Refactor jump threading.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / JumpThreading.cpp
1 //===- JumpThreading.cpp - Thread control through conditional blocks ------===//
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 file implements the Jump Threading pass.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #define DEBUG_TYPE "jump-threading"
15 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
16 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
17 #include "llvm/LLVMContext.h"
18 #include "llvm/Pass.h"
19 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
20 #include "llvm/Analysis/LazyValueInfo.h"
21 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
22 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
23 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
24 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
25 #include "llvm/Target/TargetData.h"
26 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
27 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
28 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
29 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
31 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
32 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
33 #include "llvm/Support/Debug.h"
34 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
35 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
36 using namespace llvm;
37
38 STATISTIC(NumThreads, "Number of jumps threaded");
39 STATISTIC(NumFolds,   "Number of terminators folded");
40 STATISTIC(NumDupes,   "Number of branch blocks duplicated to eliminate phi");
41
42 static cl::opt<unsigned>
43 Threshold("jump-threading-threshold",
44           cl::desc("Max block size to duplicate for jump threading"),
45           cl::init(6), cl::Hidden);
46
47 namespace {
48   // These are at global scope so static functions can use them too.
49   typedef SmallVectorImpl<std::pair<Constant*, BasicBlock*> > PredValueInfo;
50   typedef SmallVector<std::pair<Constant*, BasicBlock*>, 8> PredValueInfoTy;
51
52   /// This pass performs 'jump threading', which looks at blocks that have
53   /// multiple predecessors and multiple successors.  If one or more of the
54   /// predecessors of the block can be proven to always jump to one of the
55   /// successors, we forward the edge from the predecessor to the successor by
56   /// duplicating the contents of this block.
57   ///
58   /// An example of when this can occur is code like this:
59   ///
60   ///   if () { ...
61   ///     X = 4;
62   ///   }
63   ///   if (X < 3) {
64   ///
65   /// In this case, the unconditional branch at the end of the first if can be
66   /// revectored to the false side of the second if.
67   ///
68   class JumpThreading : public FunctionPass {
69     TargetData *TD;
70     LazyValueInfo *LVI;
71 #ifdef NDEBUG
72     SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> LoopHeaders;
73 #else
74     SmallSet<AssertingVH<BasicBlock>, 16> LoopHeaders;
75 #endif
76     DenseSet<std::pair<Value*, BasicBlock*> > RecursionSet;
77
78     // RAII helper for updating the recursion stack.
79     struct RecursionSetRemover {
80       DenseSet<std::pair<Value*, BasicBlock*> > &TheSet;
81       std::pair<Value*, BasicBlock*> ThePair;
82
83       RecursionSetRemover(DenseSet<std::pair<Value*, BasicBlock*> > &S,
84                           std::pair<Value*, BasicBlock*> P)
85         : TheSet(S), ThePair(P) { }
86
87       ~RecursionSetRemover() {
88         TheSet.erase(ThePair);
89       }
90     };
91   public:
92     static char ID; // Pass identification
93     JumpThreading() : FunctionPass(ID) {
94       initializeJumpThreadingPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
95     }
96
97     bool runOnFunction(Function &F);
98
99     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
100       AU.addRequired<LazyValueInfo>();
101       AU.addPreserved<LazyValueInfo>();
102     }
103
104     void FindLoopHeaders(Function &F);
105     bool ProcessBlock(BasicBlock *BB);
106     bool ThreadEdge(BasicBlock *BB, const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &PredBBs,
107                     BasicBlock *SuccBB);
108     bool DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BasicBlock *BB,
109                                   const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PredBBs);
110
111     bool ComputeValueKnownInPredecessors(Value *V, BasicBlock *BB,
112                                          PredValueInfo &Result);
113     bool ProcessThreadableEdges(Value *Cond, BasicBlock *BB);
114
115
116     bool ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
117     bool ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
118
119     bool ProcessBranchOnPHI(PHINode *PN);
120     bool ProcessBranchOnXOR(BinaryOperator *BO);
121
122     bool SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI);
123   };
124 }
125
126 char JumpThreading::ID = 0;
127 INITIALIZE_PASS_BEGIN(JumpThreading, "jump-threading",
128                 "Jump Threading", false, false)
129 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LazyValueInfo)
130 INITIALIZE_PASS_END(JumpThreading, "jump-threading",
131                 "Jump Threading", false, false)
132
133 // Public interface to the Jump Threading pass
134 FunctionPass *llvm::createJumpThreadingPass() { return new JumpThreading(); }
135
136 /// runOnFunction - Top level algorithm.
137 ///
138 bool JumpThreading::runOnFunction(Function &F) {
139   DEBUG(dbgs() << "Jump threading on function '" << F.getName() << "'\n");
140   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
141   LVI = &getAnalysis<LazyValueInfo>();
142
143   FindLoopHeaders(F);
144
145   bool Changed, EverChanged = false;
146   do {
147     Changed = false;
148     for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E;) {
149       BasicBlock *BB = I;
150       // Thread all of the branches we can over this block.
151       while (ProcessBlock(BB))
152         Changed = true;
153
154       ++I;
155
156       // If the block is trivially dead, zap it.  This eliminates the successor
157       // edges which simplifies the CFG.
158       if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
159           BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
160         DEBUG(dbgs() << "  JT: Deleting dead block '" << BB->getName()
161               << "' with terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
162         LoopHeaders.erase(BB);
163         LVI->eraseBlock(BB);
164         DeleteDeadBlock(BB);
165         Changed = true;
166       } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
167         // Can't thread an unconditional jump, but if the block is "almost
168         // empty", we can replace uses of it with uses of the successor and make
169         // this dead.
170         if (BI->isUnconditional() &&
171             BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
172           BasicBlock::iterator BBI = BB->getFirstNonPHI();
173           // Ignore dbg intrinsics.
174           while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
175             ++BBI;
176           // If the terminator is the only non-phi instruction, try to nuke it.
177           if (BBI->isTerminator()) {
178             // Since TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock may delete the
179             // block, we have to make sure it isn't in the LoopHeaders set.  We
180             // reinsert afterward if needed.
181             bool ErasedFromLoopHeaders = LoopHeaders.erase(BB);
182             BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(0);
183
184             // FIXME: It is always conservatively correct to drop the info
185             // for a block even if it doesn't get erased.  This isn't totally
186             // awesome, but it allows us to use AssertingVH to prevent nasty
187             // dangling pointer issues within LazyValueInfo.
188             LVI->eraseBlock(BB);
189             if (TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB)) {
190               Changed = true;
191               // If we deleted BB and BB was the header of a loop, then the
192               // successor is now the header of the loop.
193               BB = Succ;
194             }
195
196             if (ErasedFromLoopHeaders)
197               LoopHeaders.insert(BB);
198           }
199         }
200       }
201     }
202     EverChanged |= Changed;
203   } while (Changed);
204
205   LoopHeaders.clear();
206   return EverChanged;
207 }
208
209 /// getJumpThreadDuplicationCost - Return the cost of duplicating this block to
210 /// thread across it.
211 static unsigned getJumpThreadDuplicationCost(const BasicBlock *BB) {
212   /// Ignore PHI nodes, these will be flattened when duplication happens.
213   BasicBlock::const_iterator I = BB->getFirstNonPHI();
214
215   // FIXME: THREADING will delete values that are just used to compute the
216   // branch, so they shouldn't count against the duplication cost.
217
218
219   // Sum up the cost of each instruction until we get to the terminator.  Don't
220   // include the terminator because the copy won't include it.
221   unsigned Size = 0;
222   for (; !isa<TerminatorInst>(I); ++I) {
223     // Debugger intrinsics don't incur code size.
224     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
225
226     // If this is a pointer->pointer bitcast, it is free.
227     if (isa<BitCastInst>(I) && I->getType()->isPointerTy())
228       continue;
229
230     // All other instructions count for at least one unit.
231     ++Size;
232
233     // Calls are more expensive.  If they are non-intrinsic calls, we model them
234     // as having cost of 4.  If they are a non-vector intrinsic, we model them
235     // as having cost of 2 total, and if they are a vector intrinsic, we model
236     // them as having cost 1.
237     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
238       if (!isa<IntrinsicInst>(CI))
239         Size += 3;
240       else if (!CI->getType()->isVectorTy())
241         Size += 1;
242     }
243   }
244
245   // Threading through a switch statement is particularly profitable.  If this
246   // block ends in a switch, decrease its cost to make it more likely to happen.
247   if (isa<SwitchInst>(I))
248     Size = Size > 6 ? Size-6 : 0;
249
250   return Size;
251 }
252
253 /// FindLoopHeaders - We do not want jump threading to turn proper loop
254 /// structures into irreducible loops.  Doing this breaks up the loop nesting
255 /// hierarchy and pessimizes later transformations.  To prevent this from
256 /// happening, we first have to find the loop headers.  Here we approximate this
257 /// by finding targets of backedges in the CFG.
258 ///
259 /// Note that there definitely are cases when we want to allow threading of
260 /// edges across a loop header.  For example, threading a jump from outside the
261 /// loop (the preheader) to an exit block of the loop is definitely profitable.
262 /// It is also almost always profitable to thread backedges from within the loop
263 /// to exit blocks, and is often profitable to thread backedges to other blocks
264 /// within the loop (forming a nested loop).  This simple analysis is not rich
265 /// enough to track all of these properties and keep it up-to-date as the CFG
266 /// mutates, so we don't allow any of these transformations.
267 ///
268 void JumpThreading::FindLoopHeaders(Function &F) {
269   SmallVector<std::pair<const BasicBlock*,const BasicBlock*>, 32> Edges;
270   FindFunctionBackedges(F, Edges);
271
272   for (unsigned i = 0, e = Edges.size(); i != e; ++i)
273     LoopHeaders.insert(const_cast<BasicBlock*>(Edges[i].second));
274 }
275
276 /// getKnownConstant - Helper method to determine if we can thread over a
277 /// terminator with the given value as its condition, and if so what value to
278 /// use for that.
279 /// Returns null if Val is null or not an appropriate constant.
280 static Constant *getKnownConstant(Value *Val) {
281   if (!Val)
282     return 0;
283
284   // Undef is "known" enough.
285   if (UndefValue *U = dyn_cast<UndefValue>(Val))
286     return U;
287
288   return dyn_cast<ConstantInt>(Val);
289 }
290
291 // Helper method for ComputeValueKnownInPredecessors.  If Value is a
292 // ConstantInt or undef, push it.  Otherwise, do nothing.
293 static void PushKnownConstantOrUndef(PredValueInfo &Result, Constant *Value,
294                                      BasicBlock *BB) {
295   if (Constant *KC = getKnownConstant(Value))
296     Result.push_back(std::make_pair(KC, BB));
297 }
298
299 /// ComputeValueKnownInPredecessors - Given a basic block BB and a value V, see
300 /// if we can infer that the value is a known ConstantInt in any of our
301 /// predecessors.  If so, return the known list of value and pred BB in the
302 /// result vector.  If a value is known to be undef, it is returned as null.
303 ///
304 /// This returns true if there were any known values.
305 ///
306 bool JumpThreading::
307 ComputeValueKnownInPredecessors(Value *V, BasicBlock *BB,PredValueInfo &Result){
308   // This method walks up use-def chains recursively.  Because of this, we could
309   // get into an infinite loop going around loops in the use-def chain.  To
310   // prevent this, keep track of what (value, block) pairs we've already visited
311   // and terminate the search if we loop back to them
312   if (!RecursionSet.insert(std::make_pair(V, BB)).second)
313     return false;
314
315   // An RAII help to remove this pair from the recursion set once the recursion
316   // stack pops back out again.
317   RecursionSetRemover remover(RecursionSet, std::make_pair(V, BB));
318
319   // If V is a constant, then it is known in all predecessors.
320   if (Constant *KC = getKnownConstant(V)) {
321     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
322       Result.push_back(std::make_pair(KC, *PI));
323
324     return true;
325   }
326
327   // If V is a non-instruction value, or an instruction in a different block,
328   // then it can't be derived from a PHI.
329   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
330   if (I == 0 || I->getParent() != BB) {
331
332     // Okay, if this is a live-in value, see if it has a known value at the end
333     // of any of our predecessors.
334     //
335     // FIXME: This should be an edge property, not a block end property.
336     /// TODO: Per PR2563, we could infer value range information about a
337     /// predecessor based on its terminator.
338     //
339     // FIXME: change this to use the more-rich 'getPredicateOnEdge' method if
340     // "I" is a non-local compare-with-a-constant instruction.  This would be
341     // able to handle value inequalities better, for example if the compare is
342     // "X < 4" and "X < 3" is known true but "X < 4" itself is not available.
343     // Perhaps getConstantOnEdge should be smart enough to do this?
344
345     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
346       BasicBlock *P = *PI;
347       // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
348       // predecessor, use that information to try to thread this block.
349       Constant *PredCst = LVI->getConstantOnEdge(V, P, BB);
350       if (Constant *KC = getKnownConstant(PredCst))
351         Result.push_back(std::make_pair(KC, P));
352     }
353
354     return !Result.empty();
355   }
356
357   /// If I is a PHI node, then we know the incoming values for any constants.
358   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
359     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
360       Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
361       if (Constant *KC = getKnownConstant(InVal)) {
362         Result.push_back(std::make_pair(KC, PN->getIncomingBlock(i)));
363       } else {
364         Constant *CI = LVI->getConstantOnEdge(InVal,
365                                               PN->getIncomingBlock(i), BB);
366         // LVI returns null is no value could be determined.
367         if (!CI) continue;
368         PushKnownConstantOrUndef(Result, CI, PN->getIncomingBlock(i));
369       }
370     }
371
372     return !Result.empty();
373   }
374
375   PredValueInfoTy LHSVals, RHSVals;
376
377   // Handle some boolean conditions.
378   if (I->getType()->getPrimitiveSizeInBits() == 1) {
379     // X | true -> true
380     // X & false -> false
381     if (I->getOpcode() == Instruction::Or ||
382         I->getOpcode() == Instruction::And) {
383       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, LHSVals);
384       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(1), BB, RHSVals);
385
386       if (LHSVals.empty() && RHSVals.empty())
387         return false;
388
389       ConstantInt *InterestingVal;
390       if (I->getOpcode() == Instruction::Or)
391         InterestingVal = ConstantInt::getTrue(I->getContext());
392       else
393         InterestingVal = ConstantInt::getFalse(I->getContext());
394
395       SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> LHSKnownBBs;
396
397       // Scan for the sentinel.  If we find an undef, force it to the
398       // interesting value: x|undef -> true and x&undef -> false.
399       for (unsigned i = 0, e = LHSVals.size(); i != e; ++i)
400         if (LHSVals[i].first == InterestingVal ||
401             isa<UndefValue>(LHSVals[i].first)) {
402           Result.push_back(LHSVals[i]);
403           Result.back().first = InterestingVal;
404           LHSKnownBBs.insert(LHSVals[i].second);
405         }
406       for (unsigned i = 0, e = RHSVals.size(); i != e; ++i)
407         if (RHSVals[i].first == InterestingVal ||
408             isa<UndefValue>(RHSVals[i].first)) {
409           // If we already inferred a value for this block on the LHS, don't
410           // re-add it.
411           if (!LHSKnownBBs.count(RHSVals[i].second)) {
412             Result.push_back(RHSVals[i]);
413             Result.back().first = InterestingVal;
414           }
415         }
416
417       return !Result.empty();
418     }
419
420     // Handle the NOT form of XOR.
421     if (I->getOpcode() == Instruction::Xor &&
422         isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)) &&
423         cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))->isOne()) {
424       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, Result);
425       if (Result.empty())
426         return false;
427
428       // Invert the known values.
429       for (unsigned i = 0, e = Result.size(); i != e; ++i)
430         Result[i].first = ConstantExpr::getNot(Result[i].first);
431
432       return true;
433     }
434
435   // Try to simplify some other binary operator values.
436   } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
437     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
438       PredValueInfoTy LHSVals;
439       ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(0), BB, LHSVals);
440
441       // Try to use constant folding to simplify the binary operator.
442       for (unsigned i = 0, e = LHSVals.size(); i != e; ++i) {
443         Constant *V = LHSVals[i].first;
444         Constant *Folded = ConstantExpr::get(BO->getOpcode(), V, CI);
445
446         PushKnownConstantOrUndef(Result, Folded, LHSVals[i].second);
447       }
448     }
449
450     return !Result.empty();
451   }
452
453   // Handle compare with phi operand, where the PHI is defined in this block.
454   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
455     PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Cmp->getOperand(0));
456     if (PN && PN->getParent() == BB) {
457       // We can do this simplification if any comparisons fold to true or false.
458       // See if any do.
459       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
460         BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
461         Value *LHS = PN->getIncomingValue(i);
462         Value *RHS = Cmp->getOperand(1)->DoPHITranslation(BB, PredBB);
463
464         Value *Res = SimplifyCmpInst(Cmp->getPredicate(), LHS, RHS, TD);
465         if (Res == 0) {
466           if (!isa<Constant>(RHS))
467             continue;
468
469           LazyValueInfo::Tristate
470             ResT = LVI->getPredicateOnEdge(Cmp->getPredicate(), LHS,
471                                            cast<Constant>(RHS), PredBB, BB);
472           if (ResT == LazyValueInfo::Unknown)
473             continue;
474           Res = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(LHS->getContext()), ResT);
475         }
476
477         if (Constant *ConstRes = dyn_cast<Constant>(Res))
478           PushKnownConstantOrUndef(Result, ConstRes, PredBB);
479       }
480
481       return !Result.empty();
482     }
483
484
485     // If comparing a live-in value against a constant, see if we know the
486     // live-in value on any predecessors.
487     if (isa<Constant>(Cmp->getOperand(1)) && Cmp->getType()->isIntegerTy()) {
488       if (!isa<Instruction>(Cmp->getOperand(0)) ||
489           cast<Instruction>(Cmp->getOperand(0))->getParent() != BB) {
490         Constant *RHSCst = cast<Constant>(Cmp->getOperand(1));
491
492         for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);PI != E; ++PI){
493           BasicBlock *P = *PI;
494           // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
495           // predecessor, use that information to try to thread this block.
496           LazyValueInfo::Tristate Res =
497             LVI->getPredicateOnEdge(Cmp->getPredicate(), Cmp->getOperand(0),
498                                     RHSCst, P, BB);
499           if (Res == LazyValueInfo::Unknown)
500             continue;
501
502           Constant *ResC = ConstantInt::get(Cmp->getType(), Res);
503           Result.push_back(std::make_pair(ResC, P));
504         }
505
506         return !Result.empty();
507       }
508
509       // Try to find a constant value for the LHS of a comparison,
510       // and evaluate it statically if we can.
511       if (Constant *CmpConst = dyn_cast<Constant>(Cmp->getOperand(1))) {
512         PredValueInfoTy LHSVals;
513         ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, LHSVals);
514
515         for (unsigned i = 0, e = LHSVals.size(); i != e; ++i) {
516           Constant *V = LHSVals[i].first;
517           Constant *Folded = ConstantExpr::getCompare(Cmp->getPredicate(),
518                                                       V, CmpConst);
519           PushKnownConstantOrUndef(Result, Folded, LHSVals[i].second);
520         }
521
522         return !Result.empty();
523       }
524     }
525   }
526
527   // If all else fails, see if LVI can figure out a constant value for us.
528   Constant *CI = LVI->getConstant(V, BB);
529   if (Constant *KC = getKnownConstant(CI)) {
530     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
531       Result.push_back(std::make_pair(KC, *PI));
532   }
533
534   return !Result.empty();
535 }
536
537
538
539 /// GetBestDestForBranchOnUndef - If we determine that the specified block ends
540 /// in an undefined jump, decide which block is best to revector to.
541 ///
542 /// Since we can pick an arbitrary destination, we pick the successor with the
543 /// fewest predecessors.  This should reduce the in-degree of the others.
544 ///
545 static unsigned GetBestDestForJumpOnUndef(BasicBlock *BB) {
546   TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
547   unsigned MinSucc = 0;
548   BasicBlock *TestBB = BBTerm->getSuccessor(MinSucc);
549   // Compute the successor with the minimum number of predecessors.
550   unsigned MinNumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
551   for (unsigned i = 1, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
552     TestBB = BBTerm->getSuccessor(i);
553     unsigned NumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
554     if (NumPreds < MinNumPreds)
555       MinSucc = i;
556   }
557
558   return MinSucc;
559 }
560
561 /// ProcessBlock - If there are any predecessors whose control can be threaded
562 /// through to a successor, transform them now.
563 bool JumpThreading::ProcessBlock(BasicBlock *BB) {
564   // If the block is trivially dead, just return and let the caller nuke it.
565   // This simplifies other transformations.
566   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
567       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
568     return false;
569
570   // If this block has a single predecessor, and if that pred has a single
571   // successor, merge the blocks.  This encourages recursive jump threading
572   // because now the condition in this block can be threaded through
573   // predecessors of our predecessor block.
574   if (BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor()) {
575     if (SinglePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
576         SinglePred != BB) {
577       // If SinglePred was a loop header, BB becomes one.
578       if (LoopHeaders.erase(SinglePred))
579         LoopHeaders.insert(BB);
580
581       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
582       // will need to move BB back to the entry position.
583       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
584       LVI->eraseBlock(SinglePred);
585       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB);
586
587       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
588         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
589       return true;
590     }
591   }
592
593   // Look to see if the terminator is a branch of switch, if not we can't thread
594   // it.
595   Value *Condition;
596   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
597     // Can't thread an unconditional jump.
598     if (BI->isUnconditional()) return false;
599     Condition = BI->getCondition();
600   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator()))
601     Condition = SI->getCondition();
602   else
603     return false; // Must be an invoke.
604
605   // If the terminator is branching on an undef, we can pick any of the
606   // successors to branch to.  Let GetBestDestForJumpOnUndef decide.
607   if (isa<UndefValue>(Condition)) {
608     unsigned BestSucc = GetBestDestForJumpOnUndef(BB);
609
610     // Fold the branch/switch.
611     TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
612     for (unsigned i = 0, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
613       if (i == BestSucc) continue;
614       BBTerm->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB, true);
615     }
616
617     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
618           << "' folding undef terminator: " << *BBTerm << '\n');
619     BranchInst::Create(BBTerm->getSuccessor(BestSucc), BBTerm);
620     BBTerm->eraseFromParent();
621     return true;
622   }
623
624   // If the terminator of this block is branching on a constant, simplify the
625   // terminator to an unconditional branch.  This can occur due to threading in
626   // other blocks.
627   if (getKnownConstant(Condition)) {
628     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
629           << "' folding terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
630     ++NumFolds;
631     ConstantFoldTerminator(BB);
632     return true;
633   }
634
635   Instruction *CondInst = dyn_cast<Instruction>(Condition);
636
637   // All the rest of our checks depend on the condition being an instruction.
638   if (CondInst == 0) {
639     // FIXME: Unify this with code below.
640     if (ProcessThreadableEdges(Condition, BB))
641       return true;
642     return false;
643   }
644
645
646   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(CondInst)) {
647     // For a comparison where the LHS is outside this block, it's possible
648     // that we've branched on it before.  Used LVI to see if we can simplify
649     // the branch based on that.
650     BranchInst *CondBr = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
651     Constant *CondConst = dyn_cast<Constant>(CondCmp->getOperand(1));
652     pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
653     if (CondBr && CondConst && CondBr->isConditional() && PI != PE &&
654         (!isa<Instruction>(CondCmp->getOperand(0)) ||
655          cast<Instruction>(CondCmp->getOperand(0))->getParent() != BB)) {
656       // For predecessor edge, determine if the comparison is true or false
657       // on that edge.  If they're all true or all false, we can simplify the
658       // branch.
659       // FIXME: We could handle mixed true/false by duplicating code.
660       LazyValueInfo::Tristate Baseline =
661         LVI->getPredicateOnEdge(CondCmp->getPredicate(), CondCmp->getOperand(0),
662                                 CondConst, *PI, BB);
663       if (Baseline != LazyValueInfo::Unknown) {
664         // Check that all remaining incoming values match the first one.
665         while (++PI != PE) {
666           LazyValueInfo::Tristate Ret =
667             LVI->getPredicateOnEdge(CondCmp->getPredicate(),
668                                     CondCmp->getOperand(0), CondConst, *PI, BB);
669           if (Ret != Baseline) break;
670         }
671
672         // If we terminated early, then one of the values didn't match.
673         if (PI == PE) {
674           unsigned ToRemove = Baseline == LazyValueInfo::True ? 1 : 0;
675           unsigned ToKeep = Baseline == LazyValueInfo::True ? 0 : 1;
676           CondBr->getSuccessor(ToRemove)->removePredecessor(BB, true);
677           BranchInst::Create(CondBr->getSuccessor(ToKeep), CondBr);
678           CondBr->eraseFromParent();
679           return true;
680         }
681       }
682     }
683   }
684
685   // Check for some cases that are worth simplifying.  Right now we want to look
686   // for loads that are used by a switch or by the condition for the branch.  If
687   // we see one, check to see if it's partially redundant.  If so, insert a PHI
688   // which can then be used to thread the values.
689   //
690   Value *SimplifyValue = CondInst;
691   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(SimplifyValue))
692     if (isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)))
693       SimplifyValue = CondCmp->getOperand(0);
694
695   // TODO: There are other places where load PRE would be profitable, such as
696   // more complex comparisons.
697   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SimplifyValue))
698     if (SimplifyPartiallyRedundantLoad(LI))
699       return true;
700
701
702   // Handle a variety of cases where we are branching on something derived from
703   // a PHI node in the current block.  If we can prove that any predecessors
704   // compute a predictable value based on a PHI node, thread those predecessors.
705   //
706   if (ProcessThreadableEdges(CondInst, BB))
707     return true;
708
709   // If this is an otherwise-unfoldable branch on a phi node in the current
710   // block, see if we can simplify.
711   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(CondInst))
712     if (PN->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
713       return ProcessBranchOnPHI(PN);
714
715
716   // If this is an otherwise-unfoldable branch on a XOR, see if we can simplify.
717   if (CondInst->getOpcode() == Instruction::Xor &&
718       CondInst->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
719     return ProcessBranchOnXOR(cast<BinaryOperator>(CondInst));
720
721
722   // TODO: If we have: "br (X > 0)"  and we have a predecessor where we know
723   // "(X == 4)", thread through this block.
724
725   return false;
726 }
727
728 /// ProcessBranchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
729 /// block that jump on exactly the same condition.  This means that we almost
730 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
731 ///  PREDBB:
732 ///     br COND, DESTBB, BBY
733 ///  DESTBB:
734 ///     br COND, BBZ, BBW
735 ///
736 /// If DESTBB has multiple predecessors, we can't just constant fold the branch
737 /// in DESTBB, we have to thread over it.
738 bool JumpThreading::ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
739                                                  BasicBlock *BB) {
740   BranchInst *PredBI = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
741
742   // If both successors of PredBB go to DESTBB, we don't know anything.  We can
743   // fold the branch to an unconditional one, which allows other recursive
744   // simplifications.
745   bool BranchDir;
746   if (PredBI->getSuccessor(1) != BB)
747     BranchDir = true;
748   else if (PredBI->getSuccessor(0) != BB)
749     BranchDir = false;
750   else {
751     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << PredBB->getName()
752           << "' folding terminator: " << *PredBB->getTerminator() << '\n');
753     ++NumFolds;
754     ConstantFoldTerminator(PredBB);
755     return true;
756   }
757
758   BranchInst *DestBI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
759
760   // If the dest block has one predecessor, just fix the branch condition to a
761   // constant and fold it.
762   if (BB->getSinglePredecessor()) {
763     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
764           << "' folding condition to '" << BranchDir << "': "
765           << *BB->getTerminator() << '\n');
766     ++NumFolds;
767     Value *OldCond = DestBI->getCondition();
768     DestBI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
769                                           BranchDir));
770     // Delete dead instructions before we fold the branch.  Folding the branch
771     // can eliminate edges from the CFG which can end up deleting OldCond.
772     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(OldCond);
773     ConstantFoldTerminator(BB);
774     return true;
775   }
776
777
778   // Next, figure out which successor we are threading to.
779   BasicBlock *SuccBB = DestBI->getSuccessor(!BranchDir);
780
781   SmallVector<BasicBlock*, 2> Preds;
782   Preds.push_back(PredBB);
783
784   // Ok, try to thread it!
785   return ThreadEdge(BB, Preds, SuccBB);
786 }
787
788 /// ProcessSwitchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
789 /// block that switch on exactly the same condition.  This means that we almost
790 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
791 ///  PREDBB:
792 ///     switch COND [... DESTBB, BBY ... ]
793 ///  DESTBB:
794 ///     switch COND [... BBZ, BBW ]
795 ///
796 /// Optimizing switches like this is very important, because simplifycfg builds
797 /// switches out of repeated 'if' conditions.
798 bool JumpThreading::ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
799                                                  BasicBlock *DestBB) {
800   // Can't thread edge to self.
801   if (PredBB == DestBB)
802     return false;
803
804   SwitchInst *PredSI = cast<SwitchInst>(PredBB->getTerminator());
805   SwitchInst *DestSI = cast<SwitchInst>(DestBB->getTerminator());
806
807   // There are a variety of optimizations that we can potentially do on these
808   // blocks: we order them from most to least preferable.
809
810   // If DESTBB *just* contains the switch, then we can forward edges from PREDBB
811   // directly to their destination.  This does not introduce *any* code size
812   // growth.  Skip debug info first.
813   BasicBlock::iterator BBI = DestBB->begin();
814   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
815     BBI++;
816
817   // FIXME: Thread if it just contains a PHI.
818   if (isa<SwitchInst>(BBI)) {
819     bool MadeChange = false;
820     // Ignore the default edge for now.
821     for (unsigned i = 1, e = DestSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
822       ConstantInt *DestVal = DestSI->getCaseValue(i);
823       BasicBlock *DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
824
825       // Okay, DestSI has a case for 'DestVal' that goes to 'DestSucc'.  See if
826       // PredSI has an explicit case for it.  If so, forward.  If it is covered
827       // by the default case, we can't update PredSI.
828       unsigned PredCase = PredSI->findCaseValue(DestVal);
829       if (PredCase == 0) continue;
830
831       // If PredSI doesn't go to DestBB on this value, then it won't reach the
832       // case on this condition.
833       if (PredSI->getSuccessor(PredCase) != DestBB &&
834           DestSI->getSuccessor(i) != DestBB)
835         continue;
836
837       // Do not forward this if it already goes to this destination, this would
838       // be an infinite loop.
839       if (PredSI->getSuccessor(PredCase) == DestSucc)
840         continue;
841
842       // Otherwise, we're safe to make the change.  Make sure that the edge from
843       // DestSI to DestSucc is not critical and has no PHI nodes.
844       DEBUG(dbgs() << "FORWARDING EDGE " << *DestVal << "   FROM: " << *PredSI);
845       DEBUG(dbgs() << "THROUGH: " << *DestSI);
846
847       // If the destination has PHI nodes, just split the edge for updating
848       // simplicity.
849       if (isa<PHINode>(DestSucc->begin()) && !DestSucc->getSinglePredecessor()){
850         SplitCriticalEdge(DestSI, i, this);
851         DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
852       }
853       FoldSingleEntryPHINodes(DestSucc);
854       PredSI->setSuccessor(PredCase, DestSucc);
855       MadeChange = true;
856     }
857
858     if (MadeChange)
859       return true;
860   }
861
862   return false;
863 }
864
865
866 /// SimplifyPartiallyRedundantLoad - If LI is an obviously partially redundant
867 /// load instruction, eliminate it by replacing it with a PHI node.  This is an
868 /// important optimization that encourages jump threading, and needs to be run
869 /// interlaced with other jump threading tasks.
870 bool JumpThreading::SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI) {
871   // Don't hack volatile loads.
872   if (LI->isVolatile()) return false;
873
874   // If the load is defined in a block with exactly one predecessor, it can't be
875   // partially redundant.
876   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
877   if (LoadBB->getSinglePredecessor())
878     return false;
879
880   Value *LoadedPtr = LI->getOperand(0);
881
882   // If the loaded operand is defined in the LoadBB, it can't be available.
883   // TODO: Could do simple PHI translation, that would be fun :)
884   if (Instruction *PtrOp = dyn_cast<Instruction>(LoadedPtr))
885     if (PtrOp->getParent() == LoadBB)
886       return false;
887
888   // Scan a few instructions up from the load, to see if it is obviously live at
889   // the entry to its block.
890   BasicBlock::iterator BBIt = LI;
891
892   if (Value *AvailableVal =
893         FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, LoadBB, BBIt, 6)) {
894     // If the value if the load is locally available within the block, just use
895     // it.  This frequently occurs for reg2mem'd allocas.
896     //cerr << "LOAD ELIMINATED:\n" << *BBIt << *LI << "\n";
897
898     // If the returned value is the load itself, replace with an undef. This can
899     // only happen in dead loops.
900     if (AvailableVal == LI) AvailableVal = UndefValue::get(LI->getType());
901     LI->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
902     LI->eraseFromParent();
903     return true;
904   }
905
906   // Otherwise, if we scanned the whole block and got to the top of the block,
907   // we know the block is locally transparent to the load.  If not, something
908   // might clobber its value.
909   if (BBIt != LoadBB->begin())
910     return false;
911
912
913   SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> PredsScanned;
914   typedef SmallVector<std::pair<BasicBlock*, Value*>, 8> AvailablePredsTy;
915   AvailablePredsTy AvailablePreds;
916   BasicBlock *OneUnavailablePred = 0;
917
918   // If we got here, the loaded value is transparent through to the start of the
919   // block.  Check to see if it is available in any of the predecessor blocks.
920   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
921        PI != PE; ++PI) {
922     BasicBlock *PredBB = *PI;
923
924     // If we already scanned this predecessor, skip it.
925     if (!PredsScanned.insert(PredBB))
926       continue;
927
928     // Scan the predecessor to see if the value is available in the pred.
929     BBIt = PredBB->end();
930     Value *PredAvailable = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, PredBB, BBIt, 6);
931     if (!PredAvailable) {
932       OneUnavailablePred = PredBB;
933       continue;
934     }
935
936     // If so, this load is partially redundant.  Remember this info so that we
937     // can create a PHI node.
938     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(PredBB, PredAvailable));
939   }
940
941   // If the loaded value isn't available in any predecessor, it isn't partially
942   // redundant.
943   if (AvailablePreds.empty()) return false;
944
945   // Okay, the loaded value is available in at least one (and maybe all!)
946   // predecessors.  If the value is unavailable in more than one unique
947   // predecessor, we want to insert a merge block for those common predecessors.
948   // This ensures that we only have to insert one reload, thus not increasing
949   // code size.
950   BasicBlock *UnavailablePred = 0;
951
952   // If there is exactly one predecessor where the value is unavailable, the
953   // already computed 'OneUnavailablePred' block is it.  If it ends in an
954   // unconditional branch, we know that it isn't a critical edge.
955   if (PredsScanned.size() == AvailablePreds.size()+1 &&
956       OneUnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1) {
957     UnavailablePred = OneUnavailablePred;
958   } else if (PredsScanned.size() != AvailablePreds.size()) {
959     // Otherwise, we had multiple unavailable predecessors or we had a critical
960     // edge from the one.
961     SmallVector<BasicBlock*, 8> PredsToSplit;
962     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> AvailablePredSet;
963
964     for (unsigned i = 0, e = AvailablePreds.size(); i != e; ++i)
965       AvailablePredSet.insert(AvailablePreds[i].first);
966
967     // Add all the unavailable predecessors to the PredsToSplit list.
968     for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
969          PI != PE; ++PI) {
970       BasicBlock *P = *PI;
971       // If the predecessor is an indirect goto, we can't split the edge.
972       if (isa<IndirectBrInst>(P->getTerminator()))
973         return false;
974
975       if (!AvailablePredSet.count(P))
976         PredsToSplit.push_back(P);
977     }
978
979     // Split them out to their own block.
980     UnavailablePred =
981       SplitBlockPredecessors(LoadBB, &PredsToSplit[0], PredsToSplit.size(),
982                              "thread-pre-split", this);
983   }
984
985   // If the value isn't available in all predecessors, then there will be
986   // exactly one where it isn't available.  Insert a load on that edge and add
987   // it to the AvailablePreds list.
988   if (UnavailablePred) {
989     assert(UnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
990            "Can't handle critical edge here!");
991     Value *NewVal = new LoadInst(LoadedPtr, LI->getName()+".pr", false,
992                                  LI->getAlignment(),
993                                  UnavailablePred->getTerminator());
994     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(UnavailablePred, NewVal));
995   }
996
997   // Now we know that each predecessor of this block has a value in
998   // AvailablePreds, sort them for efficient access as we're walking the preds.
999   array_pod_sort(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end());
1000
1001   // Create a PHI node at the start of the block for the PRE'd load value.
1002   PHINode *PN = PHINode::Create(LI->getType(), "", LoadBB->begin());
1003   PN->takeName(LI);
1004
1005   // Insert new entries into the PHI for each predecessor.  A single block may
1006   // have multiple entries here.
1007   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB); PI != E;
1008        ++PI) {
1009     BasicBlock *P = *PI;
1010     AvailablePredsTy::iterator I =
1011       std::lower_bound(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end(),
1012                        std::make_pair(P, (Value*)0));
1013
1014     assert(I != AvailablePreds.end() && I->first == P &&
1015            "Didn't find entry for predecessor!");
1016
1017     PN->addIncoming(I->second, I->first);
1018   }
1019
1020   //cerr << "PRE: " << *LI << *PN << "\n";
1021
1022   LI->replaceAllUsesWith(PN);
1023   LI->eraseFromParent();
1024
1025   return true;
1026 }
1027
1028 /// FindMostPopularDest - The specified list contains multiple possible
1029 /// threadable destinations.  Pick the one that occurs the most frequently in
1030 /// the list.
1031 static BasicBlock *
1032 FindMostPopularDest(BasicBlock *BB,
1033                     const SmallVectorImpl<std::pair<BasicBlock*,
1034                                   BasicBlock*> > &PredToDestList) {
1035   assert(!PredToDestList.empty());
1036
1037   // Determine popularity.  If there are multiple possible destinations, we
1038   // explicitly choose to ignore 'undef' destinations.  We prefer to thread
1039   // blocks with known and real destinations to threading undef.  We'll handle
1040   // them later if interesting.
1041   DenseMap<BasicBlock*, unsigned> DestPopularity;
1042   for (unsigned i = 0, e = PredToDestList.size(); i != e; ++i)
1043     if (PredToDestList[i].second)
1044       DestPopularity[PredToDestList[i].second]++;
1045
1046   // Find the most popular dest.
1047   DenseMap<BasicBlock*, unsigned>::iterator DPI = DestPopularity.begin();
1048   BasicBlock *MostPopularDest = DPI->first;
1049   unsigned Popularity = DPI->second;
1050   SmallVector<BasicBlock*, 4> SamePopularity;
1051
1052   for (++DPI; DPI != DestPopularity.end(); ++DPI) {
1053     // If the popularity of this entry isn't higher than the popularity we've
1054     // seen so far, ignore it.
1055     if (DPI->second < Popularity)
1056       ; // ignore.
1057     else if (DPI->second == Popularity) {
1058       // If it is the same as what we've seen so far, keep track of it.
1059       SamePopularity.push_back(DPI->first);
1060     } else {
1061       // If it is more popular, remember it.
1062       SamePopularity.clear();
1063       MostPopularDest = DPI->first;
1064       Popularity = DPI->second;
1065     }
1066   }
1067
1068   // Okay, now we know the most popular destination.  If there is more than
1069   // destination, we need to determine one.  This is arbitrary, but we need
1070   // to make a deterministic decision.  Pick the first one that appears in the
1071   // successor list.
1072   if (!SamePopularity.empty()) {
1073     SamePopularity.push_back(MostPopularDest);
1074     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
1075     for (unsigned i = 0; ; ++i) {
1076       assert(i != TI->getNumSuccessors() && "Didn't find any successor!");
1077
1078       if (std::find(SamePopularity.begin(), SamePopularity.end(),
1079                     TI->getSuccessor(i)) == SamePopularity.end())
1080         continue;
1081
1082       MostPopularDest = TI->getSuccessor(i);
1083       break;
1084     }
1085   }
1086
1087   // Okay, we have finally picked the most popular destination.
1088   return MostPopularDest;
1089 }
1090
1091 bool JumpThreading::ProcessThreadableEdges(Value *Cond, BasicBlock *BB) {
1092   // If threading this would thread across a loop header, don't even try to
1093   // thread the edge.
1094   if (LoopHeaders.count(BB))
1095     return false;
1096
1097   PredValueInfoTy PredValues;
1098   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(Cond, BB, PredValues))
1099     return false;
1100
1101   assert(!PredValues.empty() &&
1102          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
1103
1104   DEBUG(dbgs() << "IN BB: " << *BB;
1105         for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i) {
1106           dbgs() << "  BB '" << BB->getName() << "': FOUND condition = "
1107             << *PredValues[i].first
1108             << " for pred '" << PredValues[i].second->getName() << "'.\n";
1109         });
1110
1111   // Decide what we want to thread through.  Convert our list of known values to
1112   // a list of known destinations for each pred.  This also discards duplicate
1113   // predecessors and keeps track of the undefined inputs (which are represented
1114   // as a null dest in the PredToDestList).
1115   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SeenPreds;
1116   SmallVector<std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*>, 16> PredToDestList;
1117
1118   BasicBlock *OnlyDest = 0;
1119   BasicBlock *MultipleDestSentinel = (BasicBlock*)(intptr_t)~0ULL;
1120
1121   for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i) {
1122     BasicBlock *Pred = PredValues[i].second;
1123     if (!SeenPreds.insert(Pred))
1124       continue;  // Duplicate predecessor entry.
1125
1126     // If the predecessor ends with an indirect goto, we can't change its
1127     // destination.
1128     if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator()))
1129       continue;
1130
1131     Constant *Val = PredValues[i].first;
1132
1133     BasicBlock *DestBB;
1134     if (isa<UndefValue>(Val))
1135       DestBB = 0;
1136     else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
1137       DestBB = BI->getSuccessor(cast<ConstantInt>(Val)->isZero());
1138     else {
1139       SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(BB->getTerminator());
1140       DestBB = SI->getSuccessor(SI->findCaseValue(cast<ConstantInt>(Val)));
1141     }
1142
1143     // If we have exactly one destination, remember it for efficiency below.
1144     if (i == 0)
1145       OnlyDest = DestBB;
1146     else if (OnlyDest != DestBB)
1147       OnlyDest = MultipleDestSentinel;
1148
1149     PredToDestList.push_back(std::make_pair(Pred, DestBB));
1150   }
1151
1152   // If all edges were unthreadable, we fail.
1153   if (PredToDestList.empty())
1154     return false;
1155
1156   // Determine which is the most common successor.  If we have many inputs and
1157   // this block is a switch, we want to start by threading the batch that goes
1158   // to the most popular destination first.  If we only know about one
1159   // threadable destination (the common case) we can avoid this.
1160   BasicBlock *MostPopularDest = OnlyDest;
1161
1162   if (MostPopularDest == MultipleDestSentinel)
1163     MostPopularDest = FindMostPopularDest(BB, PredToDestList);
1164
1165   // Now that we know what the most popular destination is, factor all
1166   // predecessors that will jump to it into a single predecessor.
1167   SmallVector<BasicBlock*, 16> PredsToFactor;
1168   for (unsigned i = 0, e = PredToDestList.size(); i != e; ++i)
1169     if (PredToDestList[i].second == MostPopularDest) {
1170       BasicBlock *Pred = PredToDestList[i].first;
1171
1172       // This predecessor may be a switch or something else that has multiple
1173       // edges to the block.  Factor each of these edges by listing them
1174       // according to # occurrences in PredsToFactor.
1175       TerminatorInst *PredTI = Pred->getTerminator();
1176       for (unsigned i = 0, e = PredTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1177         if (PredTI->getSuccessor(i) == BB)
1178           PredsToFactor.push_back(Pred);
1179     }
1180
1181   // If the threadable edges are branching on an undefined value, we get to pick
1182   // the destination that these predecessors should get to.
1183   if (MostPopularDest == 0)
1184     MostPopularDest = BB->getTerminator()->
1185                             getSuccessor(GetBestDestForJumpOnUndef(BB));
1186
1187   // Ok, try to thread it!
1188   return ThreadEdge(BB, PredsToFactor, MostPopularDest);
1189 }
1190
1191 /// ProcessBranchOnPHI - We have an otherwise unthreadable conditional branch on
1192 /// a PHI node in the current block.  See if there are any simplifications we
1193 /// can do based on inputs to the phi node.
1194 ///
1195 bool JumpThreading::ProcessBranchOnPHI(PHINode *PN) {
1196   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1197
1198   // TODO: We could make use of this to do it once for blocks with common PHI
1199   // values.
1200   SmallVector<BasicBlock*, 1> PredBBs;
1201   PredBBs.resize(1);
1202
1203   // If any of the predecessor blocks end in an unconditional branch, we can
1204   // *duplicate* the conditional branch into that block in order to further
1205   // encourage jump threading and to eliminate cases where we have branch on a
1206   // phi of an icmp (branch on icmp is much better).
1207   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1208     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1209     if (BranchInst *PredBr = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator()))
1210       if (PredBr->isUnconditional()) {
1211         PredBBs[0] = PredBB;
1212         // Try to duplicate BB into PredBB.
1213         if (DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, PredBBs))
1214           return true;
1215       }
1216   }
1217
1218   return false;
1219 }
1220
1221 /// ProcessBranchOnXOR - We have an otherwise unthreadable conditional branch on
1222 /// a xor instruction in the current block.  See if there are any
1223 /// simplifications we can do based on inputs to the xor.
1224 ///
1225 bool JumpThreading::ProcessBranchOnXOR(BinaryOperator *BO) {
1226   BasicBlock *BB = BO->getParent();
1227
1228   // If either the LHS or RHS of the xor is a constant, don't do this
1229   // optimization.
1230   if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(0)) ||
1231       isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
1232     return false;
1233
1234   // If the first instruction in BB isn't a phi, we won't be able to infer
1235   // anything special about any particular predecessor.
1236   if (!isa<PHINode>(BB->front()))
1237     return false;
1238
1239   // If we have a xor as the branch input to this block, and we know that the
1240   // LHS or RHS of the xor in any predecessor is true/false, then we can clone
1241   // the condition into the predecessor and fix that value to true, saving some
1242   // logical ops on that path and encouraging other paths to simplify.
1243   //
1244   // This copies something like this:
1245   //
1246   //  BB:
1247   //    %X = phi i1 [1],  [%X']
1248   //    %Y = icmp eq i32 %A, %B
1249   //    %Z = xor i1 %X, %Y
1250   //    br i1 %Z, ...
1251   //
1252   // Into:
1253   //  BB':
1254   //    %Y = icmp ne i32 %A, %B
1255   //    br i1 %Z, ...
1256
1257   PredValueInfoTy XorOpValues;
1258   bool isLHS = true;
1259   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(0), BB, XorOpValues)) {
1260     assert(XorOpValues.empty());
1261     if (!ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(1), BB, XorOpValues))
1262       return false;
1263     isLHS = false;
1264   }
1265
1266   assert(!XorOpValues.empty() &&
1267          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
1268
1269   // Scan the information to see which is most popular: true or false.  The
1270   // predecessors can be of the set true, false, or undef.
1271   unsigned NumTrue = 0, NumFalse = 0;
1272   for (unsigned i = 0, e = XorOpValues.size(); i != e; ++i) {
1273     if (isa<UndefValue>(XorOpValues[i].first))
1274       // Ignore undefs for the count.
1275       continue;
1276     if (cast<ConstantInt>(XorOpValues[i].first)->isZero())
1277       ++NumFalse;
1278     else
1279       ++NumTrue;
1280   }
1281
1282   // Determine which value to split on, true, false, or undef if neither.
1283   ConstantInt *SplitVal = 0;
1284   if (NumTrue > NumFalse)
1285     SplitVal = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
1286   else if (NumTrue != 0 || NumFalse != 0)
1287     SplitVal = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
1288
1289   // Collect all of the blocks that this can be folded into so that we can
1290   // factor this once and clone it once.
1291   SmallVector<BasicBlock*, 8> BlocksToFoldInto;
1292   for (unsigned i = 0, e = XorOpValues.size(); i != e; ++i) {
1293     if (XorOpValues[i].first != SplitVal &&
1294         !isa<UndefValue>(XorOpValues[i].first))
1295       continue;
1296
1297     BlocksToFoldInto.push_back(XorOpValues[i].second);
1298   }
1299
1300   // If we inferred a value for all of the predecessors, then duplication won't
1301   // help us.  However, we can just replace the LHS or RHS with the constant.
1302   if (BlocksToFoldInto.size() ==
1303       cast<PHINode>(BB->front()).getNumIncomingValues()) {
1304     if (SplitVal == 0) {
1305       // If all preds provide undef, just nuke the xor, because it is undef too.
1306       BO->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BO->getType()));
1307       BO->eraseFromParent();
1308     } else if (SplitVal->isZero()) {
1309       // If all preds provide 0, replace the xor with the other input.
1310       BO->replaceAllUsesWith(BO->getOperand(isLHS));
1311       BO->eraseFromParent();
1312     } else {
1313       // If all preds provide 1, set the computed value to 1.
1314       BO->setOperand(!isLHS, SplitVal);
1315     }
1316
1317     return true;
1318   }
1319
1320   // Try to duplicate BB into PredBB.
1321   return DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, BlocksToFoldInto);
1322 }
1323
1324
1325 /// AddPHINodeEntriesForMappedBlock - We're adding 'NewPred' as a new
1326 /// predecessor to the PHIBB block.  If it has PHI nodes, add entries for
1327 /// NewPred using the entries from OldPred (suitably mapped).
1328 static void AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BasicBlock *PHIBB,
1329                                             BasicBlock *OldPred,
1330                                             BasicBlock *NewPred,
1331                                      DenseMap<Instruction*, Value*> &ValueMap) {
1332   for (BasicBlock::iterator PNI = PHIBB->begin();
1333        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PNI); ++PNI) {
1334     // Ok, we have a PHI node.  Figure out what the incoming value was for the
1335     // DestBlock.
1336     Value *IV = PN->getIncomingValueForBlock(OldPred);
1337
1338     // Remap the value if necessary.
1339     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(IV)) {
1340       DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMap.find(Inst);
1341       if (I != ValueMap.end())
1342         IV = I->second;
1343     }
1344
1345     PN->addIncoming(IV, NewPred);
1346   }
1347 }
1348
1349 /// ThreadEdge - We have decided that it is safe and profitable to factor the
1350 /// blocks in PredBBs to one predecessor, then thread an edge from it to SuccBB
1351 /// across BB.  Transform the IR to reflect this change.
1352 bool JumpThreading::ThreadEdge(BasicBlock *BB,
1353                                const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &PredBBs,
1354                                BasicBlock *SuccBB) {
1355   // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
1356   if (SuccBB == BB) {
1357     DEBUG(dbgs() << "  Not threading across BB '" << BB->getName()
1358           << "' - would thread to self!\n");
1359     return false;
1360   }
1361
1362   // If threading this would thread across a loop header, don't thread the edge.
1363   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1364   if (LoopHeaders.count(BB)) {
1365     DEBUG(dbgs() << "  Not threading across loop header BB '" << BB->getName()
1366           << "' to dest BB '" << SuccBB->getName()
1367           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
1368     return false;
1369   }
1370
1371   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
1372   if (JumpThreadCost > Threshold) {
1373     DEBUG(dbgs() << "  Not threading BB '" << BB->getName()
1374           << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n");
1375     return false;
1376   }
1377
1378   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors is needed.
1379   BasicBlock *PredBB;
1380   if (PredBBs.size() == 1)
1381     PredBB = PredBBs[0];
1382   else {
1383     DEBUG(dbgs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
1384           << " common predecessors.\n");
1385     PredBB = SplitBlockPredecessors(BB, &PredBBs[0], PredBBs.size(),
1386                                     ".thr_comm", this);
1387   }
1388
1389   // And finally, do it!
1390   DEBUG(dbgs() << "  Threading edge from '" << PredBB->getName() << "' to '"
1391         << SuccBB->getName() << "' with cost: " << JumpThreadCost
1392         << ", across block:\n    "
1393         << *BB << "\n");
1394
1395   LVI->threadEdge(PredBB, BB, SuccBB);
1396
1397   // We are going to have to map operands from the original BB block to the new
1398   // copy of the block 'NewBB'.  If there are PHI nodes in BB, evaluate them to
1399   // account for entry from PredBB.
1400   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1401
1402   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1403                                          BB->getName()+".thread",
1404                                          BB->getParent(), BB);
1405   NewBB->moveAfter(PredBB);
1406
1407   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1408   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1409     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1410
1411   // Clone the non-phi instructions of BB into NewBB, keeping track of the
1412   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1413   for (; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
1414     Instruction *New = BI->clone();
1415     New->setName(BI->getName());
1416     NewBB->getInstList().push_back(New);
1417     ValueMapping[BI] = New;
1418
1419     // Remap operands to patch up intra-block references.
1420     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1421       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1422         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1423         if (I != ValueMapping.end())
1424           New->setOperand(i, I->second);
1425       }
1426   }
1427
1428   // We didn't copy the terminator from BB over to NewBB, because there is now
1429   // an unconditional jump to SuccBB.  Insert the unconditional jump.
1430   BranchInst::Create(SuccBB, NewBB);
1431
1432   // Check to see if SuccBB has PHI nodes. If so, we need to add entries to the
1433   // PHI nodes for NewBB now.
1434   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(SuccBB, BB, NewBB, ValueMapping);
1435
1436   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1437   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1438   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1439   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1440   SSAUpdater SSAUpdate;
1441   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1442   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
1443     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1444     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1445     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
1446          ++UI) {
1447       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1448       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1449         if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
1450           continue;
1451       } else if (User->getParent() == BB)
1452         continue;
1453
1454       UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
1455     }
1456
1457     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1458     if (UsesToRename.empty())
1459       continue;
1460
1461     DEBUG(dbgs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
1462
1463     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1464     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1465     // with the two values we know.
1466     SSAUpdate.Initialize(I->getType(), I->getName());
1467     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
1468     SSAUpdate.AddAvailableValue(NewBB, ValueMapping[I]);
1469
1470     while (!UsesToRename.empty())
1471       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1472     DEBUG(dbgs() << "\n");
1473   }
1474
1475
1476   // Ok, NewBB is good to go.  Update the terminator of PredBB to jump to
1477   // NewBB instead of BB.  This eliminates predecessors from BB, which requires
1478   // us to simplify any PHI nodes in BB.
1479   TerminatorInst *PredTerm = PredBB->getTerminator();
1480   for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1481     if (PredTerm->getSuccessor(i) == BB) {
1482       BB->removePredecessor(PredBB, true);
1483       PredTerm->setSuccessor(i, NewBB);
1484     }
1485
1486   // At this point, the IR is fully up to date and consistent.  Do a quick scan
1487   // over the new instructions and zap any that are constants or dead.  This
1488   // frequently happens because of phi translation.
1489   SimplifyInstructionsInBlock(NewBB, TD);
1490
1491   // Threaded an edge!
1492   ++NumThreads;
1493   return true;
1494 }
1495
1496 /// DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred - PredBB contains an unconditional branch
1497 /// to BB which contains an i1 PHI node and a conditional branch on that PHI.
1498 /// If we can duplicate the contents of BB up into PredBB do so now, this
1499 /// improves the odds that the branch will be on an analyzable instruction like
1500 /// a compare.
1501 bool JumpThreading::DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BasicBlock *BB,
1502                                  const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PredBBs) {
1503   assert(!PredBBs.empty() && "Can't handle an empty set");
1504
1505   // If BB is a loop header, then duplicating this block outside the loop would
1506   // cause us to transform this into an irreducible loop, don't do this.
1507   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1508   if (LoopHeaders.count(BB)) {
1509     DEBUG(dbgs() << "  Not duplicating loop header '" << BB->getName()
1510           << "' into predecessor block '" << PredBBs[0]->getName()
1511           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
1512     return false;
1513   }
1514
1515   unsigned DuplicationCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
1516   if (DuplicationCost > Threshold) {
1517     DEBUG(dbgs() << "  Not duplicating BB '" << BB->getName()
1518           << "' - Cost is too high: " << DuplicationCost << "\n");
1519     return false;
1520   }
1521
1522   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors is needed.
1523   BasicBlock *PredBB;
1524   if (PredBBs.size() == 1)
1525     PredBB = PredBBs[0];
1526   else {
1527     DEBUG(dbgs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
1528           << " common predecessors.\n");
1529     PredBB = SplitBlockPredecessors(BB, &PredBBs[0], PredBBs.size(),
1530                                     ".thr_comm", this);
1531   }
1532
1533   // Okay, we decided to do this!  Clone all the instructions in BB onto the end
1534   // of PredBB.
1535   DEBUG(dbgs() << "  Duplicating block '" << BB->getName() << "' into end of '"
1536         << PredBB->getName() << "' to eliminate branch on phi.  Cost: "
1537         << DuplicationCost << " block is:" << *BB << "\n");
1538
1539   // Unless PredBB ends with an unconditional branch, split the edge so that we
1540   // can just clone the bits from BB into the end of the new PredBB.
1541   BranchInst *OldPredBranch = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
1542
1543   if (OldPredBranch == 0 || !OldPredBranch->isUnconditional()) {
1544     PredBB = SplitEdge(PredBB, BB, this);
1545     OldPredBranch = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
1546   }
1547
1548   // We are going to have to map operands from the original BB block into the
1549   // PredBB block.  Evaluate PHI nodes in BB.
1550   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1551
1552   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1553   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1554     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1555
1556   // Clone the non-phi instructions of BB into PredBB, keeping track of the
1557   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1558   for (; BI != BB->end(); ++BI) {
1559     Instruction *New = BI->clone();
1560
1561     // Remap operands to patch up intra-block references.
1562     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1563       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1564         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1565         if (I != ValueMapping.end())
1566           New->setOperand(i, I->second);
1567       }
1568
1569     // If this instruction can be simplified after the operands are updated,
1570     // just use the simplified value instead.  This frequently happens due to
1571     // phi translation.
1572     if (Value *IV = SimplifyInstruction(New, TD)) {
1573       delete New;
1574       ValueMapping[BI] = IV;
1575     } else {
1576       // Otherwise, insert the new instruction into the block.
1577       New->setName(BI->getName());
1578       PredBB->getInstList().insert(OldPredBranch, New);
1579       ValueMapping[BI] = New;
1580     }
1581   }
1582
1583   // Check to see if the targets of the branch had PHI nodes. If so, we need to
1584   // add entries to the PHI nodes for branch from PredBB now.
1585   BranchInst *BBBranch = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1586   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(0), BB, PredBB,
1587                                   ValueMapping);
1588   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(1), BB, PredBB,
1589                                   ValueMapping);
1590
1591   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1592   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1593   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1594   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1595   SSAUpdater SSAUpdate;
1596   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1597   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
1598     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1599     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1600     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
1601          ++UI) {
1602       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1603       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1604         if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
1605           continue;
1606       } else if (User->getParent() == BB)
1607         continue;
1608
1609       UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
1610     }
1611
1612     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1613     if (UsesToRename.empty())
1614       continue;
1615
1616     DEBUG(dbgs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
1617
1618     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1619     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1620     // with the two values we know.
1621     SSAUpdate.Initialize(I->getType(), I->getName());
1622     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
1623     SSAUpdate.AddAvailableValue(PredBB, ValueMapping[I]);
1624
1625     while (!UsesToRename.empty())
1626       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1627     DEBUG(dbgs() << "\n");
1628   }
1629
1630   // PredBB no longer jumps to BB, remove entries in the PHI node for the edge
1631   // that we nuked.
1632   BB->removePredecessor(PredBB, true);
1633
1634   // Remove the unconditional branch at the end of the PredBB block.
1635   OldPredBranch->eraseFromParent();
1636
1637   ++NumDupes;
1638   return true;
1639 }
1640
1641