             << *AvailVal << '\n' << *L << "\n\n\n");
1799       
1800       // Replace the load!
1801       L->replaceAllUsesWith(AvailVal);
1802       if (AvailVal->getType()->isPointerTy())
1803         MD->invalidateCachedPointerInfo(AvailVal);
1804       markInstructionForDeletion(L);
1805       ++NumGVNLoad;
1806       return true;
1807     }
1808   }
1809   
1810   // If the value isn't available, don't do anything!
1811   if (Dep.isClobber()) {
1812     DEBUG(
1813       // fast print dep, using operator<< on instruction is too slow.
1814       dbgs() << "GVN: load ";
1815       WriteAsOperand(dbgs(), L);
1816       Instruction *I = Dep.getInst();
1817       dbgs() << " is clobbered by " << *I << '\n';
1818     );
1819     return false;
1820   }
1821
1822   // If it is defined in another block, try harder.
1823   if (Dep.isNonLocal())
1824     return processNonLocalLoad(L);
1825
1826   if (!Dep.isDef()) {
1827     DEBUG(
1828       // fast print dep, using operator<< on instruction is too slow.
1829       dbgs() << "GVN: load ";
1830       WriteAsOperand(dbgs(), L);
1831       dbgs() << " has unknown dependence\n";
1832     );
1833     return false;
1834   }
1835
1836   Instruction *DepInst = Dep.getInst();
1837   if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1838     Value *StoredVal = DepSI->getValueOperand();
1839     
1840     // The store and load are to a must-aliased pointer, but they may not
1841     // actually have the same type.  See if we know how to reuse the stored
1842     // value (depending on its type).
1843     if (StoredVal->getType() != L->getType()) {
1844       if (TD) {
1845         StoredVal = CoerceAvailableValueToLoadType(StoredVal, L->getType(),
1846                                                    L, *TD);
1847         if (StoredVal == 0)
1848           return false;
1849         
1850         DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED STORE:\n" << *DepSI << '\n' << *StoredVal
1851                      << '\n' << *L << "\n\n\n");
1852       }
1853       else 
1854         return false;
1855     }
1856
1857     // Remove it!
1858     L->replaceAllUsesWith(StoredVal);
1859     if (StoredVal->getType()->isPointerTy())
1860       MD->invalidateCachedPointerInfo(StoredVal);
1861     markInstructionForDeletion(L);
1862     ++NumGVNLoad;
1863     return true;
1864   }
1865
1866   if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1867     Value *AvailableVal = DepLI;
1868     
1869     // The loads are of a must-aliased pointer, but they may not actually have
1870     // the same type.  See if we know how to reuse the previously loaded value
1871     // (depending on its type).
1872     if (DepLI->getType() != L->getType()) {
1873       if (TD) {
1874         AvailableVal = CoerceAvailableValueToLoadType(DepLI, L->getType(),
1875                                                       L, *TD);
1876         if (AvailableVal == 0)
1877           return false;
1878       
1879         DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED LOAD:\n" << *DepLI << "\n" << *AvailableVal
1880                      << "\n" << *L << "\n\n\n");
1881       }
1882       else 
1883         return false;
1884     }
1885     
1886     // Remove it!
1887     L->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
1888     if (DepLI->getType()->isPointerTy())
1889       MD->invalidateCachedPointerInfo(DepLI);
1890     markInstructionForDeletion(L);
1891     ++NumGVNLoad;
1892     return true;
1893   }
1894
1895   // If this load really doesn't depend on anything, then we must be loading an
1896   // undef value.  This can happen when loading for a fresh allocation with no
1897   // intervening stores, for example.
1898   if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMalloc(DepInst)) {
1899     L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1900     markInstructionForDeletion(L);
1901     ++NumGVNLoad;
1902     return true;
1903   }
1904   
1905   // If this load occurs either right after a lifetime begin,
1906   // then the loaded value is undefined.
1907   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(DepInst)) {
1908     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start) {
1909       L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1910       markInstructionForDeletion(L);
1911       ++NumGVNLoad;
1912       return true;
1913     }
1914   }
1915
1916   return false;
1917 }
1918
1919 // findLeader - In order to find a leader for a given value number at a 
1920 // specific basic block, we first obtain the list of all Values for that number,
1921 // and then scan the list to find one whose block dominates the block in 
1922 // question.  This is fast because dominator tree queries consist of only
1923 // a few comparisons of DFS numbers.
1924 Value *GVN::findLeader(BasicBlock *BB, uint32_t num) {
1925   LeaderTableEntry Vals = LeaderTable[num];
1926   if (!Vals.Val) return 0;
1927   
1928   Value *Val = 0;
1929   if (DT->dominates(Vals.BB, BB)) {
1930     Val = Vals.Val;
1931     if (isa<Constant>(Val)) return Val;
1932   }
1933   
1934   LeaderTableEntry* Next = Vals.Next;
1935   while (Next) {
1936     if (DT->dominates(Next->BB, BB)) {
1937       if (isa<Constant>(Next->Val)) return Next->Val;
1938       if (!Val) Val = Next->Val;
1939     }
1940     
1941     Next = Next->Next;
1942   }
1943
1944   return Val;
1945 }
1946
1947 /// replaceAllDominatedUsesWith - Replace all uses of 'From' with 'To' if the
1948 /// use is dominated by the given basic block.  Returns the number of uses that
1949 /// were replaced.
1950 unsigned GVN::replaceAllDominatedUsesWith(Value *From, Value *To,
1951                                           BasicBlock *Root) {
1952   unsigned Count = 0;
1953   for (Value::use_iterator UI = From->use_begin(), UE = From->use_end();
1954        UI != UE; ) {
1955     Use &U = (UI++).getUse();
1956     if (DT->dominates(Root, cast<Instruction>(U.getUser())->getParent())) {
1957       U.set(To);
1958       ++Count;
1959     }
1960   }
1961   return Count;
1962 }
1963
1964 /// propagateEquality - The given values are known to be equal in every block
1965 /// dominated by 'Root'.  Exploit this, for example by replacing 'LHS' with
1966 /// 'RHS' everywhere in the scope.  Returns whether a change was made.
1967 bool GVN::propagateEquality(Value *LHS, Value *RHS, BasicBlock *Root) {
1968   if (LHS == RHS) return false;
1969   assert(LHS->getType() == RHS->getType() && "Equal but types differ!");
1970
1971   // Don't try to propagate equalities between constants.
1972   if (isa<Constant>(LHS) && isa<Constant>(RHS))
1973     return false;
1974
1975   // Prefer a constant on the right-hand side, or an Argument if no constants.
1976   if (isa<Constant>(LHS) || (isa<Argument>(LHS) && !isa<Constant>(RHS)))
1977     std::swap(LHS, RHS);
1978   assert((isa<Argument>(LHS) || isa<Instruction>(LHS)) && "Unexpected value!");
1979
1980   // If there is no obvious reason to prefer the left-hand side over the right-
1981   // hand side, ensure the longest lived term is on the right-hand side, so the
1982   // shortest lived term will be replaced by the longest lived.  This tends to
1983   // expose more simplifications.
1984   uint32_t LVN = VN.lookup_or_add(LHS);
1985   if ((isa<Argument>(LHS) && isa<Argument>(RHS)) ||
1986       (isa<Instruction>(LHS) && isa<Instruction>(RHS))) {
1987     // Move the 'oldest' value to the right-hand side, using the value number as
1988     // a proxy for age.
1989     uint32_t RVN = VN.lookup_or_add(RHS);
1990     if (LVN < RVN) {
1991       std::swap(LHS, RHS);
1992       LVN = RVN;
1993     }
1994   }
1995
1996   // If value numbering later deduces that an instruction in the scope is equal
1997   // to 'LHS' then ensure it will be turned into 'RHS'.
1998   addToLeaderTable(LVN, RHS, Root);
1999
2000   // Replace all occurrences of 'LHS' with 'RHS' everywhere in the scope.  As
2001   // LHS always has at least one use that is not dominated by Root, this will
2002   // never do anything if LHS has only one use.
2003   bool Changed = false;
2004   if (!LHS->hasOneUse()) {
2005     unsigned NumReplacements = replaceAllDominatedUsesWith(LHS, RHS, Root);
2006     Changed |= NumReplacements > 0;
2007     NumGVNEqProp += NumReplacements;
2008   }
2009
2010   // Now try to deduce additional equalities from this one.  For example, if the
2011   // known equality was "(A != B)" == "false" then it follows that A and B are
2012   // equal in the scope.  Only boolean equalities with an explicit true or false
2013   // RHS are currently supported.
2014   if (!RHS->getType()->isIntegerTy(1))
2015     // Not a boolean equality - bail out.
2016     return Changed;
2017   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS);
2018   if (!CI)
2019     // RHS neither 'true' nor 'false' - bail out.
2020     return Changed;
2021   // Whether RHS equals 'true'.  Otherwise it equals 'false'.
2022   bool isKnownTrue = CI->isAllOnesValue();
2023   bool isKnownFalse = !isKnownTrue;
2024
2025   // If "A && B" is known true then both A and B are known true.  If "A || B"
2026   // is known false then both A and B are known false.
2027   Value *A, *B;
2028   if ((isKnownTrue && match(LHS, m_And(m_Value(A), m_Value(B)))) ||
2029       (isKnownFalse && match(LHS, m_Or(m_Value(A), m_Value(B))))) {
2030     Changed |= propagateEquality(A, RHS, Root);
2031     Changed |= propagateEquality(B, RHS, Root);
2032     return Changed;
2033   }
2034
2035   // If we are propagating an equality like "(A == B)" == "true" then also
2036   // propagate the equality A == B.  When propagating a comparison such as
2037   // "(A >= B)" == "true", replace all instances of "A < B" with "false".
2038   if (ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(LHS)) {
2039     Value *Op0 = Cmp->getOperand(0), *Op1 = Cmp->getOperand(1);
2040
2041     // If "A == B" is known true, or "A != B" is known false, then replace
2042     // A with B everywhere in the scope.
2043     if ((isKnownTrue && Cmp->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ) ||
2044         (isKnownFalse && Cmp->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE))
2045       Changed |= propagateEquality(Op0, Op1, Root);
2046
2047     // If "A >= B" is known true, replace "A < B" with false everywhere.
2048     CmpInst::Predicate NotPred = Cmp->getInversePredicate();
2049     Constant *NotVal = ConstantInt::get(Cmp->getType(), isKnownFalse);
2050     // Since we don't have the instruction "A < B" immediately to hand, work out
2051     // the value number that it would have and use that to find an appropriate
2052     // instruction (if any).
2053     uint32_t NextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
2054     uint32_t Num = VN.lookup_or_add_cmp(Cmp->getOpcode(), NotPred, Op0, Op1);
2055     // If the number we were assigned was brand new then there is no point in
2056     // looking for an instruction realizing it: there cannot be one!
2057     if (Num < NextNum) {
2058       Value *NotCmp = findLeader(Root, Num);
2059       if (NotCmp && isa<Instruction>(NotCmp)) {
2060         unsigned NumReplacements =
2061           replaceAllDominatedUsesWith(NotCmp, NotVal, Root);
2062         Changed |= NumReplacements > 0;
2063         NumGVNEqProp += NumReplacements;
2064       }
2065     }
2066     // Ensure that any instruction in scope that gets the "A < B" value number
2067     // is replaced with false.
2068     addToLeaderTable(Num, NotVal, Root);
2069
2070     return Changed;
2071   }
2072
2073   return Changed;
2074 }
2075
2076 /// isOnlyReachableViaThisEdge - There is an edge from 'Src' to 'Dst'.  Return
2077 /// true if every path from the entry block to 'Dst' passes via this edge.  In
2078 /// particular 'Dst' must not be reachable via another edge from 'Src'.
2079 static bool isOnlyReachableViaThisEdge(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst,
2080                                        DominatorTree *DT) {
2081   // While in theory it is interesting to consider the case in which Dst has
2082   // more than one predecessor, because Dst might be part of a loop which is
2083   // only reachable from Src, in practice it is pointless since at the time
2084   // GVN runs all such loops have preheaders, which means that Dst will have
2085   // been changed to have only one predecessor, namely Src.
2086   BasicBlock *Pred = Dst->getSinglePredecessor();
2087   assert((!Pred || Pred == Src) && "No edge between these basic blocks!");
2088   (void)Src;
2089   return Pred != 0;
2090 }
2091
2092 /// processInstruction - When calculating availability, handle an instruction
2093 /// by inserting it into the appropriate sets
2094 bool GVN::processInstruction(Instruction *I) {
2095   // Ignore dbg info intrinsics.
2096   if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2097     return false;
2098
2099   // If the instruction can be easily simplified then do so now in preference
2100   // to value numbering it.  Value numbering often exposes redundancies, for
2101   // example if it determines that %y is equal to %x then the instruction
2102   // "%z = and i32 %x, %y" becomes "%z = and i32 %x, %x" which we now simplify.
2103   if (Value *V = SimplifyInstruction(I, TD, TLI, DT)) {
2104     I->replaceAllUsesWith(V);
2105     if (MD && V->getType()->isPointerTy())
2106       MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
2107     markInstructionForDeletion(I);
2108     ++NumGVNSimpl;
2109     return true;
2110   }
2111
2112   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
2113     if (processLoad(LI))
2114       return true;
2115
2116     unsigned Num = VN.lookup_or_add(LI);
2117     addToLeaderTable(Num, LI, LI->getParent());
2118     return false;
2119   }
2120
2121   // For conditional branches, we can perform simple conditional propagation on
2122   // the condition value itself.
2123   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(I)) {
2124     if (!BI->isConditional() || isa<Constant>(BI->getCondition()))
2125       return false;
2126
2127     Value *BranchCond = BI->getCondition();
2128
2129     BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
2130     BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
2131     BasicBlock *Parent = BI->getParent();
2132     bool Changed = false;
2133
2134     if (isOnlyReachableViaThisEdge(Parent, TrueSucc, DT))
2135       Changed |= propagateEquality(BranchCond,
2136                                    ConstantInt::getTrue(TrueSucc->getContext()),
2137                                    TrueSucc);
2138
2139     if (isOnlyReachableViaThisEdge(Parent, FalseSucc, DT))
2140       Changed |= propagateEquality(BranchCond,
2141                                    ConstantInt::getFalse(FalseSucc->getContext()),
2142                                    FalseSucc);
2143
2144     return Changed;
2145   }
2146
2147   // For switches, propagate the case values into the case destinations.
2148   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(I)) {
2149     Value *SwitchCond = SI->getCondition();
2150     BasicBlock *Parent = SI->getParent();
2151     bool Changed = false;
2152     for (unsigned i = 0, e = SI->getNumCases(); i != e; ++i) {
2153       BasicBlock *Dst = SI->getCaseSuccessor(i);
2154       if (isOnlyReachableViaThisEdge(Parent, Dst, DT))
2155         Changed |= propagateEquality(SwitchCond, SI->getCaseValue(i), Dst);
2156     }
2157     return Changed;
2158   }
2159
2160   // Instructions with void type don't return a value, so there's
2161   // no point in trying to find redundancies in them.
2162   if (I->getType()->isVoidTy()) return false;
2163   
2164   uint32_t NextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
2165   unsigned Num = VN.lookup_or_add(I);
2166
2167   // Allocations are always uniquely numbered, so we can save time and memory
2168   // by fast failing them.
2169   if (isa<AllocaInst>(I) || isa<TerminatorInst>(I) || isa<PHINode>(I)) {
2170     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2171     return false;
2172   }
2173
2174   // If the number we were assigned was a brand new VN, then we don't
2175   // need to do a lookup to see if the number already exists
2176   // somewhere in the domtree: it can't!
2177   if (Num >= NextNum) {
2178     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2179     return false;
2180   }
2181   
2182   // Perform fast-path value-number based elimination of values inherited from
2183   // dominators.
2184   Value *repl = findLeader(I->getParent(), Num);
2185   if (repl == 0) {
2186     // Failure, just remember this instance for future use.
2187     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2188     return false;
2189   }
2190   
2191   // Remove it!
2192   I->replaceAllUsesWith(repl);
2193   if (MD && repl->getType()->isPointerTy())
2194     MD->invalidateCachedPointerInfo(repl);
2195   markInstructionForDeletion(I);
2196   return true;
2197 }
2198
2199 /// runOnFunction - This is the main transformation entry point for a function.
2200 bool GVN::runOnFunction(Function& F) {
2201   if (!NoLoads)
2202     MD = &getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
2203   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2204   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
2205   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
2206   VN.setAliasAnalysis(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
2207   VN.setMemDep(MD);
2208   VN.setDomTree(DT);
2209
2210   bool Changed = false;
2211   bool ShouldContinue = true;
2212
2213   // Merge unconditional branches, allowing PRE to catch more
2214   // optimization opportunities.
2215   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ) {
2216     BasicBlock *BB = FI++;
2217     
2218     bool removedBlock = MergeBlockIntoPredecessor(BB, this);
2219     if (removedBlock) ++NumGVNBlocks;
2220
2221     Changed |= removedBlock;
2222   }
2223
2224   unsigned Iteration = 0;
2225   while (ShouldContinue) {
2226     DEBUG(dbgs() << "GVN iteration: " << Iteration << "\n");
2227     ShouldContinue = iterateOnFunction(F);
2228     if (splitCriticalEdges())
2229       ShouldContinue = true;
2230     Changed |= ShouldContinue;
2231     ++Iteration;
2232   }
2233
2234   if (EnablePRE) {
2235     bool PREChanged = true;
2236     while (PREChanged) {
2237       PREChanged = performPRE(F);
2238       Changed |= PREChanged;
2239     }
2240   }
2241   // FIXME: Should perform GVN again after PRE does something.  PRE can move
2242   // computations into blocks where they become fully redundant.  Note that
2243   // we can't do this until PRE's critical edge splitting updates memdep.
2244   // Actually, when this happens, we should just fully integrate PRE into GVN.
2245
2246   cleanupGlobalSets();
2247
2248   return Changed;
2249 }
2250
2251
2252 bool GVN::processBlock(BasicBlock *BB) {
2253   // FIXME: Kill off InstrsToErase by doing erasing eagerly in a helper function
2254   // (and incrementing BI before processing an instruction).
2255   assert(InstrsToErase.empty() &&
2256          "We expect InstrsToErase to be empty across iterations");
2257   bool ChangedFunction = false;
2258
2259   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end();
2260        BI != BE;) {
2261     ChangedFunction |= processInstruction(BI);
2262     if (InstrsToErase.empty()) {
2263       ++BI;
2264       continue;
2265     }
2266
2267     // If we need some instructions deleted, do it now.
2268     NumGVNInstr += InstrsToErase.size();
2269
2270     // Avoid iterator invalidation.
2271     bool AtStart = BI == BB->begin();
2272     if (!AtStart)
2273       --BI;
2274
2275     for (SmallVector<Instruction*, 4>::iterator I = InstrsToErase.begin(),
2276          E = InstrsToErase.end(); I != E; ++I) {
2277       DEBUG(dbgs() << "GVN removed: " << **I << '\n');
2278       if (MD) MD->removeInstruction(*I);
2279       (*I)->eraseFromParent();
2280       DEBUG(verifyRemoved(*I));
2281     }
2282     InstrsToErase.clear();
2283
2284     if (AtStart)
2285       BI = BB->begin();
2286     else
2287       ++BI;
2288   }
2289
2290   return ChangedFunction;
2291 }
2292
2293 /// performPRE - Perform a purely local form of PRE that looks for diamond
2294 /// control flow patterns and attempts to perform simple PRE at the join point.
2295 bool GVN::performPRE(Function &F) {
2296   bool Changed = false;
2297   DenseMap<BasicBlock*, Value*> predMap;
2298   for (df_iterator<BasicBlock*> DI = df_begin(&F.getEntryBlock()),
2299        DE = df_end(&F.getEntryBlock()); DI != DE; ++DI) {
2300     BasicBlock *CurrentBlock = *DI;
2301
2302     // Nothing to PRE in the entry block.
2303     if (CurrentBlock == &F.getEntryBlock()) continue;
2304
2305     // Don't perform PRE on a landing pad.
2306     if (CurrentBlock->isLandingPad()) continue;
2307
2308     for (BasicBlock::iterator BI = CurrentBlock->begin(),
2309          BE = CurrentBlock->end(); BI != BE; ) {
2310       Instruction *CurInst = BI++;
2311
2312       if (isa<AllocaInst>(CurInst) ||
2313           isa<TerminatorInst>(CurInst) || isa<PHINode>(CurInst) ||
2314           CurInst->getType()->isVoidTy() ||
2315           CurInst->mayReadFromMemory() || CurInst->mayHaveSideEffects() ||
2316           isa<DbgInfoIntrinsic>(CurInst))
2317         continue;
2318       
2319       // We don't currently value number ANY inline asm calls.
2320       if (CallInst *CallI = dyn_cast<CallInst>(CurInst))
2321         if (CallI->isInlineAsm())
2322           continue;
2323
2324       uint32_t ValNo = VN.lookup(CurInst);
2325
2326       // Look for the predecessors for PRE opportunities.  We're
2327       // only trying to solve the basic diamond case, where
2328       // a value is computed in the successor and one predecessor,
2329       // but not the other.  We also explicitly disallow cases
2330       // where the successor is its own predecessor, because they're
2331       // more complicated to get right.
2332       unsigned NumWith = 0;
2333       unsigned NumWithout = 0;
2334       BasicBlock *PREPred = 0;
2335       predMap.clear();
2336
2337       for (pred_iterator PI = pred_begin(CurrentBlock),
2338            PE = pred_end(CurrentBlock); PI != PE; ++PI) {
2339         BasicBlock *P = *PI;
2340         // We're not interested in PRE where the block is its
2341         // own predecessor, or in blocks with predecessors
2342         // that are not reachable.
2343         if (P == CurrentBlock) {
2344           NumWithout = 2;
2345           break;
2346         } else if (!DT->dominates(&F.getEntryBlock(), P))  {
2347           NumWithout = 2;
2348           break;
2349         }
2350
2351         Value* predV = findLeader(P, ValNo);
2352         if (predV == 0) {
2353           PREPred = P;
2354           ++NumWithout;
2355         } else if (predV == CurInst) {
2356           NumWithout = 2;
2357         } else {
2358           predMap[P] = predV;
2359           ++NumWith;
2360         }
2361       }
2362
2363       // Don't do PRE when it might increase code size, i.e. when
2364       // we would need to insert instructions in more than one pred.
2365       if (NumWithout != 1 || NumWith == 0)
2366         continue;
2367       
2368       // Don't do PRE across indirect branch.
2369       if (isa<IndirectBrInst>(PREPred->getTerminator()))
2370         continue;
2371
2372       // We can't do PRE safely on a critical edge, so instead we schedule
2373       // the edge to be split and perform the PRE the next time we iterate
2374       // on the function.
2375       unsigned SuccNum = GetSuccessorNumber(PREPred, CurrentBlock);
2376       if (isCriticalEdge(PREPred->getTerminator(), SuccNum)) {
2377         toSplit.push_back(std::make_pair(PREPred->getTerminator(), SuccNum));
2378         continue;
2379       }
2380
2381       // Instantiate the expression in the predecessor that lacked it.
2382       // Because we are going top-down through the block, all value numbers
2383       // will be available in the predecessor by the time we need them.  Any
2384       // that weren't originally present will have been instantiated earlier
2385       // in this loop.
2386       Instruction *PREInstr = CurInst->clone();
2387       bool success = true;
2388       for (unsigned i = 0, e = CurInst->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2389         Value *Op = PREInstr->getOperand(i);
2390         if (isa<Argument>(Op) || isa<Constant>(Op) || isa<GlobalValue>(Op))
2391           continue;
2392
2393         if (Value *V = findLeader(PREPred, VN.lookup(Op))) {
2394           PREInstr->setOperand(i, V);
2395         } else {
2396           success = false;
2397           break;
2398         }
2399       }
2400
2401       // Fail out if we encounter an operand that is not available in
2402       // the PRE predecessor.  This is typically because of loads which
2403       // are not value numbered precisely.
2404       if (!success) {
2405         delete PREInstr;
2406         DEBUG(verifyRemoved(PREInstr));
2407         continue;
2408       }
2409
2410       PREInstr->insertBefore(PREPred->getTerminator());
2411       PREInstr->setName(CurInst->getName() + ".pre");
2412       PREInstr->setDebugLoc(CurInst->getDebugLoc());
2413       predMap[PREPred] = PREInstr;
2414       VN.add(PREInstr, ValNo);
2415       ++NumGVNPRE;
2416
2417       // Update the availability map to include the new instruction.
2418       addToLeaderTable(ValNo, PREInstr, PREPred);
2419
2420       // Create a PHI to make the value available in this block.
2421       pred_iterator PB = pred_begin(CurrentBlock), PE = pred_end(CurrentBlock);
2422       PHINode* Phi = PHINode::Create(CurInst->getType(), std::distance(PB, PE),
2423                                      CurInst->getName() + ".pre-phi",
2424                                      CurrentBlock->begin());
2425       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2426         BasicBlock *P = *PI;
2427         Phi->addIncoming(predMap[P], P);
2428       }
2429
2430       VN.add(Phi, ValNo);
2431       addToLeaderTable(ValNo, Phi, CurrentBlock);
2432       Phi->setDebugLoc(CurInst->getDebugLoc());
2433       CurInst->replaceAllUsesWith(Phi);
2434       if (Phi->getType()->isPointerTy()) {
2435         // Because we have added a PHI-use of the pointer value, it has now
2436         // "escaped" from alias analysis' perspective.  We need to inform
2437         // AA of this.
2438         for (unsigned ii = 0, ee = Phi->getNumIncomingValues(); ii != ee;
2439              ++ii) {
2440           unsigned jj = PHINode::getOperandNumForIncomingValue(ii);
2441           VN.getAliasAnalysis()->addEscapingUse(Phi->getOperandUse(jj));
2442         }
2443         
2444         if (MD)
2445           MD->invalidateCachedPointerInfo(Phi);
2446       }
2447       VN.erase(CurInst);
2448       removeFromLeaderTable(ValNo, CurInst, CurrentBlock);
2449
2450       DEBUG(dbgs() << "GVN PRE removed: " << *CurInst << '\n');
2451       if (MD) MD->removeInstruction(CurInst);
2452       CurInst->eraseFromParent();
2453       DEBUG(verifyRemoved(CurInst));
2454       Changed = true;
2455     }
2456   }
2457
2458   if (splitCriticalEdges())
2459     Changed = true;
2460
2461   return Changed;
2462 }
2463
2464 /// splitCriticalEdges - Split critical edges found during the previous
2465 /// iteration that may enable further optimization.
2466 bool GVN::splitCriticalEdges() {
2467   if (toSplit.empty())
2468     return false;
2469   do {
2470     std::pair<TerminatorInst*, unsigned> Edge = toSplit.pop_back_val();
2471     SplitCriticalEdge(Edge.first, Edge.second, this);
2472   } while (!toSplit.empty());
2473   if (MD) MD->invalidateCachedPredecessors();
2474   return true;
2475 }
2476
2477 /// iterateOnFunction - Executes one iteration of GVN
2478 bool GVN::iterateOnFunction(Function &F) {
2479   cleanupGlobalSets();
2480   
2481   // Top-down walk of the dominator tree
2482   bool Changed = false;
2483 #if 0
2484   // Needed for value numbering with phi construction to work.
2485   ReversePostOrderTraversal<Function*> RPOT(&F);
2486   for (ReversePostOrderTraversal<Function*>::rpo_iterator RI = RPOT.begin(),
2487        RE = RPOT.end(); RI != RE; ++RI)
2488     Changed |= processBlock(*RI);
2489 #else
2490   for (df_iterator<DomTreeNode*> DI = df_begin(DT->getRootNode()),
2491        DE = df_end(DT->getRootNode()); DI != DE; ++DI)
2492     Changed |= processBlock(DI->getBlock());
2493 #endif
2494
2495   return Changed;
2496 }
2497
2498 void GVN::cleanupGlobalSets() {
2499   VN.clear();
2500   LeaderTable.clear();
2501   TableAllocator.Reset();
2502 }
2503
2504 /// verifyRemoved - Verify that the specified instruction does not occur in our
2505 /// internal data structures.
2506 void GVN::verifyRemoved(const Instruction *Inst) const {
2507   VN.verifyRemoved(Inst);
2508
2509   // Walk through the value number scope to make sure the instruction isn't
2510   // ferreted away in it.
2511   for (DenseMap<uint32_t, LeaderTableEntry>::const_iterator
2512        I = LeaderTable.begin(), E = LeaderTable.end(); I != E; ++I) {
2513     const LeaderTableEntry *Node = &I->second;
2514     assert(Node->Val != Inst && "Inst still in value numbering scope!");
2515     
2516     while (Node->Next) {
2517       Node = Node->Next;
2518       assert(Node->Val != Inst && "Inst still in value numbering scope!");
2519     }
2520   }
2521 }