make jump threading handle lexically identical compare instructions
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / JumpThreading.cpp
1 //===- JumpThreading.cpp - Thread control through conditional blocks ------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements the Jump Threading pass.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #define DEBUG_TYPE "jump-threading"
15 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
16 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
17 #include "llvm/Pass.h"
18 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
19 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
20 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
21 #include "llvm/Target/TargetData.h"
22 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
23 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
24 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
25 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
26 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
27 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
28 #include "llvm/Support/Compiler.h"
29 #include "llvm/Support/Debug.h"
30 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
31 using namespace llvm;
32
33 STATISTIC(NumThreads, "Number of jumps threaded");
34 STATISTIC(NumFolds,   "Number of terminators folded");
35
36 static cl::opt<unsigned>
37 Threshold("jump-threading-threshold", 
38           cl::desc("Max block size to duplicate for jump threading"),
39           cl::init(6), cl::Hidden);
40
41 namespace {
42   /// This pass performs 'jump threading', which looks at blocks that have
43   /// multiple predecessors and multiple successors.  If one or more of the
44   /// predecessors of the block can be proven to always jump to one of the
45   /// successors, we forward the edge from the predecessor to the successor by
46   /// duplicating the contents of this block.
47   ///
48   /// An example of when this can occur is code like this:
49   ///
50   ///   if () { ...
51   ///     X = 4;
52   ///   }
53   ///   if (X < 3) {
54   ///
55   /// In this case, the unconditional branch at the end of the first if can be
56   /// revectored to the false side of the second if.
57   ///
58   class VISIBILITY_HIDDEN JumpThreading : public FunctionPass {
59     TargetData *TD;
60 #ifdef NDEBUG
61     SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> LoopHeaders;
62 #else
63     SmallSet<AssertingVH<BasicBlock>, 16> LoopHeaders;
64 #endif
65   public:
66     static char ID; // Pass identification
67     JumpThreading() : FunctionPass(&ID) {}
68
69     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
70       AU.addRequired<TargetData>();
71     }
72
73     bool runOnFunction(Function &F);
74     void FindLoopHeaders(Function &F);
75     
76     bool ProcessBlock(BasicBlock *BB);
77     bool ThreadEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *PredBB, BasicBlock *SuccBB,
78                     unsigned JumpThreadCost);
79     BasicBlock *FactorCommonPHIPreds(PHINode *PN, Value *Val);
80     bool ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
81     bool ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
82
83     bool ProcessJumpOnPHI(PHINode *PN);
84     bool ProcessBranchOnLogical(Value *V, BasicBlock *BB, bool isAnd);
85     bool ProcessBranchOnCompare(CmpInst *Cmp, BasicBlock *BB);
86     
87     bool SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI);
88   };
89 }
90
91 char JumpThreading::ID = 0;
92 static RegisterPass<JumpThreading>
93 X("jump-threading", "Jump Threading");
94
95 // Public interface to the Jump Threading pass
96 FunctionPass *llvm::createJumpThreadingPass() { return new JumpThreading(); }
97
98 /// runOnFunction - Top level algorithm.
99 ///
100 bool JumpThreading::runOnFunction(Function &F) {
101   DOUT << "Jump threading on function '" << F.getNameStart() << "'\n";
102   TD = &getAnalysis<TargetData>();
103   
104   FindLoopHeaders(F);
105   
106   bool AnotherIteration = true, EverChanged = false;
107   while (AnotherIteration) {
108     AnotherIteration = false;
109     bool Changed = false;
110     for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E;) {
111       BasicBlock *BB = I;
112       while (ProcessBlock(BB))
113         Changed = true;
114       
115       ++I;
116       
117       // If the block is trivially dead, zap it.  This eliminates the successor
118       // edges which simplifies the CFG.
119       if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
120           BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
121         DOUT << "  JT: Deleting dead block '" << BB->getNameStart()
122              << "' with terminator: " << *BB->getTerminator();
123         LoopHeaders.erase(BB);
124         DeleteDeadBlock(BB);
125         Changed = true;
126       }
127     }
128     AnotherIteration = Changed;
129     EverChanged |= Changed;
130   }
131   
132   LoopHeaders.clear();
133   return EverChanged;
134 }
135
136 /// FindLoopHeaders - We do not want jump threading to turn proper loop
137 /// structures into irreducible loops.  Doing this breaks up the loop nesting
138 /// hierarchy and pessimizes later transformations.  To prevent this from
139 /// happening, we first have to find the loop headers.  Here we approximate this
140 /// by finding targets of backedges in the CFG.
141 ///
142 /// Note that there definitely are cases when we want to allow threading of
143 /// edges across a loop header.  For example, threading a jump from outside the
144 /// loop (the preheader) to an exit block of the loop is definitely profitable.
145 /// It is also almost always profitable to thread backedges from within the loop
146 /// to exit blocks, and is often profitable to thread backedges to other blocks
147 /// within the loop (forming a nested loop).  This simple analysis is not rich
148 /// enough to track all of these properties and keep it up-to-date as the CFG
149 /// mutates, so we don't allow any of these transformations.
150 ///
151 void JumpThreading::FindLoopHeaders(Function &F) {
152   SmallVector<std::pair<const BasicBlock*,const BasicBlock*>, 32> Edges;
153   FindFunctionBackedges(F, Edges);
154   
155   for (unsigned i = 0, e = Edges.size(); i != e; ++i)
156     LoopHeaders.insert(const_cast<BasicBlock*>(Edges[i].second));
157 }
158
159
160 /// FactorCommonPHIPreds - If there are multiple preds with the same incoming
161 /// value for the PHI, factor them together so we get one block to thread for
162 /// the whole group.
163 /// This is important for things like "phi i1 [true, true, false, true, x]"
164 /// where we only need to clone the block for the true blocks once.
165 ///
166 BasicBlock *JumpThreading::FactorCommonPHIPreds(PHINode *PN, Value *Val) {
167   SmallVector<BasicBlock*, 16> CommonPreds;
168   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
169     if (PN->getIncomingValue(i) == Val)
170       CommonPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
171   
172   if (CommonPreds.size() == 1)
173     return CommonPreds[0];
174     
175   DOUT << "  Factoring out " << CommonPreds.size()
176        << " common predecessors.\n";
177   return SplitBlockPredecessors(PN->getParent(),
178                                 &CommonPreds[0], CommonPreds.size(),
179                                 ".thr_comm", this);
180 }
181   
182
183 /// getJumpThreadDuplicationCost - Return the cost of duplicating this block to
184 /// thread across it.
185 static unsigned getJumpThreadDuplicationCost(const BasicBlock *BB) {
186   /// Ignore PHI nodes, these will be flattened when duplication happens.
187   BasicBlock::const_iterator I = BB->getFirstNonPHI();
188
189   // Sum up the cost of each instruction until we get to the terminator.  Don't
190   // include the terminator because the copy won't include it.
191   unsigned Size = 0;
192   for (; !isa<TerminatorInst>(I); ++I) {
193     // Debugger intrinsics don't incur code size.
194     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
195     
196     // If this is a pointer->pointer bitcast, it is free.
197     if (isa<BitCastInst>(I) && isa<PointerType>(I->getType()))
198       continue;
199     
200     // All other instructions count for at least one unit.
201     ++Size;
202     
203     // Calls are more expensive.  If they are non-intrinsic calls, we model them
204     // as having cost of 4.  If they are a non-vector intrinsic, we model them
205     // as having cost of 2 total, and if they are a vector intrinsic, we model
206     // them as having cost 1.
207     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
208       if (!isa<IntrinsicInst>(CI))
209         Size += 3;
210       else if (isa<VectorType>(CI->getType()))
211         Size += 1;
212     }
213   }
214   
215   // Threading through a switch statement is particularly profitable.  If this
216   // block ends in a switch, decrease its cost to make it more likely to happen.
217   if (isa<SwitchInst>(I))
218     Size = Size > 6 ? Size-6 : 0;
219   
220   return Size;
221 }
222
223 /// ProcessBlock - If there are any predecessors whose control can be threaded
224 /// through to a successor, transform them now.
225 bool JumpThreading::ProcessBlock(BasicBlock *BB) {
226   // If this block has a single predecessor, and if that pred has a single
227   // successor, merge the blocks.  This encourages recursive jump threading
228   // because now the condition in this block can be threaded through
229   // predecessors of our predecessor block.
230   if (BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor())
231     if (SinglePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
232         SinglePred != BB) {
233       // If SinglePred was a loop header, BB becomes one.
234       if (LoopHeaders.erase(SinglePred))
235         LoopHeaders.insert(BB);
236       
237       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
238       // will need to move BB back to the entry position.
239       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
240       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB);
241       
242       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
243         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
244       return true;
245     }
246   
247   // See if this block ends with a branch or switch.  If so, see if the
248   // condition is a phi node.  If so, and if an entry of the phi node is a
249   // constant, we can thread the block.
250   Value *Condition;
251   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
252     // Can't thread an unconditional jump.
253     if (BI->isUnconditional()) return false;
254     Condition = BI->getCondition();
255   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator()))
256     Condition = SI->getCondition();
257   else
258     return false; // Must be an invoke.
259   
260   // If the terminator of this block is branching on a constant, simplify the
261   // terminator to an unconditional branch.  This can occur due to threading in
262   // other blocks.
263   if (isa<ConstantInt>(Condition)) {
264     DOUT << "  In block '" << BB->getNameStart()
265          << "' folding terminator: " << *BB->getTerminator();
266     ++NumFolds;
267     ConstantFoldTerminator(BB);
268     return true;
269   }
270   
271   // If the terminator is branching on an undef, we can pick any of the
272   // successors to branch to.  Since this is arbitrary, we pick the successor
273   // with the fewest predecessors.  This should reduce the in-degree of the
274   // others.
275   if (isa<UndefValue>(Condition)) {
276     TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
277     unsigned MinSucc = 0;
278     BasicBlock *TestBB = BBTerm->getSuccessor(MinSucc);
279     // Compute the successor with the minimum number of predecessors.
280     unsigned MinNumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
281     for (unsigned i = 1, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
282       TestBB = BBTerm->getSuccessor(i);
283       unsigned NumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
284       if (NumPreds < MinNumPreds)
285         MinSucc = i;
286     }
287     
288     // Fold the branch/switch.
289     for (unsigned i = 0, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
290       if (i == MinSucc) continue;
291       BBTerm->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
292     }
293     
294     DOUT << "  In block '" << BB->getNameStart()
295          << "' folding undef terminator: " << *BBTerm;
296     BranchInst::Create(BBTerm->getSuccessor(MinSucc), BBTerm);
297     BBTerm->eraseFromParent();
298     return true;
299   }
300   
301   Instruction *CondInst = dyn_cast<Instruction>(Condition);
302
303   // If the condition is an instruction defined in another block, see if a
304   // predecessor has the same condition:
305   //     br COND, BBX, BBY
306   //  BBX:
307   //     br COND, BBZ, BBW
308   if (!Condition->hasOneUse() && // Multiple uses.
309       (CondInst == 0 || CondInst->getParent() != BB)) { // Non-local definition.
310     pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
311     if (isa<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
312       for (; PI != E; ++PI)
313         if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
314           if (PBI->isConditional() && PBI->getCondition() == Condition &&
315               ProcessBranchOnDuplicateCond(*PI, BB))
316             return true;
317     } else {
318       assert(isa<SwitchInst>(BB->getTerminator()) && "Unknown jump terminator");
319       for (; PI != E; ++PI)
320         if (SwitchInst *PSI = dyn_cast<SwitchInst>((*PI)->getTerminator()))
321           if (PSI->getCondition() == Condition &&
322               ProcessSwitchOnDuplicateCond(*PI, BB))
323             return true;
324     }
325   }
326
327   // All the rest of our checks depend on the condition being an instruction.
328   if (CondInst == 0)
329     return false;
330   
331   // See if this is a phi node in the current block.
332   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(CondInst))
333     if (PN->getParent() == BB)
334       return ProcessJumpOnPHI(PN);
335   
336   // If this is a conditional branch whose condition is and/or of a phi, try to
337   // simplify it.
338   if ((CondInst->getOpcode() == Instruction::And || 
339        CondInst->getOpcode() == Instruction::Or) &&
340       isa<BranchInst>(BB->getTerminator()) &&
341       ProcessBranchOnLogical(CondInst, BB,
342                              CondInst->getOpcode() == Instruction::And))
343     return true;
344   
345   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(CondInst)) {
346     if (isa<PHINode>(CondCmp->getOperand(0))) {
347       // If we have "br (phi != 42)" and the phi node has any constant values
348       // as operands, we can thread through this block.
349       // 
350       // If we have "br (cmp phi, x)" and the phi node contains x such that the
351       // comparison uniquely identifies the branch target, we can thread
352       // through this block.
353
354       if (ProcessBranchOnCompare(CondCmp, BB))
355         return true;      
356     }
357     
358     // If we have a comparison, loop over the predecessors to see if there is
359     // a condition with the same value.
360     pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
361     for (; PI != E; ++PI)
362       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
363         if (PBI->isConditional() && *PI != BB) {
364           if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(PBI->getCondition())) {
365             if (CI->getOperand(0) == CondCmp->getOperand(0) &&
366                 CI->getOperand(1) == CondCmp->getOperand(1) &&
367                 CI->getPredicate() == CondCmp->getPredicate()) {
368               // TODO: Could handle things like (x != 4) --> (x == 17)
369               if (ProcessBranchOnDuplicateCond(*PI, BB))
370                 return true;
371             }
372           }
373         }
374   }
375
376   // Check for some cases that are worth simplifying.  Right now we want to look
377   // for loads that are used by a switch or by the condition for the branch.  If
378   // we see one, check to see if it's partially redundant.  If so, insert a PHI
379   // which can then be used to thread the values.
380   //
381   // This is particularly important because reg2mem inserts loads and stores all
382   // over the place, and this blocks jump threading if we don't zap them.
383   Value *SimplifyValue = CondInst;
384   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(SimplifyValue))
385     if (isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)))
386       SimplifyValue = CondCmp->getOperand(0);
387   
388   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SimplifyValue))
389     if (SimplifyPartiallyRedundantLoad(LI))
390       return true;
391   
392   // TODO: If we have: "br (X > 0)"  and we have a predecessor where we know
393   // "(X == 4)" thread through this block.
394   
395   return false;
396 }
397
398 /// ProcessBranchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
399 /// block that jump on exactly the same condition.  This means that we almost
400 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
401 ///  PREDBB:
402 ///     br COND, DESTBB, BBY
403 ///  DESTBB:
404 ///     br COND, BBZ, BBW
405 ///
406 /// If DESTBB has multiple predecessors, we can't just constant fold the branch
407 /// in DESTBB, we have to thread over it.
408 bool JumpThreading::ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
409                                                  BasicBlock *BB) {
410   BranchInst *PredBI = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
411   
412   // If both successors of PredBB go to DESTBB, we don't know anything.  We can
413   // fold the branch to an unconditional one, which allows other recursive
414   // simplifications.
415   bool BranchDir;
416   if (PredBI->getSuccessor(1) != BB)
417     BranchDir = true;
418   else if (PredBI->getSuccessor(0) != BB)
419     BranchDir = false;
420   else {
421     DOUT << "  In block '" << PredBB->getNameStart()
422          << "' folding terminator: " << *PredBB->getTerminator();
423     ++NumFolds;
424     ConstantFoldTerminator(PredBB);
425     return true;
426   }
427    
428   BranchInst *DestBI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
429
430   // If the dest block has one predecessor, just fix the branch condition to a
431   // constant and fold it.
432   if (BB->getSinglePredecessor()) {
433     DOUT << "  In block '" << BB->getNameStart()
434          << "' folding condition to '" << BranchDir << "': "
435          << *BB->getTerminator();
436     ++NumFolds;
437     DestBI->setCondition(ConstantInt::get(Type::Int1Ty, BranchDir));
438     ConstantFoldTerminator(BB);
439     return true;
440   }
441   
442   // Otherwise we need to thread from PredBB to DestBB's successor which
443   // involves code duplication.  Check to see if it is worth it.
444   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
445   if (JumpThreadCost > Threshold) {
446     DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
447          << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n";
448     return false;
449   }
450   
451   // Next, figure out which successor we are threading to.
452   BasicBlock *SuccBB = DestBI->getSuccessor(!BranchDir);
453   
454   // Ok, try to thread it!
455   return ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB, JumpThreadCost);
456 }
457
458 /// ProcessSwitchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
459 /// block that switch on exactly the same condition.  This means that we almost
460 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
461 ///  PREDBB:
462 ///     switch COND [... DESTBB, BBY ... ]
463 ///  DESTBB:
464 ///     switch COND [... BBZ, BBW ]
465 ///
466 /// Optimizing switches like this is very important, because simplifycfg builds
467 /// switches out of repeated 'if' conditions.
468 bool JumpThreading::ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
469                                                  BasicBlock *DestBB) {
470   // Can't thread edge to self.
471   if (PredBB == DestBB)
472     return false;
473   
474   
475   SwitchInst *PredSI = cast<SwitchInst>(PredBB->getTerminator());
476   SwitchInst *DestSI = cast<SwitchInst>(DestBB->getTerminator());
477
478   // There are a variety of optimizations that we can potentially do on these
479   // blocks: we order them from most to least preferable.
480   
481   // If DESTBB *just* contains the switch, then we can forward edges from PREDBB
482   // directly to their destination.  This does not introduce *any* code size
483   // growth.  Skip debug info first.
484   BasicBlock::iterator BBI = DestBB->begin();
485   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
486     BBI++;
487   
488   // FIXME: Thread if it just contains a PHI.
489   if (isa<SwitchInst>(BBI)) {
490     bool MadeChange = false;
491     // Ignore the default edge for now.
492     for (unsigned i = 1, e = DestSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
493       ConstantInt *DestVal = DestSI->getCaseValue(i);
494       BasicBlock *DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
495       
496       // Okay, DestSI has a case for 'DestVal' that goes to 'DestSucc'.  See if
497       // PredSI has an explicit case for it.  If so, forward.  If it is covered
498       // by the default case, we can't update PredSI.
499       unsigned PredCase = PredSI->findCaseValue(DestVal);
500       if (PredCase == 0) continue;
501       
502       // If PredSI doesn't go to DestBB on this value, then it won't reach the
503       // case on this condition.
504       if (PredSI->getSuccessor(PredCase) != DestBB &&
505           DestSI->getSuccessor(i) != DestBB)
506         continue;
507
508       // Otherwise, we're safe to make the change.  Make sure that the edge from
509       // DestSI to DestSucc is not critical and has no PHI nodes.
510       DOUT << "FORWARDING EDGE " << *DestVal << "   FROM: " << *PredSI;
511       DOUT << "THROUGH: " << *DestSI;
512
513       // If the destination has PHI nodes, just split the edge for updating
514       // simplicity.
515       if (isa<PHINode>(DestSucc->begin()) && !DestSucc->getSinglePredecessor()){
516         SplitCriticalEdge(DestSI, i, this);
517         DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
518       }
519       FoldSingleEntryPHINodes(DestSucc);
520       PredSI->setSuccessor(PredCase, DestSucc);
521       MadeChange = true;
522     }
523     
524     if (MadeChange)
525       return true;
526   }
527   
528   return false;
529 }
530
531
532 /// SimplifyPartiallyRedundantLoad - If LI is an obviously partially redundant
533 /// load instruction, eliminate it by replacing it with a PHI node.  This is an
534 /// important optimization that encourages jump threading, and needs to be run
535 /// interlaced with other jump threading tasks.
536 bool JumpThreading::SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI) {
537   // Don't hack volatile loads.
538   if (LI->isVolatile()) return false;
539   
540   // If the load is defined in a block with exactly one predecessor, it can't be
541   // partially redundant.
542   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
543   if (LoadBB->getSinglePredecessor())
544     return false;
545   
546   Value *LoadedPtr = LI->getOperand(0);
547
548   // If the loaded operand is defined in the LoadBB, it can't be available.
549   // FIXME: Could do PHI translation, that would be fun :)
550   if (Instruction *PtrOp = dyn_cast<Instruction>(LoadedPtr))
551     if (PtrOp->getParent() == LoadBB)
552       return false;
553   
554   // Scan a few instructions up from the load, to see if it is obviously live at
555   // the entry to its block.
556   BasicBlock::iterator BBIt = LI;
557
558   if (Value *AvailableVal = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, LoadBB, 
559                                                      BBIt, 6)) {
560     // If the value if the load is locally available within the block, just use
561     // it.  This frequently occurs for reg2mem'd allocas.
562     //cerr << "LOAD ELIMINATED:\n" << *BBIt << *LI << "\n";
563     
564     // If the returned value is the load itself, replace with an undef. This can
565     // only happen in dead loops.
566     if (AvailableVal == LI) AvailableVal = UndefValue::get(LI->getType());
567     LI->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
568     LI->eraseFromParent();
569     return true;
570   }
571
572   // Otherwise, if we scanned the whole block and got to the top of the block,
573   // we know the block is locally transparent to the load.  If not, something
574   // might clobber its value.
575   if (BBIt != LoadBB->begin())
576     return false;
577   
578   
579   SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> PredsScanned;
580   typedef SmallVector<std::pair<BasicBlock*, Value*>, 8> AvailablePredsTy;
581   AvailablePredsTy AvailablePreds;
582   BasicBlock *OneUnavailablePred = 0;
583   
584   // If we got here, the loaded value is transparent through to the start of the
585   // block.  Check to see if it is available in any of the predecessor blocks.
586   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
587        PI != PE; ++PI) {
588     BasicBlock *PredBB = *PI;
589
590     // If we already scanned this predecessor, skip it.
591     if (!PredsScanned.insert(PredBB))
592       continue;
593
594     // Scan the predecessor to see if the value is available in the pred.
595     BBIt = PredBB->end();
596     Value *PredAvailable = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, PredBB, BBIt, 6);
597     if (!PredAvailable) {
598       OneUnavailablePred = PredBB;
599       continue;
600     }
601     
602     // If so, this load is partially redundant.  Remember this info so that we
603     // can create a PHI node.
604     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(PredBB, PredAvailable));
605   }
606   
607   // If the loaded value isn't available in any predecessor, it isn't partially
608   // redundant.
609   if (AvailablePreds.empty()) return false;
610   
611   // Okay, the loaded value is available in at least one (and maybe all!)
612   // predecessors.  If the value is unavailable in more than one unique
613   // predecessor, we want to insert a merge block for those common predecessors.
614   // This ensures that we only have to insert one reload, thus not increasing
615   // code size.
616   BasicBlock *UnavailablePred = 0;
617   
618   // If there is exactly one predecessor where the value is unavailable, the
619   // already computed 'OneUnavailablePred' block is it.  If it ends in an
620   // unconditional branch, we know that it isn't a critical edge.
621   if (PredsScanned.size() == AvailablePreds.size()+1 &&
622       OneUnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1) {
623     UnavailablePred = OneUnavailablePred;
624   } else if (PredsScanned.size() != AvailablePreds.size()) {
625     // Otherwise, we had multiple unavailable predecessors or we had a critical
626     // edge from the one.
627     SmallVector<BasicBlock*, 8> PredsToSplit;
628     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> AvailablePredSet;
629
630     for (unsigned i = 0, e = AvailablePreds.size(); i != e; ++i)
631       AvailablePredSet.insert(AvailablePreds[i].first);
632
633     // Add all the unavailable predecessors to the PredsToSplit list.
634     for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
635          PI != PE; ++PI)
636       if (!AvailablePredSet.count(*PI))
637         PredsToSplit.push_back(*PI);
638     
639     // Split them out to their own block.
640     UnavailablePred =
641       SplitBlockPredecessors(LoadBB, &PredsToSplit[0], PredsToSplit.size(),
642                              "thread-split", this);
643   }
644   
645   // If the value isn't available in all predecessors, then there will be
646   // exactly one where it isn't available.  Insert a load on that edge and add
647   // it to the AvailablePreds list.
648   if (UnavailablePred) {
649     assert(UnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
650            "Can't handle critical edge here!");
651     Value *NewVal = new LoadInst(LoadedPtr, LI->getName()+".pr",
652                                  UnavailablePred->getTerminator());
653     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(UnavailablePred, NewVal));
654   }
655   
656   // Now we know that each predecessor of this block has a value in
657   // AvailablePreds, sort them for efficient access as we're walking the preds.
658   array_pod_sort(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end());
659   
660   // Create a PHI node at the start of the block for the PRE'd load value.
661   PHINode *PN = PHINode::Create(LI->getType(), "", LoadBB->begin());
662   PN->takeName(LI);
663   
664   // Insert new entries into the PHI for each predecessor.  A single block may
665   // have multiple entries here.
666   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB); PI != E;
667        ++PI) {
668     AvailablePredsTy::iterator I = 
669       std::lower_bound(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end(),
670                        std::make_pair(*PI, (Value*)0));
671     
672     assert(I != AvailablePreds.end() && I->first == *PI &&
673            "Didn't find entry for predecessor!");
674     
675     PN->addIncoming(I->second, I->first);
676   }
677   
678   //cerr << "PRE: " << *LI << *PN << "\n";
679   
680   LI->replaceAllUsesWith(PN);
681   LI->eraseFromParent();
682   
683   return true;
684 }
685
686
687 /// ProcessJumpOnPHI - We have a conditional branch of switch on a PHI node in
688 /// the current block.  See if there are any simplifications we can do based on
689 /// inputs to the phi node.
690 /// 
691 bool JumpThreading::ProcessJumpOnPHI(PHINode *PN) {
692   // See if the phi node has any constant values.  If so, we can determine where
693   // the corresponding predecessor will branch.
694   ConstantInt *PredCst = 0;
695   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
696     if ((PredCst = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i))))
697       break;
698   
699   // If no incoming value has a constant, we don't know the destination of any
700   // predecessors.
701   if (PredCst == 0)
702     return false;
703   
704   // See if the cost of duplicating this block is low enough.
705   BasicBlock *BB = PN->getParent();
706   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
707   if (JumpThreadCost > Threshold) {
708     DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
709          << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n";
710     return false;
711   }
712   
713   // If so, we can actually do this threading.  Merge any common predecessors
714   // that will act the same.
715   BasicBlock *PredBB = FactorCommonPHIPreds(PN, PredCst);
716   
717   // Next, figure out which successor we are threading to.
718   BasicBlock *SuccBB;
719   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
720     SuccBB = BI->getSuccessor(PredCst == ConstantInt::getFalse());
721   else {
722     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(BB->getTerminator());
723     SuccBB = SI->getSuccessor(SI->findCaseValue(PredCst));
724   }
725   
726   // Ok, try to thread it!
727   return ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB, JumpThreadCost);
728 }
729
730 /// ProcessJumpOnLogicalPHI - PN's basic block contains a conditional branch
731 /// whose condition is an AND/OR where one side is PN.  If PN has constant
732 /// operands that permit us to evaluate the condition for some operand, thread
733 /// through the block.  For example with:
734 ///   br (and X, phi(Y, Z, false))
735 /// the predecessor corresponding to the 'false' will always jump to the false
736 /// destination of the branch.
737 ///
738 bool JumpThreading::ProcessBranchOnLogical(Value *V, BasicBlock *BB,
739                                            bool isAnd) {
740   // If this is a binary operator tree of the same AND/OR opcode, check the
741   // LHS/RHS.
742   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(V))
743     if ((isAnd && BO->getOpcode() == Instruction::And) ||
744         (!isAnd && BO->getOpcode() == Instruction::Or)) {
745       if (ProcessBranchOnLogical(BO->getOperand(0), BB, isAnd))
746         return true;
747       if (ProcessBranchOnLogical(BO->getOperand(1), BB, isAnd))
748         return true;
749     }
750       
751   // If this isn't a PHI node, we can't handle it.
752   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V);
753   if (!PN || PN->getParent() != BB) return false;
754                                              
755   // We can only do the simplification for phi nodes of 'false' with AND or
756   // 'true' with OR.  See if we have any entries in the phi for this.
757   unsigned PredNo = ~0U;
758   ConstantInt *PredCst = ConstantInt::get(Type::Int1Ty, !isAnd);
759   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
760     if (PN->getIncomingValue(i) == PredCst) {
761       PredNo = i;
762       break;
763     }
764   }
765   
766   // If no match, bail out.
767   if (PredNo == ~0U)
768     return false;
769   
770   // See if the cost of duplicating this block is low enough.
771   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
772   if (JumpThreadCost > Threshold) {
773     DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
774          << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n";
775     return false;
776   }
777
778   // If so, we can actually do this threading.  Merge any common predecessors
779   // that will act the same.
780   BasicBlock *PredBB = FactorCommonPHIPreds(PN, PredCst);
781   
782   // Next, figure out which successor we are threading to.  If this was an AND,
783   // the constant must be FALSE, and we must be targeting the 'false' block.
784   // If this is an OR, the constant must be TRUE, and we must be targeting the
785   // 'true' block.
786   BasicBlock *SuccBB = BB->getTerminator()->getSuccessor(isAnd);
787   
788   // Ok, try to thread it!
789   return ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB, JumpThreadCost);
790 }
791
792 /// GetResultOfComparison - Given an icmp/fcmp predicate and the left and right
793 /// hand sides of the compare instruction, try to determine the result. If the
794 /// result can not be determined, a null pointer is returned.
795 static Constant *GetResultOfComparison(CmpInst::Predicate pred,
796                                        Value *LHS, Value *RHS) {
797   if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(LHS))
798     if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(RHS))
799       return ConstantExpr::getCompare(pred, CLHS, CRHS);
800
801   if (LHS == RHS)
802     if (isa<IntegerType>(LHS->getType()) || isa<PointerType>(LHS->getType()))
803       return ICmpInst::isTrueWhenEqual(pred) ? 
804                  ConstantInt::getTrue() : ConstantInt::getFalse();
805
806   return 0;
807 }
808
809 /// ProcessBranchOnCompare - We found a branch on a comparison between a phi
810 /// node and a value.  If we can identify when the comparison is true between
811 /// the phi inputs and the value, we can fold the compare for that edge and
812 /// thread through it.
813 bool JumpThreading::ProcessBranchOnCompare(CmpInst *Cmp, BasicBlock *BB) {
814   PHINode *PN = cast<PHINode>(Cmp->getOperand(0));
815   Value *RHS = Cmp->getOperand(1);
816   
817   // If the phi isn't in the current block, an incoming edge to this block
818   // doesn't control the destination.
819   if (PN->getParent() != BB)
820     return false;
821   
822   // We can do this simplification if any comparisons fold to true or false.
823   // See if any do.
824   Value *PredVal = 0;
825   bool TrueDirection = false;
826   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
827     PredVal = PN->getIncomingValue(i);
828     
829     Constant *Res = GetResultOfComparison(Cmp->getPredicate(), PredVal, RHS);
830     if (!Res) {
831       PredVal = 0;
832       continue;
833     }
834     
835     // If this folded to a constant expr, we can't do anything.
836     if (ConstantInt *ResC = dyn_cast<ConstantInt>(Res)) {
837       TrueDirection = ResC->getZExtValue();
838       break;
839     }
840     // If this folded to undef, just go the false way.
841     if (isa<UndefValue>(Res)) {
842       TrueDirection = false;
843       break;
844     }
845     
846     // Otherwise, we can't fold this input.
847     PredVal = 0;
848   }
849   
850   // If no match, bail out.
851   if (PredVal == 0)
852     return false;
853   
854   // See if the cost of duplicating this block is low enough.
855   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
856   if (JumpThreadCost > Threshold) {
857     DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
858          << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n";
859     return false;
860   }
861   
862   // If so, we can actually do this threading.  Merge any common predecessors
863   // that will act the same.
864   BasicBlock *PredBB = FactorCommonPHIPreds(PN, PredVal);
865   
866   // Next, get our successor.
867   BasicBlock *SuccBB = BB->getTerminator()->getSuccessor(!TrueDirection);
868   
869   // Ok, try to thread it!
870   return ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB, JumpThreadCost);
871 }
872
873
874 /// ThreadEdge - We have decided that it is safe and profitable to thread an
875 /// edge from PredBB to SuccBB across BB.  Transform the IR to reflect this
876 /// change.
877 bool JumpThreading::ThreadEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *PredBB, 
878                                BasicBlock *SuccBB, unsigned JumpThreadCost) {
879
880   // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
881   if (SuccBB == BB) {
882     DOUT << "  Not threading across BB '" << BB->getNameStart()
883          << "' - would thread to self!\n";
884     return false;
885   }
886   
887   // If threading this would thread across a loop header, don't thread the edge.
888   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
889   if (LoopHeaders.count(BB)) {
890     DOUT << "  Not threading from '" << PredBB->getNameStart()
891          << "' across loop header BB '" << BB->getNameStart()
892          << "' to dest BB '" << SuccBB->getNameStart()
893          << "' - it might create an irreducible loop!\n";
894     return false;
895   }
896
897   // And finally, do it!
898   DOUT << "  Threading edge from '" << PredBB->getNameStart() << "' to '"
899        << SuccBB->getNameStart() << "' with cost: " << JumpThreadCost
900        << ", across block:\n    "
901        << *BB << "\n";
902   
903   // Jump Threading can not update SSA properties correctly if the values
904   // defined in the duplicated block are used outside of the block itself.  For
905   // this reason, we spill all values that are used outside of BB to the stack.
906   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
907     if (!I->isUsedOutsideOfBlock(BB))
908       continue;
909     
910     // We found a use of I outside of BB.  Create a new stack slot to
911     // break this inter-block usage pattern.
912     DemoteRegToStack(*I);
913   }
914  
915   // We are going to have to map operands from the original BB block to the new
916   // copy of the block 'NewBB'.  If there are PHI nodes in BB, evaluate them to
917   // account for entry from PredBB.
918   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
919   
920   BasicBlock *NewBB =
921     BasicBlock::Create(BB->getName()+".thread", BB->getParent(), BB);
922   NewBB->moveAfter(PredBB);
923   
924   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
925   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
926     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
927   
928   // Clone the non-phi instructions of BB into NewBB, keeping track of the
929   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
930   for (; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
931     Instruction *New = BI->clone();
932     New->setName(BI->getNameStart());
933     NewBB->getInstList().push_back(New);
934     ValueMapping[BI] = New;
935    
936     // Remap operands to patch up intra-block references.
937     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
938       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i)))
939         if (Value *Remapped = ValueMapping[Inst])
940           New->setOperand(i, Remapped);
941   }
942   
943   // We didn't copy the terminator from BB over to NewBB, because there is now
944   // an unconditional jump to SuccBB.  Insert the unconditional jump.
945   BranchInst::Create(SuccBB, NewBB);
946   
947   // Check to see if SuccBB has PHI nodes. If so, we need to add entries to the
948   // PHI nodes for NewBB now.
949   for (BasicBlock::iterator PNI = SuccBB->begin(); isa<PHINode>(PNI); ++PNI) {
950     PHINode *PN = cast<PHINode>(PNI);
951     // Ok, we have a PHI node.  Figure out what the incoming value was for the
952     // DestBlock.
953     Value *IV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
954     
955     // Remap the value if necessary.
956     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(IV))
957       if (Value *MappedIV = ValueMapping[Inst])
958         IV = MappedIV;
959     PN->addIncoming(IV, NewBB);
960   }
961   
962   // Ok, NewBB is good to go.  Update the terminator of PredBB to jump to
963   // NewBB instead of BB.  This eliminates predecessors from BB, which requires
964   // us to simplify any PHI nodes in BB.
965   TerminatorInst *PredTerm = PredBB->getTerminator();
966   for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
967     if (PredTerm->getSuccessor(i) == BB) {
968       BB->removePredecessor(PredBB);
969       PredTerm->setSuccessor(i, NewBB);
970     }
971   
972   // At this point, the IR is fully up to date and consistent.  Do a quick scan
973   // over the new instructions and zap any that are constants or dead.  This
974   // frequently happens because of phi translation.
975   BI = NewBB->begin();
976   for (BasicBlock::iterator E = NewBB->end(); BI != E; ) {
977     Instruction *Inst = BI++;
978     if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, TD)) {
979       Inst->replaceAllUsesWith(C);
980       Inst->eraseFromParent();
981       continue;
982     }
983     
984     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Inst);
985   }
986   
987   // Threaded an edge!
988   ++NumThreads;
989   return true;
990 }