Restore minor deletion.
[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/Pass.h"
18 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
19 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
20 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
21 #include "llvm/Target/TargetData.h"
22 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
23 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
24 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
25 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
26 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
27 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
28 #include "llvm/Support/Compiler.h"
29 #include "llvm/Support/Debug.h"
30 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
31 using namespace llvm;
32
33 STATISTIC(NumThreads, "Number of jumps threaded");
34 STATISTIC(NumFolds,   "Number of terminators folded");
35
36 static cl::opt<unsigned>
37 Threshold("jump-threading-threshold", 
38           cl::desc("Max block size to duplicate for jump threading"),
39           cl::init(6), cl::Hidden);
40
41 namespace {
42   /// This pass performs 'jump threading', which looks at blocks that have
43   /// multiple predecessors and multiple successors.  If one or more of the
44   /// predecessors of the block can be proven to always jump to one of the
45   /// successors, we forward the edge from the predecessor to the successor by
46   /// duplicating the contents of this block.
47   ///
48   /// An example of when this can occur is code like this:
49   ///
50   ///   if () { ...
51   ///     X = 4;
52   ///   }
53   ///   if (X < 3) {
54   ///
55   /// In this case, the unconditional branch at the end of the first if can be
56   /// revectored to the false side of the second if.
57   ///
58   class VISIBILITY_HIDDEN JumpThreading : public FunctionPass {
59     TargetData *TD;
60 #ifdef NDEBUG
61     SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> LoopHeaders;
62 #else
63     SmallSet<AssertingVH<BasicBlock>, 16> LoopHeaders;
64 #endif
65   public:
66     static char ID; // Pass identification
67     JumpThreading() : FunctionPass(&ID) {}
68
69     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
70       AU.addRequired<TargetData>();
71     }
72
73     bool runOnFunction(Function &F);
74     void FindLoopHeaders(Function &F);
75     
76     bool ProcessBlock(BasicBlock *BB);
77     bool ThreadEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *PredBB, BasicBlock *SuccBB,
78                     unsigned JumpThreadCost);
79     BasicBlock *FactorCommonPHIPreds(PHINode *PN, Constant *CstVal);
80     bool ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
81     bool ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
82
83     bool ProcessJumpOnPHI(PHINode *PN);
84     bool ProcessBranchOnLogical(Value *V, BasicBlock *BB, bool isAnd);
85     bool ProcessBranchOnCompare(CmpInst *Cmp, BasicBlock *BB);
86     
87     bool SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI);
88   };
89 }
90
91 char JumpThreading::ID = 0;
92 static RegisterPass<JumpThreading>
93 X("jump-threading", "Jump Threading");
94
95 // Public interface to the Jump Threading pass
96 FunctionPass *llvm::createJumpThreadingPass() { return new JumpThreading(); }
97
98 /// runOnFunction - Top level algorithm.
99 ///
100 bool JumpThreading::runOnFunction(Function &F) {
101   DOUT << "Jump threading on function '" << F.getNameStart() << "'\n";
102   TD = &getAnalysis<TargetData>();
103   
104   FindLoopHeaders(F);
105   
106   bool AnotherIteration = true, EverChanged = false;
107   while (AnotherIteration) {
108     AnotherIteration = false;
109     bool Changed = false;
110     for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E;) {
111       BasicBlock *BB = I;
112       while (ProcessBlock(BB))
113         Changed = true;
114       
115       ++I;
116       
117       // If the block is trivially dead, zap it.  This eliminates the successor
118       // edges which simplifies the CFG.
119       if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
120           BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
121         DOUT << "  JT: Deleting dead block '" << BB->getNameStart()
122              << "' with terminator: " << *BB->getTerminator();
123         LoopHeaders.erase(BB);
124         DeleteDeadBlock(BB);
125         Changed = true;
126       }
127     }
128     AnotherIteration = Changed;
129     EverChanged |= Changed;
130   }
131   
132   LoopHeaders.clear();
133   return EverChanged;
134 }
135
136 /// FindLoopHeaders - We do not want jump threading to turn proper loop
137 /// structures into irreducible loops.  Doing this breaks up the loop nesting
138 /// hierarchy and pessimizes later transformations.  To prevent this from
139 /// happening, we first have to find the loop headers.  Here we approximate this
140 /// by finding targets of backedges in the CFG.
141 ///
142 /// Note that there definitely are cases when we want to allow threading of
143 /// edges across a loop header.  For example, threading a jump from outside the
144 /// loop (the preheader) to an exit block of the loop is definitely profitable.
145 /// It is also almost always profitable to thread backedges from within the loop
146 /// to exit blocks, and is often profitable to thread backedges to other blocks
147 /// within the loop (forming a nested loop).  This simple analysis is not rich
148 /// enough to track all of these properties and keep it up-to-date as the CFG
149 /// mutates, so we don't allow any of these transformations.
150 ///
151 void JumpThreading::FindLoopHeaders(Function &F) {
152   SmallVector<std::pair<const BasicBlock*,const BasicBlock*>, 32> Edges;
153   FindFunctionBackedges(F, Edges);
154   
155   for (unsigned i = 0, e = Edges.size(); i != e; ++i)
156     LoopHeaders.insert(const_cast<BasicBlock*>(Edges[i].second));
157 }
158
159
160 /// FactorCommonPHIPreds - If there are multiple preds with the same incoming
161 /// value for the PHI, factor them together so we get one block to thread for
162 /// the whole group.
163 /// This is important for things like "phi i1 [true, true, false, true, x]"
164 /// where we only need to clone the block for the true blocks once.
165 ///
166 BasicBlock *JumpThreading::FactorCommonPHIPreds(PHINode *PN, Constant *CstVal) {
167   SmallVector<BasicBlock*, 16> CommonPreds;
168   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
169     if (PN->getIncomingValue(i) == CstVal)
170       CommonPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
171   
172   if (CommonPreds.size() == 1)
173     return CommonPreds[0];
174     
175   DOUT << "  Factoring out " << CommonPreds.size()
176        << " common predecessors.\n";
177   return SplitBlockPredecessors(PN->getParent(),
178                                 &CommonPreds[0], CommonPreds.size(),
179                                 ".thr_comm", this);
180 }
181   
182
183 /// getJumpThreadDuplicationCost - Return the cost of duplicating this block to
184 /// thread across it.
185 static unsigned getJumpThreadDuplicationCost(const BasicBlock *BB) {
186   /// Ignore PHI nodes, these will be flattened when duplication happens.
187   BasicBlock::const_iterator I = BB->getFirstNonPHI();
188
189   // Sum up the cost of each instruction until we get to the terminator.  Don't
190   // include the terminator because the copy won't include it.
191   unsigned Size = 0;
192   for (; !isa<TerminatorInst>(I); ++I) {
193     // Debugger intrinsics don't incur code size.
194     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
195     
196     // If this is a pointer->pointer bitcast, it is free.
197     if (isa<BitCastInst>(I) && isa<PointerType>(I->getType()))
198       continue;
199     
200     // All other instructions count for at least one unit.
201     ++Size;
202     
203     // Calls are more expensive.  If they are non-intrinsic calls, we model them
204     // as having cost of 4.  If they are a non-vector intrinsic, we model them
205     // as having cost of 2 total, and if they are a vector intrinsic, we model
206     // them as having cost 1.
207     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
208       if (!isa<IntrinsicInst>(CI))
209         Size += 3;
210       else if (isa<VectorType>(CI->getType()))
211         Size += 1;
212     }
213   }
214   
215   // Threading through a switch statement is particularly profitable.  If this
216   // block ends in a switch, decrease its cost to make it more likely to happen.
217   if (isa<SwitchInst>(I))
218     Size = Size > 6 ? Size-6 : 0;
219   
220   return Size;
221 }
222
223 /// ProcessBlock - If there are any predecessors whose control can be threaded
224 /// through to a successor, transform them now.
225 bool JumpThreading::ProcessBlock(BasicBlock *BB) {
226   // If this block has a single predecessor, and if that pred has a single
227   // successor, merge the blocks.  This encourages recursive jump threading
228   // because now the condition in this block can be threaded through
229   // predecessors of our predecessor block.
230   if (BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor())
231     if (SinglePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
232         SinglePred != BB) {
233       // If SinglePred was a loop header, BB becomes one.
234       if (LoopHeaders.erase(SinglePred))
235         LoopHeaders.insert(BB);
236       
237       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
238       // will need to move BB back to the entry position.
239       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
240       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB);
241       
242       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
243         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
244       return true;
245     }
246   
247   // See if this block ends with a branch or switch.  If so, see if the
248   // condition is a phi node.  If so, and if an entry of the phi node is a
249   // constant, we can thread the block.
250   Value *Condition;
251   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
252     // Can't thread an unconditional jump.
253     if (BI->isUnconditional()) return false;
254     Condition = BI->getCondition();
255   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator()))
256     Condition = SI->getCondition();
257   else
258     return false; // Must be an invoke.
259   
260   // If the terminator of this block is branching on a constant, simplify the
261   // terminator to an unconditional branch.  This can occur due to threading in
262   // other blocks.
263   if (isa<ConstantInt>(Condition)) {
264     DOUT << "  In block '" << BB->getNameStart()
265          << "' folding terminator: " << *BB->getTerminator();
266     ++NumFolds;
267     ConstantFoldTerminator(BB);
268     return true;
269   }
270   
271   // If the terminator is branching on an undef, we can pick any of the
272   // successors to branch to.  Since this is arbitrary, we pick the successor
273   // with the fewest predecessors.  This should reduce the in-degree of the
274   // others.
275   if (isa<UndefValue>(Condition)) {
276     TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
277     unsigned MinSucc = 0;
278     BasicBlock *TestBB = BBTerm->getSuccessor(MinSucc);
279     // Compute the successor with the minimum number of predecessors.
280     unsigned MinNumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
281     for (unsigned i = 1, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
282       TestBB = BBTerm->getSuccessor(i);
283       unsigned NumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
284       if (NumPreds < MinNumPreds)
285         MinSucc = i;
286     }
287     
288     // Fold the branch/switch.
289     for (unsigned i = 0, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
290       if (i == MinSucc) continue;
291       BBTerm->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
292     }
293     
294     DOUT << "  In block '" << BB->getNameStart()
295          << "' folding undef terminator: " << *BBTerm;
296     BranchInst::Create(BBTerm->getSuccessor(MinSucc), BBTerm);
297     BBTerm->eraseFromParent();
298     return true;
299   }
300   
301   Instruction *CondInst = dyn_cast<Instruction>(Condition);
302
303   // If the condition is an instruction defined in another block, see if a
304   // predecessor has the same condition:
305   //     br COND, BBX, BBY
306   //  BBX:
307   //     br COND, BBZ, BBW
308   if (!Condition->hasOneUse() && // Multiple uses.
309       (CondInst == 0 || CondInst->getParent() != BB)) { // Non-local definition.
310     pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
311     if (isa<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
312       for (; PI != E; ++PI)
313         if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
314           if (PBI->isConditional() && PBI->getCondition() == Condition &&
315               ProcessBranchOnDuplicateCond(*PI, BB))
316             return true;
317     } else {
318       assert(isa<SwitchInst>(BB->getTerminator()) && "Unknown jump terminator");
319       for (; PI != E; ++PI)
320         if (SwitchInst *PSI = dyn_cast<SwitchInst>((*PI)->getTerminator()))
321           if (PSI->getCondition() == Condition &&
322               ProcessSwitchOnDuplicateCond(*PI, BB))
323             return true;
324     }
325   }
326
327   // If there is only a single predecessor of this block, nothing to fold.
328   if (BB->getSinglePredecessor())
329     return false;
330   
331   // All the rest of our checks depend on the condition being an instruction.
332   if (CondInst == 0)
333     return false;
334   
335   // See if this is a phi node in the current block.
336   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(CondInst))
337     if (PN->getParent() == BB)
338       return ProcessJumpOnPHI(PN);
339   
340   // If this is a conditional branch whose condition is and/or of a phi, try to
341   // simplify it.
342   if ((CondInst->getOpcode() == Instruction::And || 
343        CondInst->getOpcode() == Instruction::Or) &&
344       isa<BranchInst>(BB->getTerminator()) &&
345       ProcessBranchOnLogical(CondInst, BB,
346                              CondInst->getOpcode() == Instruction::And))
347     return true;
348   
349   // If we have "br (phi != 42)" and the phi node has any constant values as 
350   // operands, we can thread through this block.
351   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(CondInst))
352     if (isa<PHINode>(CondCmp->getOperand(0)) &&
353         isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)) &&
354         ProcessBranchOnCompare(CondCmp, BB))
355       return true;
356
357   // Check for some cases that are worth simplifying.  Right now we want to look
358   // for loads that are used by a switch or by the condition for the branch.  If
359   // we see one, check to see if it's partially redundant.  If so, insert a PHI
360   // which can then be used to thread the values.
361   //
362   // This is particularly important because reg2mem inserts loads and stores all
363   // over the place, and this blocks jump threading if we don't zap them.
364   Value *SimplifyValue = CondInst;
365   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(SimplifyValue))
366     if (isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)))
367       SimplifyValue = CondCmp->getOperand(0);
368   
369   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SimplifyValue))
370     if (SimplifyPartiallyRedundantLoad(LI))
371       return true;
372   
373   // TODO: If we have: "br (X > 0)"  and we have a predecessor where we know
374   // "(X == 4)" thread through this block.
375   
376   return false;
377 }
378
379 /// ProcessBranchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
380 /// block that jump on exactly the same condition.  This means that we almost
381 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
382 ///  PREDBB:
383 ///     br COND, DESTBB, BBY
384 ///  DESTBB:
385 ///     br COND, BBZ, BBW
386 ///
387 /// If DESTBB has multiple predecessors, we can't just constant fold the branch
388 /// in DESTBB, we have to thread over it.
389 bool JumpThreading::ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
390                                                  BasicBlock *BB) {
391   BranchInst *PredBI = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
392   
393   // If both successors of PredBB go to DESTBB, we don't know anything.  We can
394   // fold the branch to an unconditional one, which allows other recursive
395   // simplifications.
396   bool BranchDir;
397   if (PredBI->getSuccessor(1) != BB)
398     BranchDir = true;
399   else if (PredBI->getSuccessor(0) != BB)
400     BranchDir = false;
401   else {
402     DOUT << "  In block '" << PredBB->getNameStart()
403          << "' folding terminator: " << *PredBB->getTerminator();
404     ++NumFolds;
405     ConstantFoldTerminator(PredBB);
406     return true;
407   }
408    
409   BranchInst *DestBI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
410
411   // If the dest block has one predecessor, just fix the branch condition to a
412   // constant and fold it.
413   if (BB->getSinglePredecessor()) {
414     DOUT << "  In block '" << BB->getNameStart()
415          << "' folding condition to '" << BranchDir << "': "
416          << *BB->getTerminator();
417     ++NumFolds;
418     DestBI->setCondition(ConstantInt::get(Type::Int1Ty, BranchDir));
419     ConstantFoldTerminator(BB);
420     return true;
421   }
422   
423   // Otherwise we need to thread from PredBB to DestBB's successor which
424   // involves code duplication.  Check to see if it is worth it.
425   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
426   if (JumpThreadCost > Threshold) {
427     DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
428          << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n";
429     return false;
430   }
431   
432   // Next, figure out which successor we are threading to.
433   BasicBlock *SuccBB = DestBI->getSuccessor(!BranchDir);
434   
435   // Ok, try to thread it!
436   return ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB, JumpThreadCost);
437 }
438
439 /// ProcessSwitchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
440 /// block that switch on exactly the same condition.  This means that we almost
441 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
442 ///  PREDBB:
443 ///     switch COND [... DESTBB, BBY ... ]
444 ///  DESTBB:
445 ///     switch COND [... BBZ, BBW ]
446 ///
447 /// Optimizing switches like this is very important, because simplifycfg builds
448 /// switches out of repeated 'if' conditions.
449 bool JumpThreading::ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
450                                                  BasicBlock *DestBB) {
451   // Can't thread edge to self.
452   if (PredBB == DestBB)
453     return false;
454   
455   
456   SwitchInst *PredSI = cast<SwitchInst>(PredBB->getTerminator());
457   SwitchInst *DestSI = cast<SwitchInst>(DestBB->getTerminator());
458
459   // There are a variety of optimizations that we can potentially do on these
460   // blocks: we order them from most to least preferable.
461   
462   // If DESTBB *just* contains the switch, then we can forward edges from PREDBB
463   // directly to their destination.  This does not introduce *any* code size
464   // growth.  Skip debug info first.
465   BasicBlock::iterator BBI = DestBB->begin();
466   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
467     BBI++;
468   
469   // FIXME: Thread if it just contains a PHI.
470   if (isa<SwitchInst>(BBI)) {
471     bool MadeChange = false;
472     // Ignore the default edge for now.
473     for (unsigned i = 1, e = DestSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
474       ConstantInt *DestVal = DestSI->getCaseValue(i);
475       BasicBlock *DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
476       
477       // Okay, DestSI has a case for 'DestVal' that goes to 'DestSucc'.  See if
478       // PredSI has an explicit case for it.  If so, forward.  If it is covered
479       // by the default case, we can't update PredSI.
480       unsigned PredCase = PredSI->findCaseValue(DestVal);
481       if (PredCase == 0) continue;
482       
483       // If PredSI doesn't go to DestBB on this value, then it won't reach the
484       // case on this condition.
485       if (PredSI->getSuccessor(PredCase) != DestBB &&
486           DestSI->getSuccessor(i) != DestBB)
487         continue;
488
489       // Otherwise, we're safe to make the change.  Make sure that the edge from
490       // DestSI to DestSucc is not critical and has no PHI nodes.
491       DOUT << "FORWARDING EDGE " << *DestVal << "   FROM: " << *PredSI;
492       DOUT << "THROUGH: " << *DestSI;
493
494       // If the destination has PHI nodes, just split the edge for updating
495       // simplicity.
496       if (isa<PHINode>(DestSucc->begin()) && !DestSucc->getSinglePredecessor()){
497         SplitCriticalEdge(DestSI, i, this);
498         DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
499       }
500       FoldSingleEntryPHINodes(DestSucc);
501       PredSI->setSuccessor(PredCase, DestSucc);
502       MadeChange = true;
503     }
504     
505     if (MadeChange)
506       return true;
507   }
508   
509   return false;
510 }
511
512
513 /// SimplifyPartiallyRedundantLoad - If LI is an obviously partially redundant
514 /// load instruction, eliminate it by replacing it with a PHI node.  This is an
515 /// important optimization that encourages jump threading, and needs to be run
516 /// interlaced with other jump threading tasks.
517 bool JumpThreading::SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI) {
518   // Don't hack volatile loads.
519   if (LI->isVolatile()) return false;
520   
521   // If the load is defined in a block with exactly one predecessor, it can't be
522   // partially redundant.
523   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
524   if (LoadBB->getSinglePredecessor())
525     return false;
526   
527   Value *LoadedPtr = LI->getOperand(0);
528
529   // If the loaded operand is defined in the LoadBB, it can't be available.
530   // FIXME: Could do PHI translation, that would be fun :)
531   if (Instruction *PtrOp = dyn_cast<Instruction>(LoadedPtr))
532     if (PtrOp->getParent() == LoadBB)
533       return false;
534   
535   // Scan a few instructions up from the load, to see if it is obviously live at
536   // the entry to its block.
537   BasicBlock::iterator BBIt = LI;
538
539   if (Value *AvailableVal = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, LoadBB, 
540                                                      BBIt, 6)) {
541     // If the value if the load is locally available within the block, just use
542     // it.  This frequently occurs for reg2mem'd allocas.
543     //cerr << "LOAD ELIMINATED:\n" << *BBIt << *LI << "\n";
544     
545     // If the returned value is the load itself, replace with an undef. This can
546     // only happen in dead loops.
547     if (AvailableVal == LI) AvailableVal = UndefValue::get(LI->getType());
548     LI->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
549     LI->eraseFromParent();
550     return true;
551   }
552
553   // Otherwise, if we scanned the whole block and got to the top of the block,
554   // we know the block is locally transparent to the load.  If not, something
555   // might clobber its value.
556   if (BBIt != LoadBB->begin())
557     return false;
558   
559   
560   SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> PredsScanned;
561   typedef SmallVector<std::pair<BasicBlock*, Value*>, 8> AvailablePredsTy;
562   AvailablePredsTy AvailablePreds;
563   BasicBlock *OneUnavailablePred = 0;
564   
565   // If we got here, the loaded value is transparent through to the start of the
566   // block.  Check to see if it is available in any of the predecessor blocks.
567   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
568        PI != PE; ++PI) {
569     BasicBlock *PredBB = *PI;
570
571     // If we already scanned this predecessor, skip it.
572     if (!PredsScanned.insert(PredBB))
573       continue;
574
575     // Scan the predecessor to see if the value is available in the pred.
576     BBIt = PredBB->end();
577     Value *PredAvailable = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, PredBB, BBIt, 6);
578     if (!PredAvailable) {
579       OneUnavailablePred = PredBB;
580       continue;
581     }
582     
583     // If so, this load is partially redundant.  Remember this info so that we
584     // can create a PHI node.
585     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(PredBB, PredAvailable));
586   }
587   
588   // If the loaded value isn't available in any predecessor, it isn't partially
589   // redundant.
590   if (AvailablePreds.empty()) return false;
591   
592   // Okay, the loaded value is available in at least one (and maybe all!)
593   // predecessors.  If the value is unavailable in more than one unique
594   // predecessor, we want to insert a merge block for those common predecessors.
595   // This ensures that we only have to insert one reload, thus not increasing
596   // code size.
597   BasicBlock *UnavailablePred = 0;
598   
599   // If there is exactly one predecessor where the value is unavailable, the
600   // already computed 'OneUnavailablePred' block is it.  If it ends in an
601   // unconditional branch, we know that it isn't a critical edge.
602   if (PredsScanned.size() == AvailablePreds.size()+1 &&
603       OneUnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1) {
604     UnavailablePred = OneUnavailablePred;
605   } else if (PredsScanned.size() != AvailablePreds.size()) {
606     // Otherwise, we had multiple unavailable predecessors or we had a critical
607     // edge from the one.
608     SmallVector<BasicBlock*, 8> PredsToSplit;
609     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> AvailablePredSet;
610
611     for (unsigned i = 0, e = AvailablePreds.size(); i != e; ++i)
612       AvailablePredSet.insert(AvailablePreds[i].first);
613
614     // Add all the unavailable predecessors to the PredsToSplit list.
615     for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
616          PI != PE; ++PI)
617       if (!AvailablePredSet.count(*PI))
618         PredsToSplit.push_back(*PI);
619     
620     // Split them out to their own block.
621     UnavailablePred =
622       SplitBlockPredecessors(LoadBB, &PredsToSplit[0], PredsToSplit.size(),
623                              "thread-split", this);
624   }
625   
626   // If the value isn't available in all predecessors, then there will be
627   // exactly one where it isn't available.  Insert a load on that edge and add
628   // it to the AvailablePreds list.
629   if (UnavailablePred) {
630     assert(UnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
631            "Can't handle critical edge here!");
632     Value *NewVal = new LoadInst(LoadedPtr, LI->getName()+".pr",
633                                  UnavailablePred->getTerminator());
634     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(UnavailablePred, NewVal));
635   }
636   
637   // Now we know that each predecessor of this block has a value in
638   // AvailablePreds, sort them for efficient access as we're walking the preds.
639   array_pod_sort(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end());
640   
641   // Create a PHI node at the start of the block for the PRE'd load value.
642   PHINode *PN = PHINode::Create(LI->getType(), "", LoadBB->begin());
643   PN->takeName(LI);
644   
645   // Insert new entries into the PHI for each predecessor.  A single block may
646   // have multiple entries here.
647   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB); PI != E;
648        ++PI) {
649     AvailablePredsTy::iterator I = 
650       std::lower_bound(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end(),
651                        std::make_pair(*PI, (Value*)0));
652     
653     assert(I != AvailablePreds.end() && I->first == *PI &&
654            "Didn't find entry for predecessor!");
655     
656     PN->addIncoming(I->second, I->first);
657   }
658   
659   //cerr << "PRE: " << *LI << *PN << "\n";
660   
661   LI->replaceAllUsesWith(PN);
662   LI->eraseFromParent();
663   
664   return true;
665 }
666
667
668 /// ProcessJumpOnPHI - We have a conditional branch of switch on a PHI node in
669 /// the current block.  See if there are any simplifications we can do based on
670 /// inputs to the phi node.
671 /// 
672 bool JumpThreading::ProcessJumpOnPHI(PHINode *PN) {
673   // See if the phi node has any constant values.  If so, we can determine where
674   // the corresponding predecessor will branch.
675   ConstantInt *PredCst = 0;
676   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
677     if ((PredCst = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i))))
678       break;
679   
680   // If no incoming value has a constant, we don't know the destination of any
681   // predecessors.
682   if (PredCst == 0)
683     return false;
684   
685   // See if the cost of duplicating this block is low enough.
686   BasicBlock *BB = PN->getParent();
687   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
688   if (JumpThreadCost > Threshold) {
689     DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
690          << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n";
691     return false;
692   }
693   
694   // If so, we can actually do this threading.  Merge any common predecessors
695   // that will act the same.
696   BasicBlock *PredBB = FactorCommonPHIPreds(PN, PredCst);
697   
698   // Next, figure out which successor we are threading to.
699   BasicBlock *SuccBB;
700   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
701     SuccBB = BI->getSuccessor(PredCst == ConstantInt::getFalse());
702   else {
703     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(BB->getTerminator());
704     SuccBB = SI->getSuccessor(SI->findCaseValue(PredCst));
705   }
706   
707   // Ok, try to thread it!
708   return ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB, JumpThreadCost);
709 }
710
711 /// ProcessJumpOnLogicalPHI - PN's basic block contains a conditional branch
712 /// whose condition is an AND/OR where one side is PN.  If PN has constant
713 /// operands that permit us to evaluate the condition for some operand, thread
714 /// through the block.  For example with:
715 ///   br (and X, phi(Y, Z, false))
716 /// the predecessor corresponding to the 'false' will always jump to the false
717 /// destination of the branch.
718 ///
719 bool JumpThreading::ProcessBranchOnLogical(Value *V, BasicBlock *BB,
720                                            bool isAnd) {
721   // If this is a binary operator tree of the same AND/OR opcode, check the
722   // LHS/RHS.
723   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(V))
724     if ((isAnd && BO->getOpcode() == Instruction::And) ||
725         (!isAnd && BO->getOpcode() == Instruction::Or)) {
726       if (ProcessBranchOnLogical(BO->getOperand(0), BB, isAnd))
727         return true;
728       if (ProcessBranchOnLogical(BO->getOperand(1), BB, isAnd))
729         return true;
730     }
731       
732   // If this isn't a PHI node, we can't handle it.
733   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V);
734   if (!PN || PN->getParent() != BB) return false;
735                                              
736   // We can only do the simplification for phi nodes of 'false' with AND or
737   // 'true' with OR.  See if we have any entries in the phi for this.
738   unsigned PredNo = ~0U;
739   ConstantInt *PredCst = ConstantInt::get(Type::Int1Ty, !isAnd);
740   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
741     if (PN->getIncomingValue(i) == PredCst) {
742       PredNo = i;
743       break;
744     }
745   }
746   
747   // If no match, bail out.
748   if (PredNo == ~0U)
749     return false;
750   
751   // See if the cost of duplicating this block is low enough.
752   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
753   if (JumpThreadCost > Threshold) {
754     DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
755          << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n";
756     return false;
757   }
758
759   // If so, we can actually do this threading.  Merge any common predecessors
760   // that will act the same.
761   BasicBlock *PredBB = FactorCommonPHIPreds(PN, PredCst);
762   
763   // Next, figure out which successor we are threading to.  If this was an AND,
764   // the constant must be FALSE, and we must be targeting the 'false' block.
765   // If this is an OR, the constant must be TRUE, and we must be targeting the
766   // 'true' block.
767   BasicBlock *SuccBB = BB->getTerminator()->getSuccessor(isAnd);
768   
769   // Ok, try to thread it!
770   return ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB, JumpThreadCost);
771 }
772
773 /// ProcessBranchOnCompare - We found a branch on a comparison between a phi
774 /// node and a constant.  If the PHI node contains any constants as inputs, we
775 /// can fold the compare for that edge and thread through it.
776 bool JumpThreading::ProcessBranchOnCompare(CmpInst *Cmp, BasicBlock *BB) {
777   PHINode *PN = cast<PHINode>(Cmp->getOperand(0));
778   Constant *RHS = cast<Constant>(Cmp->getOperand(1));
779   
780   // If the phi isn't in the current block, an incoming edge to this block
781   // doesn't control the destination.
782   if (PN->getParent() != BB)
783     return false;
784   
785   // We can do this simplification if any comparisons fold to true or false.
786   // See if any do.
787   Constant *PredCst = 0;
788   bool TrueDirection = false;
789   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
790     PredCst = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i));
791     if (PredCst == 0) continue;
792     
793     Constant *Res;
794     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Cmp))
795       Res = ConstantExpr::getICmp(ICI->getPredicate(), PredCst, RHS);
796     else
797       Res = ConstantExpr::getFCmp(cast<FCmpInst>(Cmp)->getPredicate(),
798                                   PredCst, RHS);
799     // If this folded to a constant expr, we can't do anything.
800     if (ConstantInt *ResC = dyn_cast<ConstantInt>(Res)) {
801       TrueDirection = ResC->getZExtValue();
802       break;
803     }
804     // If this folded to undef, just go the false way.
805     if (isa<UndefValue>(Res)) {
806       TrueDirection = false;
807       break;
808     }
809     
810     // Otherwise, we can't fold this input.
811     PredCst = 0;
812   }
813   
814   // If no match, bail out.
815   if (PredCst == 0)
816     return false;
817   
818   // See if the cost of duplicating this block is low enough.
819   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
820   if (JumpThreadCost > Threshold) {
821     DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
822          << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n";
823     return false;
824   }
825   
826   // If so, we can actually do this threading.  Merge any common predecessors
827   // that will act the same.
828   BasicBlock *PredBB = FactorCommonPHIPreds(PN, PredCst);
829   
830   // Next, get our successor.
831   BasicBlock *SuccBB = BB->getTerminator()->getSuccessor(!TrueDirection);
832   
833   // Ok, try to thread it!
834   return ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB, JumpThreadCost);
835 }
836
837
838 /// ThreadEdge - We have decided that it is safe and profitable to thread an
839 /// edge from PredBB to SuccBB across BB.  Transform the IR to reflect this
840 /// change.
841 bool JumpThreading::ThreadEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *PredBB, 
842                                BasicBlock *SuccBB, unsigned JumpThreadCost) {
843
844   // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
845   if (SuccBB == BB) {
846     DOUT << "  Not threading across BB '" << BB->getNameStart()
847          << "' - would thread to self!\n";
848     return false;
849   }
850   
851   // If threading this would thread across a loop header, don't thread the edge.
852   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
853   if (LoopHeaders.count(BB)) {
854     DOUT << "  Not threading from '" << PredBB->getNameStart()
855          << "' across loop header BB '" << BB->getNameStart()
856          << "' to dest BB '" << SuccBB->getNameStart()
857          << "' - it might create an irreducible loop!\n";
858     return false;
859   }
860
861   // And finally, do it!
862   DOUT << "  Threading edge from '" << PredBB->getNameStart() << "' to '"
863        << SuccBB->getNameStart() << "' with cost: " << JumpThreadCost
864        << ", across block:\n    "
865        << *BB << "\n";
866   
867   // Jump Threading can not update SSA properties correctly if the values
868   // defined in the duplicated block are used outside of the block itself.  For
869   // this reason, we spill all values that are used outside of BB to the stack.
870   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
871     if (!I->isUsedOutsideOfBlock(BB))
872       continue;
873     
874     // We found a use of I outside of BB.  Create a new stack slot to
875     // break this inter-block usage pattern.
876     DemoteRegToStack(*I);
877   }
878  
879   // We are going to have to map operands from the original BB block to the new
880   // copy of the block 'NewBB'.  If there are PHI nodes in BB, evaluate them to
881   // account for entry from PredBB.
882   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
883   
884   BasicBlock *NewBB =
885     BasicBlock::Create(BB->getName()+".thread", BB->getParent(), BB);
886   NewBB->moveAfter(PredBB);
887   
888   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
889   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
890     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
891   
892   // Clone the non-phi instructions of BB into NewBB, keeping track of the
893   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
894   for (; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
895     Instruction *New = BI->clone();
896     New->setName(BI->getNameStart());
897     NewBB->getInstList().push_back(New);
898     ValueMapping[BI] = New;
899    
900     // Remap operands to patch up intra-block references.
901     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
902       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i)))
903         if (Value *Remapped = ValueMapping[Inst])
904           New->setOperand(i, Remapped);
905   }
906   
907   // We didn't copy the terminator from BB over to NewBB, because there is now
908   // an unconditional jump to SuccBB.  Insert the unconditional jump.
909   BranchInst::Create(SuccBB, NewBB);
910   
911   // Check to see if SuccBB has PHI nodes. If so, we need to add entries to the
912   // PHI nodes for NewBB now.
913   for (BasicBlock::iterator PNI = SuccBB->begin(); isa<PHINode>(PNI); ++PNI) {
914     PHINode *PN = cast<PHINode>(PNI);
915     // Ok, we have a PHI node.  Figure out what the incoming value was for the
916     // DestBlock.
917     Value *IV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
918     
919     // Remap the value if necessary.
920     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(IV))
921       if (Value *MappedIV = ValueMapping[Inst])
922         IV = MappedIV;
923     PN->addIncoming(IV, NewBB);
924   }
925   
926   // Ok, NewBB is good to go.  Update the terminator of PredBB to jump to
927   // NewBB instead of BB.  This eliminates predecessors from BB, which requires
928   // us to simplify any PHI nodes in BB.
929   TerminatorInst *PredTerm = PredBB->getTerminator();
930   for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
931     if (PredTerm->getSuccessor(i) == BB) {
932       BB->removePredecessor(PredBB);
933       PredTerm->setSuccessor(i, NewBB);
934     }
935   
936   // At this point, the IR is fully up to date and consistent.  Do a quick scan
937   // over the new instructions and zap any that are constants or dead.  This
938   // frequently happens because of phi translation.
939   BI = NewBB->begin();
940   for (BasicBlock::iterator E = NewBB->end(); BI != E; ) {
941     Instruction *Inst = BI++;
942     if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, TD)) {
943       Inst->replaceAllUsesWith(C);
944       Inst->eraseFromParent();
945       continue;
946     }
947     
948     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Inst);
949   }
950   
951   // Threaded an edge!
952   ++NumThreads;
953   return true;
954 }