fix PR5698
[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/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
22 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
23 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
24 #include "llvm/Target/TargetData.h"
25 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
26 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
27 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
28 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
29 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
30 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
31 #include "llvm/Support/Debug.h"
32 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
33 using namespace llvm;
34
35 STATISTIC(NumThreads, "Number of jumps threaded");
36 STATISTIC(NumFolds,   "Number of terminators folded");
37 STATISTIC(NumDupes,   "Number of branch blocks duplicated to eliminate phi");
38
39 static cl::opt<unsigned>
40 Threshold("jump-threading-threshold", 
41           cl::desc("Max block size to duplicate for jump threading"),
42           cl::init(6), cl::Hidden);
43
44 // Turn on use of LazyValueInfo.
45 static cl::opt<bool>
46 EnableLVI("enable-jump-threading-lvi", cl::ReallyHidden);
47
48
49
50 namespace {
51   /// This pass performs 'jump threading', which looks at blocks that have
52   /// multiple predecessors and multiple successors.  If one or more of the
53   /// predecessors of the block can be proven to always jump to one of the
54   /// successors, we forward the edge from the predecessor to the successor by
55   /// duplicating the contents of this block.
56   ///
57   /// An example of when this can occur is code like this:
58   ///
59   ///   if () { ...
60   ///     X = 4;
61   ///   }
62   ///   if (X < 3) {
63   ///
64   /// In this case, the unconditional branch at the end of the first if can be
65   /// revectored to the false side of the second if.
66   ///
67   class JumpThreading : public FunctionPass {
68     TargetData *TD;
69     LazyValueInfo *LVI;
70 #ifdef NDEBUG
71     SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> LoopHeaders;
72 #else
73     SmallSet<AssertingVH<BasicBlock>, 16> LoopHeaders;
74 #endif
75   public:
76     static char ID; // Pass identification
77     JumpThreading() : FunctionPass(&ID) {}
78
79     bool runOnFunction(Function &F);
80     
81     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
82       if (EnableLVI)
83         AU.addRequired<LazyValueInfo>();
84     }
85     
86     void FindLoopHeaders(Function &F);
87     bool ProcessBlock(BasicBlock *BB);
88     bool ThreadEdge(BasicBlock *BB, const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &PredBBs,
89                     BasicBlock *SuccBB);
90     bool DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BasicBlock *BB,
91                                           BasicBlock *PredBB);
92     
93     typedef SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*,
94                                       BasicBlock*> > PredValueInfo;
95     
96     bool ComputeValueKnownInPredecessors(Value *V, BasicBlock *BB,
97                                          PredValueInfo &Result);
98     bool ProcessThreadableEdges(Value *Cond, BasicBlock *BB);
99     
100     
101     bool ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
102     bool ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
103
104     bool ProcessJumpOnPHI(PHINode *PN);
105     
106     bool SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI);
107   };
108 }
109
110 char JumpThreading::ID = 0;
111 static RegisterPass<JumpThreading>
112 X("jump-threading", "Jump Threading");
113
114 // Public interface to the Jump Threading pass
115 FunctionPass *llvm::createJumpThreadingPass() { return new JumpThreading(); }
116
117 /// runOnFunction - Top level algorithm.
118 ///
119 bool JumpThreading::runOnFunction(Function &F) {
120   DEBUG(errs() << "Jump threading on function '" << F.getName() << "'\n");
121   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
122   LVI = EnableLVI ? &getAnalysis<LazyValueInfo>() : 0;
123   
124   FindLoopHeaders(F);
125   
126   bool AnotherIteration = true, EverChanged = false;
127   while (AnotherIteration) {
128     AnotherIteration = false;
129     bool Changed = false;
130     for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E;) {
131       BasicBlock *BB = I;
132       // Thread all of the branches we can over this block. 
133       while (ProcessBlock(BB))
134         Changed = true;
135       
136       ++I;
137       
138       // If the block is trivially dead, zap it.  This eliminates the successor
139       // edges which simplifies the CFG.
140       if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
141           BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
142         DEBUG(errs() << "  JT: Deleting dead block '" << BB->getName()
143               << "' with terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
144         LoopHeaders.erase(BB);
145         DeleteDeadBlock(BB);
146         Changed = true;
147       } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
148         // Can't thread an unconditional jump, but if the block is "almost
149         // empty", we can replace uses of it with uses of the successor and make
150         // this dead.
151         if (BI->isUnconditional() && 
152             BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
153           BasicBlock::iterator BBI = BB->getFirstNonPHI();
154           // Ignore dbg intrinsics.
155           while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
156             ++BBI;
157           // If the terminator is the only non-phi instruction, try to nuke it.
158           if (BBI->isTerminator()) {
159             // Since TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock may delete the
160             // block, we have to make sure it isn't in the LoopHeaders set.  We
161             // reinsert afterward if needed.
162             bool ErasedFromLoopHeaders = LoopHeaders.erase(BB);
163             BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(0);
164             
165             if (TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB)) {
166               Changed = true;
167               // If we deleted BB and BB was the header of a loop, then the
168               // successor is now the header of the loop.
169               BB = Succ;
170             }
171             
172             if (ErasedFromLoopHeaders)
173               LoopHeaders.insert(BB);
174           }
175         }
176       }
177     }
178     AnotherIteration = Changed;
179     EverChanged |= Changed;
180   }
181   
182   LoopHeaders.clear();
183   return EverChanged;
184 }
185
186 /// getJumpThreadDuplicationCost - Return the cost of duplicating this block to
187 /// thread across it.
188 static unsigned getJumpThreadDuplicationCost(const BasicBlock *BB) {
189   /// Ignore PHI nodes, these will be flattened when duplication happens.
190   BasicBlock::const_iterator I = BB->getFirstNonPHI();
191   
192   // FIXME: THREADING will delete values that are just used to compute the
193   // branch, so they shouldn't count against the duplication cost.
194   
195   
196   // Sum up the cost of each instruction until we get to the terminator.  Don't
197   // include the terminator because the copy won't include it.
198   unsigned Size = 0;
199   for (; !isa<TerminatorInst>(I); ++I) {
200     // Debugger intrinsics don't incur code size.
201     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
202     
203     // If this is a pointer->pointer bitcast, it is free.
204     if (isa<BitCastInst>(I) && isa<PointerType>(I->getType()))
205       continue;
206     
207     // All other instructions count for at least one unit.
208     ++Size;
209     
210     // Calls are more expensive.  If they are non-intrinsic calls, we model them
211     // as having cost of 4.  If they are a non-vector intrinsic, we model them
212     // as having cost of 2 total, and if they are a vector intrinsic, we model
213     // them as having cost 1.
214     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
215       if (!isa<IntrinsicInst>(CI))
216         Size += 3;
217       else if (!isa<VectorType>(CI->getType()))
218         Size += 1;
219     }
220   }
221   
222   // Threading through a switch statement is particularly profitable.  If this
223   // block ends in a switch, decrease its cost to make it more likely to happen.
224   if (isa<SwitchInst>(I))
225     Size = Size > 6 ? Size-6 : 0;
226   
227   return Size;
228 }
229
230 /// FindLoopHeaders - We do not want jump threading to turn proper loop
231 /// structures into irreducible loops.  Doing this breaks up the loop nesting
232 /// hierarchy and pessimizes later transformations.  To prevent this from
233 /// happening, we first have to find the loop headers.  Here we approximate this
234 /// by finding targets of backedges in the CFG.
235 ///
236 /// Note that there definitely are cases when we want to allow threading of
237 /// edges across a loop header.  For example, threading a jump from outside the
238 /// loop (the preheader) to an exit block of the loop is definitely profitable.
239 /// It is also almost always profitable to thread backedges from within the loop
240 /// to exit blocks, and is often profitable to thread backedges to other blocks
241 /// within the loop (forming a nested loop).  This simple analysis is not rich
242 /// enough to track all of these properties and keep it up-to-date as the CFG
243 /// mutates, so we don't allow any of these transformations.
244 ///
245 void JumpThreading::FindLoopHeaders(Function &F) {
246   SmallVector<std::pair<const BasicBlock*,const BasicBlock*>, 32> Edges;
247   FindFunctionBackedges(F, Edges);
248   
249   for (unsigned i = 0, e = Edges.size(); i != e; ++i)
250     LoopHeaders.insert(const_cast<BasicBlock*>(Edges[i].second));
251 }
252
253 /// ComputeValueKnownInPredecessors - Given a basic block BB and a value V, see
254 /// if we can infer that the value is a known ConstantInt in any of our
255 /// predecessors.  If so, return the known list of value and pred BB in the
256 /// result vector.  If a value is known to be undef, it is returned as null.
257 ///
258 /// This returns true if there were any known values.
259 ///
260 bool JumpThreading::
261 ComputeValueKnownInPredecessors(Value *V, BasicBlock *BB,PredValueInfo &Result){
262   // If V is a constantint, then it is known in all predecessors.
263   if (isa<ConstantInt>(V) || isa<UndefValue>(V)) {
264     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
265     
266     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
267       Result.push_back(std::make_pair(CI, *PI));
268     return true;
269   }
270   
271   // If V is a non-instruction value, or an instruction in a different block,
272   // then it can't be derived from a PHI.
273   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
274   if (I == 0 || I->getParent() != BB) {
275     
276     // Okay, if this is a live-in value, see if it has a known value at the end
277     // of any of our predecessors.
278     //
279     // FIXME: This should be an edge property, not a block end property.
280     /// TODO: Per PR2563, we could infer value range information about a
281     /// predecessor based on its terminator.
282     //
283     if (LVI) {
284       // FIXME: change this to use the more-rich 'getPredicateOnEdge' method if
285       // "I" is a non-local compare-with-a-constant instruction.  This would be
286       // able to handle value inequalities better, for example if the compare is
287       // "X < 4" and "X < 3" is known true but "X < 4" itself is not available.
288       // Perhaps getConstantOnEdge should be smart enough to do this?
289       
290       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
291         // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
292         // predecessor, use that information to try to thread this block.
293         Constant *PredCst = LVI->getConstantOnEdge(V, *PI, BB);
294         if (PredCst == 0 ||
295             (!isa<ConstantInt>(PredCst) && !isa<UndefValue>(PredCst)))
296           continue;
297         
298         Result.push_back(std::make_pair(dyn_cast<ConstantInt>(PredCst), *PI));
299       }
300       
301       return !Result.empty();
302     }
303     
304     return false;
305   }
306   
307   /// If I is a PHI node, then we know the incoming values for any constants.
308   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
309     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
310       Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
311       if (isa<ConstantInt>(InVal) || isa<UndefValue>(InVal)) {
312         ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(InVal);
313         Result.push_back(std::make_pair(CI, PN->getIncomingBlock(i)));
314       }
315     }
316     return !Result.empty();
317   }
318   
319   SmallVector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*>, 8> LHSVals, RHSVals;
320
321   // Handle some boolean conditions.
322   if (I->getType()->getPrimitiveSizeInBits() == 1) { 
323     // X | true -> true
324     // X & false -> false
325     if (I->getOpcode() == Instruction::Or ||
326         I->getOpcode() == Instruction::And) {
327       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, LHSVals);
328       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(1), BB, RHSVals);
329       
330       if (LHSVals.empty() && RHSVals.empty())
331         return false;
332       
333       ConstantInt *InterestingVal;
334       if (I->getOpcode() == Instruction::Or)
335         InterestingVal = ConstantInt::getTrue(I->getContext());
336       else
337         InterestingVal = ConstantInt::getFalse(I->getContext());
338       
339       // Scan for the sentinel.
340       for (unsigned i = 0, e = LHSVals.size(); i != e; ++i)
341         if (LHSVals[i].first == InterestingVal || LHSVals[i].first == 0)
342           Result.push_back(LHSVals[i]);
343       for (unsigned i = 0, e = RHSVals.size(); i != e; ++i)
344         if (RHSVals[i].first == InterestingVal || RHSVals[i].first == 0)
345           Result.push_back(RHSVals[i]);
346       return !Result.empty();
347     }
348     
349     // Handle the NOT form of XOR.
350     if (I->getOpcode() == Instruction::Xor &&
351         isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)) &&
352         cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))->isOne()) {
353       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, Result);
354       if (Result.empty())
355         return false;
356
357       // Invert the known values.
358       for (unsigned i = 0, e = Result.size(); i != e; ++i)
359         if (Result[i].first)
360           Result[i].first =
361             cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(Result[i].first));
362       return true;
363     }
364   }
365   
366   // Handle compare with phi operand, where the PHI is defined in this block.
367   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
368     PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Cmp->getOperand(0));
369     if (PN && PN->getParent() == BB) {
370       // We can do this simplification if any comparisons fold to true or false.
371       // See if any do.
372       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
373         BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
374         Value *LHS = PN->getIncomingValue(i);
375         Value *RHS = Cmp->getOperand(1)->DoPHITranslation(BB, PredBB);
376         
377         Value *Res = SimplifyCmpInst(Cmp->getPredicate(), LHS, RHS, TD);
378         if (Res == 0) {
379           if (!LVI || !isa<Constant>(RHS))
380             continue;
381           
382           LazyValueInfo::Tristate 
383             ResT = LVI->getPredicateOnEdge(Cmp->getPredicate(), LHS,
384                                            cast<Constant>(RHS), PredBB, BB);
385           if (ResT == LazyValueInfo::Unknown)
386             continue;
387           Res = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(LHS->getContext()), ResT);
388         }
389         
390         if (isa<UndefValue>(Res))
391           Result.push_back(std::make_pair((ConstantInt*)0, PredBB));
392         else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Res))
393           Result.push_back(std::make_pair(CI, PredBB));
394       }
395       
396       return !Result.empty();
397     }
398     
399     
400     // If comparing a live-in value against a constant, see if we know the
401     // live-in value on any predecessors.
402     if (LVI && isa<Constant>(Cmp->getOperand(1)) &&
403         Cmp->getType()->isInteger() && // Not vector compare.
404         (!isa<Instruction>(Cmp->getOperand(0)) ||
405          cast<Instruction>(Cmp->getOperand(0))->getParent() != BB)) {
406       Constant *RHSCst = cast<Constant>(Cmp->getOperand(1));
407       
408       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
409         // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
410         // predecessor, use that information to try to thread this block.
411         LazyValueInfo::Tristate
412           Res = LVI->getPredicateOnEdge(Cmp->getPredicate(), Cmp->getOperand(0),
413                                         RHSCst, *PI, BB);
414         if (Res == LazyValueInfo::Unknown)
415           continue;
416
417         Constant *ResC = ConstantInt::get(Cmp->getType(), Res);
418         Result.push_back(std::make_pair(cast<ConstantInt>(ResC), *PI));
419       }
420       
421       return !Result.empty();
422     }
423   }
424   return false;
425 }
426
427
428
429 /// GetBestDestForBranchOnUndef - If we determine that the specified block ends
430 /// in an undefined jump, decide which block is best to revector to.
431 ///
432 /// Since we can pick an arbitrary destination, we pick the successor with the
433 /// fewest predecessors.  This should reduce the in-degree of the others.
434 ///
435 static unsigned GetBestDestForJumpOnUndef(BasicBlock *BB) {
436   TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
437   unsigned MinSucc = 0;
438   BasicBlock *TestBB = BBTerm->getSuccessor(MinSucc);
439   // Compute the successor with the minimum number of predecessors.
440   unsigned MinNumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
441   for (unsigned i = 1, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
442     TestBB = BBTerm->getSuccessor(i);
443     unsigned NumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
444     if (NumPreds < MinNumPreds)
445       MinSucc = i;
446   }
447   
448   return MinSucc;
449 }
450
451 /// ProcessBlock - If there are any predecessors whose control can be threaded
452 /// through to a successor, transform them now.
453 bool JumpThreading::ProcessBlock(BasicBlock *BB) {
454   // If this block has a single predecessor, and if that pred has a single
455   // successor, merge the blocks.  This encourages recursive jump threading
456   // because now the condition in this block can be threaded through
457   // predecessors of our predecessor block.
458   if (BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor()) {
459     if (SinglePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
460         SinglePred != BB) {
461       // If SinglePred was a loop header, BB becomes one.
462       if (LoopHeaders.erase(SinglePred))
463         LoopHeaders.insert(BB);
464       
465       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
466       // will need to move BB back to the entry position.
467       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
468       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB);
469       
470       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
471         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
472       return true;
473     }
474   }
475
476   // Look to see if the terminator is a branch of switch, if not we can't thread
477   // it.
478   Value *Condition;
479   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
480     // Can't thread an unconditional jump.
481     if (BI->isUnconditional()) return false;
482     Condition = BI->getCondition();
483   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator()))
484     Condition = SI->getCondition();
485   else
486     return false; // Must be an invoke.
487   
488   // If the terminator of this block is branching on a constant, simplify the
489   // terminator to an unconditional branch.  This can occur due to threading in
490   // other blocks.
491   if (isa<ConstantInt>(Condition)) {
492     DEBUG(errs() << "  In block '" << BB->getName()
493           << "' folding terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
494     ++NumFolds;
495     ConstantFoldTerminator(BB);
496     return true;
497   }
498   
499   // If the terminator is branching on an undef, we can pick any of the
500   // successors to branch to.  Let GetBestDestForJumpOnUndef decide.
501   if (isa<UndefValue>(Condition)) {
502     unsigned BestSucc = GetBestDestForJumpOnUndef(BB);
503     
504     // Fold the branch/switch.
505     TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
506     for (unsigned i = 0, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
507       if (i == BestSucc) continue;
508       RemovePredecessorAndSimplify(BBTerm->getSuccessor(i), BB, TD);
509     }
510     
511     DEBUG(errs() << "  In block '" << BB->getName()
512           << "' folding undef terminator: " << *BBTerm << '\n');
513     BranchInst::Create(BBTerm->getSuccessor(BestSucc), BBTerm);
514     BBTerm->eraseFromParent();
515     return true;
516   }
517   
518   Instruction *CondInst = dyn_cast<Instruction>(Condition);
519
520   // If the condition is an instruction defined in another block, see if a
521   // predecessor has the same condition:
522   //     br COND, BBX, BBY
523   //  BBX:
524   //     br COND, BBZ, BBW
525   if (!LVI &&
526       !Condition->hasOneUse() && // Multiple uses.
527       (CondInst == 0 || CondInst->getParent() != BB)) { // Non-local definition.
528     pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
529     if (isa<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
530       for (; PI != E; ++PI)
531         if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
532           if (PBI->isConditional() && PBI->getCondition() == Condition &&
533               ProcessBranchOnDuplicateCond(*PI, BB))
534             return true;
535     } else {
536       assert(isa<SwitchInst>(BB->getTerminator()) && "Unknown jump terminator");
537       for (; PI != E; ++PI)
538         if (SwitchInst *PSI = dyn_cast<SwitchInst>((*PI)->getTerminator()))
539           if (PSI->getCondition() == Condition &&
540               ProcessSwitchOnDuplicateCond(*PI, BB))
541             return true;
542     }
543   }
544
545   // All the rest of our checks depend on the condition being an instruction.
546   if (CondInst == 0) {
547     // FIXME: Unify this with code below.
548     if (LVI && ProcessThreadableEdges(Condition, BB))
549       return true;
550     return false;
551   }  
552     
553   
554   // See if this is a phi node in the current block.
555   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(CondInst))
556     if (PN->getParent() == BB)
557       return ProcessJumpOnPHI(PN);
558   
559   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(CondInst)) {
560     if (!LVI &&
561         (!isa<PHINode>(CondCmp->getOperand(0)) ||
562          cast<PHINode>(CondCmp->getOperand(0))->getParent() != BB)) {
563       // If we have a comparison, loop over the predecessors to see if there is
564       // a condition with a lexically identical value.
565       pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
566       for (; PI != E; ++PI)
567         if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
568           if (PBI->isConditional() && *PI != BB) {
569             if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(PBI->getCondition())) {
570               if (CI->getOperand(0) == CondCmp->getOperand(0) &&
571                   CI->getOperand(1) == CondCmp->getOperand(1) &&
572                   CI->getPredicate() == CondCmp->getPredicate()) {
573                 // TODO: Could handle things like (x != 4) --> (x == 17)
574                 if (ProcessBranchOnDuplicateCond(*PI, BB))
575                   return true;
576               }
577             }
578           }
579     }
580   }
581
582   // Check for some cases that are worth simplifying.  Right now we want to look
583   // for loads that are used by a switch or by the condition for the branch.  If
584   // we see one, check to see if it's partially redundant.  If so, insert a PHI
585   // which can then be used to thread the values.
586   //
587   // This is particularly important because reg2mem inserts loads and stores all
588   // over the place, and this blocks jump threading if we don't zap them.
589   Value *SimplifyValue = CondInst;
590   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(SimplifyValue))
591     if (isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)))
592       SimplifyValue = CondCmp->getOperand(0);
593   
594   // TODO: There are other places where load PRE would be profitable, such as
595   // more complex comparisons.
596   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SimplifyValue))
597     if (SimplifyPartiallyRedundantLoad(LI))
598       return true;
599   
600   
601   // Handle a variety of cases where we are branching on something derived from
602   // a PHI node in the current block.  If we can prove that any predecessors
603   // compute a predictable value based on a PHI node, thread those predecessors.
604   //
605   if (ProcessThreadableEdges(CondInst, BB))
606     return true;
607   
608   
609   // TODO: If we have: "br (X > 0)"  and we have a predecessor where we know
610   // "(X == 4)" thread through this block.
611   
612   return false;
613 }
614
615 /// ProcessBranchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
616 /// block that jump on exactly the same condition.  This means that we almost
617 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
618 ///  PREDBB:
619 ///     br COND, DESTBB, BBY
620 ///  DESTBB:
621 ///     br COND, BBZ, BBW
622 ///
623 /// If DESTBB has multiple predecessors, we can't just constant fold the branch
624 /// in DESTBB, we have to thread over it.
625 bool JumpThreading::ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
626                                                  BasicBlock *BB) {
627   BranchInst *PredBI = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
628   
629   // If both successors of PredBB go to DESTBB, we don't know anything.  We can
630   // fold the branch to an unconditional one, which allows other recursive
631   // simplifications.
632   bool BranchDir;
633   if (PredBI->getSuccessor(1) != BB)
634     BranchDir = true;
635   else if (PredBI->getSuccessor(0) != BB)
636     BranchDir = false;
637   else {
638     DEBUG(errs() << "  In block '" << PredBB->getName()
639           << "' folding terminator: " << *PredBB->getTerminator() << '\n');
640     ++NumFolds;
641     ConstantFoldTerminator(PredBB);
642     return true;
643   }
644    
645   BranchInst *DestBI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
646
647   // If the dest block has one predecessor, just fix the branch condition to a
648   // constant and fold it.
649   if (BB->getSinglePredecessor()) {
650     DEBUG(errs() << "  In block '" << BB->getName()
651           << "' folding condition to '" << BranchDir << "': "
652           << *BB->getTerminator() << '\n');
653     ++NumFolds;
654     Value *OldCond = DestBI->getCondition();
655     DestBI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
656                                           BranchDir));
657     ConstantFoldTerminator(BB);
658     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(OldCond);
659     return true;
660   }
661  
662   
663   // Next, figure out which successor we are threading to.
664   BasicBlock *SuccBB = DestBI->getSuccessor(!BranchDir);
665   
666   SmallVector<BasicBlock*, 2> Preds;
667   Preds.push_back(PredBB);
668   
669   // Ok, try to thread it!
670   return ThreadEdge(BB, Preds, SuccBB);
671 }
672
673 /// ProcessSwitchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
674 /// block that switch on exactly the same condition.  This means that we almost
675 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
676 ///  PREDBB:
677 ///     switch COND [... DESTBB, BBY ... ]
678 ///  DESTBB:
679 ///     switch COND [... BBZ, BBW ]
680 ///
681 /// Optimizing switches like this is very important, because simplifycfg builds
682 /// switches out of repeated 'if' conditions.
683 bool JumpThreading::ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
684                                                  BasicBlock *DestBB) {
685   // Can't thread edge to self.
686   if (PredBB == DestBB)
687     return false;
688   
689   SwitchInst *PredSI = cast<SwitchInst>(PredBB->getTerminator());
690   SwitchInst *DestSI = cast<SwitchInst>(DestBB->getTerminator());
691
692   // There are a variety of optimizations that we can potentially do on these
693   // blocks: we order them from most to least preferable.
694   
695   // If DESTBB *just* contains the switch, then we can forward edges from PREDBB
696   // directly to their destination.  This does not introduce *any* code size
697   // growth.  Skip debug info first.
698   BasicBlock::iterator BBI = DestBB->begin();
699   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
700     BBI++;
701   
702   // FIXME: Thread if it just contains a PHI.
703   if (isa<SwitchInst>(BBI)) {
704     bool MadeChange = false;
705     // Ignore the default edge for now.
706     for (unsigned i = 1, e = DestSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
707       ConstantInt *DestVal = DestSI->getCaseValue(i);
708       BasicBlock *DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
709       
710       // Okay, DestSI has a case for 'DestVal' that goes to 'DestSucc'.  See if
711       // PredSI has an explicit case for it.  If so, forward.  If it is covered
712       // by the default case, we can't update PredSI.
713       unsigned PredCase = PredSI->findCaseValue(DestVal);
714       if (PredCase == 0) continue;
715       
716       // If PredSI doesn't go to DestBB on this value, then it won't reach the
717       // case on this condition.
718       if (PredSI->getSuccessor(PredCase) != DestBB &&
719           DestSI->getSuccessor(i) != DestBB)
720         continue;
721       
722       // Do not forward this if it already goes to this destination, this would
723       // be an infinite loop.
724       if (PredSI->getSuccessor(PredCase) == DestSucc)
725         continue;
726
727       // Otherwise, we're safe to make the change.  Make sure that the edge from
728       // DestSI to DestSucc is not critical and has no PHI nodes.
729       DEBUG(errs() << "FORWARDING EDGE " << *DestVal << "   FROM: " << *PredSI);
730       DEBUG(errs() << "THROUGH: " << *DestSI);
731
732       // If the destination has PHI nodes, just split the edge for updating
733       // simplicity.
734       if (isa<PHINode>(DestSucc->begin()) && !DestSucc->getSinglePredecessor()){
735         SplitCriticalEdge(DestSI, i, this);
736         DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
737       }
738       FoldSingleEntryPHINodes(DestSucc);
739       PredSI->setSuccessor(PredCase, DestSucc);
740       MadeChange = true;
741     }
742     
743     if (MadeChange)
744       return true;
745   }
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       if (!AvailablePredSet.count(*PI))
856         PredsToSplit.push_back(*PI);
857     
858     // Split them out to their own block.
859     UnavailablePred =
860       SplitBlockPredecessors(LoadBB, &PredsToSplit[0], PredsToSplit.size(),
861                              "thread-pre-split", this);
862   }
863   
864   // If the value isn't available in all predecessors, then there will be
865   // exactly one where it isn't available.  Insert a load on that edge and add
866   // it to the AvailablePreds list.
867   if (UnavailablePred) {
868     assert(UnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
869            "Can't handle critical edge here!");
870     Value *NewVal = new LoadInst(LoadedPtr, LI->getName()+".pr", false,
871                                  LI->getAlignment(),
872                                  UnavailablePred->getTerminator());
873     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(UnavailablePred, NewVal));
874   }
875   
876   // Now we know that each predecessor of this block has a value in
877   // AvailablePreds, sort them for efficient access as we're walking the preds.
878   array_pod_sort(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end());
879   
880   // Create a PHI node at the start of the block for the PRE'd load value.
881   PHINode *PN = PHINode::Create(LI->getType(), "", LoadBB->begin());
882   PN->takeName(LI);
883   
884   // Insert new entries into the PHI for each predecessor.  A single block may
885   // have multiple entries here.
886   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB); PI != E;
887        ++PI) {
888     AvailablePredsTy::iterator I = 
889       std::lower_bound(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end(),
890                        std::make_pair(*PI, (Value*)0));
891     
892     assert(I != AvailablePreds.end() && I->first == *PI &&
893            "Didn't find entry for predecessor!");
894     
895     PN->addIncoming(I->second, I->first);
896   }
897   
898   //cerr << "PRE: " << *LI << *PN << "\n";
899   
900   LI->replaceAllUsesWith(PN);
901   LI->eraseFromParent();
902   
903   return true;
904 }
905
906 /// FindMostPopularDest - The specified list contains multiple possible
907 /// threadable destinations.  Pick the one that occurs the most frequently in
908 /// the list.
909 static BasicBlock *
910 FindMostPopularDest(BasicBlock *BB,
911                     const SmallVectorImpl<std::pair<BasicBlock*,
912                                   BasicBlock*> > &PredToDestList) {
913   assert(!PredToDestList.empty());
914   
915   // Determine popularity.  If there are multiple possible destinations, we
916   // explicitly choose to ignore 'undef' destinations.  We prefer to thread
917   // blocks with known and real destinations to threading undef.  We'll handle
918   // them later if interesting.
919   DenseMap<BasicBlock*, unsigned> DestPopularity;
920   for (unsigned i = 0, e = PredToDestList.size(); i != e; ++i)
921     if (PredToDestList[i].second)
922       DestPopularity[PredToDestList[i].second]++;
923   
924   // Find the most popular dest.
925   DenseMap<BasicBlock*, unsigned>::iterator DPI = DestPopularity.begin();
926   BasicBlock *MostPopularDest = DPI->first;
927   unsigned Popularity = DPI->second;
928   SmallVector<BasicBlock*, 4> SamePopularity;
929   
930   for (++DPI; DPI != DestPopularity.end(); ++DPI) {
931     // If the popularity of this entry isn't higher than the popularity we've
932     // seen so far, ignore it.
933     if (DPI->second < Popularity)
934       ; // ignore.
935     else if (DPI->second == Popularity) {
936       // If it is the same as what we've seen so far, keep track of it.
937       SamePopularity.push_back(DPI->first);
938     } else {
939       // If it is more popular, remember it.
940       SamePopularity.clear();
941       MostPopularDest = DPI->first;
942       Popularity = DPI->second;
943     }      
944   }
945   
946   // Okay, now we know the most popular destination.  If there is more than
947   // destination, we need to determine one.  This is arbitrary, but we need
948   // to make a deterministic decision.  Pick the first one that appears in the
949   // successor list.
950   if (!SamePopularity.empty()) {
951     SamePopularity.push_back(MostPopularDest);
952     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
953     for (unsigned i = 0; ; ++i) {
954       assert(i != TI->getNumSuccessors() && "Didn't find any successor!");
955       
956       if (std::find(SamePopularity.begin(), SamePopularity.end(),
957                     TI->getSuccessor(i)) == SamePopularity.end())
958         continue;
959       
960       MostPopularDest = TI->getSuccessor(i);
961       break;
962     }
963   }
964   
965   // Okay, we have finally picked the most popular destination.
966   return MostPopularDest;
967 }
968
969 bool JumpThreading::ProcessThreadableEdges(Value *Cond, BasicBlock *BB) {
970   // If threading this would thread across a loop header, don't even try to
971   // thread the edge.
972   if (LoopHeaders.count(BB))
973     return false;
974   
975   SmallVector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*>, 8> PredValues;
976   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(Cond, BB, PredValues))
977     return false;
978   assert(!PredValues.empty() &&
979          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
980
981   DEBUG(errs() << "IN BB: " << *BB;
982         for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i) {
983           errs() << "  BB '" << BB->getName() << "': FOUND condition = ";
984           if (PredValues[i].first)
985             errs() << *PredValues[i].first;
986           else
987             errs() << "UNDEF";
988           errs() << " for pred '" << PredValues[i].second->getName()
989           << "'.\n";
990         });
991   
992   // Decide what we want to thread through.  Convert our list of known values to
993   // a list of known destinations for each pred.  This also discards duplicate
994   // predecessors and keeps track of the undefined inputs (which are represented
995   // as a null dest in the PredToDestList).
996   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SeenPreds;
997   SmallVector<std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*>, 16> PredToDestList;
998   
999   BasicBlock *OnlyDest = 0;
1000   BasicBlock *MultipleDestSentinel = (BasicBlock*)(intptr_t)~0ULL;
1001   
1002   for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i) {
1003     BasicBlock *Pred = PredValues[i].second;
1004     if (!SeenPreds.insert(Pred))
1005       continue;  // Duplicate predecessor entry.
1006     
1007     // If the predecessor ends with an indirect goto, we can't change its
1008     // destination.
1009     if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator()))
1010       continue;
1011     
1012     ConstantInt *Val = PredValues[i].first;
1013     
1014     BasicBlock *DestBB;
1015     if (Val == 0)      // Undef.
1016       DestBB = 0;
1017     else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
1018       DestBB = BI->getSuccessor(Val->isZero());
1019     else {
1020       SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(BB->getTerminator());
1021       DestBB = SI->getSuccessor(SI->findCaseValue(Val));
1022     }
1023
1024     // If we have exactly one destination, remember it for efficiency below.
1025     if (i == 0)
1026       OnlyDest = DestBB;
1027     else if (OnlyDest != DestBB)
1028       OnlyDest = MultipleDestSentinel;
1029     
1030     PredToDestList.push_back(std::make_pair(Pred, DestBB));
1031   }
1032   
1033   // If all edges were unthreadable, we fail.
1034   if (PredToDestList.empty())
1035     return false;
1036   
1037   // Determine which is the most common successor.  If we have many inputs and
1038   // this block is a switch, we want to start by threading the batch that goes
1039   // to the most popular destination first.  If we only know about one
1040   // threadable destination (the common case) we can avoid this.
1041   BasicBlock *MostPopularDest = OnlyDest;
1042   
1043   if (MostPopularDest == MultipleDestSentinel)
1044     MostPopularDest = FindMostPopularDest(BB, PredToDestList);
1045   
1046   // Now that we know what the most popular destination is, factor all
1047   // predecessors that will jump to it into a single predecessor.
1048   SmallVector<BasicBlock*, 16> PredsToFactor;
1049   for (unsigned i = 0, e = PredToDestList.size(); i != e; ++i)
1050     if (PredToDestList[i].second == MostPopularDest) {
1051       BasicBlock *Pred = PredToDestList[i].first;
1052       
1053       // This predecessor may be a switch or something else that has multiple
1054       // edges to the block.  Factor each of these edges by listing them
1055       // according to # occurrences in PredsToFactor.
1056       TerminatorInst *PredTI = Pred->getTerminator();
1057       for (unsigned i = 0, e = PredTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1058         if (PredTI->getSuccessor(i) == BB)
1059           PredsToFactor.push_back(Pred);
1060     }
1061
1062   // If the threadable edges are branching on an undefined value, we get to pick
1063   // the destination that these predecessors should get to.
1064   if (MostPopularDest == 0)
1065     MostPopularDest = BB->getTerminator()->
1066                             getSuccessor(GetBestDestForJumpOnUndef(BB));
1067         
1068   // Ok, try to thread it!
1069   return ThreadEdge(BB, PredsToFactor, MostPopularDest);
1070 }
1071
1072 /// ProcessJumpOnPHI - We have a conditional branch or switch on a PHI node in
1073 /// the current block.  See if there are any simplifications we can do based on
1074 /// inputs to the phi node.
1075 /// 
1076 bool JumpThreading::ProcessJumpOnPHI(PHINode *PN) {
1077   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1078   
1079   // If any of the predecessor blocks end in an unconditional branch, we can
1080   // *duplicate* the jump into that block in order to further encourage jump
1081   // threading and to eliminate cases where we have branch on a phi of an icmp
1082   // (branch on icmp is much better).
1083
1084   // We don't want to do this tranformation for switches, because we don't
1085   // really want to duplicate a switch.
1086   if (isa<SwitchInst>(BB->getTerminator()))
1087     return false;
1088   
1089   // Look for unconditional branch predecessors.
1090   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1091     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1092     if (BranchInst *PredBr = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator()))
1093       if (PredBr->isUnconditional() &&
1094           // Try to duplicate BB into PredBB.
1095           DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, PredBB))
1096         return true;
1097   }
1098
1099   return false;
1100 }
1101
1102
1103 /// AddPHINodeEntriesForMappedBlock - We're adding 'NewPred' as a new
1104 /// predecessor to the PHIBB block.  If it has PHI nodes, add entries for
1105 /// NewPred using the entries from OldPred (suitably mapped).
1106 static void AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BasicBlock *PHIBB,
1107                                             BasicBlock *OldPred,
1108                                             BasicBlock *NewPred,
1109                                      DenseMap<Instruction*, Value*> &ValueMap) {
1110   for (BasicBlock::iterator PNI = PHIBB->begin();
1111        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PNI); ++PNI) {
1112     // Ok, we have a PHI node.  Figure out what the incoming value was for the
1113     // DestBlock.
1114     Value *IV = PN->getIncomingValueForBlock(OldPred);
1115     
1116     // Remap the value if necessary.
1117     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(IV)) {
1118       DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMap.find(Inst);
1119       if (I != ValueMap.end())
1120         IV = I->second;
1121     }
1122     
1123     PN->addIncoming(IV, NewPred);
1124   }
1125 }
1126
1127 /// ThreadEdge - We have decided that it is safe and profitable to factor the
1128 /// blocks in PredBBs to one predecessor, then thread an edge from it to SuccBB
1129 /// across BB.  Transform the IR to reflect this change.
1130 bool JumpThreading::ThreadEdge(BasicBlock *BB, 
1131                                const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &PredBBs, 
1132                                BasicBlock *SuccBB) {
1133   // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
1134   if (SuccBB == BB) {
1135     DEBUG(errs() << "  Not threading across BB '" << BB->getName()
1136           << "' - would thread to self!\n");
1137     return false;
1138   }
1139   
1140   // If threading this would thread across a loop header, don't thread the edge.
1141   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1142   if (LoopHeaders.count(BB)) {
1143     DEBUG(errs() << "  Not threading across loop header BB '" << BB->getName()
1144           << "' to dest BB '" << SuccBB->getName()
1145           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
1146     return false;
1147   }
1148
1149   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
1150   if (JumpThreadCost > Threshold) {
1151     DEBUG(errs() << "  Not threading BB '" << BB->getName()
1152           << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n");
1153     return false;
1154   }
1155   
1156   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors is needed.
1157   BasicBlock *PredBB;
1158   if (PredBBs.size() == 1)
1159     PredBB = PredBBs[0];
1160   else {
1161     DEBUG(errs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
1162           << " common predecessors.\n");
1163     PredBB = SplitBlockPredecessors(BB, &PredBBs[0], PredBBs.size(),
1164                                     ".thr_comm", this);
1165   }
1166   
1167   // And finally, do it!
1168   DEBUG(errs() << "  Threading edge from '" << PredBB->getName() << "' to '"
1169         << SuccBB->getName() << "' with cost: " << JumpThreadCost
1170         << ", across block:\n    "
1171         << *BB << "\n");
1172   
1173   // We are going to have to map operands from the original BB block to the new
1174   // copy of the block 'NewBB'.  If there are PHI nodes in BB, evaluate them to
1175   // account for entry from PredBB.
1176   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1177   
1178   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), 
1179                                          BB->getName()+".thread", 
1180                                          BB->getParent(), BB);
1181   NewBB->moveAfter(PredBB);
1182   
1183   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1184   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1185     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1186   
1187   // Clone the non-phi instructions of BB into NewBB, keeping track of the
1188   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1189   for (; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
1190     Instruction *New = BI->clone();
1191     New->setName(BI->getName());
1192     NewBB->getInstList().push_back(New);
1193     ValueMapping[BI] = New;
1194    
1195     // Remap operands to patch up intra-block references.
1196     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1197       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1198         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1199         if (I != ValueMapping.end())
1200           New->setOperand(i, I->second);
1201       }
1202   }
1203   
1204   // We didn't copy the terminator from BB over to NewBB, because there is now
1205   // an unconditional jump to SuccBB.  Insert the unconditional jump.
1206   BranchInst::Create(SuccBB, NewBB);
1207   
1208   // Check to see if SuccBB has PHI nodes. If so, we need to add entries to the
1209   // PHI nodes for NewBB now.
1210   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(SuccBB, BB, NewBB, ValueMapping);
1211   
1212   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1213   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1214   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1215   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1216   SSAUpdater SSAUpdate;
1217   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1218   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
1219     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1220     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1221     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
1222          ++UI) {
1223       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1224       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1225         if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
1226           continue;
1227       } else if (User->getParent() == BB)
1228         continue;
1229       
1230       UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
1231     }
1232     
1233     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1234     if (UsesToRename.empty())
1235       continue;
1236     
1237     DEBUG(errs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
1238
1239     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1240     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1241     // with the two values we know.
1242     SSAUpdate.Initialize(I);
1243     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
1244     SSAUpdate.AddAvailableValue(NewBB, ValueMapping[I]);
1245     
1246     while (!UsesToRename.empty())
1247       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1248     DEBUG(errs() << "\n");
1249   }
1250   
1251   
1252   // Ok, NewBB is good to go.  Update the terminator of PredBB to jump to
1253   // NewBB instead of BB.  This eliminates predecessors from BB, which requires
1254   // us to simplify any PHI nodes in BB.
1255   TerminatorInst *PredTerm = PredBB->getTerminator();
1256   for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1257     if (PredTerm->getSuccessor(i) == BB) {
1258       RemovePredecessorAndSimplify(BB, PredBB, TD);
1259       PredTerm->setSuccessor(i, NewBB);
1260     }
1261   
1262   // At this point, the IR is fully up to date and consistent.  Do a quick scan
1263   // over the new instructions and zap any that are constants or dead.  This
1264   // frequently happens because of phi translation.
1265   BI = NewBB->begin();
1266   for (BasicBlock::iterator E = NewBB->end(); BI != E; ) {
1267     Instruction *Inst = BI++;
1268     
1269     if (Value *V = SimplifyInstruction(Inst, TD)) {
1270       WeakVH BIHandle(BI);
1271       ReplaceAndSimplifyAllUses(Inst, V, TD);
1272       if (BIHandle == 0)
1273         BI = NewBB->begin();
1274       continue;
1275     }
1276     
1277     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Inst);
1278   }
1279   
1280   // Threaded an edge!
1281   ++NumThreads;
1282   return true;
1283 }
1284
1285 /// DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred - PredBB contains an unconditional branch
1286 /// to BB which contains an i1 PHI node and a conditional branch on that PHI.
1287 /// If we can duplicate the contents of BB up into PredBB do so now, this
1288 /// improves the odds that the branch will be on an analyzable instruction like
1289 /// a compare.
1290 bool JumpThreading::DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BasicBlock *BB,
1291                                                      BasicBlock *PredBB) {
1292   // If BB is a loop header, then duplicating this block outside the loop would
1293   // cause us to transform this into an irreducible loop, don't do this.
1294   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1295   if (LoopHeaders.count(BB)) {
1296     DEBUG(errs() << "  Not duplicating loop header '" << BB->getName()
1297           << "' into predecessor block '" << PredBB->getName()
1298           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
1299     return false;
1300   }
1301   
1302   unsigned DuplicationCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
1303   if (DuplicationCost > Threshold) {
1304     DEBUG(errs() << "  Not duplicating BB '" << BB->getName()
1305           << "' - Cost is too high: " << DuplicationCost << "\n");
1306     return false;
1307   }
1308   
1309   // Okay, we decided to do this!  Clone all the instructions in BB onto the end
1310   // of PredBB.
1311   DEBUG(errs() << "  Duplicating block '" << BB->getName() << "' into end of '"
1312         << PredBB->getName() << "' to eliminate branch on phi.  Cost: "
1313         << DuplicationCost << " block is:" << *BB << "\n");
1314   
1315   // We are going to have to map operands from the original BB block into the
1316   // PredBB block.  Evaluate PHI nodes in BB.
1317   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1318   
1319   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1320   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1321     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1322   
1323   BranchInst *OldPredBranch = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
1324   
1325   // Clone the non-phi instructions of BB into PredBB, keeping track of the
1326   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1327   for (; BI != BB->end(); ++BI) {
1328     Instruction *New = BI->clone();
1329     New->setName(BI->getName());
1330     PredBB->getInstList().insert(OldPredBranch, New);
1331     ValueMapping[BI] = New;
1332     
1333     // Remap operands to patch up intra-block references.
1334     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1335       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1336         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1337         if (I != ValueMapping.end())
1338           New->setOperand(i, I->second);
1339       }
1340   }
1341   
1342   // Check to see if the targets of the branch had PHI nodes. If so, we need to
1343   // add entries to the PHI nodes for branch from PredBB now.
1344   BranchInst *BBBranch = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1345   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(0), BB, PredBB,
1346                                   ValueMapping);
1347   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(1), BB, PredBB,
1348                                   ValueMapping);
1349   
1350   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1351   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1352   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1353   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1354   SSAUpdater SSAUpdate;
1355   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1356   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
1357     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1358     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1359     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
1360          ++UI) {
1361       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1362       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1363         if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
1364           continue;
1365       } else if (User->getParent() == BB)
1366         continue;
1367       
1368       UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
1369     }
1370     
1371     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1372     if (UsesToRename.empty())
1373       continue;
1374     
1375     DEBUG(errs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
1376     
1377     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1378     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1379     // with the two values we know.
1380     SSAUpdate.Initialize(I);
1381     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
1382     SSAUpdate.AddAvailableValue(PredBB, ValueMapping[I]);
1383     
1384     while (!UsesToRename.empty())
1385       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1386     DEBUG(errs() << "\n");
1387   }
1388   
1389   // PredBB no longer jumps to BB, remove entries in the PHI node for the edge
1390   // that we nuked.
1391   RemovePredecessorAndSimplify(BB, PredBB, TD);
1392   
1393   // Remove the unconditional branch at the end of the PredBB block.
1394   OldPredBranch->eraseFromParent();
1395   
1396   ++NumDupes;
1397   return true;
1398 }
1399
1400