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