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