Inform LazyValueInfo whenever a block is deleted, to avoid dangling pointer issues.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / JumpThreading.cpp
1 //===- JumpThreading.cpp - Thread control through conditional blocks ------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements the Jump Threading pass.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #define DEBUG_TYPE "jump-threading"
15 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
16 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
17 #include "llvm/LLVMContext.h"
18 #include "llvm/Pass.h"
19 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
20 #include "llvm/Analysis/LazyValueInfo.h"
21 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
22 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
23 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
24 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
25 #include "llvm/Target/TargetData.h"
26 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
27 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
28 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
29 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
31 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
32 #include "llvm/Support/Debug.h"
33 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
34 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
35 using namespace llvm;
36
37 STATISTIC(NumThreads, "Number of jumps threaded");
38 STATISTIC(NumFolds,   "Number of terminators folded");
39 STATISTIC(NumDupes,   "Number of branch blocks duplicated to eliminate phi");
40
41 static cl::opt<unsigned>
42 Threshold("jump-threading-threshold", 
43           cl::desc("Max block size to duplicate for jump threading"),
44           cl::init(6), cl::Hidden);
45
46 // Turn on use of LazyValueInfo.
47 static cl::opt<bool>
48 EnableLVI("enable-jump-threading-lvi",
49           cl::desc("Use LVI for jump threading"),
50           cl::init(false),
51           cl::ReallyHidden);
52
53
54
55 namespace {
56   /// This pass performs 'jump threading', which looks at blocks that have
57   /// multiple predecessors and multiple successors.  If one or more of the
58   /// predecessors of the block can be proven to always jump to one of the
59   /// successors, we forward the edge from the predecessor to the successor by
60   /// duplicating the contents of this block.
61   ///
62   /// An example of when this can occur is code like this:
63   ///
64   ///   if () { ...
65   ///     X = 4;
66   ///   }
67   ///   if (X < 3) {
68   ///
69   /// In this case, the unconditional branch at the end of the first if can be
70   /// revectored to the false side of the second if.
71   ///
72   class JumpThreading : public FunctionPass {
73     TargetData *TD;
74     LazyValueInfo *LVI;
75 #ifdef NDEBUG
76     SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> LoopHeaders;
77 #else
78     SmallSet<AssertingVH<BasicBlock>, 16> LoopHeaders;
79 #endif
80   public:
81     static char ID; // Pass identification
82     JumpThreading() : FunctionPass(ID) {}
83
84     bool runOnFunction(Function &F);
85     
86     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
87       if (EnableLVI)
88         AU.addRequired<LazyValueInfo>();
89     }
90     
91     void FindLoopHeaders(Function &F);
92     bool ProcessBlock(BasicBlock *BB);
93     bool ThreadEdge(BasicBlock *BB, const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &PredBBs,
94                     BasicBlock *SuccBB);
95     bool DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BasicBlock *BB,
96                                   const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PredBBs);
97     
98     typedef SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*,
99                                       BasicBlock*> > PredValueInfo;
100     
101     bool ComputeValueKnownInPredecessors(Value *V, BasicBlock *BB,
102                                          PredValueInfo &Result);
103     bool ProcessThreadableEdges(Value *Cond, BasicBlock *BB);
104     
105     
106     bool ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
107     bool ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
108
109     bool ProcessBranchOnPHI(PHINode *PN);
110     bool ProcessBranchOnXOR(BinaryOperator *BO);
111     
112     bool SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI);
113   };
114 }
115
116 char JumpThreading::ID = 0;
117 INITIALIZE_PASS(JumpThreading, "jump-threading",
118                 "Jump Threading", false, false);
119
120 // Public interface to the Jump Threading pass
121 FunctionPass *llvm::createJumpThreadingPass() { return new JumpThreading(); }
122
123 /// runOnFunction - Top level algorithm.
124 ///
125 bool JumpThreading::runOnFunction(Function &F) {
126   DEBUG(dbgs() << "Jump threading on function '" << F.getName() << "'\n");
127   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
128   LVI = EnableLVI ? &getAnalysis<LazyValueInfo>() : 0;
129   
130   FindLoopHeaders(F);
131   
132   bool Changed, EverChanged = false;
133   do {
134     Changed = false;
135     for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E;) {
136       BasicBlock *BB = I;
137       // Thread all of the branches we can over this block. 
138       while (ProcessBlock(BB))
139         Changed = true;
140       
141       ++I;
142       
143       // If the block is trivially dead, zap it.  This eliminates the successor
144       // edges which simplifies the CFG.
145       if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
146           BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
147         DEBUG(dbgs() << "  JT: Deleting dead block '" << BB->getName()
148               << "' with terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
149         LoopHeaders.erase(BB);
150         if (LVI) LVI->eraseBlock(BB);
151         DeleteDeadBlock(BB);
152         Changed = true;
153       } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
154         // Can't thread an unconditional jump, but if the block is "almost
155         // empty", we can replace uses of it with uses of the successor and make
156         // this dead.
157         if (BI->isUnconditional() && 
158             BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
159           BasicBlock::iterator BBI = BB->getFirstNonPHI();
160           // Ignore dbg intrinsics.
161           while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
162             ++BBI;
163           // If the terminator is the only non-phi instruction, try to nuke it.
164           if (BBI->isTerminator()) {
165             // Since TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock may delete the
166             // block, we have to make sure it isn't in the LoopHeaders set.  We
167             // reinsert afterward if needed.
168             bool ErasedFromLoopHeaders = LoopHeaders.erase(BB);
169             BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(0);
170             
171             // FIXME: It is always conservatively correct to drop the info
172             // for a block even if it doesn't get erased.  This isn't totally
173             // awesome, but it allows us to use AssertingVH to prevent nasty
174             // dangling pointer issues within LazyValueInfo.
175             if (LVI) LVI->eraseBlock(BB);
176             if (TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB)) {
177               Changed = true;
178               // If we deleted BB and BB was the header of a loop, then the
179               // successor is now the header of the loop.
180               BB = Succ;
181             }
182             
183             if (ErasedFromLoopHeaders)
184               LoopHeaders.insert(BB);
185           }
186         }
187       }
188     }
189     EverChanged |= Changed;
190   } while (Changed);
191   
192   LoopHeaders.clear();
193   return EverChanged;
194 }
195
196 /// getJumpThreadDuplicationCost - Return the cost of duplicating this block to
197 /// thread across it.
198 static unsigned getJumpThreadDuplicationCost(const BasicBlock *BB) {
199   /// Ignore PHI nodes, these will be flattened when duplication happens.
200   BasicBlock::const_iterator I = BB->getFirstNonPHI();
201   
202   // FIXME: THREADING will delete values that are just used to compute the
203   // branch, so they shouldn't count against the duplication cost.
204   
205   
206   // Sum up the cost of each instruction until we get to the terminator.  Don't
207   // include the terminator because the copy won't include it.
208   unsigned Size = 0;
209   for (; !isa<TerminatorInst>(I); ++I) {
210     // Debugger intrinsics don't incur code size.
211     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
212     
213     // If this is a pointer->pointer bitcast, it is free.
214     if (isa<BitCastInst>(I) && I->getType()->isPointerTy())
215       continue;
216     
217     // All other instructions count for at least one unit.
218     ++Size;
219     
220     // Calls are more expensive.  If they are non-intrinsic calls, we model them
221     // as having cost of 4.  If they are a non-vector intrinsic, we model them
222     // as having cost of 2 total, and if they are a vector intrinsic, we model
223     // them as having cost 1.
224     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
225       if (!isa<IntrinsicInst>(CI))
226         Size += 3;
227       else if (!CI->getType()->isVectorTy())
228         Size += 1;
229     }
230   }
231   
232   // Threading through a switch statement is particularly profitable.  If this
233   // block ends in a switch, decrease its cost to make it more likely to happen.
234   if (isa<SwitchInst>(I))
235     Size = Size > 6 ? Size-6 : 0;
236   
237   return Size;
238 }
239
240 /// FindLoopHeaders - We do not want jump threading to turn proper loop
241 /// structures into irreducible loops.  Doing this breaks up the loop nesting
242 /// hierarchy and pessimizes later transformations.  To prevent this from
243 /// happening, we first have to find the loop headers.  Here we approximate this
244 /// by finding targets of backedges in the CFG.
245 ///
246 /// Note that there definitely are cases when we want to allow threading of
247 /// edges across a loop header.  For example, threading a jump from outside the
248 /// loop (the preheader) to an exit block of the loop is definitely profitable.
249 /// It is also almost always profitable to thread backedges from within the loop
250 /// to exit blocks, and is often profitable to thread backedges to other blocks
251 /// within the loop (forming a nested loop).  This simple analysis is not rich
252 /// enough to track all of these properties and keep it up-to-date as the CFG
253 /// mutates, so we don't allow any of these transformations.
254 ///
255 void JumpThreading::FindLoopHeaders(Function &F) {
256   SmallVector<std::pair<const BasicBlock*,const BasicBlock*>, 32> Edges;
257   FindFunctionBackedges(F, Edges);
258   
259   for (unsigned i = 0, e = Edges.size(); i != e; ++i)
260     LoopHeaders.insert(const_cast<BasicBlock*>(Edges[i].second));
261 }
262
263 /// ComputeValueKnownInPredecessors - Given a basic block BB and a value V, see
264 /// if we can infer that the value is a known ConstantInt in any of our
265 /// predecessors.  If so, return the known list of value and pred BB in the
266 /// result vector.  If a value is known to be undef, it is returned as null.
267 ///
268 /// This returns true if there were any known values.
269 ///
270 bool JumpThreading::
271 ComputeValueKnownInPredecessors(Value *V, BasicBlock *BB,PredValueInfo &Result){
272   // If V is a constantint, then it is known in all predecessors.
273   if (isa<ConstantInt>(V) || isa<UndefValue>(V)) {
274     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
275     
276     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
277       Result.push_back(std::make_pair(CI, *PI));
278     return true;
279   }
280   
281   // If V is a non-instruction value, or an instruction in a different block,
282   // then it can't be derived from a PHI.
283   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
284   if (I == 0 || I->getParent() != BB) {
285     
286     // Okay, if this is a live-in value, see if it has a known value at the end
287     // of any of our predecessors.
288     //
289     // FIXME: This should be an edge property, not a block end property.
290     /// TODO: Per PR2563, we could infer value range information about a
291     /// predecessor based on its terminator.
292     //
293     if (LVI) {
294       // FIXME: change this to use the more-rich 'getPredicateOnEdge' method if
295       // "I" is a non-local compare-with-a-constant instruction.  This would be
296       // able to handle value inequalities better, for example if the compare is
297       // "X < 4" and "X < 3" is known true but "X < 4" itself is not available.
298       // Perhaps getConstantOnEdge should be smart enough to do this?
299       
300       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
301         BasicBlock *P = *PI;
302         // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
303         // predecessor, use that information to try to thread this block.
304         Constant *PredCst = LVI->getConstantOnEdge(V, P, BB);
305         if (PredCst == 0 ||
306             (!isa<ConstantInt>(PredCst) && !isa<UndefValue>(PredCst)))
307           continue;
308         
309         Result.push_back(std::make_pair(dyn_cast<ConstantInt>(PredCst), P));
310       }
311       
312       return !Result.empty();
313     }
314     
315     return false;
316   }
317   
318   /// If I is a PHI node, then we know the incoming values for any constants.
319   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
320     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
321       Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
322       if (isa<ConstantInt>(InVal) || isa<UndefValue>(InVal)) {
323         ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(InVal);
324         Result.push_back(std::make_pair(CI, PN->getIncomingBlock(i)));
325       }
326     }
327     return !Result.empty();
328   }
329   
330   SmallVector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*>, 8> LHSVals, RHSVals;
331
332   // Handle some boolean conditions.
333   if (I->getType()->getPrimitiveSizeInBits() == 1) { 
334     // X | true -> true
335     // X & false -> false
336     if (I->getOpcode() == Instruction::Or ||
337         I->getOpcode() == Instruction::And) {
338       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, LHSVals);
339       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(1), BB, RHSVals);
340       
341       if (LHSVals.empty() && RHSVals.empty())
342         return false;
343       
344       ConstantInt *InterestingVal;
345       if (I->getOpcode() == Instruction::Or)
346         InterestingVal = ConstantInt::getTrue(I->getContext());
347       else
348         InterestingVal = ConstantInt::getFalse(I->getContext());
349       
350       SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> LHSKnownBBs;
351       
352       // Scan for the sentinel.  If we find an undef, force it to the
353       // interesting value: x|undef -> true and x&undef -> false.
354       for (unsigned i = 0, e = LHSVals.size(); i != e; ++i)
355         if (LHSVals[i].first == InterestingVal || LHSVals[i].first == 0) {
356           Result.push_back(LHSVals[i]);
357           Result.back().first = InterestingVal;
358           LHSKnownBBs.insert(LHSVals[i].second);
359         }
360       for (unsigned i = 0, e = RHSVals.size(); i != e; ++i)
361         if (RHSVals[i].first == InterestingVal || RHSVals[i].first == 0) {
362           // If we already inferred a value for this block on the LHS, don't
363           // re-add it.
364           if (!LHSKnownBBs.count(RHSVals[i].second)) {
365             Result.push_back(RHSVals[i]);
366             Result.back().first = InterestingVal;
367           }
368         }
369       return !Result.empty();
370     }
371     
372     // Handle the NOT form of XOR.
373     if (I->getOpcode() == Instruction::Xor &&
374         isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)) &&
375         cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))->isOne()) {
376       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, Result);
377       if (Result.empty())
378         return false;
379
380       // Invert the known values.
381       for (unsigned i = 0, e = Result.size(); i != e; ++i)
382         if (Result[i].first)
383           Result[i].first =
384             cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(Result[i].first));
385       return true;
386     }
387   }
388   
389   // Handle compare with phi operand, where the PHI is defined in this block.
390   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
391     PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Cmp->getOperand(0));
392     if (PN && PN->getParent() == BB) {
393       // We can do this simplification if any comparisons fold to true or false.
394       // See if any do.
395       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
396         BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
397         Value *LHS = PN->getIncomingValue(i);
398         Value *RHS = Cmp->getOperand(1)->DoPHITranslation(BB, PredBB);
399         
400         Value *Res = SimplifyCmpInst(Cmp->getPredicate(), LHS, RHS, TD);
401         if (Res == 0) {
402           if (!LVI || !isa<Constant>(RHS))
403             continue;
404           
405           LazyValueInfo::Tristate 
406             ResT = LVI->getPredicateOnEdge(Cmp->getPredicate(), LHS,
407                                            cast<Constant>(RHS), PredBB, BB);
408           if (ResT == LazyValueInfo::Unknown)
409             continue;
410           Res = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(LHS->getContext()), ResT);
411         }
412         
413         if (isa<UndefValue>(Res))
414           Result.push_back(std::make_pair((ConstantInt*)0, PredBB));
415         else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Res))
416           Result.push_back(std::make_pair(CI, PredBB));
417       }
418       
419       return !Result.empty();
420     }
421     
422     
423     // If comparing a live-in value against a constant, see if we know the
424     // live-in value on any predecessors.
425     if (LVI && isa<Constant>(Cmp->getOperand(1)) &&
426         Cmp->getType()->isIntegerTy() && // Not vector compare.
427         (!isa<Instruction>(Cmp->getOperand(0)) ||
428          cast<Instruction>(Cmp->getOperand(0))->getParent() != BB)) {
429       Constant *RHSCst = cast<Constant>(Cmp->getOperand(1));
430
431       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
432         BasicBlock *P = *PI;
433         // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
434         // predecessor, use that information to try to thread this block.
435         LazyValueInfo::Tristate
436           Res = LVI->getPredicateOnEdge(Cmp->getPredicate(), Cmp->getOperand(0),
437                                         RHSCst, P, BB);
438         if (Res == LazyValueInfo::Unknown)
439           continue;
440
441         Constant *ResC = ConstantInt::get(Cmp->getType(), Res);
442         Result.push_back(std::make_pair(cast<ConstantInt>(ResC), P));
443       }
444
445       return !Result.empty();
446     }
447   }
448   return false;
449 }
450
451
452
453 /// GetBestDestForBranchOnUndef - If we determine that the specified block ends
454 /// in an undefined jump, decide which block is best to revector to.
455 ///
456 /// Since we can pick an arbitrary destination, we pick the successor with the
457 /// fewest predecessors.  This should reduce the in-degree of the others.
458 ///
459 static unsigned GetBestDestForJumpOnUndef(BasicBlock *BB) {
460   TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
461   unsigned MinSucc = 0;
462   BasicBlock *TestBB = BBTerm->getSuccessor(MinSucc);
463   // Compute the successor with the minimum number of predecessors.
464   unsigned MinNumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
465   for (unsigned i = 1, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
466     TestBB = BBTerm->getSuccessor(i);
467     unsigned NumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
468     if (NumPreds < MinNumPreds)
469       MinSucc = i;
470   }
471   
472   return MinSucc;
473 }
474
475 /// ProcessBlock - If there are any predecessors whose control can be threaded
476 /// through to a successor, transform them now.
477 bool JumpThreading::ProcessBlock(BasicBlock *BB) {
478   // If the block is trivially dead, just return and let the caller nuke it.
479   // This simplifies other transformations.
480   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
481       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
482     return false;
483   
484   // If this block has a single predecessor, and if that pred has a single
485   // successor, merge the blocks.  This encourages recursive jump threading
486   // because now the condition in this block can be threaded through
487   // predecessors of our predecessor block.
488   if (BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor()) {
489     if (SinglePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
490         SinglePred != BB) {
491       // If SinglePred was a loop header, BB becomes one.
492       if (LoopHeaders.erase(SinglePred))
493         LoopHeaders.insert(BB);
494       
495       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
496       // will need to move BB back to the entry position.
497       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
498       if (LVI) LVI->eraseBlock(SinglePred);
499       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB);
500       
501       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
502         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
503       return true;
504     }
505   }
506
507   // Look to see if the terminator is a branch of switch, if not we can't thread
508   // it.
509   Value *Condition;
510   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
511     // Can't thread an unconditional jump.
512     if (BI->isUnconditional()) return false;
513     Condition = BI->getCondition();
514   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator()))
515     Condition = SI->getCondition();
516   else
517     return false; // Must be an invoke.
518   
519   // If the terminator of this block is branching on a constant, simplify the
520   // terminator to an unconditional branch.  This can occur due to threading in
521   // other blocks.
522   if (isa<ConstantInt>(Condition)) {
523     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
524           << "' folding terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
525     ++NumFolds;
526     ConstantFoldTerminator(BB);
527     return true;
528   }
529   
530   // If the terminator is branching on an undef, we can pick any of the
531   // successors to branch to.  Let GetBestDestForJumpOnUndef decide.
532   if (isa<UndefValue>(Condition)) {
533     unsigned BestSucc = GetBestDestForJumpOnUndef(BB);
534     
535     // Fold the branch/switch.
536     TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
537     for (unsigned i = 0, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
538       if (i == BestSucc) continue;
539       RemovePredecessorAndSimplify(BBTerm->getSuccessor(i), BB, TD);
540     }
541     
542     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
543           << "' folding undef terminator: " << *BBTerm << '\n');
544     BranchInst::Create(BBTerm->getSuccessor(BestSucc), BBTerm);
545     BBTerm->eraseFromParent();
546     return true;
547   }
548   
549   Instruction *CondInst = dyn_cast<Instruction>(Condition);
550
551   // If the condition is an instruction defined in another block, see if a
552   // predecessor has the same condition:
553   //     br COND, BBX, BBY
554   //  BBX:
555   //     br COND, BBZ, BBW
556   if (!LVI &&
557       !Condition->hasOneUse() && // Multiple uses.
558       (CondInst == 0 || CondInst->getParent() != BB)) { // Non-local definition.
559     pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
560     if (isa<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
561       for (; PI != E; ++PI) {
562         BasicBlock *P = *PI;
563         if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator()))
564           if (PBI->isConditional() && PBI->getCondition() == Condition &&
565               ProcessBranchOnDuplicateCond(P, BB))
566             return true;
567       }
568     } else {
569       assert(isa<SwitchInst>(BB->getTerminator()) && "Unknown jump terminator");
570       for (; PI != E; ++PI) {
571         BasicBlock *P = *PI;
572         if (SwitchInst *PSI = dyn_cast<SwitchInst>(P->getTerminator()))
573           if (PSI->getCondition() == Condition &&
574               ProcessSwitchOnDuplicateCond(P, BB))
575             return true;
576       }
577     }
578   }
579
580   // All the rest of our checks depend on the condition being an instruction.
581   if (CondInst == 0) {
582     // FIXME: Unify this with code below.
583     if (LVI && ProcessThreadableEdges(Condition, BB))
584       return true;
585     return false;
586   }  
587     
588   
589   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(CondInst)) {
590     if (!LVI &&
591         (!isa<PHINode>(CondCmp->getOperand(0)) ||
592          cast<PHINode>(CondCmp->getOperand(0))->getParent() != BB)) {
593       // If we have a comparison, loop over the predecessors to see if there is
594       // a condition with a lexically identical value.
595       pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
596       for (; PI != E; ++PI) {
597         BasicBlock *P = *PI;
598         if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator()))
599           if (PBI->isConditional() && P != BB) {
600             if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(PBI->getCondition())) {
601               if (CI->getOperand(0) == CondCmp->getOperand(0) &&
602                   CI->getOperand(1) == CondCmp->getOperand(1) &&
603                   CI->getPredicate() == CondCmp->getPredicate()) {
604                 // TODO: Could handle things like (x != 4) --> (x == 17)
605                 if (ProcessBranchOnDuplicateCond(P, BB))
606                   return true;
607               }
608             }
609           }
610       }
611     }
612   }
613
614   // Check for some cases that are worth simplifying.  Right now we want to look
615   // for loads that are used by a switch or by the condition for the branch.  If
616   // we see one, check to see if it's partially redundant.  If so, insert a PHI
617   // which can then be used to thread the values.
618   //
619   Value *SimplifyValue = CondInst;
620   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(SimplifyValue))
621     if (isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)))
622       SimplifyValue = CondCmp->getOperand(0);
623   
624   // TODO: There are other places where load PRE would be profitable, such as
625   // more complex comparisons.
626   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SimplifyValue))
627     if (SimplifyPartiallyRedundantLoad(LI))
628       return true;
629   
630   
631   // Handle a variety of cases where we are branching on something derived from
632   // a PHI node in the current block.  If we can prove that any predecessors
633   // compute a predictable value based on a PHI node, thread those predecessors.
634   //
635   if (ProcessThreadableEdges(CondInst, BB))
636     return true;
637   
638   // If this is an otherwise-unfoldable branch on a phi node in the current
639   // block, see if we can simplify.
640   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(CondInst))
641     if (PN->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
642       return ProcessBranchOnPHI(PN);
643   
644   
645   // If this is an otherwise-unfoldable branch on a XOR, see if we can simplify.
646   if (CondInst->getOpcode() == Instruction::Xor &&
647       CondInst->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
648     return ProcessBranchOnXOR(cast<BinaryOperator>(CondInst));
649   
650   
651   // TODO: If we have: "br (X > 0)"  and we have a predecessor where we know
652   // "(X == 4)", thread through this block.
653   
654   return false;
655 }
656
657 /// ProcessBranchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
658 /// block that jump on exactly the same condition.  This means that we almost
659 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
660 ///  PREDBB:
661 ///     br COND, DESTBB, BBY
662 ///  DESTBB:
663 ///     br COND, BBZ, BBW
664 ///
665 /// If DESTBB has multiple predecessors, we can't just constant fold the branch
666 /// in DESTBB, we have to thread over it.
667 bool JumpThreading::ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
668                                                  BasicBlock *BB) {
669   BranchInst *PredBI = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
670   
671   // If both successors of PredBB go to DESTBB, we don't know anything.  We can
672   // fold the branch to an unconditional one, which allows other recursive
673   // simplifications.
674   bool BranchDir;
675   if (PredBI->getSuccessor(1) != BB)
676     BranchDir = true;
677   else if (PredBI->getSuccessor(0) != BB)
678     BranchDir = false;
679   else {
680     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << PredBB->getName()
681           << "' folding terminator: " << *PredBB->getTerminator() << '\n');
682     ++NumFolds;
683     ConstantFoldTerminator(PredBB);
684     return true;
685   }
686    
687   BranchInst *DestBI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
688
689   // If the dest block has one predecessor, just fix the branch condition to a
690   // constant and fold it.
691   if (BB->getSinglePredecessor()) {
692     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
693           << "' folding condition to '" << BranchDir << "': "
694           << *BB->getTerminator() << '\n');
695     ++NumFolds;
696     Value *OldCond = DestBI->getCondition();
697     DestBI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
698                                           BranchDir));
699     // Delete dead instructions before we fold the branch.  Folding the branch
700     // can eliminate edges from the CFG which can end up deleting OldCond.
701     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(OldCond);
702     ConstantFoldTerminator(BB);
703     return true;
704   }
705  
706   
707   // Next, figure out which successor we are threading to.
708   BasicBlock *SuccBB = DestBI->getSuccessor(!BranchDir);
709   
710   SmallVector<BasicBlock*, 2> Preds;
711   Preds.push_back(PredBB);
712   
713   // Ok, try to thread it!
714   return ThreadEdge(BB, Preds, SuccBB);
715 }
716
717 /// ProcessSwitchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
718 /// block that switch on exactly the same condition.  This means that we almost
719 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
720 ///  PREDBB:
721 ///     switch COND [... DESTBB, BBY ... ]
722 ///  DESTBB:
723 ///     switch COND [... BBZ, BBW ]
724 ///
725 /// Optimizing switches like this is very important, because simplifycfg builds
726 /// switches out of repeated 'if' conditions.
727 bool JumpThreading::ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
728                                                  BasicBlock *DestBB) {
729   // Can't thread edge to self.
730   if (PredBB == DestBB)
731     return false;
732   
733   SwitchInst *PredSI = cast<SwitchInst>(PredBB->getTerminator());
734   SwitchInst *DestSI = cast<SwitchInst>(DestBB->getTerminator());
735
736   // There are a variety of optimizations that we can potentially do on these
737   // blocks: we order them from most to least preferable.
738   
739   // If DESTBB *just* contains the switch, then we can forward edges from PREDBB
740   // directly to their destination.  This does not introduce *any* code size
741   // growth.  Skip debug info first.
742   BasicBlock::iterator BBI = DestBB->begin();
743   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
744     BBI++;
745   
746   // FIXME: Thread if it just contains a PHI.
747   if (isa<SwitchInst>(BBI)) {
748     bool MadeChange = false;
749     // Ignore the default edge for now.
750     for (unsigned i = 1, e = DestSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
751       ConstantInt *DestVal = DestSI->getCaseValue(i);
752       BasicBlock *DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
753       
754       // Okay, DestSI has a case for 'DestVal' that goes to 'DestSucc'.  See if
755       // PredSI has an explicit case for it.  If so, forward.  If it is covered
756       // by the default case, we can't update PredSI.
757       unsigned PredCase = PredSI->findCaseValue(DestVal);
758       if (PredCase == 0) continue;
759       
760       // If PredSI doesn't go to DestBB on this value, then it won't reach the
761       // case on this condition.
762       if (PredSI->getSuccessor(PredCase) != DestBB &&
763           DestSI->getSuccessor(i) != DestBB)
764         continue;
765       
766       // Do not forward this if it already goes to this destination, this would
767       // be an infinite loop.
768       if (PredSI->getSuccessor(PredCase) == DestSucc)
769         continue;
770
771       // Otherwise, we're safe to make the change.  Make sure that the edge from
772       // DestSI to DestSucc is not critical and has no PHI nodes.
773       DEBUG(dbgs() << "FORWARDING EDGE " << *DestVal << "   FROM: " << *PredSI);
774       DEBUG(dbgs() << "THROUGH: " << *DestSI);
775
776       // If the destination has PHI nodes, just split the edge for updating
777       // simplicity.
778       if (isa<PHINode>(DestSucc->begin()) && !DestSucc->getSinglePredecessor()){
779         SplitCriticalEdge(DestSI, i, this);
780         DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
781       }
782       FoldSingleEntryPHINodes(DestSucc);
783       PredSI->setSuccessor(PredCase, DestSucc);
784       MadeChange = true;
785     }
786     
787     if (MadeChange)
788       return true;
789   }
790   
791   return false;
792 }
793
794
795 /// SimplifyPartiallyRedundantLoad - If LI is an obviously partially redundant
796 /// load instruction, eliminate it by replacing it with a PHI node.  This is an
797 /// important optimization that encourages jump threading, and needs to be run
798 /// interlaced with other jump threading tasks.
799 bool JumpThreading::SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI) {
800   // Don't hack volatile loads.
801   if (LI->isVolatile()) return false;
802   
803   // If the load is defined in a block with exactly one predecessor, it can't be
804   // partially redundant.
805   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
806   if (LoadBB->getSinglePredecessor())
807     return false;
808   
809   Value *LoadedPtr = LI->getOperand(0);
810
811   // If the loaded operand is defined in the LoadBB, it can't be available.
812   // TODO: Could do simple PHI translation, that would be fun :)
813   if (Instruction *PtrOp = dyn_cast<Instruction>(LoadedPtr))
814     if (PtrOp->getParent() == LoadBB)
815       return false;
816   
817   // Scan a few instructions up from the load, to see if it is obviously live at
818   // the entry to its block.
819   BasicBlock::iterator BBIt = LI;
820
821   if (Value *AvailableVal = 
822         FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, LoadBB, BBIt, 6)) {
823     // If the value if the load is locally available within the block, just use
824     // it.  This frequently occurs for reg2mem'd allocas.
825     //cerr << "LOAD ELIMINATED:\n" << *BBIt << *LI << "\n";
826     
827     // If the returned value is the load itself, replace with an undef. This can
828     // only happen in dead loops.
829     if (AvailableVal == LI) AvailableVal = UndefValue::get(LI->getType());
830     LI->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
831     LI->eraseFromParent();
832     return true;
833   }
834
835   // Otherwise, if we scanned the whole block and got to the top of the block,
836   // we know the block is locally transparent to the load.  If not, something
837   // might clobber its value.
838   if (BBIt != LoadBB->begin())
839     return false;
840   
841   
842   SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> PredsScanned;
843   typedef SmallVector<std::pair<BasicBlock*, Value*>, 8> AvailablePredsTy;
844   AvailablePredsTy AvailablePreds;
845   BasicBlock *OneUnavailablePred = 0;
846   
847   // If we got here, the loaded value is transparent through to the start of the
848   // block.  Check to see if it is available in any of the predecessor blocks.
849   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
850        PI != PE; ++PI) {
851     BasicBlock *PredBB = *PI;
852
853     // If we already scanned this predecessor, skip it.
854     if (!PredsScanned.insert(PredBB))
855       continue;
856
857     // Scan the predecessor to see if the value is available in the pred.
858     BBIt = PredBB->end();
859     Value *PredAvailable = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, PredBB, BBIt, 6);
860     if (!PredAvailable) {
861       OneUnavailablePred = PredBB;
862       continue;
863     }
864     
865     // If so, this load is partially redundant.  Remember this info so that we
866     // can create a PHI node.
867     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(PredBB, PredAvailable));
868   }
869   
870   // If the loaded value isn't available in any predecessor, it isn't partially
871   // redundant.
872   if (AvailablePreds.empty()) return false;
873   
874   // Okay, the loaded value is available in at least one (and maybe all!)
875   // predecessors.  If the value is unavailable in more than one unique
876   // predecessor, we want to insert a merge block for those common predecessors.
877   // This ensures that we only have to insert one reload, thus not increasing
878   // code size.
879   BasicBlock *UnavailablePred = 0;
880   
881   // If there is exactly one predecessor where the value is unavailable, the
882   // already computed 'OneUnavailablePred' block is it.  If it ends in an
883   // unconditional branch, we know that it isn't a critical edge.
884   if (PredsScanned.size() == AvailablePreds.size()+1 &&
885       OneUnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1) {
886     UnavailablePred = OneUnavailablePred;
887   } else if (PredsScanned.size() != AvailablePreds.size()) {
888     // Otherwise, we had multiple unavailable predecessors or we had a critical
889     // edge from the one.
890     SmallVector<BasicBlock*, 8> PredsToSplit;
891     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> AvailablePredSet;
892
893     for (unsigned i = 0, e = AvailablePreds.size(); i != e; ++i)
894       AvailablePredSet.insert(AvailablePreds[i].first);
895
896     // Add all the unavailable predecessors to the PredsToSplit list.
897     for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
898          PI != PE; ++PI) {
899       BasicBlock *P = *PI;
900       // If the predecessor is an indirect goto, we can't split the edge.
901       if (isa<IndirectBrInst>(P->getTerminator()))
902         return false;
903       
904       if (!AvailablePredSet.count(P))
905         PredsToSplit.push_back(P);
906     }
907     
908     // Split them out to their own block.
909     UnavailablePred =
910       SplitBlockPredecessors(LoadBB, &PredsToSplit[0], PredsToSplit.size(),
911                              "thread-pre-split", this);
912   }
913   
914   // If the value isn't available in all predecessors, then there will be
915   // exactly one where it isn't available.  Insert a load on that edge and add
916   // it to the AvailablePreds list.
917   if (UnavailablePred) {
918     assert(UnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
919            "Can't handle critical edge here!");
920     Value *NewVal = new LoadInst(LoadedPtr, LI->getName()+".pr", false,
921                                  LI->getAlignment(),
922                                  UnavailablePred->getTerminator());
923     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(UnavailablePred, NewVal));
924   }
925   
926   // Now we know that each predecessor of this block has a value in
927   // AvailablePreds, sort them for efficient access as we're walking the preds.
928   array_pod_sort(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end());
929   
930   // Create a PHI node at the start of the block for the PRE'd load value.
931   PHINode *PN = PHINode::Create(LI->getType(), "", LoadBB->begin());
932   PN->takeName(LI);
933   
934   // Insert new entries into the PHI for each predecessor.  A single block may
935   // have multiple entries here.
936   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB); PI != E;
937        ++PI) {
938     BasicBlock *P = *PI;
939     AvailablePredsTy::iterator I = 
940       std::lower_bound(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end(),
941                        std::make_pair(P, (Value*)0));
942     
943     assert(I != AvailablePreds.end() && I->first == P &&
944            "Didn't find entry for predecessor!");
945     
946     PN->addIncoming(I->second, I->first);
947   }
948   
949   //cerr << "PRE: " << *LI << *PN << "\n";
950   
951   LI->replaceAllUsesWith(PN);
952   LI->eraseFromParent();
953   
954   return true;
955 }
956
957 /// FindMostPopularDest - The specified list contains multiple possible
958 /// threadable destinations.  Pick the one that occurs the most frequently in
959 /// the list.
960 static BasicBlock *
961 FindMostPopularDest(BasicBlock *BB,
962                     const SmallVectorImpl<std::pair<BasicBlock*,
963                                   BasicBlock*> > &PredToDestList) {
964   assert(!PredToDestList.empty());
965   
966   // Determine popularity.  If there are multiple possible destinations, we
967   // explicitly choose to ignore 'undef' destinations.  We prefer to thread
968   // blocks with known and real destinations to threading undef.  We'll handle
969   // them later if interesting.
970   DenseMap<BasicBlock*, unsigned> DestPopularity;
971   for (unsigned i = 0, e = PredToDestList.size(); i != e; ++i)
972     if (PredToDestList[i].second)
973       DestPopularity[PredToDestList[i].second]++;
974   
975   // Find the most popular dest.
976   DenseMap<BasicBlock*, unsigned>::iterator DPI = DestPopularity.begin();
977   BasicBlock *MostPopularDest = DPI->first;
978   unsigned Popularity = DPI->second;
979   SmallVector<BasicBlock*, 4> SamePopularity;
980   
981   for (++DPI; DPI != DestPopularity.end(); ++DPI) {
982     // If the popularity of this entry isn't higher than the popularity we've
983     // seen so far, ignore it.
984     if (DPI->second < Popularity)
985       ; // ignore.
986     else if (DPI->second == Popularity) {
987       // If it is the same as what we've seen so far, keep track of it.
988       SamePopularity.push_back(DPI->first);
989     } else {
990       // If it is more popular, remember it.
991       SamePopularity.clear();
992       MostPopularDest = DPI->first;
993       Popularity = DPI->second;
994     }      
995   }
996   
997   // Okay, now we know the most popular destination.  If there is more than
998   // destination, we need to determine one.  This is arbitrary, but we need
999   // to make a deterministic decision.  Pick the first one that appears in the
1000   // successor list.
1001   if (!SamePopularity.empty()) {
1002     SamePopularity.push_back(MostPopularDest);
1003     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
1004     for (unsigned i = 0; ; ++i) {
1005       assert(i != TI->getNumSuccessors() && "Didn't find any successor!");
1006       
1007       if (std::find(SamePopularity.begin(), SamePopularity.end(),
1008                     TI->getSuccessor(i)) == SamePopularity.end())
1009         continue;
1010       
1011       MostPopularDest = TI->getSuccessor(i);
1012       break;
1013     }
1014   }
1015   
1016   // Okay, we have finally picked the most popular destination.
1017   return MostPopularDest;
1018 }
1019
1020 bool JumpThreading::ProcessThreadableEdges(Value *Cond, BasicBlock *BB) {
1021   // If threading this would thread across a loop header, don't even try to
1022   // thread the edge.
1023   if (LoopHeaders.count(BB))
1024     return false;
1025   
1026   SmallVector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*>, 8> PredValues;
1027   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(Cond, BB, PredValues))
1028     return false;
1029   assert(!PredValues.empty() &&
1030          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
1031
1032   DEBUG(dbgs() << "IN BB: " << *BB;
1033         for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i) {
1034           dbgs() << "  BB '" << BB->getName() << "': FOUND condition = ";
1035           if (PredValues[i].first)
1036             dbgs() << *PredValues[i].first;
1037           else
1038             dbgs() << "UNDEF";
1039           dbgs() << " for pred '" << PredValues[i].second->getName()
1040           << "'.\n";
1041         });
1042   
1043   // Decide what we want to thread through.  Convert our list of known values to
1044   // a list of known destinations for each pred.  This also discards duplicate
1045   // predecessors and keeps track of the undefined inputs (which are represented
1046   // as a null dest in the PredToDestList).
1047   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SeenPreds;
1048   SmallVector<std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*>, 16> PredToDestList;
1049   
1050   BasicBlock *OnlyDest = 0;
1051   BasicBlock *MultipleDestSentinel = (BasicBlock*)(intptr_t)~0ULL;
1052   
1053   for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i) {
1054     BasicBlock *Pred = PredValues[i].second;
1055     if (!SeenPreds.insert(Pred))
1056       continue;  // Duplicate predecessor entry.
1057     
1058     // If the predecessor ends with an indirect goto, we can't change its
1059     // destination.
1060     if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator()))
1061       continue;
1062     
1063     ConstantInt *Val = PredValues[i].first;
1064     
1065     BasicBlock *DestBB;
1066     if (Val == 0)      // Undef.
1067       DestBB = 0;
1068     else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
1069       DestBB = BI->getSuccessor(Val->isZero());
1070     else {
1071       SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(BB->getTerminator());
1072       DestBB = SI->getSuccessor(SI->findCaseValue(Val));
1073     }
1074
1075     // If we have exactly one destination, remember it for efficiency below.
1076     if (i == 0)
1077       OnlyDest = DestBB;
1078     else if (OnlyDest != DestBB)
1079       OnlyDest = MultipleDestSentinel;
1080     
1081     PredToDestList.push_back(std::make_pair(Pred, DestBB));
1082   }
1083   
1084   // If all edges were unthreadable, we fail.
1085   if (PredToDestList.empty())
1086     return false;
1087   
1088   // Determine which is the most common successor.  If we have many inputs and
1089   // this block is a switch, we want to start by threading the batch that goes
1090   // to the most popular destination first.  If we only know about one
1091   // threadable destination (the common case) we can avoid this.
1092   BasicBlock *MostPopularDest = OnlyDest;
1093   
1094   if (MostPopularDest == MultipleDestSentinel)
1095     MostPopularDest = FindMostPopularDest(BB, PredToDestList);
1096   
1097   // Now that we know what the most popular destination is, factor all
1098   // predecessors that will jump to it into a single predecessor.
1099   SmallVector<BasicBlock*, 16> PredsToFactor;
1100   for (unsigned i = 0, e = PredToDestList.size(); i != e; ++i)
1101     if (PredToDestList[i].second == MostPopularDest) {
1102       BasicBlock *Pred = PredToDestList[i].first;
1103       
1104       // This predecessor may be a switch or something else that has multiple
1105       // edges to the block.  Factor each of these edges by listing them
1106       // according to # occurrences in PredsToFactor.
1107       TerminatorInst *PredTI = Pred->getTerminator();
1108       for (unsigned i = 0, e = PredTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1109         if (PredTI->getSuccessor(i) == BB)
1110           PredsToFactor.push_back(Pred);
1111     }
1112
1113   // If the threadable edges are branching on an undefined value, we get to pick
1114   // the destination that these predecessors should get to.
1115   if (MostPopularDest == 0)
1116     MostPopularDest = BB->getTerminator()->
1117                             getSuccessor(GetBestDestForJumpOnUndef(BB));
1118         
1119   // Ok, try to thread it!
1120   return ThreadEdge(BB, PredsToFactor, MostPopularDest);
1121 }
1122
1123 /// ProcessBranchOnPHI - We have an otherwise unthreadable conditional branch on
1124 /// a PHI node in the current block.  See if there are any simplifications we
1125 /// can do based on inputs to the phi node.
1126 /// 
1127 bool JumpThreading::ProcessBranchOnPHI(PHINode *PN) {
1128   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1129   
1130   // TODO: We could make use of this to do it once for blocks with common PHI
1131   // values.
1132   SmallVector<BasicBlock*, 1> PredBBs;
1133   PredBBs.resize(1);
1134   
1135   // If any of the predecessor blocks end in an unconditional branch, we can
1136   // *duplicate* the conditional branch into that block in order to further
1137   // encourage jump threading and to eliminate cases where we have branch on a
1138   // phi of an icmp (branch on icmp is much better).
1139   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1140     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1141     if (BranchInst *PredBr = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator()))
1142       if (PredBr->isUnconditional()) {
1143         PredBBs[0] = PredBB;
1144         // Try to duplicate BB into PredBB.
1145         if (DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, PredBBs))
1146           return true;
1147       }
1148   }
1149
1150   return false;
1151 }
1152
1153 /// ProcessBranchOnXOR - We have an otherwise unthreadable conditional branch on
1154 /// a xor instruction in the current block.  See if there are any
1155 /// simplifications we can do based on inputs to the xor.
1156 /// 
1157 bool JumpThreading::ProcessBranchOnXOR(BinaryOperator *BO) {
1158   BasicBlock *BB = BO->getParent();
1159   
1160   // If either the LHS or RHS of the xor is a constant, don't do this
1161   // optimization.
1162   if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(0)) ||
1163       isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
1164     return false;
1165   
1166   // If the first instruction in BB isn't a phi, we won't be able to infer
1167   // anything special about any particular predecessor.
1168   if (!isa<PHINode>(BB->front()))
1169     return false;
1170   
1171   // If we have a xor as the branch input to this block, and we know that the
1172   // LHS or RHS of the xor in any predecessor is true/false, then we can clone
1173   // the condition into the predecessor and fix that value to true, saving some
1174   // logical ops on that path and encouraging other paths to simplify.
1175   //
1176   // This copies something like this:
1177   //
1178   //  BB:
1179   //    %X = phi i1 [1],  [%X']
1180   //    %Y = icmp eq i32 %A, %B
1181   //    %Z = xor i1 %X, %Y
1182   //    br i1 %Z, ...
1183   //
1184   // Into:
1185   //  BB':
1186   //    %Y = icmp ne i32 %A, %B
1187   //    br i1 %Z, ...
1188
1189   SmallVector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*>, 8> XorOpValues;
1190   bool isLHS = true;
1191   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(0), BB, XorOpValues)) {
1192     assert(XorOpValues.empty());
1193     if (!ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(1), BB, XorOpValues))
1194       return false;
1195     isLHS = false;
1196   }
1197   
1198   assert(!XorOpValues.empty() &&
1199          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
1200
1201   // Scan the information to see which is most popular: true or false.  The
1202   // predecessors can be of the set true, false, or undef.
1203   unsigned NumTrue = 0, NumFalse = 0;
1204   for (unsigned i = 0, e = XorOpValues.size(); i != e; ++i) {
1205     if (!XorOpValues[i].first) continue;  // Ignore undefs for the count.
1206     if (XorOpValues[i].first->isZero())
1207       ++NumFalse;
1208     else
1209       ++NumTrue;
1210   }
1211   
1212   // Determine which value to split on, true, false, or undef if neither.
1213   ConstantInt *SplitVal = 0;
1214   if (NumTrue > NumFalse)
1215     SplitVal = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
1216   else if (NumTrue != 0 || NumFalse != 0)
1217     SplitVal = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
1218   
1219   // Collect all of the blocks that this can be folded into so that we can
1220   // factor this once and clone it once.
1221   SmallVector<BasicBlock*, 8> BlocksToFoldInto;
1222   for (unsigned i = 0, e = XorOpValues.size(); i != e; ++i) {
1223     if (XorOpValues[i].first != SplitVal && XorOpValues[i].first != 0) continue;
1224
1225     BlocksToFoldInto.push_back(XorOpValues[i].second);
1226   }
1227   
1228   // If we inferred a value for all of the predecessors, then duplication won't
1229   // help us.  However, we can just replace the LHS or RHS with the constant.
1230   if (BlocksToFoldInto.size() ==
1231       cast<PHINode>(BB->front()).getNumIncomingValues()) {
1232     if (SplitVal == 0) {
1233       // If all preds provide undef, just nuke the xor, because it is undef too.
1234       BO->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BO->getType()));
1235       BO->eraseFromParent();
1236     } else if (SplitVal->isZero()) {
1237       // If all preds provide 0, replace the xor with the other input.
1238       BO->replaceAllUsesWith(BO->getOperand(isLHS));
1239       BO->eraseFromParent();
1240     } else {
1241       // If all preds provide 1, set the computed value to 1.
1242       BO->setOperand(!isLHS, SplitVal);
1243     }
1244     
1245     return true;
1246   }
1247   
1248   // Try to duplicate BB into PredBB.
1249   return DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, BlocksToFoldInto);
1250 }
1251
1252
1253 /// AddPHINodeEntriesForMappedBlock - We're adding 'NewPred' as a new
1254 /// predecessor to the PHIBB block.  If it has PHI nodes, add entries for
1255 /// NewPred using the entries from OldPred (suitably mapped).
1256 static void AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BasicBlock *PHIBB,
1257                                             BasicBlock *OldPred,
1258                                             BasicBlock *NewPred,
1259                                      DenseMap<Instruction*, Value*> &ValueMap) {
1260   for (BasicBlock::iterator PNI = PHIBB->begin();
1261        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PNI); ++PNI) {
1262     // Ok, we have a PHI node.  Figure out what the incoming value was for the
1263     // DestBlock.
1264     Value *IV = PN->getIncomingValueForBlock(OldPred);
1265     
1266     // Remap the value if necessary.
1267     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(IV)) {
1268       DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMap.find(Inst);
1269       if (I != ValueMap.end())
1270         IV = I->second;
1271     }
1272     
1273     PN->addIncoming(IV, NewPred);
1274   }
1275 }
1276
1277 /// ThreadEdge - We have decided that it is safe and profitable to factor the
1278 /// blocks in PredBBs to one predecessor, then thread an edge from it to SuccBB
1279 /// across BB.  Transform the IR to reflect this change.
1280 bool JumpThreading::ThreadEdge(BasicBlock *BB, 
1281                                const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &PredBBs, 
1282                                BasicBlock *SuccBB) {
1283   // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
1284   if (SuccBB == BB) {
1285     DEBUG(dbgs() << "  Not threading across BB '" << BB->getName()
1286           << "' - would thread to self!\n");
1287     return false;
1288   }
1289   
1290   // If threading this would thread across a loop header, don't thread the edge.
1291   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1292   if (LoopHeaders.count(BB)) {
1293     DEBUG(dbgs() << "  Not threading across loop header BB '" << BB->getName()
1294           << "' to dest BB '" << SuccBB->getName()
1295           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
1296     return false;
1297   }
1298
1299   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
1300   if (JumpThreadCost > Threshold) {
1301     DEBUG(dbgs() << "  Not threading BB '" << BB->getName()
1302           << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n");
1303     return false;
1304   }
1305   
1306   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors is needed.
1307   BasicBlock *PredBB;
1308   if (PredBBs.size() == 1)
1309     PredBB = PredBBs[0];
1310   else {
1311     DEBUG(dbgs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
1312           << " common predecessors.\n");
1313     PredBB = SplitBlockPredecessors(BB, &PredBBs[0], PredBBs.size(),
1314                                     ".thr_comm", this);
1315   }
1316   
1317   // And finally, do it!
1318   DEBUG(dbgs() << "  Threading edge from '" << PredBB->getName() << "' to '"
1319         << SuccBB->getName() << "' with cost: " << JumpThreadCost
1320         << ", across block:\n    "
1321         << *BB << "\n");
1322   
1323   if (LVI)
1324     LVI->threadEdge(PredBB, BB, SuccBB);
1325   
1326   // We are going to have to map operands from the original BB block to the new
1327   // copy of the block 'NewBB'.  If there are PHI nodes in BB, evaluate them to
1328   // account for entry from PredBB.
1329   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1330   
1331   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), 
1332                                          BB->getName()+".thread", 
1333                                          BB->getParent(), BB);
1334   NewBB->moveAfter(PredBB);
1335   
1336   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1337   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1338     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1339   
1340   // Clone the non-phi instructions of BB into NewBB, keeping track of the
1341   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1342   for (; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
1343     Instruction *New = BI->clone();
1344     New->setName(BI->getName());
1345     NewBB->getInstList().push_back(New);
1346     ValueMapping[BI] = New;
1347    
1348     // Remap operands to patch up intra-block references.
1349     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1350       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1351         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1352         if (I != ValueMapping.end())
1353           New->setOperand(i, I->second);
1354       }
1355   }
1356   
1357   // We didn't copy the terminator from BB over to NewBB, because there is now
1358   // an unconditional jump to SuccBB.  Insert the unconditional jump.
1359   BranchInst::Create(SuccBB, NewBB);
1360   
1361   // Check to see if SuccBB has PHI nodes. If so, we need to add entries to the
1362   // PHI nodes for NewBB now.
1363   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(SuccBB, BB, NewBB, ValueMapping);
1364   
1365   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1366   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1367   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1368   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1369   SSAUpdater SSAUpdate;
1370   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1371   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
1372     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1373     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1374     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
1375          ++UI) {
1376       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1377       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1378         if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
1379           continue;
1380       } else if (User->getParent() == BB)
1381         continue;
1382       
1383       UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
1384     }
1385     
1386     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1387     if (UsesToRename.empty())
1388       continue;
1389     
1390     DEBUG(dbgs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
1391
1392     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1393     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1394     // with the two values we know.
1395     SSAUpdate.Initialize(I);
1396     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
1397     SSAUpdate.AddAvailableValue(NewBB, ValueMapping[I]);
1398     
1399     while (!UsesToRename.empty())
1400       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1401     DEBUG(dbgs() << "\n");
1402   }
1403   
1404   
1405   // Ok, NewBB is good to go.  Update the terminator of PredBB to jump to
1406   // NewBB instead of BB.  This eliminates predecessors from BB, which requires
1407   // us to simplify any PHI nodes in BB.
1408   TerminatorInst *PredTerm = PredBB->getTerminator();
1409   for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1410     if (PredTerm->getSuccessor(i) == BB) {
1411       RemovePredecessorAndSimplify(BB, PredBB, TD);
1412       PredTerm->setSuccessor(i, NewBB);
1413     }
1414   
1415   // At this point, the IR is fully up to date and consistent.  Do a quick scan
1416   // over the new instructions and zap any that are constants or dead.  This
1417   // frequently happens because of phi translation.
1418   SimplifyInstructionsInBlock(NewBB, TD);
1419   
1420   // Threaded an edge!
1421   ++NumThreads;
1422   return true;
1423 }
1424
1425 /// DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred - PredBB contains an unconditional branch
1426 /// to BB which contains an i1 PHI node and a conditional branch on that PHI.
1427 /// If we can duplicate the contents of BB up into PredBB do so now, this
1428 /// improves the odds that the branch will be on an analyzable instruction like
1429 /// a compare.
1430 bool JumpThreading::DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BasicBlock *BB,
1431                                  const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PredBBs) {
1432   assert(!PredBBs.empty() && "Can't handle an empty set");
1433
1434   // If BB is a loop header, then duplicating this block outside the loop would
1435   // cause us to transform this into an irreducible loop, don't do this.
1436   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1437   if (LoopHeaders.count(BB)) {
1438     DEBUG(dbgs() << "  Not duplicating loop header '" << BB->getName()
1439           << "' into predecessor block '" << PredBBs[0]->getName()
1440           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
1441     return false;
1442   }
1443   
1444   unsigned DuplicationCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
1445   if (DuplicationCost > Threshold) {
1446     DEBUG(dbgs() << "  Not duplicating BB '" << BB->getName()
1447           << "' - Cost is too high: " << DuplicationCost << "\n");
1448     return false;
1449   }
1450   
1451   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors is needed.
1452   BasicBlock *PredBB;
1453   if (PredBBs.size() == 1)
1454     PredBB = PredBBs[0];
1455   else {
1456     DEBUG(dbgs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
1457           << " common predecessors.\n");
1458     PredBB = SplitBlockPredecessors(BB, &PredBBs[0], PredBBs.size(),
1459                                     ".thr_comm", this);
1460   }
1461   
1462   // Okay, we decided to do this!  Clone all the instructions in BB onto the end
1463   // of PredBB.
1464   DEBUG(dbgs() << "  Duplicating block '" << BB->getName() << "' into end of '"
1465         << PredBB->getName() << "' to eliminate branch on phi.  Cost: "
1466         << DuplicationCost << " block is:" << *BB << "\n");
1467   
1468   // Unless PredBB ends with an unconditional branch, split the edge so that we
1469   // can just clone the bits from BB into the end of the new PredBB.
1470   BranchInst *OldPredBranch = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
1471   
1472   if (OldPredBranch == 0 || !OldPredBranch->isUnconditional()) {
1473     PredBB = SplitEdge(PredBB, BB, this);
1474     OldPredBranch = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
1475   }
1476   
1477   // We are going to have to map operands from the original BB block into the
1478   // PredBB block.  Evaluate PHI nodes in BB.
1479   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1480   
1481   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1482   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1483     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1484   
1485   // Clone the non-phi instructions of BB into PredBB, keeping track of the
1486   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1487   for (; BI != BB->end(); ++BI) {
1488     Instruction *New = BI->clone();
1489     
1490     // Remap operands to patch up intra-block references.
1491     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1492       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1493         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1494         if (I != ValueMapping.end())
1495           New->setOperand(i, I->second);
1496       }
1497
1498     // If this instruction can be simplified after the operands are updated,
1499     // just use the simplified value instead.  This frequently happens due to
1500     // phi translation.
1501     if (Value *IV = SimplifyInstruction(New, TD)) {
1502       delete New;
1503       ValueMapping[BI] = IV;
1504     } else {
1505       // Otherwise, insert the new instruction into the block.
1506       New->setName(BI->getName());
1507       PredBB->getInstList().insert(OldPredBranch, New);
1508       ValueMapping[BI] = New;
1509     }
1510   }
1511   
1512   // Check to see if the targets of the branch had PHI nodes. If so, we need to
1513   // add entries to the PHI nodes for branch from PredBB now.
1514   BranchInst *BBBranch = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1515   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(0), BB, PredBB,
1516                                   ValueMapping);
1517   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(1), BB, PredBB,
1518                                   ValueMapping);
1519   
1520   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1521   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1522   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1523   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1524   SSAUpdater SSAUpdate;
1525   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1526   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
1527     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1528     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1529     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
1530          ++UI) {
1531       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1532       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1533         if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
1534           continue;
1535       } else if (User->getParent() == BB)
1536         continue;
1537       
1538       UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
1539     }
1540     
1541     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1542     if (UsesToRename.empty())
1543       continue;
1544     
1545     DEBUG(dbgs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
1546     
1547     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1548     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1549     // with the two values we know.
1550     SSAUpdate.Initialize(I);
1551     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
1552     SSAUpdate.AddAvailableValue(PredBB, ValueMapping[I]);
1553     
1554     while (!UsesToRename.empty())
1555       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1556     DEBUG(dbgs() << "\n");
1557   }
1558   
1559   // PredBB no longer jumps to BB, remove entries in the PHI node for the edge
1560   // that we nuked.
1561   RemovePredecessorAndSimplify(BB, PredBB, TD);
1562   
1563   // Remove the unconditional branch at the end of the PredBB block.
1564   OldPredBranch->eraseFromParent();
1565   
1566   ++NumDupes;
1567   return true;
1568 }
1569
1570