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/BasicBlock.h"
  21 #include "llvm/Constants.h"
  22 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  23 #include "llvm/Function.h"
  24 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  25 #include "llvm/LLVMContext.h"
  26 #include "llvm/Operator.h"
  27 #include "llvm/Value.h"
  28 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  29 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
  30 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
  31 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
  32 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  33 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  34 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  35 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
  36 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
  37 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
  38 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
  39 #include "llvm/Analysis/PHITransAddr.h"
  40 #include "llvm/Support/CFG.h"
  41 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  42 #include "llvm/Support/Debug.h"
  43 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  44 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
  45 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
  46 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  47 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  48 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
  49 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
  50 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
  51 #include <cstdio>
  52 using namespace llvm;
  53
  54 STATISTIC(NumGVNInstr,  "Number of instructions deleted");
  55 STATISTIC(NumGVNLoad,   "Number of loads deleted");
  56 STATISTIC(NumGVNPRE,    "Number of instructions PRE'd");
  57 STATISTIC(NumGVNBlocks, "Number of blocks merged");
  58 STATISTIC(NumPRELoad,   "Number of loads PRE'd");
  59
  60 static cl::opt<bool> EnablePRE("enable-pre",
  61                                cl::init(true), cl::Hidden);
  62 static cl::opt<bool> EnableLoadPRE("enable-load-pre", cl::init(true));
  63
  64 //===----------------------------------------------------------------------===//
  65 //                         ValueTable Class
  66 //===----------------------------------------------------------------------===//
  67
  68 /// This class holds the mapping between values and value numbers.  It is used
  69 /// as an efficient mechanism to determine the expression-wise equivalence of
  70 /// two values.
  71 namespace {
  72   struct Expression {
  73     enum ExpressionOpcode { ADD, FADD, SUB, FSUB, MUL, FMUL,
  74                             UDIV, SDIV, FDIV, UREM, SREM,
  75                             FREM, SHL, LSHR, ASHR, AND, OR, XOR, ICMPEQ,
  76                             ICMPNE, ICMPUGT, ICMPUGE, ICMPULT, ICMPULE,
  77                             ICMPSGT, ICMPSGE, ICMPSLT, ICMPSLE, FCMPOEQ,
  78                             FCMPOGT, FCMPOGE, FCMPOLT, FCMPOLE, FCMPONE,
  79                             FCMPORD, FCMPUNO, FCMPUEQ, FCMPUGT, FCMPUGE,
  80                             FCMPULT, FCMPULE, FCMPUNE, EXTRACT, INSERT,
  81                             SHUFFLE, SELECT, TRUNC, ZEXT, SEXT, FPTOUI,
  82                             FPTOSI, UITOFP, SITOFP, FPTRUNC, FPEXT,
  83                             PTRTOINT, INTTOPTR, BITCAST, GEP, CALL, CONSTANT,
  84                             INSERTVALUE, EXTRACTVALUE, EMPTY, TOMBSTONE };
  85
  86     ExpressionOpcode opcode;
  87     const Type* type;
  88     SmallVector<uint32_t, 4> varargs;
  89     Value *function;
  90
  91     Expression() { }
  92     Expression(ExpressionOpcode o) : opcode(o) { }
  93
  94     bool operator==(const Expression &other) const {
  95       if (opcode != other.opcode)
  96         return false;
  97       else if (opcode == EMPTY || opcode == TOMBSTONE)
  98         return true;
  99       else if (type != other.type)
 100         return false;
 101       else if (function != other.function)
 102         return false;
 103       else {
 104         if (varargs.size() != other.varargs.size())
 105           return false;
 106
 107         for (size_t i = 0; i < varargs.size(); ++i)
 108           if (varargs[i] != other.varargs[i])
 109             return false;
 110
 111         return true;
 112       }
 113     }
 114
 115     bool operator!=(const Expression &other) const {
 116       return !(*this == other);
 117     }
 118   };
 119
 120   class ValueTable {
 121     private:
 122       DenseMap<Value*, uint32_t> valueNumbering;
 123       DenseMap<Expression, uint32_t> expressionNumbering;
 124       AliasAnalysis* AA;
 125       MemoryDependenceAnalysis* MD;
 126       DominatorTree* DT;
 127
 128       uint32_t nextValueNumber;
 129
 130       Expression::ExpressionOpcode getOpcode(BinaryOperator* BO);
 131       Expression::ExpressionOpcode getOpcode(CmpInst* C);
 132       Expression::ExpressionOpcode getOpcode(CastInst* C);
 133       Expression create_expression(BinaryOperator* BO);
 134       Expression create_expression(CmpInst* C);
 135       Expression create_expression(ShuffleVectorInst* V);
 136       Expression create_expression(ExtractElementInst* C);
 137       Expression create_expression(InsertElementInst* V);
 138       Expression create_expression(SelectInst* V);
 139       Expression create_expression(CastInst* C);
 140       Expression create_expression(GetElementPtrInst* G);
 141       Expression create_expression(CallInst* C);
 142       Expression create_expression(Constant* C);
 143       Expression create_expression(ExtractValueInst* C);
 144       Expression create_expression(InsertValueInst* C);
 145
 146       uint32_t lookup_or_add_call(CallInst* C);
 147     public:
 148       ValueTable() : nextValueNumber(1) { }
 149       uint32_t lookup_or_add(Value *V);
 150       uint32_t lookup(Value *V) const;
 151       void add(Value *V, uint32_t num);
 152       void clear();
 153       void erase(Value *v);
 154       unsigned size();
 155       void setAliasAnalysis(AliasAnalysis* A) { AA = A; }
 156       AliasAnalysis *getAliasAnalysis() const { return AA; }
 157       void setMemDep(MemoryDependenceAnalysis* M) { MD = M; }
 158       void setDomTree(DominatorTree* D) { DT = D; }
 159       uint32_t getNextUnusedValueNumber() { return nextValueNumber; }
 160       void verifyRemoved(const Value *) const;
 161   };
 162 }
 163
 164 namespace llvm {
 165 template <> struct DenseMapInfo<Expression> {
 166   static inline Expression getEmptyKey() {
 167     return Expression(Expression::EMPTY);
 168   }
 169
 170   static inline Expression getTombstoneKey() {
 171     return Expression(Expression::TOMBSTONE);
 172   }
 173
 174   static unsigned getHashValue(const Expression e) {
 175     unsigned hash = e.opcode;
 176
 177     hash = ((unsigned)((uintptr_t)e.type >> 4) ^
 178             (unsigned)((uintptr_t)e.type >> 9));
 179
 180     for (SmallVector<uint32_t, 4>::const_iterator I = e.varargs.begin(),
 181          E = e.varargs.end(); I != E; ++I)
 182       hash = *I + hash * 37;
 183
 184     hash = ((unsigned)((uintptr_t)e.function >> 4) ^
 185             (unsigned)((uintptr_t)e.function >> 9)) +
 186            hash * 37;
 187
 188     return hash;
 189   }
 190   static bool isEqual(const Expression &LHS, const Expression &RHS) {
 191     return LHS == RHS;
 192   }
 193   static bool isPod() { return true; }
 194 };
 195 }
 196
 197 //===----------------------------------------------------------------------===//
 198 //                     ValueTable Internal Functions
 199 //===----------------------------------------------------------------------===//
 200 Expression::ExpressionOpcode ValueTable::getOpcode(BinaryOperator* BO) {
 201   switch(BO->getOpcode()) {
 202   default: // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 203     llvm_unreachable("Binary operator with unknown opcode?");
 204   case Instruction::Add:  return Expression::ADD;
 205   case Instruction::FAdd: return Expression::FADD;
 206   case Instruction::Sub:  return Expression::SUB;
 207   case Instruction::FSub: return Expression::FSUB;
 208   case Instruction::Mul:  return Expression::MUL;
 209   case Instruction::FMul: return Expression::FMUL;
 210   case Instruction::UDiv: return Expression::UDIV;
 211   case Instruction::SDiv: return Expression::SDIV;
 212   case Instruction::FDiv: return Expression::FDIV;
 213   case Instruction::URem: return Expression::UREM;
 214   case Instruction::SRem: return Expression::SREM;
 215   case Instruction::FRem: return Expression::FREM;
 216   case Instruction::Shl:  return Expression::SHL;
 217   case Instruction::LShr: return Expression::LSHR;
 218   case Instruction::AShr: return Expression::ASHR;
 219   case Instruction::And:  return Expression::AND;
 220   case Instruction::Or:   return Expression::OR;
 221   case Instruction::Xor:  return Expression::XOR;
 222   }
 223 }
 224
 225 Expression::ExpressionOpcode ValueTable::getOpcode(CmpInst* C) {
 226   if (isa<ICmpInst>(C)) {
 227     switch (C->getPredicate()) {
 228     default:  // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 229       llvm_unreachable("Comparison with unknown predicate?");
 230     case ICmpInst::ICMP_EQ:  return Expression::ICMPEQ;
 231     case ICmpInst::ICMP_NE:  return Expression::ICMPNE;
 232     case ICmpInst::ICMP_UGT: return Expression::ICMPUGT;
 233     case ICmpInst::ICMP_UGE: return Expression::ICMPUGE;
 234     case ICmpInst::ICMP_ULT: return Expression::ICMPULT;
 235     case ICmpInst::ICMP_ULE: return Expression::ICMPULE;
 236     case ICmpInst::ICMP_SGT: return Expression::ICMPSGT;
 237     case ICmpInst::ICMP_SGE: return Expression::ICMPSGE;
 238     case ICmpInst::ICMP_SLT: return Expression::ICMPSLT;
 239     case ICmpInst::ICMP_SLE: return Expression::ICMPSLE;
 240     }
 241   } else {
 242     switch (C->getPredicate()) {
 243     default: // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 244       llvm_unreachable("Comparison with unknown predicate?");
 245     case FCmpInst::FCMP_OEQ: return Expression::FCMPOEQ;
 246     case FCmpInst::FCMP_OGT: return Expression::FCMPOGT;
 247     case FCmpInst::FCMP_OGE: return Expression::FCMPOGE;
 248     case FCmpInst::FCMP_OLT: return Expression::FCMPOLT;
 249     case FCmpInst::FCMP_OLE: return Expression::FCMPOLE;
 250     case FCmpInst::FCMP_ONE: return Expression::FCMPONE;
 251     case FCmpInst::FCMP_ORD: return Expression::FCMPORD;
 252     case FCmpInst::FCMP_UNO: return Expression::FCMPUNO;
 253     case FCmpInst::FCMP_UEQ: return Expression::FCMPUEQ;
 254     case FCmpInst::FCMP_UGT: return Expression::FCMPUGT;
 255     case FCmpInst::FCMP_UGE: return Expression::FCMPUGE;
 256     case FCmpInst::FCMP_ULT: return Expression::FCMPULT;
 257     case FCmpInst::FCMP_ULE: return Expression::FCMPULE;
 258     case FCmpInst::FCMP_UNE: return Expression::FCMPUNE;
 259     }
 260   }
 261 }
 262
 263 Expression::ExpressionOpcode ValueTable::getOpcode(CastInst* C) {
 264   switch(C->getOpcode()) {
 265   default: // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 266     llvm_unreachable("Cast operator with unknown opcode?");
 267   case Instruction::Trunc:    return Expression::TRUNC;
 268   case Instruction::ZExt:     return Expression::ZEXT;
 269   case Instruction::SExt:     return Expression::SEXT;
 270   case Instruction::FPToUI:   return Expression::FPTOUI;
 271   case Instruction::FPToSI:   return Expression::FPTOSI;
 272   case Instruction::UIToFP:   return Expression::UITOFP;
 273   case Instruction::SIToFP:   return Expression::SITOFP;
 274   case Instruction::FPTrunc:  return Expression::FPTRUNC;
 275   case Instruction::FPExt:    return Expression::FPEXT;
 276   case Instruction::PtrToInt: return Expression::PTRTOINT;
 277   case Instruction::IntToPtr: return Expression::INTTOPTR;
 278   case Instruction::BitCast:  return Expression::BITCAST;
 279   }
 280 }
 281
 282 Expression ValueTable::create_expression(CallInst* C) {
 283   Expression e;
 284
 285   e.type = C->getType();
 286   e.function = C->getCalledFunction();
 287   e.opcode = Expression::CALL;
 288
 289   for (CallInst::op_iterator I = C->op_begin()+1, E = C->op_end();
 290        I != E; ++I)
 291     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*I));
 292
 293   return e;
 294 }
 295
 296 Expression ValueTable::create_expression(BinaryOperator* BO) {
 297   Expression e;
 298   e.varargs.push_back(lookup_or_add(BO->getOperand(0)));
 299   e.varargs.push_back(lookup_or_add(BO->getOperand(1)));
 300   e.function = 0;
 301   e.type = BO->getType();
 302   e.opcode = getOpcode(BO);
 303
 304   return e;
 305 }
 306
 307 Expression ValueTable::create_expression(CmpInst* C) {
 308   Expression e;
 309
 310   e.varargs.push_back(lookup_or_add(C->getOperand(0)));
 311   e.varargs.push_back(lookup_or_add(C->getOperand(1)));
 312   e.function = 0;
 313   e.type = C->getType();
 314   e.opcode = getOpcode(C);
 315
 316   return e;
 317 }
 318
 319 Expression ValueTable::create_expression(CastInst* C) {
 320   Expression e;
 321
 322   e.varargs.push_back(lookup_or_add(C->getOperand(0)));
 323   e.function = 0;
 324   e.type = C->getType();
 325   e.opcode = getOpcode(C);
 326
 327   return e;
 328 }
 329
 330 Expression ValueTable::create_expression(ShuffleVectorInst* S) {
 331   Expression e;
 332
 333   e.varargs.push_back(lookup_or_add(S->getOperand(0)));
 334   e.varargs.push_back(lookup_or_add(S->getOperand(1)));
 335   e.varargs.push_back(lookup_or_add(S->getOperand(2)));
 336   e.function = 0;
 337   e.type = S->getType();
 338   e.opcode = Expression::SHUFFLE;
 339
 340   return e;
 341 }
 342
 343 Expression ValueTable::create_expression(ExtractElementInst* E) {
 344   Expression e;
 345
 346   e.varargs.push_back(lookup_or_add(E->getOperand(0)));
 347   e.varargs.push_back(lookup_or_add(E->getOperand(1)));
 348   e.function = 0;
 349   e.type = E->getType();
 350   e.opcode = Expression::EXTRACT;
 351
 352   return e;
 353 }
 354
 355 Expression ValueTable::create_expression(InsertElementInst* I) {
 356   Expression e;
 357
 358   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getOperand(0)));
 359   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getOperand(1)));
 360   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getOperand(2)));
 361   e.function = 0;
 362   e.type = I->getType();
 363   e.opcode = Expression::INSERT;
 364
 365   return e;
 366 }
 367
 368 Expression ValueTable::create_expression(SelectInst* I) {
 369   Expression e;
 370
 371   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getCondition()));
 372   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getTrueValue()));
 373   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getFalseValue()));
 374   e.function = 0;
 375   e.type = I->getType();
 376   e.opcode = Expression::SELECT;
 377
 378   return e;
 379 }
 380
 381 Expression ValueTable::create_expression(GetElementPtrInst* G) {
 382   Expression e;
 383
 384   e.varargs.push_back(lookup_or_add(G->getPointerOperand()));
 385   e.function = 0;
 386   e.type = G->getType();
 387   e.opcode = Expression::GEP;
 388
 389   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = G->idx_begin(), E = G->idx_end();
 390        I != E; ++I)
 391     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*I));
 392
 393   return e;
 394 }
 395
 396 Expression ValueTable::create_expression(ExtractValueInst* E) {
 397   Expression e;
 398
 399   e.varargs.push_back(lookup_or_add(E->getAggregateOperand()));
 400   for (ExtractValueInst::idx_iterator II = E->idx_begin(), IE = E->idx_end();
 401        II != IE; ++II)
 402     e.varargs.push_back(*II);
 403   e.function = 0;
 404   e.type = E->getType();
 405   e.opcode = Expression::EXTRACTVALUE;
 406
 407   return e;
 408 }
 409
 410 Expression ValueTable::create_expression(InsertValueInst* E) {
 411   Expression e;
 412
 413   e.varargs.push_back(lookup_or_add(E->getAggregateOperand()));
 414   e.varargs.push_back(lookup_or_add(E->getInsertedValueOperand()));
 415   for (InsertValueInst::idx_iterator II = E->idx_begin(), IE = E->idx_end();
 416        II != IE; ++II)
 417     e.varargs.push_back(*II);
 418   e.function = 0;
 419   e.type = E->getType();
 420   e.opcode = Expression::INSERTVALUE;
 421
 422   return e;
 423 }
 424
 425 //===----------------------------------------------------------------------===//
 426 //                     ValueTable External Functions
 427 //===----------------------------------------------------------------------===//
 428
 429 /// add - Insert a value into the table with a specified value number.
 430 void ValueTable::add(Value *V, uint32_t num) {
 431   valueNumbering.insert(std::make_pair(V, num));
 432 }
 433
 434 uint32_t ValueTable::lookup_or_add_call(CallInst* C) {
 435   if (AA->doesNotAccessMemory(C)) {
 436     Expression exp = create_expression(C);
 437     uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
 438     if (!e) e = nextValueNumber++;
 439     valueNumbering[C] = e;
 440     return e;
 441   } else if (AA->onlyReadsMemory(C)) {
 442     Expression exp = create_expression(C);
 443     uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
 444     if (!e) {
 445       e = nextValueNumber++;
 446       valueNumbering[C] = e;
 447       return e;
 448     }
 449     if (!MD) {
 450       e = nextValueNumber++;
 451       valueNumbering[C] = e;
 452       return e;
 453     }
 454
 455     MemDepResult local_dep = MD->getDependency(C);
 456
 457     if (!local_dep.isDef() && !local_dep.isNonLocal()) {
 458       valueNumbering[C] =  nextValueNumber;
 459       return nextValueNumber++;
 460     }
 461
 462     if (local_dep.isDef()) {
 463       CallInst* local_cdep = cast<CallInst>(local_dep.getInst());
 464
 465       if (local_cdep->getNumOperands() != C->getNumOperands()) {
 466         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 467         return nextValueNumber++;
 468       }
 469
 470       for (unsigned i = 1; i < C->getNumOperands(); ++i) {
 471         uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getOperand(i));
 472         uint32_t cd_vn = lookup_or_add(local_cdep->getOperand(i));
 473         if (c_vn != cd_vn) {
 474           valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 475           return nextValueNumber++;
 476         }
 477       }
 478
 479       uint32_t v = lookup_or_add(local_cdep);
 480       valueNumbering[C] = v;
 481       return v;
 482     }
 483
 484     // Non-local case.
 485     const MemoryDependenceAnalysis::NonLocalDepInfo &deps =
 486       MD->getNonLocalCallDependency(CallSite(C));
 487     // FIXME: call/call dependencies for readonly calls should return def, not
 488     // clobber!  Move the checking logic to MemDep!
 489     CallInst* cdep = 0;
 490
 491     // Check to see if we have a single dominating call instruction that is
 492     // identical to C.
 493     for (unsigned i = 0, e = deps.size(); i != e; ++i) {
 494       const NonLocalDepEntry *I = &deps[i];
 495       // Ignore non-local dependencies.
 496       if (I->getResult().isNonLocal())
 497         continue;
 498
 499       // We don't handle non-depedencies.  If we already have a call, reject
 500       // instruction dependencies.
 501       if (I->getResult().isClobber() || cdep != 0) {
 502         cdep = 0;
 503         break;
 504       }
 505
 506       CallInst *NonLocalDepCall = dyn_cast<CallInst>(I->getResult().getInst());
 507       // FIXME: All duplicated with non-local case.
 508       if (NonLocalDepCall && DT->properlyDominates(I->getBB(), C->getParent())){
 509         cdep = NonLocalDepCall;
 510         continue;
 511       }
 512
 513       cdep = 0;
 514       break;
 515     }
 516
 517     if (!cdep) {
 518       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 519       return nextValueNumber++;
 520     }
 521
 522     if (cdep->getNumOperands() != C->getNumOperands()) {
 523       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 524       return nextValueNumber++;
 525     }
 526     for (unsigned i = 1; i < C->getNumOperands(); ++i) {
 527       uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getOperand(i));
 528       uint32_t cd_vn = lookup_or_add(cdep->getOperand(i));
 529       if (c_vn != cd_vn) {
 530         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 531         return nextValueNumber++;
 532       }
 533     }
 534
 535     uint32_t v = lookup_or_add(cdep);
 536     valueNumbering[C] = v;
 537     return v;
 538
 539   } else {
 540     valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 541     return nextValueNumber++;
 542   }
 543 }
 544
 545 /// lookup_or_add - Returns the value number for the specified value, assigning
 546 /// it a new number if it did not have one before.
 547 uint32_t ValueTable::lookup_or_add(Value *V) {
 548   DenseMap<Value*, uint32_t>::iterator VI = valueNumbering.find(V);
 549   if (VI != valueNumbering.end())
 550     return VI->second;
 551
 552   if (!isa<Instruction>(V)) {
 553     valueNumbering[V] = nextValueNumber;
 554     return nextValueNumber++;
 555   }
 556
 557   Instruction* I = cast<Instruction>(V);
 558   Expression exp;
 559   switch (I->getOpcode()) {
 560     case Instruction::Call:
 561       return lookup_or_add_call(cast<CallInst>(I));
 562     case Instruction::Add:
 563     case Instruction::FAdd:
 564     case Instruction::Sub:
 565     case Instruction::FSub:
 566     case Instruction::Mul:
 567     case Instruction::FMul:
 568     case Instruction::UDiv:
 569     case Instruction::SDiv:
 570     case Instruction::FDiv:
 571     case Instruction::URem:
 572     case Instruction::SRem:
 573     case Instruction::FRem:
 574     case Instruction::Shl:
 575     case Instruction::LShr:
 576     case Instruction::AShr:
 577     case Instruction::And:
 578     case Instruction::Or :
 579     case Instruction::Xor:
 580       exp = create_expression(cast<BinaryOperator>(I));
 581       break;
 582     case Instruction::ICmp:
 583     case Instruction::FCmp:
 584       exp = create_expression(cast<CmpInst>(I));
 585       break;
 586     case Instruction::Trunc:
 587     case Instruction::ZExt:
 588     case Instruction::SExt:
 589     case Instruction::FPToUI:
 590     case Instruction::FPToSI:
 591     case Instruction::UIToFP:
 592     case Instruction::SIToFP:
 593     case Instruction::FPTrunc:
 594     case Instruction::FPExt:
 595     case Instruction::PtrToInt:
 596     case Instruction::IntToPtr:
 597     case Instruction::BitCast:
 598       exp = create_expression(cast<CastInst>(I));
 599       break;
 600     case Instruction::Select:
 601       exp = create_expression(cast<SelectInst>(I));
 602       break;
 603     case Instruction::ExtractElement:
 604       exp = create_expression(cast<ExtractElementInst>(I));
 605       break;
 606     case Instruction::InsertElement:
 607       exp = create_expression(cast<InsertElementInst>(I));
 608       break;
 609     case Instruction::ShuffleVector:
 610       exp = create_expression(cast<ShuffleVectorInst>(I));
 611       break;
 612     case Instruction::ExtractValue:
 613       exp = create_expression(cast<ExtractValueInst>(I));
 614       break;
 615     case Instruction::InsertValue:
 616       exp = create_expression(cast<InsertValueInst>(I));
 617       break;
 618     case Instruction::GetElementPtr:
 619       exp = create_expression(cast<GetElementPtrInst>(I));
 620       break;
 621     default:
 622       valueNumbering[V] = nextValueNumber;
 623       return nextValueNumber++;
 624   }
 625
 626   uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
 627   if (!e) e = nextValueNumber++;
 628   valueNumbering[V] = e;
 629   return e;
 630 }
 631
 632 /// lookup - Returns the value number of the specified value. Fails if
 633 /// the value has not yet been numbered.
 634 uint32_t ValueTable::lookup(Value *V) const {
 635   DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator VI = valueNumbering.find(V);
 636   assert(VI != valueNumbering.end() && "Value not numbered?");
 637   return VI->second;
 638 }
 639
 640 /// clear - Remove all entries from the ValueTable
 641 void ValueTable::clear() {
 642   valueNumbering.clear();
 643   expressionNumbering.clear();
 644   nextValueNumber = 1;
 645 }
 646
 647 /// erase - Remove a value from the value numbering
 648 void ValueTable::erase(Value *V) {
 649   valueNumbering.erase(V);
 650 }
 651
 652 /// verifyRemoved - Verify that the value is removed from all internal data
 653 /// structures.
 654 void ValueTable::verifyRemoved(const Value *V) const {
 655   for (DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator
 656          I = valueNumbering.begin(), E = valueNumbering.end(); I != E; ++I) {
 657     assert(I->first != V && "Inst still occurs in value numbering map!");
 658   }
 659 }
 660
 661 //===----------------------------------------------------------------------===//
 662 //                                GVN Pass
 663 //===----------------------------------------------------------------------===//
 664
 665 namespace {
 666   struct ValueNumberScope {
 667     ValueNumberScope* parent;
 668     DenseMap<uint32_t, Value*> table;
 669
 670     ValueNumberScope(ValueNumberScope* p) : parent(p) { }
 671   };
 672 }
 673
 674 namespace {
 675
 676   class GVN : public FunctionPass {
 677     bool runOnFunction(Function &F);
 678   public:
 679     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
 680     explicit GVN(bool nopre = false, bool noloads = false)
 681       : FunctionPass(&ID), NoPRE(nopre), NoLoads(noloads), MD(0) { }
 682
 683   private:
 684     bool NoPRE;
 685     bool NoLoads;
 686     MemoryDependenceAnalysis *MD;
 687     DominatorTree *DT;
 688
 689     ValueTable VN;
 690     DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*> localAvail;
 691
 692     // This transformation requires dominator postdominator info
 693     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 694       AU.addRequired<DominatorTree>();
 695       if (!NoLoads)
 696         AU.addRequired<MemoryDependenceAnalysis>();
 697       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
 698
 699       AU.addPreserved<DominatorTree>();
 700       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
 701     }
 702
 703     // Helper fuctions
 704     // FIXME: eliminate or document these better
 705     bool processLoad(LoadInst* L,
 706                      SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase);
 707     bool processInstruction(Instruction *I,
 708                             SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase);
 709     bool processNonLocalLoad(LoadInst* L,
 710                              SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase);
 711     bool processBlock(BasicBlock *BB);
 712     void dump(DenseMap<uint32_t, Value*>& d);
 713     bool iterateOnFunction(Function &F);
 714     Value *CollapsePhi(PHINode* p);
 715     bool performPRE(Function& F);
 716     Value *lookupNumber(BasicBlock *BB, uint32_t num);
 717     void cleanupGlobalSets();
 718     void verifyRemoved(const Instruction *I) const;
 719   };
 720
 721   char GVN::ID = 0;
 722 }
 723
 724 // createGVNPass - The public interface to this file...
 725 FunctionPass *llvm::createGVNPass(bool NoPRE, bool NoLoads) {
 726   return new GVN(NoPRE, NoLoads);
 727 }
 728
 729 static RegisterPass<GVN> X("gvn",
 730                            "Global Value Numbering");
 731
 732 void GVN::dump(DenseMap<uint32_t, Value*>& d) {
 733   printf("{\n");
 734   for (DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator I = d.begin(),
 735        E = d.end(); I != E; ++I) {
 736       printf("%d\n", I->first);
 737       I->second->dump();
 738   }
 739   printf("}\n");
 740 }
 741
 742 static bool isSafeReplacement(PHINode* p, Instruction *inst) {
 743   if (!isa<PHINode>(inst))
 744     return true;
 745
 746   for (Instruction::use_iterator UI = p->use_begin(), E = p->use_end();
 747        UI != E; ++UI)
 748     if (PHINode* use_phi = dyn_cast<PHINode>(UI))
 749       if (use_phi->getParent() == inst->getParent())
 750         return false;
 751
 752   return true;
 753 }
 754
 755 Value *GVN::CollapsePhi(PHINode *PN) {
 756   Value *ConstVal = PN->hasConstantValue(DT);
 757   if (!ConstVal) return 0;
 758
 759   Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(ConstVal);
 760   if (!Inst)
 761     return ConstVal;
 762
 763   if (DT->dominates(Inst, PN))
 764     if (isSafeReplacement(PN, Inst))
 765       return Inst;
 766   return 0;
 767 }
 768
 769 /// IsValueFullyAvailableInBlock - Return true if we can prove that the value
 770 /// we're analyzing is fully available in the specified block.  As we go, keep
 771 /// track of which blocks we know are fully alive in FullyAvailableBlocks.  This
 772 /// map is actually a tri-state map with the following values:
 773 ///   0) we know the block *is not* fully available.
 774 ///   1) we know the block *is* fully available.
 775 ///   2) we do not know whether the block is fully available or not, but we are
 776 ///      currently speculating that it will be.
 777 ///   3) we are speculating for this block and have used that to speculate for
 778 ///      other blocks.
 779 static bool IsValueFullyAvailableInBlock(BasicBlock *BB,
 780                             DenseMap<BasicBlock*, char> &FullyAvailableBlocks) {
 781   // Optimistically assume that the block is fully available and check to see
 782   // if we already know about this block in one lookup.
 783   std::pair<DenseMap<BasicBlock*, char>::iterator, char> IV =
 784     FullyAvailableBlocks.insert(std::make_pair(BB, 2));
 785
 786   // If the entry already existed for this block, return the precomputed value.
 787   if (!IV.second) {
 788     // If this is a speculative "available" value, mark it as being used for
 789     // speculation of other blocks.
 790     if (IV.first->second == 2)
 791       IV.first->second = 3;
 792     return IV.first->second != 0;
 793   }
 794
 795   // Otherwise, see if it is fully available in all predecessors.
 796   pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
 797
 798   // If this block has no predecessors, it isn't live-in here.
 799   if (PI == PE)
 800     goto SpeculationFailure;
 801
 802   for (; PI != PE; ++PI)
 803     // If the value isn't fully available in one of our predecessors, then it
 804     // isn't fully available in this block either.  Undo our previous
 805     // optimistic assumption and bail out.
 806     if (!IsValueFullyAvailableInBlock(*PI, FullyAvailableBlocks))
 807       goto SpeculationFailure;
 808
 809   return true;
 810
 811 // SpeculationFailure - If we get here, we found out that this is not, after
 812 // all, a fully-available block.  We have a problem if we speculated on this and
 813 // used the speculation to mark other blocks as available.
 814 SpeculationFailure:
 815   char &BBVal = FullyAvailableBlocks[BB];
 816
 817   // If we didn't speculate on this, just return with it set to false.
 818   if (BBVal == 2) {
 819     BBVal = 0;
 820     return false;
 821   }
 822
 823   // If we did speculate on this value, we could have blocks set to 1 that are
 824   // incorrect.  Walk the (transitive) successors of this block and mark them as
 825   // 0 if set to one.
 826   SmallVector<BasicBlock*, 32> BBWorklist;
 827   BBWorklist.push_back(BB);
 828
 829   while (!BBWorklist.empty()) {
 830     BasicBlock *Entry = BBWorklist.pop_back_val();
 831     // Note that this sets blocks to 0 (unavailable) if they happen to not
 832     // already be in FullyAvailableBlocks.  This is safe.
 833     char &EntryVal = FullyAvailableBlocks[Entry];
 834     if (EntryVal == 0) continue;  // Already unavailable.
 835
 836     // Mark as unavailable.
 837     EntryVal = 0;
 838
 839     for (succ_iterator I = succ_begin(Entry), E = succ_end(Entry); I != E; ++I)
 840       BBWorklist.push_back(*I);
 841   }
 842
 843   return false;
 844 }
 845
 846
 847 /// CanCoerceMustAliasedValueToLoad - Return true if
 848 /// CoerceAvailableValueToLoadType will succeed.
 849 static bool CanCoerceMustAliasedValueToLoad(Value *StoredVal,
 850                                             const Type *LoadTy,
 851                                             const TargetData &TD) {
 852   // If the loaded or stored value is an first class array or struct, don't try
 853   // to transform them.  We need to be able to bitcast to integer.
 854   if (isa<StructType>(LoadTy) || isa<ArrayType>(LoadTy) ||
 855       isa<StructType>(StoredVal->getType()) ||
 856       isa<ArrayType>(StoredVal->getType()))
 857     return false;
 858
 859   // The store has to be at least as big as the load.
 860   if (TD.getTypeSizeInBits(StoredVal->getType()) <
 861         TD.getTypeSizeInBits(LoadTy))
 862     return false;
 863
 864   return true;
 865 }
 866
 867
 868 /// CoerceAvailableValueToLoadType - If we saw a store of a value to memory, and
 869 /// then a load from a must-aliased pointer of a different type, try to coerce
 870 /// the stored value.  LoadedTy is the type of the load we want to replace and
 871 /// InsertPt is the place to insert new instructions.
 872 ///
 873 /// If we can't do it, return null.
 874 static Value *CoerceAvailableValueToLoadType(Value *StoredVal,
 875                                              const Type *LoadedTy,
 876                                              Instruction *InsertPt,
 877                                              const TargetData &TD) {
 878   if (!CanCoerceMustAliasedValueToLoad(StoredVal, LoadedTy, TD))
 879     return 0;
 880
 881   const Type *StoredValTy = StoredVal->getType();
 882
 883   uint64_t StoreSize = TD.getTypeSizeInBits(StoredValTy);
 884   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadedTy);
 885
 886   // If the store and reload are the same size, we can always reuse it.
 887   if (StoreSize == LoadSize) {
 888     if (isa<PointerType>(StoredValTy) && isa<PointerType>(LoadedTy)) {
 889       // Pointer to Pointer -> use bitcast.
 890       return new BitCastInst(StoredVal, LoadedTy, "", InsertPt);
 891     }
 892
 893     // Convert source pointers to integers, which can be bitcast.
 894     if (isa<PointerType>(StoredValTy)) {
 895       StoredValTy = TD.getIntPtrType(StoredValTy->getContext());
 896       StoredVal = new PtrToIntInst(StoredVal, StoredValTy, "", InsertPt);
 897     }
 898
 899     const Type *TypeToCastTo = LoadedTy;
 900     if (isa<PointerType>(TypeToCastTo))
 901       TypeToCastTo = TD.getIntPtrType(StoredValTy->getContext());
 902
 903     if (StoredValTy != TypeToCastTo)
 904       StoredVal = new BitCastInst(StoredVal, TypeToCastTo, "", InsertPt);
 905
 906     // Cast to pointer if the load needs a pointer type.
 907     if (isa<PointerType>(LoadedTy))
 908       StoredVal = new IntToPtrInst(StoredVal, LoadedTy, "", InsertPt);
 909
 910     return StoredVal;
 911   }
 912
 913   // If the loaded value is smaller than the available value, then we can
 914   // extract out a piece from it.  If the available value is too small, then we
 915   // can't do anything.
 916   assert(StoreSize >= LoadSize && "CanCoerceMustAliasedValueToLoad fail");
 917
 918   // Convert source pointers to integers, which can be manipulated.
 919   if (isa<PointerType>(StoredValTy)) {
 920     StoredValTy = TD.getIntPtrType(StoredValTy->getContext());
 921     StoredVal = new PtrToIntInst(StoredVal, StoredValTy, "", InsertPt);
 922   }
 923
 924   // Convert vectors and fp to integer, which can be manipulated.
 925   if (!isa<IntegerType>(StoredValTy)) {
 926     StoredValTy = IntegerType::get(StoredValTy->getContext(), StoreSize);
 927     StoredVal = new BitCastInst(StoredVal, StoredValTy, "", InsertPt);
 928   }
 929
 930   // If this is a big-endian system, we need to shift the value down to the low
 931   // bits so that a truncate will work.
 932   if (TD.isBigEndian()) {
 933     Constant *Val = ConstantInt::get(StoredVal->getType(), StoreSize-LoadSize);
 934     StoredVal = BinaryOperator::CreateLShr(StoredVal, Val, "tmp", InsertPt);
 935   }
 936
 937   // Truncate the integer to the right size now.
 938   const Type *NewIntTy = IntegerType::get(StoredValTy->getContext(), LoadSize);
 939   StoredVal = new TruncInst(StoredVal, NewIntTy, "trunc", InsertPt);
 940
 941   if (LoadedTy == NewIntTy)
 942     return StoredVal;
 943
 944   // If the result is a pointer, inttoptr.
 945   if (isa<PointerType>(LoadedTy))
 946     return new IntToPtrInst(StoredVal, LoadedTy, "inttoptr", InsertPt);
 947
 948   // Otherwise, bitcast.
 949   return new BitCastInst(StoredVal, LoadedTy, "bitcast", InsertPt);
 950 }
 951
 952 /// GetBaseWithConstantOffset - Analyze the specified pointer to see if it can
 953 /// be expressed as a base pointer plus a constant offset.  Return the base and
 954 /// offset to the caller.
 955 static Value *GetBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
 956                                         const TargetData &TD) {
 957   Operator *PtrOp = dyn_cast<Operator>(Ptr);
 958   if (PtrOp == 0) return Ptr;
 959
 960   // Just look through bitcasts.
 961   if (PtrOp->getOpcode() == Instruction::BitCast)
 962     return GetBaseWithConstantOffset(PtrOp->getOperand(0), Offset, TD);
 963
 964   // If this is a GEP with constant indices, we can look through it.
 965   GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp);
 966   if (GEP == 0 || !GEP->hasAllConstantIndices()) return Ptr;
 967
 968   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
 969   for (User::op_iterator I = GEP->idx_begin(), E = GEP->idx_end(); I != E;
 970        ++I, ++GTI) {
 971     ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(*I);
 972     if (OpC->isZero()) continue;
 973
 974     // Handle a struct and array indices which add their offset to the pointer.
 975     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
 976       Offset += TD.getStructLayout(STy)->getElementOffset(OpC->getZExtValue());
 977     } else {
 978       uint64_t Size = TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
 979       Offset += OpC->getSExtValue()*Size;
 980     }
 981   }
 982
 983   // Re-sign extend from the pointer size if needed to get overflow edge cases
 984   // right.
 985   unsigned PtrSize = TD.getPointerSizeInBits();
 986   if (PtrSize < 64)
 987     Offset = (Offset << (64-PtrSize)) >> (64-PtrSize);
 988
 989   return GetBaseWithConstantOffset(GEP->getPointerOperand(), Offset, TD);
 990 }
 991
 992
 993 /// AnalyzeLoadFromClobberingWrite - This function is called when we have a
 994 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering memory write (store,
 995 /// memset, memcpy, memmove).  This means that the write *may* provide bits used
 996 /// by the load but we can't be sure because the pointers don't mustalias.
 997 ///
 998 /// Check this case to see if there is anything more we can do before we give
 999 /// up.  This returns -1 if we have to give up, or a byte number in the stored
1000 /// value of the piece that feeds the load.
1001 static int AnalyzeLoadFromClobberingWrite(const Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
1002                                           Value *WritePtr,
1003                                           uint64_t WriteSizeInBits,
1004                                           const TargetData &TD) {
1005   // If the loaded or stored value is an first class array or struct, don't try
1006   // to transform them.  We need to be able to bitcast to integer.
1007   if (isa<StructType>(LoadTy) || isa<ArrayType>(LoadTy))
1008     return -1;
1009
1010   int64_t StoreOffset = 0, LoadOffset = 0;
1011   Value *StoreBase = GetBaseWithConstantOffset(WritePtr, StoreOffset, TD);
1012   Value *LoadBase =
1013     GetBaseWithConstantOffset(LoadPtr, LoadOffset, TD);
1014   if (StoreBase != LoadBase)
1015     return -1;
1016
1017   // If the load and store are to the exact same address, they should have been
1018   // a must alias.  AA must have gotten confused.
1019   // FIXME: Study to see if/when this happens.
1020   if (LoadOffset == StoreOffset) {
1021 #if 0
1022     errs() << "STORE/LOAD DEP WITH COMMON POINTER MISSED:\n"
1023     << "Base       = " << *StoreBase << "\n"
1024     << "Store Ptr  = " << *WritePtr << "\n"
1025     << "Store Offs = " << StoreOffset << "\n"
1026     << "Load Ptr   = " << *LoadPtr << "\n"
1027     << "Load Offs  = " << LoadOffset << " - " << *L << "\n\n";
1028     abort();
1029 #endif
1030     return -1;
1031   }
1032
1033   // If the load and store don't overlap at all, the store doesn't provide
1034   // anything to the load.  In this case, they really don't alias at all, AA
1035   // must have gotten confused.
1036   // FIXME: Investigate cases where this bails out, e.g. rdar://7238614. Then
1037   // remove this check, as it is duplicated with what we have below.
1038   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadTy);
1039
1040   if ((WriteSizeInBits & 7) | (LoadSize & 7))
1041     return -1;
1042   uint64_t StoreSize = WriteSizeInBits >> 3;  // Convert to bytes.
1043   LoadSize >>= 3;
1044
1045
1046   bool isAAFailure = false;
1047   if (StoreOffset < LoadOffset) {
1048     isAAFailure = StoreOffset+int64_t(StoreSize) <= LoadOffset;
1049   } else {
1050     isAAFailure = LoadOffset+int64_t(LoadSize) <= StoreOffset;
1051   }
1052   if (isAAFailure) {
1053 #if 0
1054     errs() << "STORE LOAD DEP WITH COMMON BASE:\n"
1055     << "Base       = " << *StoreBase << "\n"
1056     << "Store Ptr  = " << *WritePtr << "\n"
1057     << "Store Offs = " << StoreOffset << "\n"
1058     << "Load Ptr   = " << *L->getPointerOperand() << "\n"
1059     << "Load Offs  = " << LoadOffset << " - " << *L << "\n\n";
1060     errs() << "'" << L->getParent()->getParent()->getName() << "'"
1061     << *L->getParent();
1062     abort();
1063 #endif
1064     return -1;
1065   }
1066
1067   // If the Load isn't completely contained within the stored bits, we don't
1068   // have all the bits to feed it.  We could do something crazy in the future
1069   // (issue a smaller load then merge the bits in) but this seems unlikely to be
1070   // valuable.
1071   if (StoreOffset > LoadOffset ||
1072       StoreOffset+StoreSize < LoadOffset+LoadSize)
1073     return -1;
1074
1075   // Okay, we can do this transformation.  Return the number of bytes into the
1076   // store that the load is.
1077   return LoadOffset-StoreOffset;
1078 }
1079
1080 /// AnalyzeLoadFromClobberingStore - This function is called when we have a
1081 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.
1082 static int AnalyzeLoadFromClobberingStore(const Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
1083                                           StoreInst *DepSI,
1084                                           const TargetData &TD) {
1085   // Cannot handle reading from store of first-class aggregate yet.
1086   if (isa<StructType>(DepSI->getOperand(0)->getType()) ||
1087       isa<ArrayType>(DepSI->getOperand(0)->getType()))
1088     return -1;
1089
1090   Value *StorePtr = DepSI->getPointerOperand();
1091   uint64_t StoreSize = TD.getTypeSizeInBits(StorePtr->getType());
1092   return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr,
1093                                         StorePtr, StoreSize, TD);
1094 }
1095
1096 static int AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(const Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
1097                                             MemIntrinsic *MI,
1098                                             const TargetData &TD) {
1099   // If the mem operation is a non-constant size, we can't handle it.
1100   ConstantInt *SizeCst = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1101   if (SizeCst == 0) return -1;
1102   uint64_t MemSizeInBits = SizeCst->getZExtValue()*8;
1103
1104   // If this is memset, we just need to see if the offset is valid in the size
1105   // of the memset..
1106   if (MI->getIntrinsicID() == Intrinsic::memset)
1107     return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, MI->getDest(),
1108                                           MemSizeInBits, TD);
1109
1110   // If we have a memcpy/memmove, the only case we can handle is if this is a
1111   // copy from constant memory.  In that case, we can read directly from the
1112   // constant memory.
1113   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(MI);
1114
1115   Constant *Src = dyn_cast<Constant>(MTI->getSource());
1116   if (Src == 0) return -1;
1117
1118   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Src->getUnderlyingObject());
1119   if (GV == 0 || !GV->isConstant()) return -1;
1120
1121   // See if the access is within the bounds of the transfer.
1122   int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr,
1123                                               MI->getDest(), MemSizeInBits, TD);
1124   if (Offset == -1)
1125     return Offset;
1126
1127   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
1128   // offset applied as appropriate.
1129   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
1130                                  llvm::Type::getInt8PtrTy(Src->getContext()));
1131   Constant *OffsetCst =
1132     ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
1133   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Src, &OffsetCst, 1);
1134   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::getUnqual(LoadTy));
1135   if (ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, &TD))
1136     return Offset;
1137   return -1;
1138 }
1139
1140
1141 /// GetStoreValueForLoad - This function is called when we have a
1142 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.  This means
1143 /// that the store *may* provide bits used by the load but we can't be sure
1144 /// because the pointers don't mustalias.  Check this case to see if there is
1145 /// anything more we can do before we give up.
1146 static Value *GetStoreValueForLoad(Value *SrcVal, unsigned Offset,
1147                                    const Type *LoadTy,
1148                                    Instruction *InsertPt, const TargetData &TD){
1149   LLVMContext &Ctx = SrcVal->getType()->getContext();
1150
1151   uint64_t StoreSize = TD.getTypeSizeInBits(SrcVal->getType())/8;
1152   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadTy)/8;
1153
1154   IRBuilder<> Builder(InsertPt->getParent(), InsertPt);
1155
1156   // Compute which bits of the stored value are being used by the load.  Convert
1157   // to an integer type to start with.
1158   if (isa<PointerType>(SrcVal->getType()))
1159     SrcVal = Builder.CreatePtrToInt(SrcVal, TD.getIntPtrType(Ctx), "tmp");
1160   if (!isa<IntegerType>(SrcVal->getType()))
1161     SrcVal = Builder.CreateBitCast(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, StoreSize*8),
1162                                    "tmp");
1163
1164   // Shift the bits to the least significant depending on endianness.
1165   unsigned ShiftAmt;
1166   if (TD.isLittleEndian())
1167     ShiftAmt = Offset*8;
1168   else
1169     ShiftAmt = (StoreSize-LoadSize-Offset)*8;
1170
1171   if (ShiftAmt)
1172     SrcVal = Builder.CreateLShr(SrcVal, ShiftAmt, "tmp");
1173
1174   if (LoadSize != StoreSize)
1175     SrcVal = Builder.CreateTrunc(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8),
1176                                  "tmp");
1177
1178   return CoerceAvailableValueToLoadType(SrcVal, LoadTy, InsertPt, TD);
1179 }
1180
1181 /// GetMemInstValueForLoad - This function is called when we have a
1182 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering mem intrinsic.
1183 static Value *GetMemInstValueForLoad(MemIntrinsic *SrcInst, unsigned Offset,
1184                                      const Type *LoadTy, Instruction *InsertPt,
1185                                      const TargetData &TD){
1186   LLVMContext &Ctx = LoadTy->getContext();
1187   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadTy)/8;
1188
1189   IRBuilder<> Builder(InsertPt->getParent(), InsertPt);
1190
1191   // We know that this method is only called when the mem transfer fully
1192   // provides the bits for the load.
1193   if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(SrcInst)) {
1194     // memset(P, 'x', 1234) -> splat('x'), even if x is a variable, and
1195     // independently of what the offset is.
1196     Value *Val = MSI->getValue();
1197     if (LoadSize != 1)
1198       Val = Builder.CreateZExt(Val, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8));
1199
1200     Value *OneElt = Val;
1201
1202     // Splat the value out to the right number of bits.
1203     for (unsigned NumBytesSet = 1; NumBytesSet != LoadSize; ) {
1204       // If we can double the number of bytes set, do it.
1205       if (NumBytesSet*2 <= LoadSize) {
1206         Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, NumBytesSet*8);
1207         Val = Builder.CreateOr(Val, ShVal);
1208         NumBytesSet <<= 1;
1209         continue;
1210       }
1211
1212       // Otherwise insert one byte at a time.
1213       Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, 1*8);
1214       Val = Builder.CreateOr(OneElt, ShVal);
1215       ++NumBytesSet;
1216     }
1217
1218     return CoerceAvailableValueToLoadType(Val, LoadTy, InsertPt, TD);
1219   }
1220
1221   // Otherwise, this is a memcpy/memmove from a constant global.
1222   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(SrcInst);
1223   Constant *Src = cast<Constant>(MTI->getSource());
1224
1225   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
1226   // offset applied as appropriate.
1227   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
1228                                  llvm::Type::getInt8PtrTy(Src->getContext()));
1229   Constant *OffsetCst =
1230   ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
1231   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Src, &OffsetCst, 1);
1232   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::getUnqual(LoadTy));
1233   return ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, &TD);
1234 }
1235
1236
1237
1238 struct AvailableValueInBlock {
1239   /// BB - The basic block in question.
1240   BasicBlock *BB;
1241   enum ValType {
1242     SimpleVal,  // A simple offsetted value that is accessed.
1243     MemIntrin   // A memory intrinsic which is loaded from.
1244   };
1245
1246   /// V - The value that is live out of the block.
1247   PointerIntPair<Value *, 1, ValType> Val;
1248
1249   /// Offset - The byte offset in Val that is interesting for the load query.
1250   unsigned Offset;
1251
1252   static AvailableValueInBlock get(BasicBlock *BB, Value *V,
1253                                    unsigned Offset = 0) {
1254     AvailableValueInBlock Res;
1255     Res.BB = BB;
1256     Res.Val.setPointer(V);
1257     Res.Val.setInt(SimpleVal);
1258     Res.Offset = Offset;
1259     return Res;
1260   }
1261
1262   static AvailableValueInBlock getMI(BasicBlock *BB, MemIntrinsic *MI,
1263                                      unsigned Offset = 0) {
1264     AvailableValueInBlock Res;
1265     Res.BB = BB;
1266     Res.Val.setPointer(MI);
1267     Res.Val.setInt(MemIntrin);
1268     Res.Offset = Offset;
1269     return Res;
1270   }
1271
1272   bool isSimpleValue() const { return Val.getInt() == SimpleVal; }
1273   Value *getSimpleValue() const {
1274     assert(isSimpleValue() && "Wrong accessor");
1275     return Val.getPointer();
1276   }
1277
1278   MemIntrinsic *getMemIntrinValue() const {
1279     assert(!isSimpleValue() && "Wrong accessor");
1280     return cast<MemIntrinsic>(Val.getPointer());
1281   }
1282 };
1283
1284 /// ConstructSSAForLoadSet - Given a set of loads specified by ValuesPerBlock,
1285 /// construct SSA form, allowing us to eliminate LI.  This returns the value
1286 /// that should be used at LI's definition site.
1287 static Value *ConstructSSAForLoadSet(LoadInst *LI,
1288                          SmallVectorImpl<AvailableValueInBlock> &ValuesPerBlock,
1289                                      const TargetData *TD,
1290                                      AliasAnalysis *AA) {
1291   SmallVector<PHINode*, 8> NewPHIs;
1292   SSAUpdater SSAUpdate(&NewPHIs);
1293   SSAUpdate.Initialize(LI);
1294
1295   const Type *LoadTy = LI->getType();
1296
1297   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i) {
1298     const AvailableValueInBlock &AV = ValuesPerBlock[i];
1299     BasicBlock *BB = AV.BB;
1300
1301     if (SSAUpdate.HasValueForBlock(BB))
1302       continue;
1303
1304     unsigned Offset = AV.Offset;
1305
1306     Value *AvailableVal;
1307     if (AV.isSimpleValue()) {
1308       AvailableVal = AV.getSimpleValue();
1309       if (AvailableVal->getType() != LoadTy) {
1310         assert(TD && "Need target data to handle type mismatch case");
1311         AvailableVal = GetStoreValueForLoad(AvailableVal, Offset, LoadTy,
1312                                             BB->getTerminator(), *TD);
1313
1314         DEBUG(errs() << "GVN COERCED NONLOCAL VAL:\nOffset: " << Offset << "  "
1315               << *AV.getSimpleValue() << '\n'
1316               << *AvailableVal << '\n' << "\n\n\n");
1317       }
1318     } else {
1319       AvailableVal = GetMemInstValueForLoad(AV.getMemIntrinValue(), Offset,
1320                                             LoadTy, BB->getTerminator(), *TD);
1321       DEBUG(errs() << "GVN COERCED NONLOCAL MEM INTRIN:\nOffset: " << Offset
1322             << "  " << *AV.getMemIntrinValue() << '\n'
1323             << *AvailableVal << '\n' << "\n\n\n");
1324     }
1325     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, AvailableVal);
1326   }
1327
1328   // Perform PHI construction.
1329   Value *V = SSAUpdate.GetValueInMiddleOfBlock(LI->getParent());
1330
1331   // If new PHI nodes were created, notify alias analysis.
1332   if (isa<PointerType>(V->getType()))
1333     for (unsigned i = 0, e = NewPHIs.size(); i != e; ++i)
1334       AA->copyValue(LI, NewPHIs[i]);
1335
1336   return V;
1337 }
1338
1339 static bool isLifetimeStart(Instruction *Inst) {
1340   if (IntrinsicInst* II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst))
1341     return II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start;
1342   return false;
1343 }
1344
1345 /// processNonLocalLoad - Attempt to eliminate a load whose dependencies are
1346 /// non-local by performing PHI construction.
1347 bool GVN::processNonLocalLoad(LoadInst *LI,
1348                               SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase) {
1349   // Find the non-local dependencies of the load.
1350   SmallVector<NonLocalDepEntry, 64> Deps;
1351   MD->getNonLocalPointerDependency(LI->getOperand(0), true, LI->getParent(),
1352                                    Deps);
1353   //DEBUG(errs() << "INVESTIGATING NONLOCAL LOAD: "
1354   //             << Deps.size() << *LI << '\n');
1355
1356   // If we had to process more than one hundred blocks to find the
1357   // dependencies, this load isn't worth worrying about.  Optimizing
1358   // it will be too expensive.
1359   if (Deps.size() > 100)
1360     return false;
1361
1362   // If we had a phi translation failure, we'll have a single entry which is a
1363   // clobber in the current block.  Reject this early.
1364   if (Deps.size() == 1 && Deps[0].getResult().isClobber()) {
1365     DEBUG(
1366       errs() << "GVN: non-local load ";
1367       WriteAsOperand(errs(), LI);
1368       errs() << " is clobbered by " << *Deps[0].getResult().getInst() << '\n';
1369     );
1370     return false;
1371   }
1372
1373   // Filter out useless results (non-locals, etc).  Keep track of the blocks
1374   // where we have a value available in repl, also keep track of whether we see
1375   // dependencies that produce an unknown value for the load (such as a call
1376   // that could potentially clobber the load).
1377   SmallVector<AvailableValueInBlock, 16> ValuesPerBlock;
1378   SmallVector<BasicBlock*, 16> UnavailableBlocks;
1379
1380   const TargetData *TD = 0;
1381
1382   for (unsigned i = 0, e = Deps.size(); i != e; ++i) {
1383     BasicBlock *DepBB = Deps[i].getBB();
1384     MemDepResult DepInfo = Deps[i].getResult();
1385
1386     if (DepInfo.isClobber()) {
1387       // The address being loaded in this non-local block may not be the same as
1388       // the pointer operand of the load if PHI translation occurs.  Make sure
1389       // to consider the right address.
1390       Value *Address = Deps[i].getAddress();
1391
1392       // If the dependence is to a store that writes to a superset of the bits
1393       // read by the load, we can extract the bits we need for the load from the
1394       // stored value.
1395       if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInfo.getInst())) {
1396         if (TD == 0)
1397           TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1398         if (TD && Address) {
1399           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingStore(LI->getType(), Address,
1400                                                       DepSI, *TD);
1401           if (Offset != -1) {
1402             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1403                                                            DepSI->getOperand(0),
1404                                                                 Offset));
1405             continue;
1406           }
1407         }
1408       }
1409
1410       // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can
1411       // forward a value on from it.
1412       if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(DepInfo.getInst())) {
1413         if (TD == 0)
1414           TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1415         if (TD && Address) {
1416           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(LI->getType(), Address,
1417                                                         DepMI, *TD);
1418           if (Offset != -1) {
1419             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getMI(DepBB, DepMI,
1420                                                                   Offset));
1421             continue;
1422           }
1423         }
1424       }
1425
1426       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1427       continue;
1428     }
1429
1430     Instruction *DepInst = DepInfo.getInst();
1431
1432     // Loading the allocation -> undef.
1433     if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMalloc(DepInst) ||
1434         // Loading immediately after lifetime begin -> undef.
1435         isLifetimeStart(DepInst)) {
1436       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1437                                              UndefValue::get(LI->getType())));
1438       continue;
1439     }
1440
1441     if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1442       // Reject loads and stores that are to the same address but are of
1443       // different types if we have to.
1444       if (S->getOperand(0)->getType() != LI->getType()) {
1445         if (TD == 0)
1446           TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1447
1448         // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can
1449         // reuse it.
1450         if (TD == 0 || !CanCoerceMustAliasedValueToLoad(S->getOperand(0),
1451                                                         LI->getType(), *TD)) {
1452           UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1453           continue;
1454         }
1455       }
1456
1457       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1458                                                           S->getOperand(0)));
1459       continue;
1460     }
1461
1462     if (LoadInst *LD = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1463       // If the types mismatch and we can't handle it, reject reuse of the load.
1464       if (LD->getType() != LI->getType()) {
1465         if (TD == 0)
1466           TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1467
1468         // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can
1469         // reuse it.
1470         if (TD == 0 || !CanCoerceMustAliasedValueToLoad(LD, LI->getType(),*TD)){
1471           UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1472           continue;
1473         }
1474       }
1475       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB, LD));
1476       continue;
1477     }
1478
1479     UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1480     continue;
1481   }
1482
1483   // If we have no predecessors that produce a known value for this load, exit
1484   // early.
1485   if (ValuesPerBlock.empty()) return false;
1486
1487   // If all of the instructions we depend on produce a known value for this
1488   // load, then it is fully redundant and we can use PHI insertion to compute
1489   // its value.  Insert PHIs and remove the fully redundant value now.
1490   if (UnavailableBlocks.empty()) {
1491     DEBUG(errs() << "GVN REMOVING NONLOCAL LOAD: " << *LI << '\n');
1492
1493     // Perform PHI construction.
1494     Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, TD,
1495                                       VN.getAliasAnalysis());
1496     LI->replaceAllUsesWith(V);
1497
1498     if (isa<PHINode>(V))
1499       V->takeName(LI);
1500     if (isa<PointerType>(V->getType()))
1501       MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1502     toErase.push_back(LI);
1503     NumGVNLoad++;
1504     return true;
1505   }
1506
1507   if (!EnablePRE || !EnableLoadPRE)
1508     return false;
1509
1510   // Okay, we have *some* definitions of the value.  This means that the value
1511   // is available in some of our (transitive) predecessors.  Lets think about
1512   // doing PRE of this load.  This will involve inserting a new load into the
1513   // predecessor when it's not available.  We could do this in general, but
1514   // prefer to not increase code size.  As such, we only do this when we know
1515   // that we only have to insert *one* load (which means we're basically moving
1516   // the load, not inserting a new one).
1517
1518   SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> Blockers;
1519   for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
1520     Blockers.insert(UnavailableBlocks[i]);
1521
1522   // Lets find first basic block with more than one predecessor.  Walk backwards
1523   // through predecessors if needed.
1524   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
1525   BasicBlock *TmpBB = LoadBB;
1526
1527   bool isSinglePred = false;
1528   bool allSingleSucc = true;
1529   while (TmpBB->getSinglePredecessor()) {
1530     isSinglePred = true;
1531     TmpBB = TmpBB->getSinglePredecessor();
1532     if (!TmpBB) // If haven't found any, bail now.
1533       return false;
1534     if (TmpBB == LoadBB) // Infinite (unreachable) loop.
1535       return false;
1536     if (Blockers.count(TmpBB))
1537       return false;
1538     if (TmpBB->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1)
1539       allSingleSucc = false;
1540   }
1541
1542   assert(TmpBB);
1543   LoadBB = TmpBB;
1544
1545   // If we have a repl set with LI itself in it, this means we have a loop where
1546   // at least one of the values is LI.  Since this means that we won't be able
1547   // to eliminate LI even if we insert uses in the other predecessors, we will
1548   // end up increasing code size.  Reject this by scanning for LI.
1549   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i)
1550     if (ValuesPerBlock[i].isSimpleValue() &&
1551         ValuesPerBlock[i].getSimpleValue() == LI)
1552       return false;
1553
1554   // FIXME: It is extremely unclear what this loop is doing, other than
1555   // artificially restricting loadpre.
1556   if (isSinglePred) {
1557     bool isHot = false;
1558     for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i) {
1559       const AvailableValueInBlock &AV = ValuesPerBlock[i];
1560       if (AV.isSimpleValue())
1561         // "Hot" Instruction is in some loop (because it dominates its dep.
1562         // instruction).
1563         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(AV.getSimpleValue()))
1564           if (DT->dominates(LI, I)) {
1565             isHot = true;
1566             break;
1567           }
1568     }
1569
1570     // We are interested only in "hot" instructions. We don't want to do any
1571     // mis-optimizations here.
1572     if (!isHot)
1573       return false;
1574   }
1575
1576   // Okay, we have some hope :).  Check to see if the loaded value is fully
1577   // available in all but one predecessor.
1578   // FIXME: If we could restructure the CFG, we could make a common pred with
1579   // all the preds that don't have an available LI and insert a new load into
1580   // that one block.
1581   BasicBlock *UnavailablePred = 0;
1582
1583   DenseMap<BasicBlock*, char> FullyAvailableBlocks;
1584   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i)
1585     FullyAvailableBlocks[ValuesPerBlock[i].BB] = true;
1586   for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
1587     FullyAvailableBlocks[UnavailableBlocks[i]] = false;
1588
1589   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB);
1590        PI != E; ++PI) {
1591     if (IsValueFullyAvailableInBlock(*PI, FullyAvailableBlocks))
1592       continue;
1593
1594     // If this load is not available in multiple predecessors, reject it.
1595     if (UnavailablePred && UnavailablePred != *PI)
1596       return false;
1597     UnavailablePred = *PI;
1598   }
1599
1600   assert(UnavailablePred != 0 &&
1601          "Fully available value should be eliminated above!");
1602
1603   // We don't currently handle critical edges :(
1604   if (UnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1) {
1605     DEBUG(errs() << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF CRITICAL EDGE '"
1606                  << UnavailablePred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1607     return false;
1608   }
1609
1610   // Do PHI translation to get its value in the predecessor if necessary.  The
1611   // returned pointer (if non-null) is guaranteed to dominate UnavailablePred.
1612   //
1613   SmallVector<Instruction*, 8> NewInsts;
1614
1615   // If all preds have a single successor, then we know it is safe to insert the
1616   // load on the pred (?!?), so we can insert code to materialize the pointer if
1617   // it is not available.
1618   PHITransAddr Address(LI->getOperand(0), TD);
1619   Value *LoadPtr = 0;
1620   if (allSingleSucc) {
1621     LoadPtr = Address.PHITranslateWithInsertion(LoadBB, UnavailablePred,
1622                                                 *DT, NewInsts);
1623   } else {
1624     Address.PHITranslateValue(LoadBB, UnavailablePred);
1625     LoadPtr = Address.getAddr();
1626
1627     // Make sure the value is live in the predecessor.
1628     if (Instruction *Inst = dyn_cast_or_null<Instruction>(LoadPtr))
1629       if (!DT->dominates(Inst->getParent(), UnavailablePred))
1630         LoadPtr = 0;
1631   }
1632
1633   // If we couldn't find or insert a computation of this phi translated value,
1634   // we fail PRE.
1635   if (LoadPtr == 0) {
1636     assert(NewInsts.empty() && "Shouldn't insert insts on failure");
1637     DEBUG(errs() << "COULDN'T INSERT PHI TRANSLATED VALUE OF: "
1638                  << *LI->getOperand(0) << "\n");
1639     return false;
1640   }
1641
1642   // Assign value numbers to these new instructions.
1643   for (unsigned i = 0, e = NewInsts.size(); i != e; ++i) {
1644     // FIXME: We really _ought_ to insert these value numbers into their
1645     // parent's availability map.  However, in doing so, we risk getting into
1646     // ordering issues.  If a block hasn't been processed yet, we would be
1647     // marking a value as AVAIL-IN, which isn't what we intend.
1648     VN.lookup_or_add(NewInsts[i]);
1649   }
1650
1651   // Make sure it is valid to move this load here.  We have to watch out for:
1652   //  @1 = getelementptr (i8* p, ...
1653   //  test p and branch if == 0
1654   //  load @1
1655   // It is valid to have the getelementptr before the test, even if p can be 0,
1656   // as getelementptr only does address arithmetic.
1657   // If we are not pushing the value through any multiple-successor blocks
1658   // we do not have this case.  Otherwise, check that the load is safe to
1659   // put anywhere; this can be improved, but should be conservatively safe.
1660   if (!allSingleSucc &&
1661       // FIXME: REEVALUTE THIS.
1662       !isSafeToLoadUnconditionally(LoadPtr, UnavailablePred->getTerminator())) {
1663     assert(NewInsts.empty() && "Should not have inserted instructions");
1664     return false;
1665   }
1666
1667   // Okay, we can eliminate this load by inserting a reload in the predecessor
1668   // and using PHI construction to get the value in the other predecessors, do
1669   // it.
1670   DEBUG(errs() << "GVN REMOVING PRE LOAD: " << *LI << '\n');
1671   DEBUG(if (!NewInsts.empty())
1672           errs() << "INSERTED " << NewInsts.size() << " INSTS: "
1673                  << *NewInsts.back() << '\n');
1674
1675   Value *NewLoad = new LoadInst(LoadPtr, LI->getName()+".pre", false,
1676                                 LI->getAlignment(),
1677                                 UnavailablePred->getTerminator());
1678
1679   // Add the newly created load.
1680   ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(UnavailablePred,NewLoad));
1681
1682   // Perform PHI construction.
1683   Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, TD,
1684                                     VN.getAliasAnalysis());
1685   LI->replaceAllUsesWith(V);
1686   if (isa<PHINode>(V))
1687     V->takeName(LI);
1688   if (isa<PointerType>(V->getType()))
1689     MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1690   toErase.push_back(LI);
1691   NumPRELoad++;
1692   return true;
1693 }
1694
1695 /// processLoad - Attempt to eliminate a load, first by eliminating it
1696 /// locally, and then attempting non-local elimination if that fails.
1697 bool GVN::processLoad(LoadInst *L, SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase) {
1698   if (!MD)
1699     return false;
1700
1701   if (L->isVolatile())
1702     return false;
1703
1704   // ... to a pointer that has been loaded from before...
1705   MemDepResult Dep = MD->getDependency(L);
1706
1707   // If the value isn't available, don't do anything!
1708   if (Dep.isClobber()) {
1709     // Check to see if we have something like this:
1710     //   store i32 123, i32* %P
1711     //   %A = bitcast i32* %P to i8*
1712     //   %B = gep i8* %A, i32 1
1713     //   %C = load i8* %B
1714     //
1715     // We could do that by recognizing if the clobber instructions are obviously
1716     // a common base + constant offset, and if the previous store (or memset)
1717     // completely covers this load.  This sort of thing can happen in bitfield
1718     // access code.
1719     Value *AvailVal = 0;
1720     if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(Dep.getInst()))
1721       if (const TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>()) {
1722         int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingStore(L->getType(),
1723                                                     L->getPointerOperand(),
1724                                                     DepSI, *TD);
1725         if (Offset != -1)
1726           AvailVal = GetStoreValueForLoad(DepSI->getOperand(0), Offset,
1727                                           L->getType(), L, *TD);
1728       }
1729
1730     // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can forward
1731     // a value on from it.
1732     if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(Dep.getInst())) {
1733       if (const TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>()) {
1734         int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(L->getType(),
1735                                                       L->getPointerOperand(),
1736                                                       DepMI, *TD);
1737         if (Offset != -1)
1738           AvailVal = GetMemInstValueForLoad(DepMI, Offset, L->getType(), L,*TD);
1739       }
1740     }
1741
1742     if (AvailVal) {
1743       DEBUG(errs() << "GVN COERCED INST:\n" << *Dep.getInst() << '\n'
1744             << *AvailVal << '\n' << *L << "\n\n\n");
1745
1746       // Replace the load!
1747       L->replaceAllUsesWith(AvailVal);
1748       if (isa<PointerType>(AvailVal->getType()))
1749         MD->invalidateCachedPointerInfo(AvailVal);
1750       toErase.push_back(L);
1751       NumGVNLoad++;
1752       return true;
1753     }
1754
1755     DEBUG(
1756       // fast print dep, using operator<< on instruction would be too slow
1757       errs() << "GVN: load ";
1758       WriteAsOperand(errs(), L);
1759       Instruction *I = Dep.getInst();
1760       errs() << " is clobbered by " << *I << '\n';
1761     );
1762     return false;
1763   }
1764
1765   // If it is defined in another block, try harder.
1766   if (Dep.isNonLocal())
1767     return processNonLocalLoad(L, toErase);
1768
1769   Instruction *DepInst = Dep.getInst();
1770   if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1771     Value *StoredVal = DepSI->getOperand(0);
1772
1773     // The store and load are to a must-aliased pointer, but they may not
1774     // actually have the same type.  See if we know how to reuse the stored
1775     // value (depending on its type).
1776     const TargetData *TD = 0;
1777     if (StoredVal->getType() != L->getType()) {
1778       if ((TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>())) {
1779         StoredVal = CoerceAvailableValueToLoadType(StoredVal, L->getType(),
1780                                                    L, *TD);
1781         if (StoredVal == 0)
1782           return false;
1783
1784         DEBUG(errs() << "GVN COERCED STORE:\n" << *DepSI << '\n' << *StoredVal
1785                      << '\n' << *L << "\n\n\n");
1786       }
1787       else
1788         return false;
1789     }
1790
1791     // Remove it!
1792     L->replaceAllUsesWith(StoredVal);
1793     if (isa<PointerType>(StoredVal->getType()))
1794       MD->invalidateCachedPointerInfo(StoredVal);
1795     toErase.push_back(L);
1796     NumGVNLoad++;
1797     return true;
1798   }
1799
1800   if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1801     Value *AvailableVal = DepLI;
1802
1803     // The loads are of a must-aliased pointer, but they may not actually have
1804     // the same type.  See if we know how to reuse the previously loaded value
1805     // (depending on its type).
1806     const TargetData *TD = 0;
1807     if (DepLI->getType() != L->getType()) {
1808       if ((TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>())) {
1809         AvailableVal = CoerceAvailableValueToLoadType(DepLI, L->getType(), L,*TD);
1810         if (AvailableVal == 0)
1811           return false;
1812
1813         DEBUG(errs() << "GVN COERCED LOAD:\n" << *DepLI << "\n" << *AvailableVal
1814                      << "\n" << *L << "\n\n\n");
1815       }
1816       else
1817         return false;
1818     }
1819
1820     // Remove it!
1821     L->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
1822     if (isa<PointerType>(DepLI->getType()))
1823       MD->invalidateCachedPointerInfo(DepLI);
1824     toErase.push_back(L);
1825     NumGVNLoad++;
1826     return true;
1827   }
1828
1829   // If this load really doesn't depend on anything, then we must be loading an
1830   // undef value.  This can happen when loading for a fresh allocation with no
1831   // intervening stores, for example.
1832   if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMalloc(DepInst)) {
1833     L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1834     toErase.push_back(L);
1835     NumGVNLoad++;
1836     return true;
1837   }
1838
1839   // If this load occurs either right after a lifetime begin,
1840   // then the loaded value is undefined.
1841   if (IntrinsicInst* II = dyn_cast<IntrinsicInst>(DepInst)) {
1842     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start) {
1843       L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1844       toErase.push_back(L);
1845       NumGVNLoad++;
1846       return true;
1847     }
1848   }
1849
1850   return false;
1851 }
1852
1853 Value *GVN::lookupNumber(BasicBlock *BB, uint32_t num) {
1854   DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*>::iterator I = localAvail.find(BB);
1855   if (I == localAvail.end())
1856     return 0;
1857
1858   ValueNumberScope *Locals = I->second;
1859   while (Locals) {
1860     DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator I = Locals->table.find(num);
1861     if (I != Locals->table.end())
1862       return I->second;
1863     Locals = Locals->parent;
1864   }
1865
1866   return 0;
1867 }
1868
1869
1870 /// processInstruction - When calculating availability, handle an instruction
1871 /// by inserting it into the appropriate sets
1872 bool GVN::processInstruction(Instruction *I,
1873                              SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase) {
1874   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
1875     bool Changed = processLoad(LI, toErase);
1876
1877     if (!Changed) {
1878       unsigned Num = VN.lookup_or_add(LI);
1879       localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, LI));
1880     }
1881
1882     return Changed;
1883   }
1884
1885   uint32_t NextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
1886   unsigned Num = VN.lookup_or_add(I);
1887
1888   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(I)) {
1889     localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, I));
1890
1891     if (!BI->isConditional() || isa<Constant>(BI->getCondition()))
1892       return false;
1893
1894     Value *BranchCond = BI->getCondition();
1895     uint32_t CondVN = VN.lookup_or_add(BranchCond);
1896
1897     BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1898     BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1899
1900     if (TrueSucc->getSinglePredecessor())
1901       localAvail[TrueSucc]->table[CondVN] =
1902         ConstantInt::getTrue(TrueSucc->getContext());
1903     if (FalseSucc->getSinglePredecessor())
1904       localAvail[FalseSucc]->table[CondVN] =
1905         ConstantInt::getFalse(TrueSucc->getContext());
1906
1907     return false;
1908
1909   // Allocations are always uniquely numbered, so we can save time and memory
1910   // by fast failing them.
1911   } else if (isa<AllocaInst>(I) || isa<TerminatorInst>(I)) {
1912     localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, I));
1913     return false;
1914   }
1915
1916   // Collapse PHI nodes
1917   if (PHINode* p = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1918     Value *constVal = CollapsePhi(p);
1919
1920     if (constVal) {
1921       p->replaceAllUsesWith(constVal);
1922       if (MD && isa<PointerType>(constVal->getType()))
1923         MD->invalidateCachedPointerInfo(constVal);
1924       VN.erase(p);
1925
1926       toErase.push_back(p);
1927     } else {
1928       localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, I));
1929     }
1930
1931   // If the number we were assigned was a brand new VN, then we don't
1932   // need to do a lookup to see if the number already exists
1933   // somewhere in the domtree: it can't!
1934   } else if (Num == NextNum) {
1935     localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, I));
1936
1937   // Perform fast-path value-number based elimination of values inherited from
1938   // dominators.
1939   } else if (Value *repl = lookupNumber(I->getParent(), Num)) {
1940     // Remove it!
1941     VN.erase(I);
1942     I->replaceAllUsesWith(repl);
1943     if (MD && isa<PointerType>(repl->getType()))
1944       MD->invalidateCachedPointerInfo(repl);
1945     toErase.push_back(I);
1946     return true;
1947
1948   } else {
1949     localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, I));
1950   }
1951
1952   return false;
1953 }
1954
1955 /// runOnFunction - This is the main transformation entry point for a function.
1956 bool GVN::runOnFunction(Function& F) {
1957   if (!NoLoads)
1958     MD = &getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
1959   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1960   VN.setAliasAnalysis(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
1961   VN.setMemDep(MD);
1962   VN.setDomTree(DT);
1963
1964   bool Changed = false;
1965   bool ShouldContinue = true;
1966
1967   // Merge unconditional branches, allowing PRE to catch more
1968   // optimization opportunities.
1969   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ) {
1970     BasicBlock *BB = FI;
1971     ++FI;
1972     bool removedBlock = MergeBlockIntoPredecessor(BB, this);
1973     if (removedBlock) NumGVNBlocks++;
1974
1975     Changed |= removedBlock;
1976   }
1977
1978   unsigned Iteration = 0;
1979
1980   while (ShouldContinue) {
1981     DEBUG(errs() << "GVN iteration: " << Iteration << "\n");
1982     ShouldContinue = iterateOnFunction(F);
1983     Changed |= ShouldContinue;
1984     ++Iteration;
1985   }
1986
1987   if (EnablePRE) {
1988     bool PREChanged = true;
1989     while (PREChanged) {
1990       PREChanged = performPRE(F);
1991       Changed |= PREChanged;
1992     }
1993   }
1994   // FIXME: Should perform GVN again after PRE does something.  PRE can move
1995   // computations into blocks where they become fully redundant.  Note that
1996   // we can't do this until PRE's critical edge splitting updates memdep.
1997   // Actually, when this happens, we should just fully integrate PRE into GVN.
1998
1999   cleanupGlobalSets();
2000
2001   return Changed;
2002 }
2003
2004
2005 bool GVN::processBlock(BasicBlock *BB) {
2006   // FIXME: Kill off toErase by doing erasing eagerly in a helper function (and
2007   // incrementing BI before processing an instruction).
2008   SmallVector<Instruction*, 8> toErase;
2009   bool ChangedFunction = false;
2010
2011   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end();
2012        BI != BE;) {
2013     ChangedFunction |= processInstruction(BI, toErase);
2014     if (toErase.empty()) {
2015       ++BI;
2016       continue;
2017     }
2018
2019     // If we need some instructions deleted, do it now.
2020     NumGVNInstr += toErase.size();
2021
2022     // Avoid iterator invalidation.
2023     bool AtStart = BI == BB->begin();
2024     if (!AtStart)
2025       --BI;
2026
2027     for (SmallVector<Instruction*, 4>::iterator I = toErase.begin(),
2028          E = toErase.end(); I != E; ++I) {
2029       DEBUG(errs() << "GVN removed: " << **I << '\n');
2030       if (MD) MD->removeInstruction(*I);
2031       (*I)->eraseFromParent();
2032       DEBUG(verifyRemoved(*I));
2033     }
2034     toErase.clear();
2035
2036     if (AtStart)
2037       BI = BB->begin();
2038     else
2039       ++BI;
2040   }
2041
2042   return ChangedFunction;
2043 }
2044
2045 /// performPRE - Perform a purely local form of PRE that looks for diamond
2046 /// control flow patterns and attempts to perform simple PRE at the join point.
2047 bool GVN::performPRE(Function &F) {
2048   bool Changed = false;
2049   SmallVector<std::pair<TerminatorInst*, unsigned>, 4> toSplit;
2050   DenseMap<BasicBlock*, Value*> predMap;
2051   for (df_iterator<BasicBlock*> DI = df_begin(&F.getEntryBlock()),
2052        DE = df_end(&F.getEntryBlock()); DI != DE; ++DI) {
2053     BasicBlock *CurrentBlock = *DI;
2054
2055     // Nothing to PRE in the entry block.
2056     if (CurrentBlock == &F.getEntryBlock()) continue;
2057
2058     for (BasicBlock::iterator BI = CurrentBlock->begin(),
2059          BE = CurrentBlock->end(); BI != BE; ) {
2060       Instruction *CurInst = BI++;
2061
2062       if (isa<AllocaInst>(CurInst) ||
2063           isa<TerminatorInst>(CurInst) || isa<PHINode>(CurInst) ||
2064           CurInst->getType()->isVoidTy() ||
2065           CurInst->mayReadFromMemory() || CurInst->mayHaveSideEffects() ||
2066           isa<DbgInfoIntrinsic>(CurInst))
2067         continue;
2068
2069       uint32_t ValNo = VN.lookup(CurInst);
2070
2071       // Look for the predecessors for PRE opportunities.  We're
2072       // only trying to solve the basic diamond case, where
2073       // a value is computed in the successor and one predecessor,
2074       // but not the other.  We also explicitly disallow cases
2075       // where the successor is its own predecessor, because they're
2076       // more complicated to get right.
2077       unsigned NumWith = 0;
2078       unsigned NumWithout = 0;
2079       BasicBlock *PREPred = 0;
2080       predMap.clear();
2081
2082       for (pred_iterator PI = pred_begin(CurrentBlock),
2083            PE = pred_end(CurrentBlock); PI != PE; ++PI) {
2084         // We're not interested in PRE where the block is its
2085         // own predecessor, on in blocks with predecessors
2086         // that are not reachable.
2087         if (*PI == CurrentBlock) {
2088           NumWithout = 2;
2089           break;
2090         } else if (!localAvail.count(*PI))  {
2091           NumWithout = 2;
2092           break;
2093         }
2094
2095         DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator predV =
2096                                             localAvail[*PI]->table.find(ValNo);
2097         if (predV == localAvail[*PI]->table.end()) {
2098           PREPred = *PI;
2099           NumWithout++;
2100         } else if (predV->second == CurInst) {
2101           NumWithout = 2;
2102         } else {
2103           predMap[*PI] = predV->second;
2104           NumWith++;
2105         }
2106       }
2107
2108       // Don't do PRE when it might increase code size, i.e. when
2109       // we would need to insert instructions in more than one pred.
2110       if (NumWithout != 1 || NumWith == 0)
2111         continue;
2112
2113       // Don't do PRE across indirect branch.
2114       if (isa<IndirectBrInst>(PREPred->getTerminator()))
2115         continue;
2116
2117       // We can't do PRE safely on a critical edge, so instead we schedule
2118       // the edge to be split and perform the PRE the next time we iterate
2119       // on the function.
2120       unsigned SuccNum = 0;
2121       for (unsigned i = 0, e = PREPred->getTerminator()->getNumSuccessors();
2122            i != e; ++i)
2123         if (PREPred->getTerminator()->getSuccessor(i) == CurrentBlock) {
2124           SuccNum = i;
2125           break;
2126         }
2127
2128       if (isCriticalEdge(PREPred->getTerminator(), SuccNum)) {
2129         toSplit.push_back(std::make_pair(PREPred->getTerminator(), SuccNum));
2130         continue;
2131       }
2132
2133       // Instantiate the expression the in predecessor that lacked it.
2134       // Because we are going top-down through the block, all value numbers
2135       // will be available in the predecessor by the time we need them.  Any
2136       // that weren't original present will have been instantiated earlier
2137       // in this loop.
2138       Instruction *PREInstr = CurInst->clone();
2139       bool success = true;
2140       for (unsigned i = 0, e = CurInst->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2141         Value *Op = PREInstr->getOperand(i);
2142         if (isa<Argument>(Op) || isa<Constant>(Op) || isa<GlobalValue>(Op))
2143           continue;
2144
2145         if (Value *V = lookupNumber(PREPred, VN.lookup(Op))) {
2146           PREInstr->setOperand(i, V);
2147         } else {
2148           success = false;
2149           break;
2150         }
2151       }
2152
2153       // Fail out if we encounter an operand that is not available in
2154       // the PRE predecessor.  This is typically because of loads which
2155       // are not value numbered precisely.
2156       if (!success) {
2157         delete PREInstr;
2158         DEBUG(verifyRemoved(PREInstr));
2159         continue;
2160       }
2161
2162       PREInstr->insertBefore(PREPred->getTerminator());
2163       PREInstr->setName(CurInst->getName() + ".pre");
2164       predMap[PREPred] = PREInstr;
2165       VN.add(PREInstr, ValNo);
2166       NumGVNPRE++;
2167
2168       // Update the availability map to include the new instruction.
2169       localAvail[PREPred]->table.insert(std::make_pair(ValNo, PREInstr));
2170
2171       // Create a PHI to make the value available in this block.
2172       PHINode* Phi = PHINode::Create(CurInst->getType(),
2173                                      CurInst->getName() + ".pre-phi",
2174                                      CurrentBlock->begin());
2175       for (pred_iterator PI = pred_begin(CurrentBlock),
2176            PE = pred_end(CurrentBlock); PI != PE; ++PI)
2177         Phi->addIncoming(predMap[*PI], *PI);
2178
2179       VN.add(Phi, ValNo);
2180       localAvail[CurrentBlock]->table[ValNo] = Phi;
2181
2182       CurInst->replaceAllUsesWith(Phi);
2183       if (MD && isa<PointerType>(Phi->getType()))
2184         MD->invalidateCachedPointerInfo(Phi);
2185       VN.erase(CurInst);
2186
2187       DEBUG(errs() << "GVN PRE removed: " << *CurInst << '\n');
2188       if (MD) MD->removeInstruction(CurInst);
2189       CurInst->eraseFromParent();
2190       DEBUG(verifyRemoved(CurInst));
2191       Changed = true;
2192     }
2193   }
2194
2195   for (SmallVector<std::pair<TerminatorInst*, unsigned>, 4>::iterator
2196        I = toSplit.begin(), E = toSplit.end(); I != E; ++I)
2197     SplitCriticalEdge(I->first, I->second, this);
2198
2199   return Changed || toSplit.size();
2200 }
2201
2202 /// iterateOnFunction - Executes one iteration of GVN
2203 bool GVN::iterateOnFunction(Function &F) {
2204   cleanupGlobalSets();
2205
2206   for (df_iterator<DomTreeNode*> DI = df_begin(DT->getRootNode()),
2207        DE = df_end(DT->getRootNode()); DI != DE; ++DI) {
2208     if (DI->getIDom())
2209       localAvail[DI->getBlock()] =
2210                    new ValueNumberScope(localAvail[DI->getIDom()->getBlock()]);
2211     else
2212       localAvail[DI->getBlock()] = new ValueNumberScope(0);
2213   }
2214
2215   // Top-down walk of the dominator tree
2216   bool Changed = false;
2217 #if 0
2218   // Needed for value numbering with phi construction to work.
2219   ReversePostOrderTraversal<Function*> RPOT(&F);
2220   for (ReversePostOrderTraversal<Function*>::rpo_iterator RI = RPOT.begin(),
2221        RE = RPOT.end(); RI != RE; ++RI)
2222     Changed |= processBlock(*RI);
2223 #else
2224   for (df_iterator<DomTreeNode*> DI = df_begin(DT->getRootNode()),
2225        DE = df_end(DT->getRootNode()); DI != DE; ++DI)
2226     Changed |= processBlock(DI->getBlock());
2227 #endif
2228
2229   return Changed;
2230 }
2231
2232 void GVN::cleanupGlobalSets() {
2233   VN.clear();
2234
2235   for (DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*>::iterator
2236        I = localAvail.begin(), E = localAvail.end(); I != E; ++I)
2237     delete I->second;
2238   localAvail.clear();
2239 }
2240
2241 /// verifyRemoved - Verify that the specified instruction does not occur in our
2242 /// internal data structures.
2243 void GVN::verifyRemoved(const Instruction *Inst) const {
2244   VN.verifyRemoved(Inst);
2245
2246   // Walk through the value number scope to make sure the instruction isn't
2247   // ferreted away in it.
2248   for (DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*>::const_iterator
2249          I = localAvail.begin(), E = localAvail.end(); I != E; ++I) {
2250     const ValueNumberScope *VNS = I->second;
2251
2252     while (VNS) {
2253       for (DenseMap<uint32_t, Value*>::const_iterator
2254              II = VNS->table.begin(), IE = VNS->table.end(); II != IE; ++II) {
2255         assert(II->second != Inst && "Inst still in value numbering scope!");
2256       }
2257
2258       VNS = VNS->parent;
2259     }
2260   }
2261 }