lib/Transforms/Scalar/GVN.cpp

   1 //===- GVN.cpp - Eliminate redundant values and loads ------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file was developed by the Owen Anderson and is distributed under
   6 // the University of Illinois Open Source 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 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #define DEBUG_TYPE "gvn"
  16
  17 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  18 #include "llvm/BasicBlock.h"
  19 #include "llvm/Constants.h"
  20 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  21 #include "llvm/Function.h"
  22 #include "llvm/Instructions.h"
  23 #include "llvm/Value.h"
  24 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
  25 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
  26 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  27 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
  28 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
  29 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  30 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  31 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
  32 #include "llvm/Support/CFG.h"
  33 #include "llvm/Support/Compiler.h"
  34 using namespace llvm;
  35
  36 //===----------------------------------------------------------------------===//
  37 //                         ValueTable Class
  38 //===----------------------------------------------------------------------===//
  39
  40 /// This class holds the mapping between values and value numbers.  It is used
  41 /// as an efficient mechanism to determine the expression-wise equivalence of
  42 /// two values.
  43 namespace {
  44   struct VISIBILITY_HIDDEN Expression {
  45     enum ExpressionOpcode { ADD, SUB, MUL, UDIV, SDIV, FDIV, UREM, SREM,
  46                             FREM, SHL, LSHR, ASHR, AND, OR, XOR, ICMPEQ,
  47                             ICMPNE, ICMPUGT, ICMPUGE, ICMPULT, ICMPULE,
  48                             ICMPSGT, ICMPSGE, ICMPSLT, ICMPSLE, FCMPOEQ,
  49                             FCMPOGT, FCMPOGE, FCMPOLT, FCMPOLE, FCMPONE,
  50                             FCMPORD, FCMPUNO, FCMPUEQ, FCMPUGT, FCMPUGE,
  51                             FCMPULT, FCMPULE, FCMPUNE, EXTRACT, INSERT,
  52                             SHUFFLE, SELECT, TRUNC, ZEXT, SEXT, FPTOUI,
  53                             FPTOSI, UITOFP, SITOFP, FPTRUNC, FPEXT,
  54                             PTRTOINT, INTTOPTR, BITCAST, GEP, EMPTY,
  55                             TOMBSTONE };
  56
  57     ExpressionOpcode opcode;
  58     const Type* type;
  59     uint32_t firstVN;
  60     uint32_t secondVN;
  61     uint32_t thirdVN;
  62     SmallVector<uint32_t, 4> varargs;
  63
  64     Expression() { }
  65     Expression(ExpressionOpcode o) : opcode(o) { }
  66
  67     bool operator==(const Expression &other) const {
  68       if (opcode != other.opcode)
  69         return false;
  70       else if (opcode == EMPTY || opcode == TOMBSTONE)
  71         return true;
  72       else if (type != other.type)
  73         return false;
  74       else if (firstVN != other.firstVN)
  75         return false;
  76       else if (secondVN != other.secondVN)
  77         return false;
  78       else if (thirdVN != other.thirdVN)
  79         return false;
  80       else {
  81         if (varargs.size() != other.varargs.size())
  82           return false;
  83
  84         for (size_t i = 0; i < varargs.size(); ++i)
  85           if (varargs[i] != other.varargs[i])
  86             return false;
  87
  88         return true;
  89       }
  90     }
  91
  92     bool operator!=(const Expression &other) const {
  93       if (opcode != other.opcode)
  94         return true;
  95       else if (opcode == EMPTY || opcode == TOMBSTONE)
  96         return false;
  97       else if (type != other.type)
  98         return true;
  99       else if (firstVN != other.firstVN)
 100         return true;
 101       else if (secondVN != other.secondVN)
 102         return true;
 103       else if (thirdVN != other.thirdVN)
 104         return true;
 105       else {
 106         if (varargs.size() != other.varargs.size())
 107           return true;
 108
 109         for (size_t i = 0; i < varargs.size(); ++i)
 110           if (varargs[i] != other.varargs[i])
 111             return true;
 112
 113           return false;
 114       }
 115     }
 116   };
 117
 118   class VISIBILITY_HIDDEN ValueTable {
 119     private:
 120       DenseMap<Value*, uint32_t> valueNumbering;
 121       DenseMap<Expression, uint32_t> expressionNumbering;
 122
 123       uint32_t nextValueNumber;
 124
 125       Expression::ExpressionOpcode getOpcode(BinaryOperator* BO);
 126       Expression::ExpressionOpcode getOpcode(CmpInst* C);
 127       Expression::ExpressionOpcode getOpcode(CastInst* C);
 128       Expression create_expression(BinaryOperator* BO);
 129       Expression create_expression(CmpInst* C);
 130       Expression create_expression(ShuffleVectorInst* V);
 131       Expression create_expression(ExtractElementInst* C);
 132       Expression create_expression(InsertElementInst* V);
 133       Expression create_expression(SelectInst* V);
 134       Expression create_expression(CastInst* C);
 135       Expression create_expression(GetElementPtrInst* G);
 136     public:
 137       ValueTable() { nextValueNumber = 1; }
 138       uint32_t lookup_or_add(Value* V);
 139       uint32_t lookup(Value* V) const;
 140       void add(Value* V, uint32_t num);
 141       void clear();
 142       void erase(Value* v);
 143       unsigned size();
 144   };
 145 }
 146
 147 namespace llvm {
 148 template <> struct DenseMapKeyInfo<Expression> {
 149   static inline Expression getEmptyKey() { return Expression(Expression::EMPTY); }
 150   static inline Expression getTombstoneKey() { return Expression(Expression::TOMBSTONE); }
 151
 152   static unsigned getHashValue(const Expression e) {
 153     unsigned hash = e.opcode;
 154
 155     hash = e.firstVN + hash * 37;
 156     hash = e.secondVN + hash * 37;
 157     hash = e.thirdVN + hash * 37;
 158
 159     hash = (unsigned)((uintptr_t)e.type >> 4) ^
 160             (unsigned)((uintptr_t)e.type >> 9) +
 161             hash * 37;
 162
 163     for (SmallVector<uint32_t, 4>::const_iterator I = e.varargs.begin(), E = e.varargs.end();
 164          I != E; ++I)
 165       hash = *I + hash * 37;
 166
 167     return hash;
 168   }
 169   static bool isPod() { return true; }
 170 };
 171 }
 172
 173 //===----------------------------------------------------------------------===//
 174 //                     ValueTable Internal Functions
 175 //===----------------------------------------------------------------------===//
 176 Expression::ExpressionOpcode
 177                              ValueTable::getOpcode(BinaryOperator* BO) {
 178   switch(BO->getOpcode()) {
 179     case Instruction::Add:
 180       return Expression::ADD;
 181     case Instruction::Sub:
 182       return Expression::SUB;
 183     case Instruction::Mul:
 184       return Expression::MUL;
 185     case Instruction::UDiv:
 186       return Expression::UDIV;
 187     case Instruction::SDiv:
 188       return Expression::SDIV;
 189     case Instruction::FDiv:
 190       return Expression::FDIV;
 191     case Instruction::URem:
 192       return Expression::UREM;
 193     case Instruction::SRem:
 194       return Expression::SREM;
 195     case Instruction::FRem:
 196       return Expression::FREM;
 197     case Instruction::Shl:
 198       return Expression::SHL;
 199     case Instruction::LShr:
 200       return Expression::LSHR;
 201     case Instruction::AShr:
 202       return Expression::ASHR;
 203     case Instruction::And:
 204       return Expression::AND;
 205     case Instruction::Or:
 206       return Expression::OR;
 207     case Instruction::Xor:
 208       return Expression::XOR;
 209
 210     // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 211     default:
 212       assert(0 && "Binary operator with unknown opcode?");
 213       return Expression::ADD;
 214   }
 215 }
 216
 217 Expression::ExpressionOpcode ValueTable::getOpcode(CmpInst* C) {
 218   if (C->getOpcode() == Instruction::ICmp) {
 219     switch (C->getPredicate()) {
 220       case ICmpInst::ICMP_EQ:
 221         return Expression::ICMPEQ;
 222       case ICmpInst::ICMP_NE:
 223         return Expression::ICMPNE;
 224       case ICmpInst::ICMP_UGT:
 225         return Expression::ICMPUGT;
 226       case ICmpInst::ICMP_UGE:
 227         return Expression::ICMPUGE;
 228       case ICmpInst::ICMP_ULT:
 229         return Expression::ICMPULT;
 230       case ICmpInst::ICMP_ULE:
 231         return Expression::ICMPULE;
 232       case ICmpInst::ICMP_SGT:
 233         return Expression::ICMPSGT;
 234       case ICmpInst::ICMP_SGE:
 235         return Expression::ICMPSGE;
 236       case ICmpInst::ICMP_SLT:
 237         return Expression::ICMPSLT;
 238       case ICmpInst::ICMP_SLE:
 239         return Expression::ICMPSLE;
 240
 241       // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 242       default:
 243         assert(0 && "Comparison with unknown predicate?");
 244         return Expression::ICMPEQ;
 245     }
 246   } else {
 247     switch (C->getPredicate()) {
 248       case FCmpInst::FCMP_OEQ:
 249         return Expression::FCMPOEQ;
 250       case FCmpInst::FCMP_OGT:
 251         return Expression::FCMPOGT;
 252       case FCmpInst::FCMP_OGE:
 253         return Expression::FCMPOGE;
 254       case FCmpInst::FCMP_OLT:
 255         return Expression::FCMPOLT;
 256       case FCmpInst::FCMP_OLE:
 257         return Expression::FCMPOLE;
 258       case FCmpInst::FCMP_ONE:
 259         return Expression::FCMPONE;
 260       case FCmpInst::FCMP_ORD:
 261         return Expression::FCMPORD;
 262       case FCmpInst::FCMP_UNO:
 263         return Expression::FCMPUNO;
 264       case FCmpInst::FCMP_UEQ:
 265         return Expression::FCMPUEQ;
 266       case FCmpInst::FCMP_UGT:
 267         return Expression::FCMPUGT;
 268       case FCmpInst::FCMP_UGE:
 269         return Expression::FCMPUGE;
 270       case FCmpInst::FCMP_ULT:
 271         return Expression::FCMPULT;
 272       case FCmpInst::FCMP_ULE:
 273         return Expression::FCMPULE;
 274       case FCmpInst::FCMP_UNE:
 275         return Expression::FCMPUNE;
 276
 277       // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 278       default:
 279         assert(0 && "Comparison with unknown predicate?");
 280         return Expression::FCMPOEQ;
 281     }
 282   }
 283 }
 284
 285 Expression::ExpressionOpcode
 286                              ValueTable::getOpcode(CastInst* C) {
 287   switch(C->getOpcode()) {
 288     case Instruction::Trunc:
 289       return Expression::TRUNC;
 290     case Instruction::ZExt:
 291       return Expression::ZEXT;
 292     case Instruction::SExt:
 293       return Expression::SEXT;
 294     case Instruction::FPToUI:
 295       return Expression::FPTOUI;
 296     case Instruction::FPToSI:
 297       return Expression::FPTOSI;
 298     case Instruction::UIToFP:
 299       return Expression::UITOFP;
 300     case Instruction::SIToFP:
 301       return Expression::SITOFP;
 302     case Instruction::FPTrunc:
 303       return Expression::FPTRUNC;
 304     case Instruction::FPExt:
 305       return Expression::FPEXT;
 306     case Instruction::PtrToInt:
 307       return Expression::PTRTOINT;
 308     case Instruction::IntToPtr:
 309       return Expression::INTTOPTR;
 310     case Instruction::BitCast:
 311       return Expression::BITCAST;
 312
 313     // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 314     default:
 315       assert(0 && "Cast operator with unknown opcode?");
 316       return Expression::BITCAST;
 317   }
 318 }
 319
 320 Expression ValueTable::create_expression(BinaryOperator* BO) {
 321   Expression e;
 322
 323   e.firstVN = lookup_or_add(BO->getOperand(0));
 324   e.secondVN = lookup_or_add(BO->getOperand(1));
 325   e.thirdVN = 0;
 326   e.type = BO->getType();
 327   e.opcode = getOpcode(BO);
 328
 329   return e;
 330 }
 331
 332 Expression ValueTable::create_expression(CmpInst* C) {
 333   Expression e;
 334
 335   e.firstVN = lookup_or_add(C->getOperand(0));
 336   e.secondVN = lookup_or_add(C->getOperand(1));
 337   e.thirdVN = 0;
 338   e.type = C->getType();
 339   e.opcode = getOpcode(C);
 340
 341   return e;
 342 }
 343
 344 Expression ValueTable::create_expression(CastInst* C) {
 345   Expression e;
 346
 347   e.firstVN = lookup_or_add(C->getOperand(0));
 348   e.secondVN = 0;
 349   e.thirdVN = 0;
 350   e.type = C->getType();
 351   e.opcode = getOpcode(C);
 352
 353   return e;
 354 }
 355
 356 Expression ValueTable::create_expression(ShuffleVectorInst* S) {
 357   Expression e;
 358
 359   e.firstVN = lookup_or_add(S->getOperand(0));
 360   e.secondVN = lookup_or_add(S->getOperand(1));
 361   e.thirdVN = lookup_or_add(S->getOperand(2));
 362   e.type = S->getType();
 363   e.opcode = Expression::SHUFFLE;
 364
 365   return e;
 366 }
 367
 368 Expression ValueTable::create_expression(ExtractElementInst* E) {
 369   Expression e;
 370
 371   e.firstVN = lookup_or_add(E->getOperand(0));
 372   e.secondVN = lookup_or_add(E->getOperand(1));
 373   e.thirdVN = 0;
 374   e.type = E->getType();
 375   e.opcode = Expression::EXTRACT;
 376
 377   return e;
 378 }
 379
 380 Expression ValueTable::create_expression(InsertElementInst* I) {
 381   Expression e;
 382
 383   e.firstVN = lookup_or_add(I->getOperand(0));
 384   e.secondVN = lookup_or_add(I->getOperand(1));
 385   e.thirdVN = lookup_or_add(I->getOperand(2));
 386   e.type = I->getType();
 387   e.opcode = Expression::INSERT;
 388
 389   return e;
 390 }
 391
 392 Expression ValueTable::create_expression(SelectInst* I) {
 393   Expression e;
 394
 395   e.firstVN = lookup_or_add(I->getCondition());
 396   e.secondVN = lookup_or_add(I->getTrueValue());
 397   e.thirdVN = lookup_or_add(I->getFalseValue());
 398   e.type = I->getType();
 399   e.opcode = Expression::SELECT;
 400
 401   return e;
 402 }
 403
 404 Expression ValueTable::create_expression(GetElementPtrInst* G) {
 405   Expression e;
 406
 407   e.firstVN = lookup_or_add(G->getPointerOperand());
 408   e.secondVN = 0;
 409   e.thirdVN = 0;
 410   e.type = G->getType();
 411   e.opcode = Expression::GEP;
 412
 413   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = G->idx_begin(), E = G->idx_end();
 414        I != E; ++I)
 415     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*I));
 416
 417   return e;
 418 }
 419
 420 //===----------------------------------------------------------------------===//
 421 //                     ValueTable External Functions
 422 //===----------------------------------------------------------------------===//
 423
 424 /// lookup_or_add - Returns the value number for the specified value, assigning
 425 /// it a new number if it did not have one before.
 426 uint32_t ValueTable::lookup_or_add(Value* V) {
 427   DenseMap<Value*, uint32_t>::iterator VI = valueNumbering.find(V);
 428   if (VI != valueNumbering.end())
 429     return VI->second;
 430
 431
 432   if (BinaryOperator* BO = dyn_cast<BinaryOperator>(V)) {
 433     Expression e = create_expression(BO);
 434
 435     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 436     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 437       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 438       return EI->second;
 439     } else {
 440       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 441       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 442
 443       return nextValueNumber++;
 444     }
 445   } else if (CmpInst* C = dyn_cast<CmpInst>(V)) {
 446     Expression e = create_expression(C);
 447
 448     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 449     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 450       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 451       return EI->second;
 452     } else {
 453       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 454       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 455
 456       return nextValueNumber++;
 457     }
 458   } else if (ShuffleVectorInst* U = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(V)) {
 459     Expression e = create_expression(U);
 460
 461     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 462     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 463       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 464       return EI->second;
 465     } else {
 466       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 467       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 468
 469       return nextValueNumber++;
 470     }
 471   } else if (ExtractElementInst* U = dyn_cast<ExtractElementInst>(V)) {
 472     Expression e = create_expression(U);
 473
 474     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 475     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 476       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 477       return EI->second;
 478     } else {
 479       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 480       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 481
 482       return nextValueNumber++;
 483     }
 484   } else if (InsertElementInst* U = dyn_cast<InsertElementInst>(V)) {
 485     Expression e = create_expression(U);
 486
 487     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 488     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 489       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 490       return EI->second;
 491     } else {
 492       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 493       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 494
 495       return nextValueNumber++;
 496     }
 497   } else if (SelectInst* U = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
 498     Expression e = create_expression(U);
 499
 500     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 501     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 502       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 503       return EI->second;
 504     } else {
 505       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 506       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 507
 508       return nextValueNumber++;
 509     }
 510   } else if (CastInst* U = dyn_cast<CastInst>(V)) {
 511     Expression e = create_expression(U);
 512
 513     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 514     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 515       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 516       return EI->second;
 517     } else {
 518       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 519       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 520
 521       return nextValueNumber++;
 522     }
 523   } else if (GetElementPtrInst* U = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
 524     Expression e = create_expression(U);
 525
 526     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 527     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 528       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 529       return EI->second;
 530     } else {
 531       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 532       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 533
 534       return nextValueNumber++;
 535     }
 536   } else {
 537     valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 538     return nextValueNumber++;
 539   }
 540 }
 541
 542 /// lookup - Returns the value number of the specified value. Fails if
 543 /// the value has not yet been numbered.
 544 uint32_t ValueTable::lookup(Value* V) const {
 545   DenseMap<Value*, uint32_t>::iterator VI = valueNumbering.find(V);
 546   if (VI != valueNumbering.end())
 547     return VI->second;
 548   else
 549     assert(0 && "Value not numbered?");
 550
 551   return 0;
 552 }
 553
 554 /// clear - Remove all entries from the ValueTable
 555 void ValueTable::clear() {
 556   valueNumbering.clear();
 557   expressionNumbering.clear();
 558   nextValueNumber = 1;
 559 }
 560
 561 //===----------------------------------------------------------------------===//
 562 //                       ValueNumberedSet Class
 563 //===----------------------------------------------------------------------===//
 564 namespace {
 565 class ValueNumberedSet {
 566   private:
 567     SmallPtrSet<Value*, 8> contents;
 568     BitVector numbers;
 569   public:
 570     ValueNumberedSet() { numbers.resize(1); }
 571     ValueNumberedSet(const ValueNumberedSet& other) {
 572       numbers = other.numbers;
 573       contents = other.contents;
 574     }
 575
 576     typedef SmallPtrSet<Value*, 8>::iterator iterator;
 577
 578     iterator begin() { return contents.begin(); }
 579     iterator end() { return contents.end(); }
 580
 581     bool insert(Value* v) { return contents.insert(v); }
 582     void insert(iterator I, iterator E) { contents.insert(I, E); }
 583     void erase(Value* v) { contents.erase(v); }
 584     unsigned count(Value* v) { return contents.count(v); }
 585     size_t size() { return contents.size(); }
 586
 587     void set(unsigned i)  {
 588       if (i >= numbers.size())
 589         numbers.resize(i+1);
 590
 591       numbers.set(i);
 592     }
 593
 594     void operator=(const ValueNumberedSet& other) {
 595       contents = other.contents;
 596       numbers = other.numbers;
 597     }
 598
 599     void reset(unsigned i)  {
 600       if (i < numbers.size())
 601         numbers.reset(i);
 602     }
 603
 604     bool test(unsigned i)  {
 605       if (i >= numbers.size())
 606         return false;
 607
 608       return numbers.test(i);
 609     }
 610
 611     void clear() {
 612       contents.clear();
 613       numbers.clear();
 614     }
 615 };
 616 }
 617
 618 //===----------------------------------------------------------------------===//
 619 //                         GVN Pass
 620 //===----------------------------------------------------------------------===//
 621
 622 namespace {
 623
 624   class VISIBILITY_HIDDEN GVN : public FunctionPass {
 625     bool runOnFunction(Function &F);
 626   public:
 627     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
 628     GVN() : FunctionPass((intptr_t)&ID) { }
 629
 630   private:
 631     ValueTable VN;
 632
 633     DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberedSet> availableOut;
 634
 635     // This transformation requires dominator postdominator info
 636     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 637       AU.setPreservesCFG();
 638       AU.addRequired<DominatorTree>();
 639       AU.addRequired<MemoryDependenceAnalysis>();
 640       AU.addPreserved<MemoryDependenceAnalysis>();
 641     }
 642
 643     // Helper fuctions
 644     // FIXME: eliminate or document these better
 645     Value* find_leader(ValueNumberedSet& vals, uint32_t v) ;
 646     void val_insert(ValueNumberedSet& s, Value* v);
 647     bool processLoad(LoadInst* L,
 648                      DenseMap<Value*, LoadInst*>& lastLoad,
 649                      SmallVector<Instruction*, 4>& toErase);
 650     bool processInstruction(Instruction* I,
 651                             ValueNumberedSet& currAvail,
 652                             DenseMap<Value*, LoadInst*>& lastSeenLoad,
 653                             SmallVector<Instruction*, 4>& toErase);
 654     bool processNonLocalLoad(LoadInst* L, SmallVector<Instruction*, 4>& toErase);
 655     Value *GetValueForBlock(BasicBlock *BB, LoadInst* orig,
 656                                   DenseMap<BasicBlock*, Value*> &Phis);
 657     void dump(DenseMap<BasicBlock*, Value*>& d);
 658   };
 659
 660   char GVN::ID = 0;
 661
 662 }
 663
 664 // createGVNPass - The public interface to this file...
 665 FunctionPass *llvm::createGVNPass() { return new GVN(); }
 666
 667 static RegisterPass<GVN> X("gvn",
 668                            "Global Value Numbering");
 669
 670 STATISTIC(NumGVNInstr, "Number of instructions deleted");
 671 STATISTIC(NumGVNLoad, "Number of loads deleted");
 672
 673 /// find_leader - Given a set and a value number, return the first
 674 /// element of the set with that value number, or 0 if no such element
 675 /// is present
 676 Value* GVN::find_leader(ValueNumberedSet& vals, uint32_t v) {
 677   if (!vals.test(v))
 678     return 0;
 679
 680   for (ValueNumberedSet::iterator I = vals.begin(), E = vals.end();
 681        I != E; ++I)
 682     if (v == VN.lookup(*I))
 683       return *I;
 684
 685   assert(0 && "No leader found, but present bit is set?");
 686   return 0;
 687 }
 688
 689 /// val_insert - Insert a value into a set only if there is not a value
 690 /// with the same value number already in the set
 691 void GVN::val_insert(ValueNumberedSet& s, Value* v) {
 692   uint32_t num = VN.lookup(v);
 693   if (!s.test(num))
 694     s.insert(v);
 695 }
 696
 697 void GVN::dump(DenseMap<BasicBlock*, Value*>& d) {
 698   printf("{\n");
 699   for (DenseMap<BasicBlock*, Value*>::iterator I = d.begin(),
 700        E = d.end(); I != E; ++I) {
 701     if (I->second == MemoryDependenceAnalysis::None)
 702       printf("None\n");
 703     else
 704       I->second->dump();
 705   }
 706   printf("}\n");
 707 }
 708
 709
 710 /// GetValueForBlock - Get the value to use within the specified basic block.
 711 /// available values are in Phis.
 712 Value *GVN::GetValueForBlock(BasicBlock *BB, LoadInst* orig,
 713                                DenseMap<BasicBlock*, Value*> &Phis) {
 714
 715   // If we have already computed this value, return the previously computed val.
 716   Value *&V = Phis[BB];
 717   if (V) return V;
 718
 719   if (std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB)) == 1)
 720     return V = GetValueForBlock(*pred_begin(BB), orig, Phis);
 721
 722   // Otherwise, the idom is the loop, so we need to insert a PHI node.  Do so
 723   // now, then get values to fill in the incoming values for the PHI.
 724   PHINode *PN = new PHINode(orig->getType(), orig->getName()+".rle",
 725                             BB->begin());
 726   PN->reserveOperandSpace(std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB)));
 727   V = PN;
 728
 729   bool all_same = true;
 730   Value* first = 0;
 731
 732   // Fill in the incoming values for the block.
 733   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
 734     Value* val = GetValueForBlock(*PI, orig, Phis);
 735     if (first == 0)
 736       first = val;
 737     else if (all_same && first != val)
 738       all_same = false;
 739
 740     PN->addIncoming(val, *PI);
 741   }
 742
 743   if (all_same) {
 744     MemoryDependenceAnalysis& MD = getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
 745
 746     MD.removeInstruction(PN);
 747     PN->replaceAllUsesWith(first);
 748     PN->eraseFromParent();
 749
 750     Phis[BB] = first;
 751
 752     return first;
 753   }
 754
 755   return PN;
 756 }
 757
 758 bool GVN::processNonLocalLoad(LoadInst* L, SmallVector<Instruction*, 4>& toErase) {
 759   MemoryDependenceAnalysis& MD = getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
 760
 761   DenseMap<BasicBlock*, Value*> deps;
 762   bool ret = MD.getNonLocalDependency(L, deps);
 763   if (!ret)
 764     return false;
 765
 766   DenseMap<BasicBlock*, Value*> repl;
 767   for (DenseMap<BasicBlock*, Value*>::iterator I = deps.begin(), E = deps.end();
 768        I != E; ++I)
 769     if (I->second == MemoryDependenceAnalysis::None) {
 770       return false;
 771     } else if (I->second == MemoryDependenceAnalysis::NonLocal) {
 772       continue;
 773     }else if (StoreInst* S = dyn_cast<StoreInst>(I->second)) {
 774       if (S->getPointerOperand() == L->getPointerOperand())
 775         repl.insert(std::make_pair(I->first, S->getOperand(0)));
 776       else
 777         return false;
 778     } else if (LoadInst* LD = dyn_cast<LoadInst>(I->second)) {
 779       if (LD->getPointerOperand() == L->getPointerOperand())
 780         repl.insert(std::make_pair(I->first, LD));
 781       else
 782         return false;
 783     } else {
 784       return false;
 785     }
 786
 787   SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> visited;
 788   Value* v = GetValueForBlock(L->getParent(), L, repl);
 789
 790   MD.removeInstruction(L);
 791   L->replaceAllUsesWith(v);
 792   toErase.push_back(L);
 793
 794   return true;
 795 }
 796
 797 bool GVN::processLoad(LoadInst* L,
 798                          DenseMap<Value*, LoadInst*>& lastLoad,
 799                          SmallVector<Instruction*, 4>& toErase) {
 800   if (L->isVolatile()) {
 801     lastLoad[L->getPointerOperand()] = L;
 802     return false;
 803   }
 804
 805   Value* pointer = L->getPointerOperand();
 806   LoadInst*& last = lastLoad[pointer];
 807
 808   // ... to a pointer that has been loaded from before...
 809   MemoryDependenceAnalysis& MD = getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
 810   Instruction* dep = MD.getDependency(L);
 811   if (dep == MemoryDependenceAnalysis::NonLocal &&
 812       L->getParent() != &L->getParent()->getParent()->getEntryBlock())
 813     processNonLocalLoad(L, toErase);
 814   bool deletedLoad = false;
 815
 816   while (dep != MemoryDependenceAnalysis::None &&
 817          dep != MemoryDependenceAnalysis::NonLocal &&
 818          (isa<LoadInst>(dep) || isa<StoreInst>(dep))) {
 819     // ... that depends on a store ...
 820     if (StoreInst* S = dyn_cast<StoreInst>(dep)) {
 821       if (S->getPointerOperand() == pointer) {
 822         // Remove it!
 823         MD.removeInstruction(L);
 824
 825         L->replaceAllUsesWith(S->getOperand(0));
 826         toErase.push_back(L);
 827         deletedLoad = true;
 828         NumGVNLoad++;
 829       }
 830
 831       // Whether we removed it or not, we can't
 832       // go any further
 833       break;
 834     } else if (!last) {
 835       // If we don't depend on a store, and we haven't
 836       // been loaded before, bail.
 837       break;
 838     } else if (dep == last) {
 839       // Remove it!
 840       MD.removeInstruction(L);
 841
 842       L->replaceAllUsesWith(last);
 843       toErase.push_back(L);
 844       deletedLoad = true;
 845       NumGVNLoad++;
 846
 847       break;
 848     } else {
 849       dep = MD.getDependency(L, dep);
 850     }
 851   }
 852
 853   if (!deletedLoad)
 854     last = L;
 855
 856   return deletedLoad;
 857 }
 858
 859 /// buildsets_availout - When calculating availability, handle an instruction
 860 /// by inserting it into the appropriate sets
 861 bool GVN::processInstruction(Instruction* I,
 862                                 ValueNumberedSet& currAvail,
 863                                 DenseMap<Value*, LoadInst*>& lastSeenLoad,
 864                                 SmallVector<Instruction*, 4>& toErase) {
 865   if (LoadInst* L = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
 866     return processLoad(L, lastSeenLoad, toErase);
 867   }
 868
 869   unsigned num = VN.lookup_or_add(I);
 870
 871   if (currAvail.test(num)) {
 872     Value* repl = find_leader(currAvail, num);
 873
 874     I->replaceAllUsesWith(repl);
 875     toErase.push_back(I);
 876     return true;
 877   } else if (!I->isTerminator()) {
 878     currAvail.set(num);
 879     currAvail.insert(I);
 880   }
 881
 882   return false;
 883 }
 884
 885 // GVN::runOnFunction - This is the main transformation entry point for a
 886 // function.
 887 //
 888 bool GVN::runOnFunction(Function &F) {
 889   // Clean out global sets from any previous functions
 890   VN.clear();
 891   availableOut.clear();
 892
 893   bool changed_function = false;
 894
 895   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
 896
 897   SmallVector<Instruction*, 4> toErase;
 898
 899   // Top-down walk of the dominator tree
 900   for (df_iterator<DomTreeNode*> DI = df_begin(DT.getRootNode()),
 901          E = df_end(DT.getRootNode()); DI != E; ++DI) {
 902
 903     // Get the set to update for this block
 904     ValueNumberedSet& currAvail = availableOut[DI->getBlock()];
 905     DenseMap<Value*, LoadInst*> lastSeenLoad;
 906
 907     BasicBlock* BB = DI->getBlock();
 908
 909     // A block inherits AVAIL_OUT from its dominator
 910     if (DI->getIDom() != 0)
 911       currAvail = availableOut[DI->getIDom()->getBlock()];
 912
 913     for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end();
 914          BI != BE; ) {
 915       changed_function |= processInstruction(BI, currAvail, lastSeenLoad, toErase);
 916
 917       NumGVNInstr += toErase.size();
 918
 919       // Avoid iterator invalidation
 920       ++BI;
 921
 922       for (SmallVector<Instruction*, 4>::iterator I = toErase.begin(),
 923            E = toErase.end(); I != E; ++I)
 924         (*I)->eraseFromParent();
 925
 926       toErase.clear();
 927     }
 928   }
 929
 930   return changed_function;
 931 }