df05b712dcbf76a8a1d90594518c3e03f804b299
[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/ValueHandle.h"
33 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
34 using namespace llvm;
35
36 STATISTIC(NumThreads, "Number of jumps threaded");
37 STATISTIC(NumFolds,   "Number of terminators folded");
38 STATISTIC(NumDupes,   "Number of branch blocks duplicated to eliminate phi");
39
40 static cl::opt<unsigned>
41 Threshold("jump-threading-threshold", 
42           cl::desc("Max block size to duplicate for jump threading"),
43           cl::init(6), cl::Hidden);
44
45 // Turn on use of LazyValueInfo.
46 static cl::opt<bool>
47 EnableLVI("enable-jump-threading-lvi", cl::ReallyHidden);
48
49
50
51 namespace {
52   /// This pass performs 'jump threading', which looks at blocks that have
53   /// multiple predecessors and multiple successors.  If one or more of the
54   /// predecessors of the block can be proven to always jump to one of the
55   /// successors, we forward the edge from the predecessor to the successor by
56   /// duplicating the contents of this block.
57   ///
58   /// An example of when this can occur is code like this:
59   ///
60   ///   if () { ...
61   ///     X = 4;
62   ///   }
63   ///   if (X < 3) {
64   ///
65   /// In this case, the unconditional branch at the end of the first if can be
66   /// revectored to the false side of the second if.
67   ///
68   class JumpThreading : public FunctionPass {
69     TargetData *TD;
70     LazyValueInfo *LVI;
71 #ifdef NDEBUG
72     SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> LoopHeaders;
73 #else
74     SmallSet<AssertingVH<BasicBlock>, 16> LoopHeaders;
75 #endif
76   public:
77     static char ID; // Pass identification
78     JumpThreading() : FunctionPass(&ID) {}
79
80     bool runOnFunction(Function &F);
81     
82     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
83       if (EnableLVI)
84         AU.addRequired<LazyValueInfo>();
85     }
86     
87     void FindLoopHeaders(Function &F);
88     bool ProcessBlock(BasicBlock *BB);
89     bool ThreadEdge(BasicBlock *BB, const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &PredBBs,
90                     BasicBlock *SuccBB);
91     bool DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BasicBlock *BB,
92                                   const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PredBBs);
93     
94     typedef SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*,
95                                       BasicBlock*> > PredValueInfo;
96     
97     bool ComputeValueKnownInPredecessors(Value *V, BasicBlock *BB,
98                                          PredValueInfo &Result);
99     bool ProcessThreadableEdges(Value *Cond, BasicBlock *BB);
100     
101     
102     bool ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
103     bool ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
104
105     bool ProcessBranchOnPHI(PHINode *PN);
106     bool ProcessBranchOnXOR(BinaryOperator *BO);
107     
108     bool SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI);
109   };
110 }
111
112 char JumpThreading::ID = 0;
113 static RegisterPass<JumpThreading>
114 X("jump-threading", "Jump Threading");
115
116 // Public interface to the Jump Threading pass
117 FunctionPass *llvm::createJumpThreadingPass() { return new JumpThreading(); }
118
119 /// runOnFunction - Top level algorithm.
120 ///
121 bool JumpThreading::runOnFunction(Function &F) {
122   DEBUG(dbgs() << "Jump threading on function '" << F.getName() << "'\n");
123   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
124   LVI = EnableLVI ? &getAnalysis<LazyValueInfo>() : 0;
125   
126   FindLoopHeaders(F);
127   
128   bool Changed, EverChanged = false;
129   do {
130     Changed = false;
131     for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E;) {
132       BasicBlock *BB = I;
133       // Thread all of the branches we can over this block. 
134       while (ProcessBlock(BB))
135         Changed = true;
136       
137       ++I;
138       
139       // If the block is trivially dead, zap it.  This eliminates the successor
140       // edges which simplifies the CFG.
141       if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
142           BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
143         DEBUG(dbgs() << "  JT: Deleting dead block '" << BB->getName()
144               << "' with terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
145         LoopHeaders.erase(BB);
146         DeleteDeadBlock(BB);
147         Changed = true;
148       } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
149         // Can't thread an unconditional jump, but if the block is "almost
150         // empty", we can replace uses of it with uses of the successor and make
151         // this dead.
152         if (BI->isUnconditional() && 
153             BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
154           BasicBlock::iterator BBI = BB->getFirstNonPHI();
155           // Ignore dbg intrinsics.
156           while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
157             ++BBI;
158           // If the terminator is the only non-phi instruction, try to nuke it.
159           if (BBI->isTerminator()) {
160             // Since TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock may delete the
161             // block, we have to make sure it isn't in the LoopHeaders set.  We
162             // reinsert afterward if needed.
163             bool ErasedFromLoopHeaders = LoopHeaders.erase(BB);
164             BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(0);
165             
166             if (TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB)) {
167               Changed = true;
168               // If we deleted BB and BB was the header of a loop, then the
169               // successor is now the header of the loop.
170               BB = Succ;
171             }
172             
173             if (ErasedFromLoopHeaders)
174               LoopHeaders.insert(BB);
175           }
176         }
177       }
178     }
179     EverChanged |= Changed;
180   } while (Changed);
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) && I->getType()->isPointerTy())
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 (!CI->getType()->isVectorTy())
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.  If we find an undef, force it to the
340       // interesting value: x|undef -> true and x&undef -> false.
341       for (unsigned i = 0, e = LHSVals.size(); i != e; ++i)
342         if (LHSVals[i].first == InterestingVal || LHSVals[i].first == 0) {
343           Result.push_back(LHSVals[i]);
344           Result.back().first = InterestingVal;
345         }
346       for (unsigned i = 0, e = RHSVals.size(); i != e; ++i)
347         if (RHSVals[i].first == InterestingVal || RHSVals[i].first == 0) {
348           Result.push_back(RHSVals[i]);
349           Result.back().first = InterestingVal;
350         }
351       return !Result.empty();
352     }
353     
354     // Handle the NOT form of XOR.
355     if (I->getOpcode() == Instruction::Xor &&
356         isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)) &&
357         cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))->isOne()) {
358       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, Result);
359       if (Result.empty())
360         return false;
361
362       // Invert the known values.
363       for (unsigned i = 0, e = Result.size(); i != e; ++i)
364         if (Result[i].first)
365           Result[i].first =
366             cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(Result[i].first));
367       return true;
368     }
369   }
370   
371   // Handle compare with phi operand, where the PHI is defined in this block.
372   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
373     PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Cmp->getOperand(0));
374     if (PN && PN->getParent() == BB) {
375       // We can do this simplification if any comparisons fold to true or false.
376       // See if any do.
377       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
378         BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
379         Value *LHS = PN->getIncomingValue(i);
380         Value *RHS = Cmp->getOperand(1)->DoPHITranslation(BB, PredBB);
381         
382         Value *Res = SimplifyCmpInst(Cmp->getPredicate(), LHS, RHS, TD);
383         if (Res == 0) {
384           if (!LVI || !isa<Constant>(RHS))
385             continue;
386           
387           LazyValueInfo::Tristate 
388             ResT = LVI->getPredicateOnEdge(Cmp->getPredicate(), LHS,
389                                            cast<Constant>(RHS), PredBB, BB);
390           if (ResT == LazyValueInfo::Unknown)
391             continue;
392           Res = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(LHS->getContext()), ResT);
393         }
394         
395         if (isa<UndefValue>(Res))
396           Result.push_back(std::make_pair((ConstantInt*)0, PredBB));
397         else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Res))
398           Result.push_back(std::make_pair(CI, PredBB));
399       }
400       
401       return !Result.empty();
402     }
403     
404     
405     // If comparing a live-in value against a constant, see if we know the
406     // live-in value on any predecessors.
407     if (LVI && isa<Constant>(Cmp->getOperand(1)) &&
408         Cmp->getType()->isIntegerTy() && // Not vector compare.
409         (!isa<Instruction>(Cmp->getOperand(0)) ||
410          cast<Instruction>(Cmp->getOperand(0))->getParent() != BB)) {
411       Constant *RHSCst = cast<Constant>(Cmp->getOperand(1));
412       
413       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
414         // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
415         // predecessor, use that information to try to thread this block.
416         LazyValueInfo::Tristate
417           Res = LVI->getPredicateOnEdge(Cmp->getPredicate(), Cmp->getOperand(0),
418                                         RHSCst, *PI, BB);
419         if (Res == LazyValueInfo::Unknown)
420           continue;
421
422         Constant *ResC = ConstantInt::get(Cmp->getType(), Res);
423         Result.push_back(std::make_pair(cast<ConstantInt>(ResC), *PI));
424       }
425       
426       return !Result.empty();
427     }
428   }
429   return false;
430 }
431
432
433
434 /// GetBestDestForBranchOnUndef - If we determine that the specified block ends
435 /// in an undefined jump, decide which block is best to revector to.
436 ///
437 /// Since we can pick an arbitrary destination, we pick the successor with the
438 /// fewest predecessors.  This should reduce the in-degree of the others.
439 ///
440 static unsigned GetBestDestForJumpOnUndef(BasicBlock *BB) {
441   TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
442   unsigned MinSucc = 0;
443   BasicBlock *TestBB = BBTerm->getSuccessor(MinSucc);
444   // Compute the successor with the minimum number of predecessors.
445   unsigned MinNumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
446   for (unsigned i = 1, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
447     TestBB = BBTerm->getSuccessor(i);
448     unsigned NumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
449     if (NumPreds < MinNumPreds)
450       MinSucc = i;
451   }
452   
453   return MinSucc;
454 }
455
456 /// ProcessBlock - If there are any predecessors whose control can be threaded
457 /// through to a successor, transform them now.
458 bool JumpThreading::ProcessBlock(BasicBlock *BB) {
459   // If the block is trivially dead, just return and let the caller nuke it.
460   // This simplifies other transformations.
461   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
462       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
463     return false;
464   
465   // If this block has a single predecessor, and if that pred has a single
466   // successor, merge the blocks.  This encourages recursive jump threading
467   // because now the condition in this block can be threaded through
468   // predecessors of our predecessor block.
469   if (BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor()) {
470     if (SinglePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
471         SinglePred != BB) {
472       // If SinglePred was a loop header, BB becomes one.
473       if (LoopHeaders.erase(SinglePred))
474         LoopHeaders.insert(BB);
475       
476       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
477       // will need to move BB back to the entry position.
478       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
479       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB);
480       
481       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
482         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
483       return true;
484     }
485   }
486
487   // Look to see if the terminator is a branch of switch, if not we can't thread
488   // it.
489   Value *Condition;
490   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
491     // Can't thread an unconditional jump.
492     if (BI->isUnconditional()) return false;
493     Condition = BI->getCondition();
494   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator()))
495     Condition = SI->getCondition();
496   else
497     return false; // Must be an invoke.
498   
499   // If the terminator of this block is branching on a constant, simplify the
500   // terminator to an unconditional branch.  This can occur due to threading in
501   // other blocks.
502   if (isa<ConstantInt>(Condition)) {
503     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
504           << "' folding terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
505     ++NumFolds;
506     ConstantFoldTerminator(BB);
507     return true;
508   }
509   
510   // If the terminator is branching on an undef, we can pick any of the
511   // successors to branch to.  Let GetBestDestForJumpOnUndef decide.
512   if (isa<UndefValue>(Condition)) {
513     unsigned BestSucc = GetBestDestForJumpOnUndef(BB);
514     
515     // Fold the branch/switch.
516     TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
517     for (unsigned i = 0, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
518       if (i == BestSucc) continue;
519       RemovePredecessorAndSimplify(BBTerm->getSuccessor(i), BB, TD);
520     }
521     
522     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
523           << "' folding undef terminator: " << *BBTerm << '\n');
524     BranchInst::Create(BBTerm->getSuccessor(BestSucc), BBTerm);
525     BBTerm->eraseFromParent();
526     return true;
527   }
528   
529   Instruction *CondInst = dyn_cast<Instruction>(Condition);
530
531   // If the condition is an instruction defined in another block, see if a
532   // predecessor has the same condition:
533   //     br COND, BBX, BBY
534   //  BBX:
535   //     br COND, BBZ, BBW
536   if (!LVI &&
537       !Condition->hasOneUse() && // Multiple uses.
538       (CondInst == 0 || CondInst->getParent() != BB)) { // Non-local definition.
539     pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
540     if (isa<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
541       for (; PI != E; ++PI)
542         if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
543           if (PBI->isConditional() && PBI->getCondition() == Condition &&
544               ProcessBranchOnDuplicateCond(*PI, BB))
545             return true;
546     } else {
547       assert(isa<SwitchInst>(BB->getTerminator()) && "Unknown jump terminator");
548       for (; PI != E; ++PI)
549         if (SwitchInst *PSI = dyn_cast<SwitchInst>((*PI)->getTerminator()))
550           if (PSI->getCondition() == Condition &&
551               ProcessSwitchOnDuplicateCond(*PI, BB))
552             return true;
553     }
554   }
555
556   // All the rest of our checks depend on the condition being an instruction.
557   if (CondInst == 0) {
558     // FIXME: Unify this with code below.
559     if (LVI && ProcessThreadableEdges(Condition, BB))
560       return true;
561     return false;
562   }  
563     
564   
565   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(CondInst)) {
566     if (!LVI &&
567         (!isa<PHINode>(CondCmp->getOperand(0)) ||
568          cast<PHINode>(CondCmp->getOperand(0))->getParent() != BB)) {
569       // If we have a comparison, loop over the predecessors to see if there is
570       // a condition with a lexically identical value.
571       pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
572       for (; PI != E; ++PI)
573         if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
574           if (PBI->isConditional() && *PI != BB) {
575             if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(PBI->getCondition())) {
576               if (CI->getOperand(0) == CondCmp->getOperand(0) &&
577                   CI->getOperand(1) == CondCmp->getOperand(1) &&
578                   CI->getPredicate() == CondCmp->getPredicate()) {
579                 // TODO: Could handle things like (x != 4) --> (x == 17)
580                 if (ProcessBranchOnDuplicateCond(*PI, BB))
581                   return true;
582               }
583             }
584           }
585     }
586   }
587
588   // Check for some cases that are worth simplifying.  Right now we want to look
589   // for loads that are used by a switch or by the condition for the branch.  If
590   // we see one, check to see if it's partially redundant.  If so, insert a PHI
591   // which can then be used to thread the values.
592   //
593   Value *SimplifyValue = CondInst;
594   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(SimplifyValue))
595     if (isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)))
596       SimplifyValue = CondCmp->getOperand(0);
597   
598   // TODO: There are other places where load PRE would be profitable, such as
599   // more complex comparisons.
600   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SimplifyValue))
601     if (SimplifyPartiallyRedundantLoad(LI))
602       return true;
603   
604   
605   // Handle a variety of cases where we are branching on something derived from
606   // a PHI node in the current block.  If we can prove that any predecessors
607   // compute a predictable value based on a PHI node, thread those predecessors.
608   //
609   if (ProcessThreadableEdges(CondInst, BB))
610     return true;
611   
612   // If this is an otherwise-unfoldable branch on a phi node in the current
613   // block, see if we can simplify.
614   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(CondInst))
615     if (PN->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
616       return ProcessBranchOnPHI(PN);
617   
618   
619   // If this is an otherwise-unfoldable branch on a XOR, see if we can simplify.
620   if (CondInst->getOpcode() == Instruction::Xor &&
621       CondInst->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
622     return ProcessBranchOnXOR(cast<BinaryOperator>(CondInst));
623   
624   
625   // TODO: If we have: "br (X > 0)"  and we have a predecessor where we know
626   // "(X == 4)", thread through this block.
627   
628   return false;
629 }
630
631 /// ProcessBranchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
632 /// block that jump on exactly the same condition.  This means that we almost
633 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
634 ///  PREDBB:
635 ///     br COND, DESTBB, BBY
636 ///  DESTBB:
637 ///     br COND, BBZ, BBW
638 ///
639 /// If DESTBB has multiple predecessors, we can't just constant fold the branch
640 /// in DESTBB, we have to thread over it.
641 bool JumpThreading::ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
642                                                  BasicBlock *BB) {
643   BranchInst *PredBI = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
644   
645   // If both successors of PredBB go to DESTBB, we don't know anything.  We can
646   // fold the branch to an unconditional one, which allows other recursive
647   // simplifications.
648   bool BranchDir;
649   if (PredBI->getSuccessor(1) != BB)
650     BranchDir = true;
651   else if (PredBI->getSuccessor(0) != BB)
652     BranchDir = false;
653   else {
654     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << PredBB->getName()
655           << "' folding terminator: " << *PredBB->getTerminator() << '\n');
656     ++NumFolds;
657     ConstantFoldTerminator(PredBB);
658     return true;
659   }
660    
661   BranchInst *DestBI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
662
663   // If the dest block has one predecessor, just fix the branch condition to a
664   // constant and fold it.
665   if (BB->getSinglePredecessor()) {
666     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
667           << "' folding condition to '" << BranchDir << "': "
668           << *BB->getTerminator() << '\n');
669     ++NumFolds;
670     Value *OldCond = DestBI->getCondition();
671     DestBI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
672                                           BranchDir));
673     // Delete dead instructions before we fold the branch.  Folding the branch
674     // can eliminate edges from the CFG which can end up deleting OldCond.
675     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(OldCond);
676     ConstantFoldTerminator(BB);
677     return true;
678   }
679  
680   
681   // Next, figure out which successor we are threading to.
682   BasicBlock *SuccBB = DestBI->getSuccessor(!BranchDir);
683   
684   SmallVector<BasicBlock*, 2> Preds;
685   Preds.push_back(PredBB);
686   
687   // Ok, try to thread it!
688   return ThreadEdge(BB, Preds, SuccBB);
689 }
690
691 /// ProcessSwitchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
692 /// block that switch on exactly the same condition.  This means that we almost
693 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
694 ///  PREDBB:
695 ///     switch COND [... DESTBB, BBY ... ]
696 ///  DESTBB:
697 ///     switch COND [... BBZ, BBW ]
698 ///
699 /// Optimizing switches like this is very important, because simplifycfg builds
700 /// switches out of repeated 'if' conditions.
701 bool JumpThreading::ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
702                                                  BasicBlock *DestBB) {
703   // Can't thread edge to self.
704   if (PredBB == DestBB)
705     return false;
706   
707   SwitchInst *PredSI = cast<SwitchInst>(PredBB->getTerminator());
708   SwitchInst *DestSI = cast<SwitchInst>(DestBB->getTerminator());
709
710   // There are a variety of optimizations that we can potentially do on these
711   // blocks: we order them from most to least preferable.
712   
713   // If DESTBB *just* contains the switch, then we can forward edges from PREDBB
714   // directly to their destination.  This does not introduce *any* code size
715   // growth.  Skip debug info first.
716   BasicBlock::iterator BBI = DestBB->begin();
717   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
718     BBI++;
719   
720   // FIXME: Thread if it just contains a PHI.
721   if (isa<SwitchInst>(BBI)) {
722     bool MadeChange = false;
723     // Ignore the default edge for now.
724     for (unsigned i = 1, e = DestSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
725       ConstantInt *DestVal = DestSI->getCaseValue(i);
726       BasicBlock *DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
727       
728       // Okay, DestSI has a case for 'DestVal' that goes to 'DestSucc'.  See if
729       // PredSI has an explicit case for it.  If so, forward.  If it is covered
730       // by the default case, we can't update PredSI.
731       unsigned PredCase = PredSI->findCaseValue(DestVal);
732       if (PredCase == 0) continue;
733       
734       // If PredSI doesn't go to DestBB on this value, then it won't reach the
735       // case on this condition.
736       if (PredSI->getSuccessor(PredCase) != DestBB &&
737           DestSI->getSuccessor(i) != DestBB)
738         continue;
739       
740       // Do not forward this if it already goes to this destination, this would
741       // be an infinite loop.
742       if (PredSI->getSuccessor(PredCase) == DestSucc)
743         continue;
744
745       // Otherwise, we're safe to make the change.  Make sure that the edge from
746       // DestSI to DestSucc is not critical and has no PHI nodes.
747       DEBUG(dbgs() << "FORWARDING EDGE " << *DestVal << "   FROM: " << *PredSI);
748       DEBUG(dbgs() << "THROUGH: " << *DestSI);
749
750       // If the destination has PHI nodes, just split the edge for updating
751       // simplicity.
752       if (isa<PHINode>(DestSucc->begin()) && !DestSucc->getSinglePredecessor()){
753         SplitCriticalEdge(DestSI, i, this);
754         DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
755       }
756       FoldSingleEntryPHINodes(DestSucc);
757       PredSI->setSuccessor(PredCase, DestSucc);
758       MadeChange = true;
759     }
760     
761     if (MadeChange)
762       return true;
763   }
764   
765   return false;
766 }
767
768
769 /// SimplifyPartiallyRedundantLoad - If LI is an obviously partially redundant
770 /// load instruction, eliminate it by replacing it with a PHI node.  This is an
771 /// important optimization that encourages jump threading, and needs to be run
772 /// interlaced with other jump threading tasks.
773 bool JumpThreading::SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI) {
774   // Don't hack volatile loads.
775   if (LI->isVolatile()) return false;
776   
777   // If the load is defined in a block with exactly one predecessor, it can't be
778   // partially redundant.
779   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
780   if (LoadBB->getSinglePredecessor())
781     return false;
782   
783   Value *LoadedPtr = LI->getOperand(0);
784
785   // If the loaded operand is defined in the LoadBB, it can't be available.
786   // TODO: Could do simple PHI translation, that would be fun :)
787   if (Instruction *PtrOp = dyn_cast<Instruction>(LoadedPtr))
788     if (PtrOp->getParent() == LoadBB)
789       return false;
790   
791   // Scan a few instructions up from the load, to see if it is obviously live at
792   // the entry to its block.
793   BasicBlock::iterator BBIt = LI;
794
795   if (Value *AvailableVal = 
796         FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, LoadBB, BBIt, 6)) {
797     // If the value if the load is locally available within the block, just use
798     // it.  This frequently occurs for reg2mem'd allocas.
799     //cerr << "LOAD ELIMINATED:\n" << *BBIt << *LI << "\n";
800     
801     // If the returned value is the load itself, replace with an undef. This can
802     // only happen in dead loops.
803     if (AvailableVal == LI) AvailableVal = UndefValue::get(LI->getType());
804     LI->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
805     LI->eraseFromParent();
806     return true;
807   }
808
809   // Otherwise, if we scanned the whole block and got to the top of the block,
810   // we know the block is locally transparent to the load.  If not, something
811   // might clobber its value.
812   if (BBIt != LoadBB->begin())
813     return false;
814   
815   
816   SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> PredsScanned;
817   typedef SmallVector<std::pair<BasicBlock*, Value*>, 8> AvailablePredsTy;
818   AvailablePredsTy AvailablePreds;
819   BasicBlock *OneUnavailablePred = 0;
820   
821   // If we got here, the loaded value is transparent through to the start of the
822   // block.  Check to see if it is available in any of the predecessor blocks.
823   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
824        PI != PE; ++PI) {
825     BasicBlock *PredBB = *PI;
826
827     // If we already scanned this predecessor, skip it.
828     if (!PredsScanned.insert(PredBB))
829       continue;
830
831     // Scan the predecessor to see if the value is available in the pred.
832     BBIt = PredBB->end();
833     Value *PredAvailable = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, PredBB, BBIt, 6);
834     if (!PredAvailable) {
835       OneUnavailablePred = PredBB;
836       continue;
837     }
838     
839     // If so, this load is partially redundant.  Remember this info so that we
840     // can create a PHI node.
841     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(PredBB, PredAvailable));
842   }
843   
844   // If the loaded value isn't available in any predecessor, it isn't partially
845   // redundant.
846   if (AvailablePreds.empty()) return false;
847   
848   // Okay, the loaded value is available in at least one (and maybe all!)
849   // predecessors.  If the value is unavailable in more than one unique
850   // predecessor, we want to insert a merge block for those common predecessors.
851   // This ensures that we only have to insert one reload, thus not increasing
852   // code size.
853   BasicBlock *UnavailablePred = 0;
854   
855   // If there is exactly one predecessor where the value is unavailable, the
856   // already computed 'OneUnavailablePred' block is it.  If it ends in an
857   // unconditional branch, we know that it isn't a critical edge.
858   if (PredsScanned.size() == AvailablePreds.size()+1 &&
859       OneUnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1) {
860     UnavailablePred = OneUnavailablePred;
861   } else if (PredsScanned.size() != AvailablePreds.size()) {
862     // Otherwise, we had multiple unavailable predecessors or we had a critical
863     // edge from the one.
864     SmallVector<BasicBlock*, 8> PredsToSplit;
865     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> AvailablePredSet;
866
867     for (unsigned i = 0, e = AvailablePreds.size(); i != e; ++i)
868       AvailablePredSet.insert(AvailablePreds[i].first);
869
870     // Add all the unavailable predecessors to the PredsToSplit list.
871     for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
872          PI != PE; ++PI)
873       if (!AvailablePredSet.count(*PI))
874         PredsToSplit.push_back(*PI);
875     
876     // Split them out to their own block.
877     UnavailablePred =
878       SplitBlockPredecessors(LoadBB, &PredsToSplit[0], PredsToSplit.size(),
879                              "thread-pre-split", this);
880   }
881   
882   // If the value isn't available in all predecessors, then there will be
883   // exactly one where it isn't available.  Insert a load on that edge and add
884   // it to the AvailablePreds list.
885   if (UnavailablePred) {
886     assert(UnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
887            "Can't handle critical edge here!");
888     Value *NewVal = new LoadInst(LoadedPtr, LI->getName()+".pr", false,
889                                  LI->getAlignment(),
890                                  UnavailablePred->getTerminator());
891     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(UnavailablePred, NewVal));
892   }
893   
894   // Now we know that each predecessor of this block has a value in
895   // AvailablePreds, sort them for efficient access as we're walking the preds.
896   array_pod_sort(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end());
897   
898   // Create a PHI node at the start of the block for the PRE'd load value.
899   PHINode *PN = PHINode::Create(LI->getType(), "", LoadBB->begin());
900   PN->takeName(LI);
901   
902   // Insert new entries into the PHI for each predecessor.  A single block may
903   // have multiple entries here.
904   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB); PI != E;
905        ++PI) {
906     AvailablePredsTy::iterator I = 
907       std::lower_bound(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end(),
908                        std::make_pair(*PI, (Value*)0));
909     
910     assert(I != AvailablePreds.end() && I->first == *PI &&
911            "Didn't find entry for predecessor!");
912     
913     PN->addIncoming(I->second, I->first);
914   }
915   
916   //cerr << "PRE: " << *LI << *PN << "\n";
917   
918   LI->replaceAllUsesWith(PN);
919   LI->eraseFromParent();
920   
921   return true;
922 }
923
924 /// FindMostPopularDest - The specified list contains multiple possible
925 /// threadable destinations.  Pick the one that occurs the most frequently in
926 /// the list.
927 static BasicBlock *
928 FindMostPopularDest(BasicBlock *BB,
929                     const SmallVectorImpl<std::pair<BasicBlock*,
930                                   BasicBlock*> > &PredToDestList) {
931   assert(!PredToDestList.empty());
932   
933   // Determine popularity.  If there are multiple possible destinations, we
934   // explicitly choose to ignore 'undef' destinations.  We prefer to thread
935   // blocks with known and real destinations to threading undef.  We'll handle
936   // them later if interesting.
937   DenseMap<BasicBlock*, unsigned> DestPopularity;
938   for (unsigned i = 0, e = PredToDestList.size(); i != e; ++i)
939     if (PredToDestList[i].second)
940       DestPopularity[PredToDestList[i].second]++;
941   
942   // Find the most popular dest.
943   DenseMap<BasicBlock*, unsigned>::iterator DPI = DestPopularity.begin();
944   BasicBlock *MostPopularDest = DPI->first;
945   unsigned Popularity = DPI->second;
946   SmallVector<BasicBlock*, 4> SamePopularity;
947   
948   for (++DPI; DPI != DestPopularity.end(); ++DPI) {
949     // If the popularity of this entry isn't higher than the popularity we've
950     // seen so far, ignore it.
951     if (DPI->second < Popularity)
952       ; // ignore.
953     else if (DPI->second == Popularity) {
954       // If it is the same as what we've seen so far, keep track of it.
955       SamePopularity.push_back(DPI->first);
956     } else {
957       // If it is more popular, remember it.
958       SamePopularity.clear();
959       MostPopularDest = DPI->first;
960       Popularity = DPI->second;
961     }      
962   }
963   
964   // Okay, now we know the most popular destination.  If there is more than
965   // destination, we need to determine one.  This is arbitrary, but we need
966   // to make a deterministic decision.  Pick the first one that appears in the
967   // successor list.
968   if (!SamePopularity.empty()) {
969     SamePopularity.push_back(MostPopularDest);
970     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
971     for (unsigned i = 0; ; ++i) {
972       assert(i != TI->getNumSuccessors() && "Didn't find any successor!");
973       
974       if (std::find(SamePopularity.begin(), SamePopularity.end(),
975                     TI->getSuccessor(i)) == SamePopularity.end())
976         continue;
977       
978       MostPopularDest = TI->getSuccessor(i);
979       break;
980     }
981   }
982   
983   // Okay, we have finally picked the most popular destination.
984   return MostPopularDest;
985 }
986
987 bool JumpThreading::ProcessThreadableEdges(Value *Cond, BasicBlock *BB) {
988   // If threading this would thread across a loop header, don't even try to
989   // thread the edge.
990   if (LoopHeaders.count(BB))
991     return false;
992   
993   SmallVector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*>, 8> PredValues;
994   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(Cond, BB, PredValues))
995     return false;
996   assert(!PredValues.empty() &&
997          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
998
999   DEBUG(dbgs() << "IN BB: " << *BB;
1000         for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i) {
1001           dbgs() << "  BB '" << BB->getName() << "': FOUND condition = ";
1002           if (PredValues[i].first)
1003             dbgs() << *PredValues[i].first;
1004           else
1005             dbgs() << "UNDEF";
1006           dbgs() << " for pred '" << PredValues[i].second->getName()
1007           << "'.\n";
1008         });
1009   
1010   // Decide what we want to thread through.  Convert our list of known values to
1011   // a list of known destinations for each pred.  This also discards duplicate
1012   // predecessors and keeps track of the undefined inputs (which are represented
1013   // as a null dest in the PredToDestList).
1014   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SeenPreds;
1015   SmallVector<std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*>, 16> PredToDestList;
1016   
1017   BasicBlock *OnlyDest = 0;
1018   BasicBlock *MultipleDestSentinel = (BasicBlock*)(intptr_t)~0ULL;
1019   
1020   for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i) {
1021     BasicBlock *Pred = PredValues[i].second;
1022     if (!SeenPreds.insert(Pred))
1023       continue;  // Duplicate predecessor entry.
1024     
1025     // If the predecessor ends with an indirect goto, we can't change its
1026     // destination.
1027     if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator()))
1028       continue;
1029     
1030     ConstantInt *Val = PredValues[i].first;
1031     
1032     BasicBlock *DestBB;
1033     if (Val == 0)      // Undef.
1034       DestBB = 0;
1035     else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
1036       DestBB = BI->getSuccessor(Val->isZero());
1037     else {
1038       SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(BB->getTerminator());
1039       DestBB = SI->getSuccessor(SI->findCaseValue(Val));
1040     }
1041
1042     // If we have exactly one destination, remember it for efficiency below.
1043     if (i == 0)
1044       OnlyDest = DestBB;
1045     else if (OnlyDest != DestBB)
1046       OnlyDest = MultipleDestSentinel;
1047     
1048     PredToDestList.push_back(std::make_pair(Pred, DestBB));
1049   }
1050   
1051   // If all edges were unthreadable, we fail.
1052   if (PredToDestList.empty())
1053     return false;
1054   
1055   // Determine which is the most common successor.  If we have many inputs and
1056   // this block is a switch, we want to start by threading the batch that goes
1057   // to the most popular destination first.  If we only know about one
1058   // threadable destination (the common case) we can avoid this.
1059   BasicBlock *MostPopularDest = OnlyDest;
1060   
1061   if (MostPopularDest == MultipleDestSentinel)
1062     MostPopularDest = FindMostPopularDest(BB, PredToDestList);
1063   
1064   // Now that we know what the most popular destination is, factor all
1065   // predecessors that will jump to it into a single predecessor.
1066   SmallVector<BasicBlock*, 16> PredsToFactor;
1067   for (unsigned i = 0, e = PredToDestList.size(); i != e; ++i)
1068     if (PredToDestList[i].second == MostPopularDest) {
1069       BasicBlock *Pred = PredToDestList[i].first;
1070       
1071       // This predecessor may be a switch or something else that has multiple
1072       // edges to the block.  Factor each of these edges by listing them
1073       // according to # occurrences in PredsToFactor.
1074       TerminatorInst *PredTI = Pred->getTerminator();
1075       for (unsigned i = 0, e = PredTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1076         if (PredTI->getSuccessor(i) == BB)
1077           PredsToFactor.push_back(Pred);
1078     }
1079
1080   // If the threadable edges are branching on an undefined value, we get to pick
1081   // the destination that these predecessors should get to.
1082   if (MostPopularDest == 0)
1083     MostPopularDest = BB->getTerminator()->
1084                             getSuccessor(GetBestDestForJumpOnUndef(BB));
1085         
1086   // Ok, try to thread it!
1087   return ThreadEdge(BB, PredsToFactor, MostPopularDest);
1088 }
1089
1090 /// ProcessBranchOnPHI - We have an otherwise unthreadable conditional branch on
1091 /// a PHI node in the current block.  See if there are any simplifications we
1092 /// can do based on inputs to the phi node.
1093 /// 
1094 bool JumpThreading::ProcessBranchOnPHI(PHINode *PN) {
1095   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1096   
1097   // TODO: We could make use of this to do it once for blocks with common PHI
1098   // values.
1099   SmallVector<BasicBlock*, 1> PredBBs;
1100   PredBBs.resize(1);
1101   
1102   // If any of the predecessor blocks end in an unconditional branch, we can
1103   // *duplicate* the conditional branch into that block in order to further
1104   // encourage jump threading and to eliminate cases where we have branch on a
1105   // phi of an icmp (branch on icmp is much better).
1106   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1107     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1108     if (BranchInst *PredBr = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator()))
1109       if (PredBr->isUnconditional()) {
1110         PredBBs[0] = PredBB;
1111         // Try to duplicate BB into PredBB.
1112         if (DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, PredBBs))
1113           return true;
1114       }
1115   }
1116
1117   return false;
1118 }
1119
1120 /// ProcessBranchOnXOR - We have an otherwise unthreadable conditional branch on
1121 /// a xor instruction in the current block.  See if there are any
1122 /// simplifications we can do based on inputs to the xor.
1123 /// 
1124 bool JumpThreading::ProcessBranchOnXOR(BinaryOperator *BO) {
1125   BasicBlock *BB = BO->getParent();
1126   
1127   // If either the LHS or RHS of the xor is a constant, don't do this
1128   // optimization.
1129   if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(0)) ||
1130       isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
1131     return false;
1132   
1133   // If the first instruction in BB isn't a phi, we won't be able to infer
1134   // anything special about any particular predecessor.
1135   if (!isa<PHINode>(BB->front()))
1136     return false;
1137   
1138   // If we have a xor as the branch input to this block, and we know that the
1139   // LHS or RHS of the xor in any predecessor is true/false, then we can clone
1140   // the condition into the predecessor and fix that value to true, saving some
1141   // logical ops on that path and encouraging other paths to simplify.
1142   //
1143   // This copies something like this:
1144   //
1145   //  BB:
1146   //    %X = phi i1 [1],  [%X']
1147   //    %Y = icmp eq i32 %A, %B
1148   //    %Z = xor i1 %X, %Y
1149   //    br i1 %Z, ...
1150   //
1151   // Into:
1152   //  BB':
1153   //    %Y = icmp ne i32 %A, %B
1154   //    br i1 %Z, ...
1155
1156   SmallVector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*>, 8> XorOpValues;
1157   bool isLHS = true;
1158   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(0), BB, XorOpValues)) {
1159     assert(XorOpValues.empty());
1160     if (!ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(1), BB, XorOpValues))
1161       return false;
1162     isLHS = false;
1163   }
1164   
1165   assert(!XorOpValues.empty() &&
1166          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
1167
1168   // Scan the information to see which is most popular: true or false.  The
1169   // predecessors can be of the set true, false, or undef.
1170   unsigned NumTrue = 0, NumFalse = 0;
1171   for (unsigned i = 0, e = XorOpValues.size(); i != e; ++i) {
1172     if (!XorOpValues[i].first) continue;  // Ignore undefs for the count.
1173     if (XorOpValues[i].first->isZero())
1174       ++NumFalse;
1175     else
1176       ++NumTrue;
1177   }
1178   
1179   // Determine which value to split on, true, false, or undef if neither.
1180   ConstantInt *SplitVal = 0;
1181   if (NumTrue > NumFalse)
1182     SplitVal = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
1183   else if (NumTrue != 0 || NumFalse != 0)
1184     SplitVal = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
1185   
1186   // Collect all of the blocks that this can be folded into so that we can
1187   // factor this once and clone it once.
1188   SmallVector<BasicBlock*, 8> BlocksToFoldInto;
1189   for (unsigned i = 0, e = XorOpValues.size(); i != e; ++i) {
1190     if (XorOpValues[i].first != SplitVal && XorOpValues[i].first != 0) continue;
1191
1192     BlocksToFoldInto.push_back(XorOpValues[i].second);
1193   }
1194   
1195   // If we inferred a value for all of the predecessors, then duplication won't
1196   // help us.  However, we can just replace the LHS or RHS with the constant.
1197   if (BlocksToFoldInto.size() ==
1198       cast<PHINode>(BB->front()).getNumIncomingValues()) {
1199     if (SplitVal == 0) {
1200       // If all preds provide undef, just nuke the xor, because it is undef too.
1201       BO->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BO->getType()));
1202       BO->eraseFromParent();
1203     } else if (SplitVal->isZero()) {
1204       // If all preds provide 0, replace the xor with the other input.
1205       BO->replaceAllUsesWith(BO->getOperand(isLHS));
1206       BO->eraseFromParent();
1207     } else {
1208       // If all preds provide 1, set the computed value to 1.
1209       BO->setOperand(!isLHS, SplitVal);
1210     }
1211     
1212     return true;
1213   }
1214   
1215   // Try to duplicate BB into PredBB.
1216   return DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, BlocksToFoldInto);
1217 }
1218
1219
1220 /// AddPHINodeEntriesForMappedBlock - We're adding 'NewPred' as a new
1221 /// predecessor to the PHIBB block.  If it has PHI nodes, add entries for
1222 /// NewPred using the entries from OldPred (suitably mapped).
1223 static void AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BasicBlock *PHIBB,
1224                                             BasicBlock *OldPred,
1225                                             BasicBlock *NewPred,
1226                                      DenseMap<Instruction*, Value*> &ValueMap) {
1227   for (BasicBlock::iterator PNI = PHIBB->begin();
1228        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PNI); ++PNI) {
1229     // Ok, we have a PHI node.  Figure out what the incoming value was for the
1230     // DestBlock.
1231     Value *IV = PN->getIncomingValueForBlock(OldPred);
1232     
1233     // Remap the value if necessary.
1234     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(IV)) {
1235       DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMap.find(Inst);
1236       if (I != ValueMap.end())
1237         IV = I->second;
1238     }
1239     
1240     PN->addIncoming(IV, NewPred);
1241   }
1242 }
1243
1244 /// ThreadEdge - We have decided that it is safe and profitable to factor the
1245 /// blocks in PredBBs to one predecessor, then thread an edge from it to SuccBB
1246 /// across BB.  Transform the IR to reflect this change.
1247 bool JumpThreading::ThreadEdge(BasicBlock *BB, 
1248                                const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &PredBBs, 
1249                                BasicBlock *SuccBB) {
1250   // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
1251   if (SuccBB == BB) {
1252     DEBUG(dbgs() << "  Not threading across BB '" << BB->getName()
1253           << "' - would thread to self!\n");
1254     return false;
1255   }
1256   
1257   // If threading this would thread across a loop header, don't thread the edge.
1258   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1259   if (LoopHeaders.count(BB)) {
1260     DEBUG(dbgs() << "  Not threading across loop header BB '" << BB->getName()
1261           << "' to dest BB '" << SuccBB->getName()
1262           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
1263     return false;
1264   }
1265
1266   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
1267   if (JumpThreadCost > Threshold) {
1268     DEBUG(dbgs() << "  Not threading BB '" << BB->getName()
1269           << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n");
1270     return false;
1271   }
1272   
1273   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors is needed.
1274   BasicBlock *PredBB;
1275   if (PredBBs.size() == 1)
1276     PredBB = PredBBs[0];
1277   else {
1278     DEBUG(dbgs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
1279           << " common predecessors.\n");
1280     PredBB = SplitBlockPredecessors(BB, &PredBBs[0], PredBBs.size(),
1281                                     ".thr_comm", this);
1282   }
1283   
1284   // And finally, do it!
1285   DEBUG(dbgs() << "  Threading edge from '" << PredBB->getName() << "' to '"
1286         << SuccBB->getName() << "' with cost: " << JumpThreadCost
1287         << ", across block:\n    "
1288         << *BB << "\n");
1289   
1290   // We are going to have to map operands from the original BB block to the new
1291   // copy of the block 'NewBB'.  If there are PHI nodes in BB, evaluate them to
1292   // account for entry from PredBB.
1293   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1294   
1295   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), 
1296                                          BB->getName()+".thread", 
1297                                          BB->getParent(), BB);
1298   NewBB->moveAfter(PredBB);
1299   
1300   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1301   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1302     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1303   
1304   // Clone the non-phi instructions of BB into NewBB, keeping track of the
1305   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1306   for (; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
1307     Instruction *New = BI->clone();
1308     New->setName(BI->getName());
1309     NewBB->getInstList().push_back(New);
1310     ValueMapping[BI] = New;
1311    
1312     // Remap operands to patch up intra-block references.
1313     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1314       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1315         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1316         if (I != ValueMapping.end())
1317           New->setOperand(i, I->second);
1318       }
1319   }
1320   
1321   // We didn't copy the terminator from BB over to NewBB, because there is now
1322   // an unconditional jump to SuccBB.  Insert the unconditional jump.
1323   BranchInst::Create(SuccBB, NewBB);
1324   
1325   // Check to see if SuccBB has PHI nodes. If so, we need to add entries to the
1326   // PHI nodes for NewBB now.
1327   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(SuccBB, BB, NewBB, ValueMapping);
1328   
1329   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1330   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1331   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1332   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1333   SSAUpdater SSAUpdate;
1334   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1335   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
1336     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1337     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1338     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
1339          ++UI) {
1340       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1341       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1342         if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
1343           continue;
1344       } else if (User->getParent() == BB)
1345         continue;
1346       
1347       UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
1348     }
1349     
1350     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1351     if (UsesToRename.empty())
1352       continue;
1353     
1354     DEBUG(dbgs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
1355
1356     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1357     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1358     // with the two values we know.
1359     SSAUpdate.Initialize(I);
1360     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
1361     SSAUpdate.AddAvailableValue(NewBB, ValueMapping[I]);
1362     
1363     while (!UsesToRename.empty())
1364       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1365     DEBUG(dbgs() << "\n");
1366   }
1367   
1368   
1369   // Ok, NewBB is good to go.  Update the terminator of PredBB to jump to
1370   // NewBB instead of BB.  This eliminates predecessors from BB, which requires
1371   // us to simplify any PHI nodes in BB.
1372   TerminatorInst *PredTerm = PredBB->getTerminator();
1373   for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1374     if (PredTerm->getSuccessor(i) == BB) {
1375       RemovePredecessorAndSimplify(BB, PredBB, TD);
1376       PredTerm->setSuccessor(i, NewBB);
1377     }
1378   
1379   // At this point, the IR is fully up to date and consistent.  Do a quick scan
1380   // over the new instructions and zap any that are constants or dead.  This
1381   // frequently happens because of phi translation.
1382   SimplifyInstructionsInBlock(NewBB, TD);
1383   
1384   // Threaded an edge!
1385   ++NumThreads;
1386   return true;
1387 }
1388
1389 /// DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred - PredBB contains an unconditional branch
1390 /// to BB which contains an i1 PHI node and a conditional branch on that PHI.
1391 /// If we can duplicate the contents of BB up into PredBB do so now, this
1392 /// improves the odds that the branch will be on an analyzable instruction like
1393 /// a compare.
1394 bool JumpThreading::DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BasicBlock *BB,
1395                                  const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PredBBs) {
1396   assert(!PredBBs.empty() && "Can't handle an empty set");
1397
1398   // If BB is a loop header, then duplicating this block outside the loop would
1399   // cause us to transform this into an irreducible loop, don't do this.
1400   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1401   if (LoopHeaders.count(BB)) {
1402     DEBUG(dbgs() << "  Not duplicating loop header '" << BB->getName()
1403           << "' into predecessor block '" << PredBBs[0]->getName()
1404           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
1405     return false;
1406   }
1407   
1408   unsigned DuplicationCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
1409   if (DuplicationCost > Threshold) {
1410     DEBUG(dbgs() << "  Not duplicating BB '" << BB->getName()
1411           << "' - Cost is too high: " << DuplicationCost << "\n");
1412     return false;
1413   }
1414   
1415   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors is needed.
1416   BasicBlock *PredBB;
1417   if (PredBBs.size() == 1)
1418     PredBB = PredBBs[0];
1419   else {
1420     DEBUG(dbgs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
1421           << " common predecessors.\n");
1422     PredBB = SplitBlockPredecessors(BB, &PredBBs[0], PredBBs.size(),
1423                                     ".thr_comm", this);
1424   }
1425   
1426   // Okay, we decided to do this!  Clone all the instructions in BB onto the end
1427   // of PredBB.
1428   DEBUG(dbgs() << "  Duplicating block '" << BB->getName() << "' into end of '"
1429         << PredBB->getName() << "' to eliminate branch on phi.  Cost: "
1430         << DuplicationCost << " block is:" << *BB << "\n");
1431   
1432   // Unless PredBB ends with an unconditional branch, split the edge so that we
1433   // can just clone the bits from BB into the end of the new PredBB.
1434   BranchInst *OldPredBranch = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
1435   
1436   if (OldPredBranch == 0 || !OldPredBranch->isUnconditional()) {
1437     PredBB = SplitEdge(PredBB, BB, this);
1438     OldPredBranch = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
1439   }
1440   
1441   // We are going to have to map operands from the original BB block into the
1442   // PredBB block.  Evaluate PHI nodes in BB.
1443   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1444   
1445   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1446   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1447     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1448   
1449   // Clone the non-phi instructions of BB into PredBB, keeping track of the
1450   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1451   for (; BI != BB->end(); ++BI) {
1452     Instruction *New = BI->clone();
1453     
1454     // Remap operands to patch up intra-block references.
1455     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1456       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1457         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1458         if (I != ValueMapping.end())
1459           New->setOperand(i, I->second);
1460       }
1461
1462     // If this instruction can be simplified after the operands are updated,
1463     // just use the simplified value instead.  This frequently happens due to
1464     // phi translation.
1465     if (Value *IV = SimplifyInstruction(New, TD)) {
1466       delete New;
1467       ValueMapping[BI] = IV;
1468     } else {
1469       // Otherwise, insert the new instruction into the block.
1470       New->setName(BI->getName());
1471       PredBB->getInstList().insert(OldPredBranch, New);
1472       ValueMapping[BI] = New;
1473     }
1474   }
1475   
1476   // Check to see if the targets of the branch had PHI nodes. If so, we need to
1477   // add entries to the PHI nodes for branch from PredBB now.
1478   BranchInst *BBBranch = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1479   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(0), BB, PredBB,
1480                                   ValueMapping);
1481   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(1), BB, PredBB,
1482                                   ValueMapping);
1483   
1484   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1485   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1486   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1487   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1488   SSAUpdater SSAUpdate;
1489   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1490   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
1491     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1492     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1493     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
1494          ++UI) {
1495       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1496       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1497         if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
1498           continue;
1499       } else if (User->getParent() == BB)
1500         continue;
1501       
1502       UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
1503     }
1504     
1505     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1506     if (UsesToRename.empty())
1507       continue;
1508     
1509     DEBUG(dbgs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
1510     
1511     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1512     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1513     // with the two values we know.
1514     SSAUpdate.Initialize(I);
1515     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
1516     SSAUpdate.AddAvailableValue(PredBB, ValueMapping[I]);
1517     
1518     while (!UsesToRename.empty())
1519       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1520     DEBUG(dbgs() << "\n");
1521   }
1522   
1523   // PredBB no longer jumps to BB, remove entries in the PHI node for the edge
1524   // that we nuked.
1525   RemovePredecessorAndSimplify(BB, PredBB, TD);
1526   
1527   // Remove the unconditional branch at the end of the PredBB block.
1528   OldPredBranch->eraseFromParent();
1529   
1530   ++NumDupes;
1531   return true;
1532 }
1533
1534