simplify code and reduce indentation
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / JumpThreading.cpp
1 //===- JumpThreading.cpp - Thread control through conditional blocks ------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements the Jump Threading pass.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #define DEBUG_TYPE "jump-threading"
15 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
16 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
17 #include "llvm/LLVMContext.h"
18 #include "llvm/Pass.h"
19 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
20 #include "llvm/Analysis/LazyValueInfo.h"
21 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
22 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
23 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
24 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
25 #include "llvm/Target/TargetData.h"
26 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
27 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
28 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
29 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
31 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
32 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
33 #include "llvm/Support/Debug.h"
34 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
35 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
36 using namespace llvm;
37
38 STATISTIC(NumThreads, "Number of jumps threaded");
39 STATISTIC(NumFolds,   "Number of terminators folded");
40 STATISTIC(NumDupes,   "Number of branch blocks duplicated to eliminate phi");
41
42 static cl::opt<unsigned>
43 Threshold("jump-threading-threshold",
44           cl::desc("Max block size to duplicate for jump threading"),
45           cl::init(6), cl::Hidden);
46
47 namespace {
48   // These are at global scope so static functions can use them too.
49   typedef SmallVectorImpl<std::pair<Constant*, BasicBlock*> > PredValueInfo;
50   typedef SmallVector<std::pair<Constant*, BasicBlock*>, 8> PredValueInfoTy;
51
52   // This is used to keep track of what kind of constant we're currently hoping
53   // to find.
54   enum ConstantPreference {
55     WantInteger,
56     WantBlockAddress
57   };
58
59   /// This pass performs 'jump threading', which looks at blocks that have
60   /// multiple predecessors and multiple successors.  If one or more of the
61   /// predecessors of the block can be proven to always jump to one of the
62   /// successors, we forward the edge from the predecessor to the successor by
63   /// duplicating the contents of this block.
64   ///
65   /// An example of when this can occur is code like this:
66   ///
67   ///   if () { ...
68   ///     X = 4;
69   ///   }
70   ///   if (X < 3) {
71   ///
72   /// In this case, the unconditional branch at the end of the first if can be
73   /// revectored to the false side of the second if.
74   ///
75   class JumpThreading : public FunctionPass {
76     TargetData *TD;
77     LazyValueInfo *LVI;
78 #ifdef NDEBUG
79     SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> LoopHeaders;
80 #else
81     SmallSet<AssertingVH<BasicBlock>, 16> LoopHeaders;
82 #endif
83     DenseSet<std::pair<Value*, BasicBlock*> > RecursionSet;
84
85     // RAII helper for updating the recursion stack.
86     struct RecursionSetRemover {
87       DenseSet<std::pair<Value*, BasicBlock*> > &TheSet;
88       std::pair<Value*, BasicBlock*> ThePair;
89
90       RecursionSetRemover(DenseSet<std::pair<Value*, BasicBlock*> > &S,
91                           std::pair<Value*, BasicBlock*> P)
92         : TheSet(S), ThePair(P) { }
93
94       ~RecursionSetRemover() {
95         TheSet.erase(ThePair);
96       }
97     };
98   public:
99     static char ID; // Pass identification
100     JumpThreading() : FunctionPass(ID) {
101       initializeJumpThreadingPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
102     }
103
104     bool runOnFunction(Function &F);
105
106     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
107       AU.addRequired<LazyValueInfo>();
108       AU.addPreserved<LazyValueInfo>();
109     }
110
111     void FindLoopHeaders(Function &F);
112     bool ProcessBlock(BasicBlock *BB);
113     bool ThreadEdge(BasicBlock *BB, const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &PredBBs,
114                     BasicBlock *SuccBB);
115     bool DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BasicBlock *BB,
116                                   const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PredBBs);
117
118     bool ComputeValueKnownInPredecessors(Value *V, BasicBlock *BB,
119                                          PredValueInfo &Result,
120                                          ConstantPreference Preference);
121     bool ProcessThreadableEdges(Value *Cond, BasicBlock *BB,
122                                 ConstantPreference Preference);
123
124     bool ProcessBranchOnPHI(PHINode *PN);
125     bool ProcessBranchOnXOR(BinaryOperator *BO);
126
127     bool SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI);
128   };
129 }
130
131 char JumpThreading::ID = 0;
132 INITIALIZE_PASS_BEGIN(JumpThreading, "jump-threading",
133                 "Jump Threading", false, false)
134 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LazyValueInfo)
135 INITIALIZE_PASS_END(JumpThreading, "jump-threading",
136                 "Jump Threading", false, false)
137
138 // Public interface to the Jump Threading pass
139 FunctionPass *llvm::createJumpThreadingPass() { return new JumpThreading(); }
140
141 /// runOnFunction - Top level algorithm.
142 ///
143 bool JumpThreading::runOnFunction(Function &F) {
144   DEBUG(dbgs() << "Jump threading on function '" << F.getName() << "'\n");
145   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
146   LVI = &getAnalysis<LazyValueInfo>();
147
148   FindLoopHeaders(F);
149
150   bool Changed, EverChanged = false;
151   do {
152     Changed = false;
153     for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E;) {
154       BasicBlock *BB = I;
155       // Thread all of the branches we can over this block.
156       while (ProcessBlock(BB))
157         Changed = true;
158
159       ++I;
160
161       // If the block is trivially dead, zap it.  This eliminates the successor
162       // edges which simplifies the CFG.
163       if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
164           BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
165         DEBUG(dbgs() << "  JT: Deleting dead block '" << BB->getName()
166               << "' with terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
167         LoopHeaders.erase(BB);
168         LVI->eraseBlock(BB);
169         DeleteDeadBlock(BB);
170         Changed = true;
171         continue;
172       }
173       
174       BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
175       
176       // Can't thread an unconditional jump, but if the block is "almost
177       // empty", we can replace uses of it with uses of the successor and make
178       // this dead.
179       if (BI && BI->isUnconditional() &&
180           BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
181           // If the terminator is the only non-phi instruction, try to nuke it.
182           BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) {
183         // Since TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock may delete the
184         // block, we have to make sure it isn't in the LoopHeaders set.  We
185         // reinsert afterward if needed.
186         bool ErasedFromLoopHeaders = LoopHeaders.erase(BB);
187         BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(0);
188
189         // FIXME: It is always conservatively correct to drop the info
190         // for a block even if it doesn't get erased.  This isn't totally
191         // awesome, but it allows us to use AssertingVH to prevent nasty
192         // dangling pointer issues within LazyValueInfo.
193         LVI->eraseBlock(BB);
194         if (TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB)) {
195           Changed = true;
196           // If we deleted BB and BB was the header of a loop, then the
197           // successor is now the header of the loop.
198           BB = Succ;
199         }
200
201         if (ErasedFromLoopHeaders)
202           LoopHeaders.insert(BB);
203       }
204     }
205     EverChanged |= Changed;
206   } while (Changed);
207
208   LoopHeaders.clear();
209   return EverChanged;
210 }
211
212 /// getJumpThreadDuplicationCost - Return the cost of duplicating this block to
213 /// thread across it.
214 static unsigned getJumpThreadDuplicationCost(const BasicBlock *BB) {
215   /// Ignore PHI nodes, these will be flattened when duplication happens.
216   BasicBlock::const_iterator I = BB->getFirstNonPHI();
217
218   // FIXME: THREADING will delete values that are just used to compute the
219   // branch, so they shouldn't count against the duplication cost.
220
221
222   // Sum up the cost of each instruction until we get to the terminator.  Don't
223   // include the terminator because the copy won't include it.
224   unsigned Size = 0;
225   for (; !isa<TerminatorInst>(I); ++I) {
226     // Debugger intrinsics don't incur code size.
227     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
228
229     // If this is a pointer->pointer bitcast, it is free.
230     if (isa<BitCastInst>(I) && I->getType()->isPointerTy())
231       continue;
232
233     // All other instructions count for at least one unit.
234     ++Size;
235
236     // Calls are more expensive.  If they are non-intrinsic calls, we model them
237     // as having cost of 4.  If they are a non-vector intrinsic, we model them
238     // as having cost of 2 total, and if they are a vector intrinsic, we model
239     // them as having cost 1.
240     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
241       if (!isa<IntrinsicInst>(CI))
242         Size += 3;
243       else if (!CI->getType()->isVectorTy())
244         Size += 1;
245     }
246   }
247
248   // Threading through a switch statement is particularly profitable.  If this
249   // block ends in a switch, decrease its cost to make it more likely to happen.
250   if (isa<SwitchInst>(I))
251     Size = Size > 6 ? Size-6 : 0;
252
253   // The same holds for indirect branches, but slightly more so.
254   if (isa<IndirectBrInst>(I))
255     Size = Size > 8 ? Size-8 : 0;
256
257   return Size;
258 }
259
260 /// FindLoopHeaders - We do not want jump threading to turn proper loop
261 /// structures into irreducible loops.  Doing this breaks up the loop nesting
262 /// hierarchy and pessimizes later transformations.  To prevent this from
263 /// happening, we first have to find the loop headers.  Here we approximate this
264 /// by finding targets of backedges in the CFG.
265 ///
266 /// Note that there definitely are cases when we want to allow threading of
267 /// edges across a loop header.  For example, threading a jump from outside the
268 /// loop (the preheader) to an exit block of the loop is definitely profitable.
269 /// It is also almost always profitable to thread backedges from within the loop
270 /// to exit blocks, and is often profitable to thread backedges to other blocks
271 /// within the loop (forming a nested loop).  This simple analysis is not rich
272 /// enough to track all of these properties and keep it up-to-date as the CFG
273 /// mutates, so we don't allow any of these transformations.
274 ///
275 void JumpThreading::FindLoopHeaders(Function &F) {
276   SmallVector<std::pair<const BasicBlock*,const BasicBlock*>, 32> Edges;
277   FindFunctionBackedges(F, Edges);
278
279   for (unsigned i = 0, e = Edges.size(); i != e; ++i)
280     LoopHeaders.insert(const_cast<BasicBlock*>(Edges[i].second));
281 }
282
283 /// getKnownConstant - Helper method to determine if we can thread over a
284 /// terminator with the given value as its condition, and if so what value to
285 /// use for that. What kind of value this is depends on whether we want an
286 /// integer or a block address, but an undef is always accepted.
287 /// Returns null if Val is null or not an appropriate constant.
288 static Constant *getKnownConstant(Value *Val, ConstantPreference Preference) {
289   if (!Val)
290     return 0;
291
292   // Undef is "known" enough.
293   if (UndefValue *U = dyn_cast<UndefValue>(Val))
294     return U;
295
296   if (Preference == WantBlockAddress)
297     return dyn_cast<BlockAddress>(Val->stripPointerCasts());
298
299   return dyn_cast<ConstantInt>(Val);
300 }
301
302 /// ComputeValueKnownInPredecessors - Given a basic block BB and a value V, see
303 /// if we can infer that the value is a known ConstantInt/BlockAddress or undef
304 /// in any of our predecessors.  If so, return the known list of value and pred
305 /// BB in the result vector.
306 ///
307 /// This returns true if there were any known values.
308 ///
309 bool JumpThreading::
310 ComputeValueKnownInPredecessors(Value *V, BasicBlock *BB, PredValueInfo &Result,
311                                 ConstantPreference Preference) {
312   // This method walks up use-def chains recursively.  Because of this, we could
313   // get into an infinite loop going around loops in the use-def chain.  To
314   // prevent this, keep track of what (value, block) pairs we've already visited
315   // and terminate the search if we loop back to them
316   if (!RecursionSet.insert(std::make_pair(V, BB)).second)
317     return false;
318
319   // An RAII help to remove this pair from the recursion set once the recursion
320   // stack pops back out again.
321   RecursionSetRemover remover(RecursionSet, std::make_pair(V, BB));
322
323   // If V is a constant, then it is known in all predecessors.
324   if (Constant *KC = getKnownConstant(V, Preference)) {
325     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
326       Result.push_back(std::make_pair(KC, *PI));
327
328     return true;
329   }
330
331   // If V is a non-instruction value, or an instruction in a different block,
332   // then it can't be derived from a PHI.
333   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
334   if (I == 0 || I->getParent() != BB) {
335
336     // Okay, if this is a live-in value, see if it has a known value at the end
337     // of any of our predecessors.
338     //
339     // FIXME: This should be an edge property, not a block end property.
340     /// TODO: Per PR2563, we could infer value range information about a
341     /// predecessor based on its terminator.
342     //
343     // FIXME: change this to use the more-rich 'getPredicateOnEdge' method if
344     // "I" is a non-local compare-with-a-constant instruction.  This would be
345     // able to handle value inequalities better, for example if the compare is
346     // "X < 4" and "X < 3" is known true but "X < 4" itself is not available.
347     // Perhaps getConstantOnEdge should be smart enough to do this?
348
349     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
350       BasicBlock *P = *PI;
351       // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
352       // predecessor, use that information to try to thread this block.
353       Constant *PredCst = LVI->getConstantOnEdge(V, P, BB);
354       if (Constant *KC = getKnownConstant(PredCst, Preference))
355         Result.push_back(std::make_pair(KC, P));
356     }
357
358     return !Result.empty();
359   }
360
361   /// If I is a PHI node, then we know the incoming values for any constants.
362   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
363     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
364       Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
365       if (Constant *KC = getKnownConstant(InVal, Preference)) {
366         Result.push_back(std::make_pair(KC, PN->getIncomingBlock(i)));
367       } else {
368         Constant *CI = LVI->getConstantOnEdge(InVal,
369                                               PN->getIncomingBlock(i), BB);
370         if (Constant *KC = getKnownConstant(CI, Preference))
371           Result.push_back(std::make_pair(KC, PN->getIncomingBlock(i)));
372       }
373     }
374
375     return !Result.empty();
376   }
377
378   PredValueInfoTy LHSVals, RHSVals;
379
380   // Handle some boolean conditions.
381   if (I->getType()->getPrimitiveSizeInBits() == 1) {
382     assert(Preference == WantInteger && "One-bit non-integer type?");
383     // X | true -> true
384     // X & false -> false
385     if (I->getOpcode() == Instruction::Or ||
386         I->getOpcode() == Instruction::And) {
387       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, LHSVals,
388                                       WantInteger);
389       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(1), BB, RHSVals,
390                                       WantInteger);
391
392       if (LHSVals.empty() && RHSVals.empty())
393         return false;
394
395       ConstantInt *InterestingVal;
396       if (I->getOpcode() == Instruction::Or)
397         InterestingVal = ConstantInt::getTrue(I->getContext());
398       else
399         InterestingVal = ConstantInt::getFalse(I->getContext());
400
401       SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> LHSKnownBBs;
402
403       // Scan for the sentinel.  If we find an undef, force it to the
404       // interesting value: x|undef -> true and x&undef -> false.
405       for (unsigned i = 0, e = LHSVals.size(); i != e; ++i)
406         if (LHSVals[i].first == InterestingVal ||
407             isa<UndefValue>(LHSVals[i].first)) {
408           Result.push_back(LHSVals[i]);
409           Result.back().first = InterestingVal;
410           LHSKnownBBs.insert(LHSVals[i].second);
411         }
412       for (unsigned i = 0, e = RHSVals.size(); i != e; ++i)
413         if (RHSVals[i].first == InterestingVal ||
414             isa<UndefValue>(RHSVals[i].first)) {
415           // If we already inferred a value for this block on the LHS, don't
416           // re-add it.
417           if (!LHSKnownBBs.count(RHSVals[i].second)) {
418             Result.push_back(RHSVals[i]);
419             Result.back().first = InterestingVal;
420           }
421         }
422
423       return !Result.empty();
424     }
425
426     // Handle the NOT form of XOR.
427     if (I->getOpcode() == Instruction::Xor &&
428         isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)) &&
429         cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))->isOne()) {
430       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, Result,
431                                       WantInteger);
432       if (Result.empty())
433         return false;
434
435       // Invert the known values.
436       for (unsigned i = 0, e = Result.size(); i != e; ++i)
437         Result[i].first = ConstantExpr::getNot(Result[i].first);
438
439       return true;
440     }
441
442   // Try to simplify some other binary operator values.
443   } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
444     assert(Preference != WantBlockAddress
445             && "A binary operator creating a block address?");
446     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
447       PredValueInfoTy LHSVals;
448       ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(0), BB, LHSVals,
449                                       WantInteger);
450
451       // Try to use constant folding to simplify the binary operator.
452       for (unsigned i = 0, e = LHSVals.size(); i != e; ++i) {
453         Constant *V = LHSVals[i].first;
454         Constant *Folded = ConstantExpr::get(BO->getOpcode(), V, CI);
455
456         if (Constant *KC = getKnownConstant(Folded, WantInteger))
457           Result.push_back(std::make_pair(KC, LHSVals[i].second));
458       }
459     }
460
461     return !Result.empty();
462   }
463
464   // Handle compare with phi operand, where the PHI is defined in this block.
465   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
466     assert(Preference == WantInteger && "Compares only produce integers");
467     PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Cmp->getOperand(0));
468     if (PN && PN->getParent() == BB) {
469       // We can do this simplification if any comparisons fold to true or false.
470       // See if any do.
471       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
472         BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
473         Value *LHS = PN->getIncomingValue(i);
474         Value *RHS = Cmp->getOperand(1)->DoPHITranslation(BB, PredBB);
475
476         Value *Res = SimplifyCmpInst(Cmp->getPredicate(), LHS, RHS, TD);
477         if (Res == 0) {
478           if (!isa<Constant>(RHS))
479             continue;
480
481           LazyValueInfo::Tristate
482             ResT = LVI->getPredicateOnEdge(Cmp->getPredicate(), LHS,
483                                            cast<Constant>(RHS), PredBB, BB);
484           if (ResT == LazyValueInfo::Unknown)
485             continue;
486           Res = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(LHS->getContext()), ResT);
487         }
488
489         if (Constant *KC = getKnownConstant(Res, WantInteger))
490           Result.push_back(std::make_pair(KC, PredBB));
491       }
492
493       return !Result.empty();
494     }
495
496
497     // If comparing a live-in value against a constant, see if we know the
498     // live-in value on any predecessors.
499     if (isa<Constant>(Cmp->getOperand(1)) && Cmp->getType()->isIntegerTy()) {
500       if (!isa<Instruction>(Cmp->getOperand(0)) ||
501           cast<Instruction>(Cmp->getOperand(0))->getParent() != BB) {
502         Constant *RHSCst = cast<Constant>(Cmp->getOperand(1));
503
504         for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);PI != E; ++PI){
505           BasicBlock *P = *PI;
506           // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
507           // predecessor, use that information to try to thread this block.
508           LazyValueInfo::Tristate Res =
509             LVI->getPredicateOnEdge(Cmp->getPredicate(), Cmp->getOperand(0),
510                                     RHSCst, P, BB);
511           if (Res == LazyValueInfo::Unknown)
512             continue;
513
514           Constant *ResC = ConstantInt::get(Cmp->getType(), Res);
515           Result.push_back(std::make_pair(ResC, P));
516         }
517
518         return !Result.empty();
519       }
520
521       // Try to find a constant value for the LHS of a comparison,
522       // and evaluate it statically if we can.
523       if (Constant *CmpConst = dyn_cast<Constant>(Cmp->getOperand(1))) {
524         PredValueInfoTy LHSVals;
525         ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, LHSVals,
526                                         WantInteger);
527
528         for (unsigned i = 0, e = LHSVals.size(); i != e; ++i) {
529           Constant *V = LHSVals[i].first;
530           Constant *Folded = ConstantExpr::getCompare(Cmp->getPredicate(),
531                                                       V, CmpConst);
532           if (Constant *KC = getKnownConstant(Folded, WantInteger))
533             Result.push_back(std::make_pair(KC, LHSVals[i].second));
534         }
535
536         return !Result.empty();
537       }
538     }
539   }
540
541   // If all else fails, see if LVI can figure out a constant value for us.
542   Constant *CI = LVI->getConstant(V, BB);
543   if (Constant *KC = getKnownConstant(CI, Preference)) {
544     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
545       Result.push_back(std::make_pair(KC, *PI));
546   }
547
548   return !Result.empty();
549 }
550
551
552
553 /// GetBestDestForBranchOnUndef - If we determine that the specified block ends
554 /// in an undefined jump, decide which block is best to revector to.
555 ///
556 /// Since we can pick an arbitrary destination, we pick the successor with the
557 /// fewest predecessors.  This should reduce the in-degree of the others.
558 ///
559 static unsigned GetBestDestForJumpOnUndef(BasicBlock *BB) {
560   TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
561   unsigned MinSucc = 0;
562   BasicBlock *TestBB = BBTerm->getSuccessor(MinSucc);
563   // Compute the successor with the minimum number of predecessors.
564   unsigned MinNumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
565   for (unsigned i = 1, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
566     TestBB = BBTerm->getSuccessor(i);
567     unsigned NumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
568     if (NumPreds < MinNumPreds)
569       MinSucc = i;
570   }
571
572   return MinSucc;
573 }
574
575 /// ProcessBlock - If there are any predecessors whose control can be threaded
576 /// through to a successor, transform them now.
577 bool JumpThreading::ProcessBlock(BasicBlock *BB) {
578   // If the block is trivially dead, just return and let the caller nuke it.
579   // This simplifies other transformations.
580   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
581       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
582     return false;
583
584   // If this block has a single predecessor, and if that pred has a single
585   // successor, merge the blocks.  This encourages recursive jump threading
586   // because now the condition in this block can be threaded through
587   // predecessors of our predecessor block.
588   if (BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor()) {
589     if (SinglePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
590         SinglePred != BB) {
591       // If SinglePred was a loop header, BB becomes one.
592       if (LoopHeaders.erase(SinglePred))
593         LoopHeaders.insert(BB);
594
595       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
596       // will need to move BB back to the entry position.
597       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
598       LVI->eraseBlock(SinglePred);
599       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB);
600
601       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
602         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
603       return true;
604     }
605   }
606
607   // What kind of constant we're looking for.
608   ConstantPreference Preference = WantInteger;
609
610   // Look to see if the terminator is a conditional branch, switch or indirect
611   // branch, if not we can't thread it.
612   Value *Condition;
613   Instruction *Terminator = BB->getTerminator();
614   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Terminator)) {
615     // Can't thread an unconditional jump.
616     if (BI->isUnconditional()) return false;
617     Condition = BI->getCondition();
618   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(Terminator)) {
619     Condition = SI->getCondition();
620   } else if (IndirectBrInst *IB = dyn_cast<IndirectBrInst>(Terminator)) {
621     Condition = IB->getAddress()->stripPointerCasts();
622     Preference = WantBlockAddress;
623   } else {
624     return false; // Must be an invoke.
625   }
626
627   // If the terminator is branching on an undef, we can pick any of the
628   // successors to branch to.  Let GetBestDestForJumpOnUndef decide.
629   if (isa<UndefValue>(Condition)) {
630     unsigned BestSucc = GetBestDestForJumpOnUndef(BB);
631
632     // Fold the branch/switch.
633     TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
634     for (unsigned i = 0, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
635       if (i == BestSucc) continue;
636       BBTerm->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB, true);
637     }
638
639     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
640           << "' folding undef terminator: " << *BBTerm << '\n');
641     BranchInst::Create(BBTerm->getSuccessor(BestSucc), BBTerm);
642     BBTerm->eraseFromParent();
643     return true;
644   }
645
646   // If the terminator of this block is branching on a constant, simplify the
647   // terminator to an unconditional branch.  This can occur due to threading in
648   // other blocks.
649   if (getKnownConstant(Condition, Preference)) {
650     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
651           << "' folding terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
652     ++NumFolds;
653     ConstantFoldTerminator(BB);
654     return true;
655   }
656
657   Instruction *CondInst = dyn_cast<Instruction>(Condition);
658
659   // All the rest of our checks depend on the condition being an instruction.
660   if (CondInst == 0) {
661     // FIXME: Unify this with code below.
662     if (ProcessThreadableEdges(Condition, BB, Preference))
663       return true;
664     return false;
665   }
666
667
668   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(CondInst)) {
669     // For a comparison where the LHS is outside this block, it's possible
670     // that we've branched on it before.  Used LVI to see if we can simplify
671     // the branch based on that.
672     BranchInst *CondBr = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
673     Constant *CondConst = dyn_cast<Constant>(CondCmp->getOperand(1));
674     pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
675     if (CondBr && CondConst && CondBr->isConditional() && PI != PE &&
676         (!isa<Instruction>(CondCmp->getOperand(0)) ||
677          cast<Instruction>(CondCmp->getOperand(0))->getParent() != BB)) {
678       // For predecessor edge, determine if the comparison is true or false
679       // on that edge.  If they're all true or all false, we can simplify the
680       // branch.
681       // FIXME: We could handle mixed true/false by duplicating code.
682       LazyValueInfo::Tristate Baseline =
683         LVI->getPredicateOnEdge(CondCmp->getPredicate(), CondCmp->getOperand(0),
684                                 CondConst, *PI, BB);
685       if (Baseline != LazyValueInfo::Unknown) {
686         // Check that all remaining incoming values match the first one.
687         while (++PI != PE) {
688           LazyValueInfo::Tristate Ret =
689             LVI->getPredicateOnEdge(CondCmp->getPredicate(),
690                                     CondCmp->getOperand(0), CondConst, *PI, BB);
691           if (Ret != Baseline) break;
692         }
693
694         // If we terminated early, then one of the values didn't match.
695         if (PI == PE) {
696           unsigned ToRemove = Baseline == LazyValueInfo::True ? 1 : 0;
697           unsigned ToKeep = Baseline == LazyValueInfo::True ? 0 : 1;
698           CondBr->getSuccessor(ToRemove)->removePredecessor(BB, true);
699           BranchInst::Create(CondBr->getSuccessor(ToKeep), CondBr);
700           CondBr->eraseFromParent();
701           return true;
702         }
703       }
704     }
705   }
706
707   // Check for some cases that are worth simplifying.  Right now we want to look
708   // for loads that are used by a switch or by the condition for the branch.  If
709   // we see one, check to see if it's partially redundant.  If so, insert a PHI
710   // which can then be used to thread the values.
711   //
712   Value *SimplifyValue = CondInst;
713   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(SimplifyValue))
714     if (isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)))
715       SimplifyValue = CondCmp->getOperand(0);
716
717   // TODO: There are other places where load PRE would be profitable, such as
718   // more complex comparisons.
719   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SimplifyValue))
720     if (SimplifyPartiallyRedundantLoad(LI))
721       return true;
722
723
724   // Handle a variety of cases where we are branching on something derived from
725   // a PHI node in the current block.  If we can prove that any predecessors
726   // compute a predictable value based on a PHI node, thread those predecessors.
727   //
728   if (ProcessThreadableEdges(CondInst, BB, Preference))
729     return true;
730
731   // If this is an otherwise-unfoldable branch on a phi node in the current
732   // block, see if we can simplify.
733   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(CondInst))
734     if (PN->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
735       return ProcessBranchOnPHI(PN);
736
737
738   // If this is an otherwise-unfoldable branch on a XOR, see if we can simplify.
739   if (CondInst->getOpcode() == Instruction::Xor &&
740       CondInst->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
741     return ProcessBranchOnXOR(cast<BinaryOperator>(CondInst));
742
743
744   // TODO: If we have: "br (X > 0)"  and we have a predecessor where we know
745   // "(X == 4)", thread through this block.
746
747   return false;
748 }
749
750
751 /// SimplifyPartiallyRedundantLoad - If LI is an obviously partially redundant
752 /// load instruction, eliminate it by replacing it with a PHI node.  This is an
753 /// important optimization that encourages jump threading, and needs to be run
754 /// interlaced with other jump threading tasks.
755 bool JumpThreading::SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI) {
756   // Don't hack volatile loads.
757   if (LI->isVolatile()) return false;
758
759   // If the load is defined in a block with exactly one predecessor, it can't be
760   // partially redundant.
761   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
762   if (LoadBB->getSinglePredecessor())
763     return false;
764
765   Value *LoadedPtr = LI->getOperand(0);
766
767   // If the loaded operand is defined in the LoadBB, it can't be available.
768   // TODO: Could do simple PHI translation, that would be fun :)
769   if (Instruction *PtrOp = dyn_cast<Instruction>(LoadedPtr))
770     if (PtrOp->getParent() == LoadBB)
771       return false;
772
773   // Scan a few instructions up from the load, to see if it is obviously live at
774   // the entry to its block.
775   BasicBlock::iterator BBIt = LI;
776
777   if (Value *AvailableVal =
778         FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, LoadBB, BBIt, 6)) {
779     // If the value if the load is locally available within the block, just use
780     // it.  This frequently occurs for reg2mem'd allocas.
781     //cerr << "LOAD ELIMINATED:\n" << *BBIt << *LI << "\n";
782
783     // If the returned value is the load itself, replace with an undef. This can
784     // only happen in dead loops.
785     if (AvailableVal == LI) AvailableVal = UndefValue::get(LI->getType());
786     LI->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
787     LI->eraseFromParent();
788     return true;
789   }
790
791   // Otherwise, if we scanned the whole block and got to the top of the block,
792   // we know the block is locally transparent to the load.  If not, something
793   // might clobber its value.
794   if (BBIt != LoadBB->begin())
795     return false;
796
797
798   SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> PredsScanned;
799   typedef SmallVector<std::pair<BasicBlock*, Value*>, 8> AvailablePredsTy;
800   AvailablePredsTy AvailablePreds;
801   BasicBlock *OneUnavailablePred = 0;
802
803   // If we got here, the loaded value is transparent through to the start of the
804   // block.  Check to see if it is available in any of the predecessor blocks.
805   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
806        PI != PE; ++PI) {
807     BasicBlock *PredBB = *PI;
808
809     // If we already scanned this predecessor, skip it.
810     if (!PredsScanned.insert(PredBB))
811       continue;
812
813     // Scan the predecessor to see if the value is available in the pred.
814     BBIt = PredBB->end();
815     Value *PredAvailable = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, PredBB, BBIt, 6);
816     if (!PredAvailable) {
817       OneUnavailablePred = PredBB;
818       continue;
819     }
820
821     // If so, this load is partially redundant.  Remember this info so that we
822     // can create a PHI node.
823     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(PredBB, PredAvailable));
824   }
825
826   // If the loaded value isn't available in any predecessor, it isn't partially
827   // redundant.
828   if (AvailablePreds.empty()) return false;
829
830   // Okay, the loaded value is available in at least one (and maybe all!)
831   // predecessors.  If the value is unavailable in more than one unique
832   // predecessor, we want to insert a merge block for those common predecessors.
833   // This ensures that we only have to insert one reload, thus not increasing
834   // code size.
835   BasicBlock *UnavailablePred = 0;
836
837   // If there is exactly one predecessor where the value is unavailable, the
838   // already computed 'OneUnavailablePred' block is it.  If it ends in an
839   // unconditional branch, we know that it isn't a critical edge.
840   if (PredsScanned.size() == AvailablePreds.size()+1 &&
841       OneUnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1) {
842     UnavailablePred = OneUnavailablePred;
843   } else if (PredsScanned.size() != AvailablePreds.size()) {
844     // Otherwise, we had multiple unavailable predecessors or we had a critical
845     // edge from the one.
846     SmallVector<BasicBlock*, 8> PredsToSplit;
847     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> AvailablePredSet;
848
849     for (unsigned i = 0, e = AvailablePreds.size(); i != e; ++i)
850       AvailablePredSet.insert(AvailablePreds[i].first);
851
852     // Add all the unavailable predecessors to the PredsToSplit list.
853     for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
854          PI != PE; ++PI) {
855       BasicBlock *P = *PI;
856       // If the predecessor is an indirect goto, we can't split the edge.
857       if (isa<IndirectBrInst>(P->getTerminator()))
858         return false;
859
860       if (!AvailablePredSet.count(P))
861         PredsToSplit.push_back(P);
862     }
863
864     // Split them out to their own block.
865     UnavailablePred =
866       SplitBlockPredecessors(LoadBB, &PredsToSplit[0], PredsToSplit.size(),
867                              "thread-pre-split", this);
868   }
869
870   // If the value isn't available in all predecessors, then there will be
871   // exactly one where it isn't available.  Insert a load on that edge and add
872   // it to the AvailablePreds list.
873   if (UnavailablePred) {
874     assert(UnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
875            "Can't handle critical edge here!");
876     Value *NewVal = new LoadInst(LoadedPtr, LI->getName()+".pr", false,
877                                  LI->getAlignment(),
878                                  UnavailablePred->getTerminator());
879     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(UnavailablePred, NewVal));
880   }
881
882   // Now we know that each predecessor of this block has a value in
883   // AvailablePreds, sort them for efficient access as we're walking the preds.
884   array_pod_sort(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end());
885
886   // Create a PHI node at the start of the block for the PRE'd load value.
887   PHINode *PN = PHINode::Create(LI->getType(), "", LoadBB->begin());
888   PN->takeName(LI);
889
890   // Insert new entries into the PHI for each predecessor.  A single block may
891   // have multiple entries here.
892   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB); PI != E;
893        ++PI) {
894     BasicBlock *P = *PI;
895     AvailablePredsTy::iterator I =
896       std::lower_bound(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end(),
897                        std::make_pair(P, (Value*)0));
898
899     assert(I != AvailablePreds.end() && I->first == P &&
900            "Didn't find entry for predecessor!");
901
902     PN->addIncoming(I->second, I->first);
903   }
904
905   //cerr << "PRE: " << *LI << *PN << "\n";
906
907   LI->replaceAllUsesWith(PN);
908   LI->eraseFromParent();
909
910   return true;
911 }
912
913 /// FindMostPopularDest - The specified list contains multiple possible
914 /// threadable destinations.  Pick the one that occurs the most frequently in
915 /// the list.
916 static BasicBlock *
917 FindMostPopularDest(BasicBlock *BB,
918                     const SmallVectorImpl<std::pair<BasicBlock*,
919                                   BasicBlock*> > &PredToDestList) {
920   assert(!PredToDestList.empty());
921
922   // Determine popularity.  If there are multiple possible destinations, we
923   // explicitly choose to ignore 'undef' destinations.  We prefer to thread
924   // blocks with known and real destinations to threading undef.  We'll handle
925   // them later if interesting.
926   DenseMap<BasicBlock*, unsigned> DestPopularity;
927   for (unsigned i = 0, e = PredToDestList.size(); i != e; ++i)
928     if (PredToDestList[i].second)
929       DestPopularity[PredToDestList[i].second]++;
930
931   // Find the most popular dest.
932   DenseMap<BasicBlock*, unsigned>::iterator DPI = DestPopularity.begin();
933   BasicBlock *MostPopularDest = DPI->first;
934   unsigned Popularity = DPI->second;
935   SmallVector<BasicBlock*, 4> SamePopularity;
936
937   for (++DPI; DPI != DestPopularity.end(); ++DPI) {
938     // If the popularity of this entry isn't higher than the popularity we've
939     // seen so far, ignore it.
940     if (DPI->second < Popularity)
941       ; // ignore.
942     else if (DPI->second == Popularity) {
943       // If it is the same as what we've seen so far, keep track of it.
944       SamePopularity.push_back(DPI->first);
945     } else {
946       // If it is more popular, remember it.
947       SamePopularity.clear();
948       MostPopularDest = DPI->first;
949       Popularity = DPI->second;
950     }
951   }
952
953   // Okay, now we know the most popular destination.  If there is more than
954   // destination, we need to determine one.  This is arbitrary, but we need
955   // to make a deterministic decision.  Pick the first one that appears in the
956   // successor list.
957   if (!SamePopularity.empty()) {
958     SamePopularity.push_back(MostPopularDest);
959     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
960     for (unsigned i = 0; ; ++i) {
961       assert(i != TI->getNumSuccessors() && "Didn't find any successor!");
962
963       if (std::find(SamePopularity.begin(), SamePopularity.end(),
964                     TI->getSuccessor(i)) == SamePopularity.end())
965         continue;
966
967       MostPopularDest = TI->getSuccessor(i);
968       break;
969     }
970   }
971
972   // Okay, we have finally picked the most popular destination.
973   return MostPopularDest;
974 }
975
976 bool JumpThreading::ProcessThreadableEdges(Value *Cond, BasicBlock *BB,
977                                            ConstantPreference Preference) {
978   // If threading this would thread across a loop header, don't even try to
979   // thread the edge.
980   if (LoopHeaders.count(BB))
981     return false;
982
983   PredValueInfoTy PredValues;
984   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(Cond, BB, PredValues, Preference))
985     return false;
986
987   assert(!PredValues.empty() &&
988          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
989
990   DEBUG(dbgs() << "IN BB: " << *BB;
991         for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i) {
992           dbgs() << "  BB '" << BB->getName() << "': FOUND condition = "
993             << *PredValues[i].first
994             << " for pred '" << PredValues[i].second->getName() << "'.\n";
995         });
996
997   // Decide what we want to thread through.  Convert our list of known values to
998   // a list of known destinations for each pred.  This also discards duplicate
999   // predecessors and keeps track of the undefined inputs (which are represented
1000   // as a null dest in the PredToDestList).
1001   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SeenPreds;
1002   SmallVector<std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*>, 16> PredToDestList;
1003
1004   BasicBlock *OnlyDest = 0;
1005   BasicBlock *MultipleDestSentinel = (BasicBlock*)(intptr_t)~0ULL;
1006
1007   for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i) {
1008     BasicBlock *Pred = PredValues[i].second;
1009     if (!SeenPreds.insert(Pred))
1010       continue;  // Duplicate predecessor entry.
1011
1012     // If the predecessor ends with an indirect goto, we can't change its
1013     // destination.
1014     if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator()))
1015       continue;
1016
1017     Constant *Val = PredValues[i].first;
1018
1019     BasicBlock *DestBB;
1020     if (isa<UndefValue>(Val))
1021       DestBB = 0;
1022     else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
1023       DestBB = BI->getSuccessor(cast<ConstantInt>(Val)->isZero());
1024     else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator()))
1025       DestBB = SI->getSuccessor(SI->findCaseValue(cast<ConstantInt>(Val)));
1026     else {
1027       assert(isa<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())
1028               && "Unexpected terminator");
1029       DestBB = cast<BlockAddress>(Val)->getBasicBlock();
1030     }
1031
1032     // If we have exactly one destination, remember it for efficiency below.
1033     if (i == 0)
1034       OnlyDest = DestBB;
1035     else if (OnlyDest != DestBB)
1036       OnlyDest = MultipleDestSentinel;
1037
1038     PredToDestList.push_back(std::make_pair(Pred, DestBB));
1039   }
1040
1041   // If all edges were unthreadable, we fail.
1042   if (PredToDestList.empty())
1043     return false;
1044
1045   // Determine which is the most common successor.  If we have many inputs and
1046   // this block is a switch, we want to start by threading the batch that goes
1047   // to the most popular destination first.  If we only know about one
1048   // threadable destination (the common case) we can avoid this.
1049   BasicBlock *MostPopularDest = OnlyDest;
1050
1051   if (MostPopularDest == MultipleDestSentinel)
1052     MostPopularDest = FindMostPopularDest(BB, PredToDestList);
1053
1054   // Now that we know what the most popular destination is, factor all
1055   // predecessors that will jump to it into a single predecessor.
1056   SmallVector<BasicBlock*, 16> PredsToFactor;
1057   for (unsigned i = 0, e = PredToDestList.size(); i != e; ++i)
1058     if (PredToDestList[i].second == MostPopularDest) {
1059       BasicBlock *Pred = PredToDestList[i].first;
1060
1061       // This predecessor may be a switch or something else that has multiple
1062       // edges to the block.  Factor each of these edges by listing them
1063       // according to # occurrences in PredsToFactor.
1064       TerminatorInst *PredTI = Pred->getTerminator();
1065       for (unsigned i = 0, e = PredTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1066         if (PredTI->getSuccessor(i) == BB)
1067           PredsToFactor.push_back(Pred);
1068     }
1069
1070   // If the threadable edges are branching on an undefined value, we get to pick
1071   // the destination that these predecessors should get to.
1072   if (MostPopularDest == 0)
1073     MostPopularDest = BB->getTerminator()->
1074                             getSuccessor(GetBestDestForJumpOnUndef(BB));
1075
1076   // Ok, try to thread it!
1077   return ThreadEdge(BB, PredsToFactor, MostPopularDest);
1078 }
1079
1080 /// ProcessBranchOnPHI - We have an otherwise unthreadable conditional branch on
1081 /// a PHI node in the current block.  See if there are any simplifications we
1082 /// can do based on inputs to the phi node.
1083 ///
1084 bool JumpThreading::ProcessBranchOnPHI(PHINode *PN) {
1085   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1086
1087   // TODO: We could make use of this to do it once for blocks with common PHI
1088   // values.
1089   SmallVector<BasicBlock*, 1> PredBBs;
1090   PredBBs.resize(1);
1091
1092   // If any of the predecessor blocks end in an unconditional branch, we can
1093   // *duplicate* the conditional branch into that block in order to further
1094   // encourage jump threading and to eliminate cases where we have branch on a
1095   // phi of an icmp (branch on icmp is much better).
1096   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1097     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1098     if (BranchInst *PredBr = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator()))
1099       if (PredBr->isUnconditional()) {
1100         PredBBs[0] = PredBB;
1101         // Try to duplicate BB into PredBB.
1102         if (DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, PredBBs))
1103           return true;
1104       }
1105   }
1106
1107   return false;
1108 }
1109
1110 /// ProcessBranchOnXOR - We have an otherwise unthreadable conditional branch on
1111 /// a xor instruction in the current block.  See if there are any
1112 /// simplifications we can do based on inputs to the xor.
1113 ///
1114 bool JumpThreading::ProcessBranchOnXOR(BinaryOperator *BO) {
1115   BasicBlock *BB = BO->getParent();
1116
1117   // If either the LHS or RHS of the xor is a constant, don't do this
1118   // optimization.
1119   if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(0)) ||
1120       isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
1121     return false;
1122
1123   // If the first instruction in BB isn't a phi, we won't be able to infer
1124   // anything special about any particular predecessor.
1125   if (!isa<PHINode>(BB->front()))
1126     return false;
1127
1128   // If we have a xor as the branch input to this block, and we know that the
1129   // LHS or RHS of the xor in any predecessor is true/false, then we can clone
1130   // the condition into the predecessor and fix that value to true, saving some
1131   // logical ops on that path and encouraging other paths to simplify.
1132   //
1133   // This copies something like this:
1134   //
1135   //  BB:
1136   //    %X = phi i1 [1],  [%X']
1137   //    %Y = icmp eq i32 %A, %B
1138   //    %Z = xor i1 %X, %Y
1139   //    br i1 %Z, ...
1140   //
1141   // Into:
1142   //  BB':
1143   //    %Y = icmp ne i32 %A, %B
1144   //    br i1 %Z, ...
1145
1146   PredValueInfoTy XorOpValues;
1147   bool isLHS = true;
1148   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(0), BB, XorOpValues,
1149                                        WantInteger)) {
1150     assert(XorOpValues.empty());
1151     if (!ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(1), BB, XorOpValues,
1152                                          WantInteger))
1153       return false;
1154     isLHS = false;
1155   }
1156
1157   assert(!XorOpValues.empty() &&
1158          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
1159
1160   // Scan the information to see which is most popular: true or false.  The
1161   // predecessors can be of the set true, false, or undef.
1162   unsigned NumTrue = 0, NumFalse = 0;
1163   for (unsigned i = 0, e = XorOpValues.size(); i != e; ++i) {
1164     if (isa<UndefValue>(XorOpValues[i].first))
1165       // Ignore undefs for the count.
1166       continue;
1167     if (cast<ConstantInt>(XorOpValues[i].first)->isZero())
1168       ++NumFalse;
1169     else
1170       ++NumTrue;
1171   }
1172
1173   // Determine which value to split on, true, false, or undef if neither.
1174   ConstantInt *SplitVal = 0;
1175   if (NumTrue > NumFalse)
1176     SplitVal = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
1177   else if (NumTrue != 0 || NumFalse != 0)
1178     SplitVal = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
1179
1180   // Collect all of the blocks that this can be folded into so that we can
1181   // factor this once and clone it once.
1182   SmallVector<BasicBlock*, 8> BlocksToFoldInto;
1183   for (unsigned i = 0, e = XorOpValues.size(); i != e; ++i) {
1184     if (XorOpValues[i].first != SplitVal &&
1185         !isa<UndefValue>(XorOpValues[i].first))
1186       continue;
1187
1188     BlocksToFoldInto.push_back(XorOpValues[i].second);
1189   }
1190
1191   // If we inferred a value for all of the predecessors, then duplication won't
1192   // help us.  However, we can just replace the LHS or RHS with the constant.
1193   if (BlocksToFoldInto.size() ==
1194       cast<PHINode>(BB->front()).getNumIncomingValues()) {
1195     if (SplitVal == 0) {
1196       // If all preds provide undef, just nuke the xor, because it is undef too.
1197       BO->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BO->getType()));
1198       BO->eraseFromParent();
1199     } else if (SplitVal->isZero()) {
1200       // If all preds provide 0, replace the xor with the other input.
1201       BO->replaceAllUsesWith(BO->getOperand(isLHS));
1202       BO->eraseFromParent();
1203     } else {
1204       // If all preds provide 1, set the computed value to 1.
1205       BO->setOperand(!isLHS, SplitVal);
1206     }
1207
1208     return true;
1209   }
1210
1211   // Try to duplicate BB into PredBB.
1212   return DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, BlocksToFoldInto);
1213 }
1214
1215
1216 /// AddPHINodeEntriesForMappedBlock - We're adding 'NewPred' as a new
1217 /// predecessor to the PHIBB block.  If it has PHI nodes, add entries for
1218 /// NewPred using the entries from OldPred (suitably mapped).
1219 static void AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BasicBlock *PHIBB,
1220                                             BasicBlock *OldPred,
1221                                             BasicBlock *NewPred,
1222                                      DenseMap<Instruction*, Value*> &ValueMap) {
1223   for (BasicBlock::iterator PNI = PHIBB->begin();
1224        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PNI); ++PNI) {
1225     // Ok, we have a PHI node.  Figure out what the incoming value was for the
1226     // DestBlock.
1227     Value *IV = PN->getIncomingValueForBlock(OldPred);
1228
1229     // Remap the value if necessary.
1230     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(IV)) {
1231       DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMap.find(Inst);
1232       if (I != ValueMap.end())
1233         IV = I->second;
1234     }
1235
1236     PN->addIncoming(IV, NewPred);
1237   }
1238 }
1239
1240 /// ThreadEdge - We have decided that it is safe and profitable to factor the
1241 /// blocks in PredBBs to one predecessor, then thread an edge from it to SuccBB
1242 /// across BB.  Transform the IR to reflect this change.
1243 bool JumpThreading::ThreadEdge(BasicBlock *BB,
1244                                const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &PredBBs,
1245                                BasicBlock *SuccBB) {
1246   // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
1247   if (SuccBB == BB) {
1248     DEBUG(dbgs() << "  Not threading across BB '" << BB->getName()
1249           << "' - would thread to self!\n");
1250     return false;
1251   }
1252
1253   // If threading this would thread across a loop header, don't thread the edge.
1254   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1255   if (LoopHeaders.count(BB)) {
1256     DEBUG(dbgs() << "  Not threading across loop header BB '" << BB->getName()
1257           << "' to dest BB '" << SuccBB->getName()
1258           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
1259     return false;
1260   }
1261
1262   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
1263   if (JumpThreadCost > Threshold) {
1264     DEBUG(dbgs() << "  Not threading BB '" << BB->getName()
1265           << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n");
1266     return false;
1267   }
1268
1269   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors is needed.
1270   BasicBlock *PredBB;
1271   if (PredBBs.size() == 1)
1272     PredBB = PredBBs[0];
1273   else {
1274     DEBUG(dbgs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
1275           << " common predecessors.\n");
1276     PredBB = SplitBlockPredecessors(BB, &PredBBs[0], PredBBs.size(),
1277                                     ".thr_comm", this);
1278   }
1279
1280   // And finally, do it!
1281   DEBUG(dbgs() << "  Threading edge from '" << PredBB->getName() << "' to '"
1282         << SuccBB->getName() << "' with cost: " << JumpThreadCost
1283         << ", across block:\n    "
1284         << *BB << "\n");
1285
1286   LVI->threadEdge(PredBB, BB, SuccBB);
1287
1288   // We are going to have to map operands from the original BB block to the new
1289   // copy of the block 'NewBB'.  If there are PHI nodes in BB, evaluate them to
1290   // account for entry from PredBB.
1291   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1292
1293   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1294                                          BB->getName()+".thread",
1295                                          BB->getParent(), BB);
1296   NewBB->moveAfter(PredBB);
1297
1298   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1299   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1300     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1301
1302   // Clone the non-phi instructions of BB into NewBB, keeping track of the
1303   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1304   for (; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
1305     Instruction *New = BI->clone();
1306     New->setName(BI->getName());
1307     NewBB->getInstList().push_back(New);
1308     ValueMapping[BI] = New;
1309
1310     // Remap operands to patch up intra-block references.
1311     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1312       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1313         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1314         if (I != ValueMapping.end())
1315           New->setOperand(i, I->second);
1316       }
1317   }
1318
1319   // We didn't copy the terminator from BB over to NewBB, because there is now
1320   // an unconditional jump to SuccBB.  Insert the unconditional jump.
1321   BranchInst::Create(SuccBB, NewBB);
1322
1323   // Check to see if SuccBB has PHI nodes. If so, we need to add entries to the
1324   // PHI nodes for NewBB now.
1325   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(SuccBB, BB, NewBB, ValueMapping);
1326
1327   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1328   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1329   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1330   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1331   SSAUpdater SSAUpdate;
1332   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1333   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
1334     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1335     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1336     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
1337          ++UI) {
1338       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1339       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1340         if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
1341           continue;
1342       } else if (User->getParent() == BB)
1343         continue;
1344
1345       UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
1346     }
1347
1348     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1349     if (UsesToRename.empty())
1350       continue;
1351
1352     DEBUG(dbgs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
1353
1354     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1355     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1356     // with the two values we know.
1357     SSAUpdate.Initialize(I->getType(), I->getName());
1358     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
1359     SSAUpdate.AddAvailableValue(NewBB, ValueMapping[I]);
1360
1361     while (!UsesToRename.empty())
1362       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1363     DEBUG(dbgs() << "\n");
1364   }
1365
1366
1367   // Ok, NewBB is good to go.  Update the terminator of PredBB to jump to
1368   // NewBB instead of BB.  This eliminates predecessors from BB, which requires
1369   // us to simplify any PHI nodes in BB.
1370   TerminatorInst *PredTerm = PredBB->getTerminator();
1371   for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1372     if (PredTerm->getSuccessor(i) == BB) {
1373       BB->removePredecessor(PredBB, true);
1374       PredTerm->setSuccessor(i, NewBB);
1375     }
1376
1377   // At this point, the IR is fully up to date and consistent.  Do a quick scan
1378   // over the new instructions and zap any that are constants or dead.  This
1379   // frequently happens because of phi translation.
1380   SimplifyInstructionsInBlock(NewBB, TD);
1381
1382   // Threaded an edge!
1383   ++NumThreads;
1384   return true;
1385 }
1386
1387 /// DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred - PredBB contains an unconditional branch
1388 /// to BB which contains an i1 PHI node and a conditional branch on that PHI.
1389 /// If we can duplicate the contents of BB up into PredBB do so now, this
1390 /// improves the odds that the branch will be on an analyzable instruction like
1391 /// a compare.
1392 bool JumpThreading::DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BasicBlock *BB,
1393                                  const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PredBBs) {
1394   assert(!PredBBs.empty() && "Can't handle an empty set");
1395
1396   // If BB is a loop header, then duplicating this block outside the loop would
1397   // cause us to transform this into an irreducible loop, don't do this.
1398   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1399   if (LoopHeaders.count(BB)) {
1400     DEBUG(dbgs() << "  Not duplicating loop header '" << BB->getName()
1401           << "' into predecessor block '" << PredBBs[0]->getName()
1402           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
1403     return false;
1404   }
1405
1406   unsigned DuplicationCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
1407   if (DuplicationCost > Threshold) {
1408     DEBUG(dbgs() << "  Not duplicating BB '" << BB->getName()
1409           << "' - Cost is too high: " << DuplicationCost << "\n");
1410     return false;
1411   }
1412
1413   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors is needed.
1414   BasicBlock *PredBB;
1415   if (PredBBs.size() == 1)
1416     PredBB = PredBBs[0];
1417   else {
1418     DEBUG(dbgs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
1419           << " common predecessors.\n");
1420     PredBB = SplitBlockPredecessors(BB, &PredBBs[0], PredBBs.size(),
1421                                     ".thr_comm", this);
1422   }
1423
1424   // Okay, we decided to do this!  Clone all the instructions in BB onto the end
1425   // of PredBB.
1426   DEBUG(dbgs() << "  Duplicating block '" << BB->getName() << "' into end of '"
1427         << PredBB->getName() << "' to eliminate branch on phi.  Cost: "
1428         << DuplicationCost << " block is:" << *BB << "\n");
1429
1430   // Unless PredBB ends with an unconditional branch, split the edge so that we
1431   // can just clone the bits from BB into the end of the new PredBB.
1432   BranchInst *OldPredBranch = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
1433
1434   if (OldPredBranch == 0 || !OldPredBranch->isUnconditional()) {
1435     PredBB = SplitEdge(PredBB, BB, this);
1436     OldPredBranch = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
1437   }
1438
1439   // We are going to have to map operands from the original BB block into the
1440   // PredBB block.  Evaluate PHI nodes in BB.
1441   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1442
1443   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1444   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1445     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1446
1447   // Clone the non-phi instructions of BB into PredBB, keeping track of the
1448   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1449   for (; BI != BB->end(); ++BI) {
1450     Instruction *New = BI->clone();
1451
1452     // Remap operands to patch up intra-block references.
1453     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1454       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1455         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1456         if (I != ValueMapping.end())
1457           New->setOperand(i, I->second);
1458       }
1459
1460     // If this instruction can be simplified after the operands are updated,
1461     // just use the simplified value instead.  This frequently happens due to
1462     // phi translation.
1463     if (Value *IV = SimplifyInstruction(New, TD)) {
1464       delete New;
1465       ValueMapping[BI] = IV;
1466     } else {
1467       // Otherwise, insert the new instruction into the block.
1468       New->setName(BI->getName());
1469       PredBB->getInstList().insert(OldPredBranch, New);
1470       ValueMapping[BI] = New;
1471     }
1472   }
1473
1474   // Check to see if the targets of the branch had PHI nodes. If so, we need to
1475   // add entries to the PHI nodes for branch from PredBB now.
1476   BranchInst *BBBranch = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1477   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(0), BB, PredBB,
1478                                   ValueMapping);
1479   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(1), BB, PredBB,
1480                                   ValueMapping);
1481
1482   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1483   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1484   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1485   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1486   SSAUpdater SSAUpdate;
1487   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1488   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
1489     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1490     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1491     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
1492          ++UI) {
1493       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1494       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1495         if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
1496           continue;
1497       } else if (User->getParent() == BB)
1498         continue;
1499
1500       UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
1501     }
1502
1503     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1504     if (UsesToRename.empty())
1505       continue;
1506
1507     DEBUG(dbgs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
1508
1509     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1510     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1511     // with the two values we know.
1512     SSAUpdate.Initialize(I->getType(), I->getName());
1513     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
1514     SSAUpdate.AddAvailableValue(PredBB, ValueMapping[I]);
1515
1516     while (!UsesToRename.empty())
1517       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1518     DEBUG(dbgs() << "\n");
1519   }
1520
1521   // PredBB no longer jumps to BB, remove entries in the PHI node for the edge
1522   // that we nuked.
1523   BB->removePredecessor(PredBB, true);
1524
1525   // Remove the unconditional branch at the end of the PredBB block.
1526   OldPredBranch->eraseFromParent();
1527
1528   ++NumDupes;
1529   return true;
1530 }
1531
1532