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