Reimplement isPotentiallyReachable to make nocapture deduction much stronger.
[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/ADT/DenseMap.h"
17 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
18 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
21 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
22 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
23 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
24 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
25 #include "llvm/Analysis/LazyValueInfo.h"
26 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
27 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
28 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
29 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
30 #include "llvm/Pass.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 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
36 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
37 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
38 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
39 using namespace llvm;
40
41 STATISTIC(NumThreads, "Number of jumps threaded");
42 STATISTIC(NumFolds,   "Number of terminators folded");
43 STATISTIC(NumDupes,   "Number of branch blocks duplicated to eliminate phi");
44
45 static cl::opt<unsigned>
46 Threshold("jump-threading-threshold",
47           cl::desc("Max block size to duplicate for jump threading"),
48           cl::init(6), cl::Hidden);
49
50 namespace {
51   // These are at global scope so static functions can use them too.
52   typedef SmallVectorImpl<std::pair<Constant*, BasicBlock*> > PredValueInfo;
53   typedef SmallVector<std::pair<Constant*, BasicBlock*>, 8> PredValueInfoTy;
54
55   // This is used to keep track of what kind of constant we're currently hoping
56   // to find.
57   enum ConstantPreference {
58     WantInteger,
59     WantBlockAddress
60   };
61
62   /// This pass performs 'jump threading', which looks at blocks that have
63   /// multiple predecessors and multiple successors.  If one or more of the
64   /// predecessors of the block can be proven to always jump to one of the
65   /// successors, we forward the edge from the predecessor to the successor by
66   /// duplicating the contents of this block.
67   ///
68   /// An example of when this can occur is code like this:
69   ///
70   ///   if () { ...
71   ///     X = 4;
72   ///   }
73   ///   if (X < 3) {
74   ///
75   /// In this case, the unconditional branch at the end of the first if can be
76   /// revectored to the false side of the second if.
77   ///
78   class JumpThreading : public FunctionPass {
79     DataLayout *TD;
80     TargetLibraryInfo *TLI;
81     LazyValueInfo *LVI;
82 #ifdef NDEBUG
83     SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> LoopHeaders;
84 #else
85     SmallSet<AssertingVH<BasicBlock>, 16> LoopHeaders;
86 #endif
87     DenseSet<std::pair<Value*, BasicBlock*> > RecursionSet;
88
89     // RAII helper for updating the recursion stack.
90     struct RecursionSetRemover {
91       DenseSet<std::pair<Value*, BasicBlock*> > &TheSet;
92       std::pair<Value*, BasicBlock*> ThePair;
93
94       RecursionSetRemover(DenseSet<std::pair<Value*, BasicBlock*> > &S,
95                           std::pair<Value*, BasicBlock*> P)
96         : TheSet(S), ThePair(P) { }
97
98       ~RecursionSetRemover() {
99         TheSet.erase(ThePair);
100       }
101     };
102   public:
103     static char ID; // Pass identification
104     JumpThreading() : FunctionPass(ID) {
105       initializeJumpThreadingPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
106     }
107
108     bool runOnFunction(Function &F);
109
110     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
111       AU.addRequired<LazyValueInfo>();
112       AU.addPreserved<LazyValueInfo>();
113       AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
114     }
115
116     void FindLoopHeaders(Function &F);
117     bool ProcessBlock(BasicBlock *BB);
118     bool ThreadEdge(BasicBlock *BB, const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &PredBBs,
119                     BasicBlock *SuccBB);
120     bool DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BasicBlock *BB,
121                                   const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PredBBs);
122
123     bool ComputeValueKnownInPredecessors(Value *V, BasicBlock *BB,
124                                          PredValueInfo &Result,
125                                          ConstantPreference Preference);
126     bool ProcessThreadableEdges(Value *Cond, BasicBlock *BB,
127                                 ConstantPreference Preference);
128
129     bool ProcessBranchOnPHI(PHINode *PN);
130     bool ProcessBranchOnXOR(BinaryOperator *BO);
131
132     bool SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI);
133   };
134 }
135
136 char JumpThreading::ID = 0;
137 INITIALIZE_PASS_BEGIN(JumpThreading, "jump-threading",
138                 "Jump Threading", false, false)
139 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LazyValueInfo)
140 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
141 INITIALIZE_PASS_END(JumpThreading, "jump-threading",
142                 "Jump Threading", false, false)
143
144 // Public interface to the Jump Threading pass
145 FunctionPass *llvm::createJumpThreadingPass() { return new JumpThreading(); }
146
147 /// runOnFunction - Top level algorithm.
148 ///
149 bool JumpThreading::runOnFunction(Function &F) {
150   DEBUG(dbgs() << "Jump threading on function '" << F.getName() << "'\n");
151   TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
152   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
153   LVI = &getAnalysis<LazyValueInfo>();
154
155   FindLoopHeaders(F);
156
157   bool Changed, EverChanged = false;
158   do {
159     Changed = false;
160     for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E;) {
161       BasicBlock *BB = I;
162       // Thread all of the branches we can over this block.
163       while (ProcessBlock(BB))
164         Changed = true;
165
166       ++I;
167
168       // If the block is trivially dead, zap it.  This eliminates the successor
169       // edges which simplifies the CFG.
170       if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
171           BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
172         DEBUG(dbgs() << "  JT: Deleting dead block '" << BB->getName()
173               << "' with terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
174         LoopHeaders.erase(BB);
175         LVI->eraseBlock(BB);
176         DeleteDeadBlock(BB);
177         Changed = true;
178         continue;
179       }
180
181       BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
182
183       // Can't thread an unconditional jump, but if the block is "almost
184       // empty", we can replace uses of it with uses of the successor and make
185       // this dead.
186       if (BI && BI->isUnconditional() &&
187           BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
188           // If the terminator is the only non-phi instruction, try to nuke it.
189           BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) {
190         // Since TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock may delete the
191         // block, we have to make sure it isn't in the LoopHeaders set.  We
192         // reinsert afterward if needed.
193         bool ErasedFromLoopHeaders = LoopHeaders.erase(BB);
194         BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(0);
195
196         // FIXME: It is always conservatively correct to drop the info
197         // for a block even if it doesn't get erased.  This isn't totally
198         // awesome, but it allows us to use AssertingVH to prevent nasty
199         // dangling pointer issues within LazyValueInfo.
200         LVI->eraseBlock(BB);
201         if (TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB)) {
202           Changed = true;
203           // If we deleted BB and BB was the header of a loop, then the
204           // successor is now the header of the loop.
205           BB = Succ;
206         }
207
208         if (ErasedFromLoopHeaders)
209           LoopHeaders.insert(BB);
210       }
211     }
212     EverChanged |= Changed;
213   } while (Changed);
214
215   LoopHeaders.clear();
216   return EverChanged;
217 }
218
219 /// getJumpThreadDuplicationCost - Return the cost of duplicating this block to
220 /// thread across it. Stop scanning the block when passing the threshold.
221 static unsigned getJumpThreadDuplicationCost(const BasicBlock *BB,
222                                              unsigned Threshold) {
223   /// Ignore PHI nodes, these will be flattened when duplication happens.
224   BasicBlock::const_iterator I = BB->getFirstNonPHI();
225
226   // FIXME: THREADING will delete values that are just used to compute the
227   // branch, so they shouldn't count against the duplication cost.
228
229   // Sum up the cost of each instruction until we get to the terminator.  Don't
230   // include the terminator because the copy won't include it.
231   unsigned Size = 0;
232   for (; !isa<TerminatorInst>(I); ++I) {
233
234     // Stop scanning the block if we've reached the threshold.
235     if (Size > Threshold)
236       return Size;
237
238     // Debugger intrinsics don't incur code size.
239     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
240
241     // If this is a pointer->pointer bitcast, it is free.
242     if (isa<BitCastInst>(I) && I->getType()->isPointerTy())
243       continue;
244
245     // All other instructions count for at least one unit.
246     ++Size;
247
248     // Calls are more expensive.  If they are non-intrinsic calls, we model them
249     // as having cost of 4.  If they are a non-vector intrinsic, we model them
250     // as having cost of 2 total, and if they are a vector intrinsic, we model
251     // them as having cost 1.
252     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
253       if (CI->hasFnAttr(Attribute::NoDuplicate))
254         // Blocks with NoDuplicate are modelled as having infinite cost, so they
255         // are never duplicated.
256         return ~0U;
257       else if (!isa<IntrinsicInst>(CI))
258         Size += 3;
259       else if (!CI->getType()->isVectorTy())
260         Size += 1;
261     }
262   }
263
264   // Threading through a switch statement is particularly profitable.  If this
265   // block ends in a switch, decrease its cost to make it more likely to happen.
266   if (isa<SwitchInst>(I))
267     Size = Size > 6 ? Size-6 : 0;
268
269   // The same holds for indirect branches, but slightly more so.
270   if (isa<IndirectBrInst>(I))
271     Size = Size > 8 ? Size-8 : 0;
272
273   return Size;
274 }
275
276 /// FindLoopHeaders - We do not want jump threading to turn proper loop
277 /// structures into irreducible loops.  Doing this breaks up the loop nesting
278 /// hierarchy and pessimizes later transformations.  To prevent this from
279 /// happening, we first have to find the loop headers.  Here we approximate this
280 /// by finding targets of backedges in the CFG.
281 ///
282 /// Note that there definitely are cases when we want to allow threading of
283 /// edges across a loop header.  For example, threading a jump from outside the
284 /// loop (the preheader) to an exit block of the loop is definitely profitable.
285 /// It is also almost always profitable to thread backedges from within the loop
286 /// to exit blocks, and is often profitable to thread backedges to other blocks
287 /// within the loop (forming a nested loop).  This simple analysis is not rich
288 /// enough to track all of these properties and keep it up-to-date as the CFG
289 /// mutates, so we don't allow any of these transformations.
290 ///
291 void JumpThreading::FindLoopHeaders(Function &F) {
292   SmallVector<std::pair<const BasicBlock*,const BasicBlock*>, 32> Edges;
293   FindFunctionBackedges(F, Edges);
294
295   for (unsigned i = 0, e = Edges.size(); i != e; ++i)
296     LoopHeaders.insert(const_cast<BasicBlock*>(Edges[i].second));
297 }
298
299 /// getKnownConstant - Helper method to determine if we can thread over a
300 /// terminator with the given value as its condition, and if so what value to
301 /// use for that. What kind of value this is depends on whether we want an
302 /// integer or a block address, but an undef is always accepted.
303 /// Returns null if Val is null or not an appropriate constant.
304 static Constant *getKnownConstant(Value *Val, ConstantPreference Preference) {
305   if (!Val)
306     return 0;
307
308   // Undef is "known" enough.
309   if (UndefValue *U = dyn_cast<UndefValue>(Val))
310     return U;
311
312   if (Preference == WantBlockAddress)
313     return dyn_cast<BlockAddress>(Val->stripPointerCasts());
314
315   return dyn_cast<ConstantInt>(Val);
316 }
317
318 /// ComputeValueKnownInPredecessors - Given a basic block BB and a value V, see
319 /// if we can infer that the value is a known ConstantInt/BlockAddress or undef
320 /// in any of our predecessors.  If so, return the known list of value and pred
321 /// BB in the result vector.
322 ///
323 /// This returns true if there were any known values.
324 ///
325 bool JumpThreading::
326 ComputeValueKnownInPredecessors(Value *V, BasicBlock *BB, PredValueInfo &Result,
327                                 ConstantPreference Preference) {
328   // This method walks up use-def chains recursively.  Because of this, we could
329   // get into an infinite loop going around loops in the use-def chain.  To
330   // prevent this, keep track of what (value, block) pairs we've already visited
331   // and terminate the search if we loop back to them
332   if (!RecursionSet.insert(std::make_pair(V, BB)).second)
333     return false;
334
335   // An RAII help to remove this pair from the recursion set once the recursion
336   // stack pops back out again.
337   RecursionSetRemover remover(RecursionSet, std::make_pair(V, BB));
338
339   // If V is a constant, then it is known in all predecessors.
340   if (Constant *KC = getKnownConstant(V, Preference)) {
341     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
342       Result.push_back(std::make_pair(KC, *PI));
343
344     return true;
345   }
346
347   // If V is a non-instruction value, or an instruction in a different block,
348   // then it can't be derived from a PHI.
349   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
350   if (I == 0 || I->getParent() != BB) {
351
352     // Okay, if this is a live-in value, see if it has a known value at the end
353     // of any of our predecessors.
354     //
355     // FIXME: This should be an edge property, not a block end property.
356     /// TODO: Per PR2563, we could infer value range information about a
357     /// predecessor based on its terminator.
358     //
359     // FIXME: change this to use the more-rich 'getPredicateOnEdge' method if
360     // "I" is a non-local compare-with-a-constant instruction.  This would be
361     // able to handle value inequalities better, for example if the compare is
362     // "X < 4" and "X < 3" is known true but "X < 4" itself is not available.
363     // Perhaps getConstantOnEdge should be smart enough to do this?
364
365     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
366       BasicBlock *P = *PI;
367       // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
368       // predecessor, use that information to try to thread this block.
369       Constant *PredCst = LVI->getConstantOnEdge(V, P, BB);
370       if (Constant *KC = getKnownConstant(PredCst, Preference))
371         Result.push_back(std::make_pair(KC, P));
372     }
373
374     return !Result.empty();
375   }
376
377   /// If I is a PHI node, then we know the incoming values for any constants.
378   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
379     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
380       Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
381       if (Constant *KC = getKnownConstant(InVal, Preference)) {
382         Result.push_back(std::make_pair(KC, PN->getIncomingBlock(i)));
383       } else {
384         Constant *CI = LVI->getConstantOnEdge(InVal,
385                                               PN->getIncomingBlock(i), BB);
386         if (Constant *KC = getKnownConstant(CI, Preference))
387           Result.push_back(std::make_pair(KC, PN->getIncomingBlock(i)));
388       }
389     }
390
391     return !Result.empty();
392   }
393
394   PredValueInfoTy LHSVals, RHSVals;
395
396   // Handle some boolean conditions.
397   if (I->getType()->getPrimitiveSizeInBits() == 1) {
398     assert(Preference == WantInteger && "One-bit non-integer type?");
399     // X | true -> true
400     // X & false -> false
401     if (I->getOpcode() == Instruction::Or ||
402         I->getOpcode() == Instruction::And) {
403       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, LHSVals,
404                                       WantInteger);
405       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(1), BB, RHSVals,
406                                       WantInteger);
407
408       if (LHSVals.empty() && RHSVals.empty())
409         return false;
410
411       ConstantInt *InterestingVal;
412       if (I->getOpcode() == Instruction::Or)
413         InterestingVal = ConstantInt::getTrue(I->getContext());
414       else
415         InterestingVal = ConstantInt::getFalse(I->getContext());
416
417       SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> LHSKnownBBs;
418
419       // Scan for the sentinel.  If we find an undef, force it to the
420       // interesting value: x|undef -> true and x&undef -> false.
421       for (unsigned i = 0, e = LHSVals.size(); i != e; ++i)
422         if (LHSVals[i].first == InterestingVal ||
423             isa<UndefValue>(LHSVals[i].first)) {
424           Result.push_back(LHSVals[i]);
425           Result.back().first = InterestingVal;
426           LHSKnownBBs.insert(LHSVals[i].second);
427         }
428       for (unsigned i = 0, e = RHSVals.size(); i != e; ++i)
429         if (RHSVals[i].first == InterestingVal ||
430             isa<UndefValue>(RHSVals[i].first)) {
431           // If we already inferred a value for this block on the LHS, don't
432           // re-add it.
433           if (!LHSKnownBBs.count(RHSVals[i].second)) {
434             Result.push_back(RHSVals[i]);
435             Result.back().first = InterestingVal;
436           }
437         }
438
439       return !Result.empty();
440     }
441
442     // Handle the NOT form of XOR.
443     if (I->getOpcode() == Instruction::Xor &&
444         isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)) &&
445         cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))->isOne()) {
446       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, Result,
447                                       WantInteger);
448       if (Result.empty())
449         return false;
450
451       // Invert the known values.
452       for (unsigned i = 0, e = Result.size(); i != e; ++i)
453         Result[i].first = ConstantExpr::getNot(Result[i].first);
454
455       return true;
456     }
457
458   // Try to simplify some other binary operator values.
459   } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
460     assert(Preference != WantBlockAddress
461             && "A binary operator creating a block address?");
462     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
463       PredValueInfoTy LHSVals;
464       ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(0), BB, LHSVals,
465                                       WantInteger);
466
467       // Try to use constant folding to simplify the binary operator.
468       for (unsigned i = 0, e = LHSVals.size(); i != e; ++i) {
469         Constant *V = LHSVals[i].first;
470         Constant *Folded = ConstantExpr::get(BO->getOpcode(), V, CI);
471
472         if (Constant *KC = getKnownConstant(Folded, WantInteger))
473           Result.push_back(std::make_pair(KC, LHSVals[i].second));
474       }
475     }
476
477     return !Result.empty();
478   }
479
480   // Handle compare with phi operand, where the PHI is defined in this block.
481   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
482     assert(Preference == WantInteger && "Compares only produce integers");
483     PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Cmp->getOperand(0));
484     if (PN && PN->getParent() == BB) {
485       // We can do this simplification if any comparisons fold to true or false.
486       // See if any do.
487       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
488         BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
489         Value *LHS = PN->getIncomingValue(i);
490         Value *RHS = Cmp->getOperand(1)->DoPHITranslation(BB, PredBB);
491
492         Value *Res = SimplifyCmpInst(Cmp->getPredicate(), LHS, RHS, TD);
493         if (Res == 0) {
494           if (!isa<Constant>(RHS))
495             continue;
496
497           LazyValueInfo::Tristate
498             ResT = LVI->getPredicateOnEdge(Cmp->getPredicate(), LHS,
499                                            cast<Constant>(RHS), PredBB, BB);
500           if (ResT == LazyValueInfo::Unknown)
501             continue;
502           Res = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(LHS->getContext()), ResT);
503         }
504
505         if (Constant *KC = getKnownConstant(Res, WantInteger))
506           Result.push_back(std::make_pair(KC, PredBB));
507       }
508
509       return !Result.empty();
510     }
511
512
513     // If comparing a live-in value against a constant, see if we know the
514     // live-in value on any predecessors.
515     if (isa<Constant>(Cmp->getOperand(1)) && Cmp->getType()->isIntegerTy()) {
516       if (!isa<Instruction>(Cmp->getOperand(0)) ||
517           cast<Instruction>(Cmp->getOperand(0))->getParent() != BB) {
518         Constant *RHSCst = cast<Constant>(Cmp->getOperand(1));
519
520         for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);PI != E; ++PI){
521           BasicBlock *P = *PI;
522           // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
523           // predecessor, use that information to try to thread this block.
524           LazyValueInfo::Tristate Res =
525             LVI->getPredicateOnEdge(Cmp->getPredicate(), Cmp->getOperand(0),
526                                     RHSCst, P, BB);
527           if (Res == LazyValueInfo::Unknown)
528             continue;
529
530           Constant *ResC = ConstantInt::get(Cmp->getType(), Res);
531           Result.push_back(std::make_pair(ResC, P));
532         }
533
534         return !Result.empty();
535       }
536
537       // Try to find a constant value for the LHS of a comparison,
538       // and evaluate it statically if we can.
539       if (Constant *CmpConst = dyn_cast<Constant>(Cmp->getOperand(1))) {
540         PredValueInfoTy LHSVals;
541         ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, LHSVals,
542                                         WantInteger);
543
544         for (unsigned i = 0, e = LHSVals.size(); i != e; ++i) {
545           Constant *V = LHSVals[i].first;
546           Constant *Folded = ConstantExpr::getCompare(Cmp->getPredicate(),
547                                                       V, CmpConst);
548           if (Constant *KC = getKnownConstant(Folded, WantInteger))
549             Result.push_back(std::make_pair(KC, LHSVals[i].second));
550         }
551
552         return !Result.empty();
553       }
554     }
555   }
556
557   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
558     // Handle select instructions where at least one operand is a known constant
559     // and we can figure out the condition value for any predecessor block.
560     Constant *TrueVal = getKnownConstant(SI->getTrueValue(), Preference);
561     Constant *FalseVal = getKnownConstant(SI->getFalseValue(), Preference);
562     PredValueInfoTy Conds;
563     if ((TrueVal || FalseVal) &&
564         ComputeValueKnownInPredecessors(SI->getCondition(), BB, Conds,
565                                         WantInteger)) {
566       for (unsigned i = 0, e = Conds.size(); i != e; ++i) {
567         Constant *Cond = Conds[i].first;
568
569         // Figure out what value to use for the condition.
570         bool KnownCond;
571         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Cond)) {
572           // A known boolean.
573           KnownCond = CI->isOne();
574         } else {
575           assert(isa<UndefValue>(Cond) && "Unexpected condition value");
576           // Either operand will do, so be sure to pick the one that's a known
577           // constant.
578           // FIXME: Do this more cleverly if both values are known constants?
579           KnownCond = (TrueVal != 0);
580         }
581
582         // See if the select has a known constant value for this predecessor.
583         if (Constant *Val = KnownCond ? TrueVal : FalseVal)
584           Result.push_back(std::make_pair(Val, Conds[i].second));
585       }
586
587       return !Result.empty();
588     }
589   }
590
591   // If all else fails, see if LVI can figure out a constant value for us.
592   Constant *CI = LVI->getConstant(V, BB);
593   if (Constant *KC = getKnownConstant(CI, Preference)) {
594     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
595       Result.push_back(std::make_pair(KC, *PI));
596   }
597
598   return !Result.empty();
599 }
600
601
602
603 /// GetBestDestForBranchOnUndef - If we determine that the specified block ends
604 /// in an undefined jump, decide which block is best to revector to.
605 ///
606 /// Since we can pick an arbitrary destination, we pick the successor with the
607 /// fewest predecessors.  This should reduce the in-degree of the others.
608 ///
609 static unsigned GetBestDestForJumpOnUndef(BasicBlock *BB) {
610   TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
611   unsigned MinSucc = 0;
612   BasicBlock *TestBB = BBTerm->getSuccessor(MinSucc);
613   // Compute the successor with the minimum number of predecessors.
614   unsigned MinNumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
615   for (unsigned i = 1, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
616     TestBB = BBTerm->getSuccessor(i);
617     unsigned NumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
618     if (NumPreds < MinNumPreds) {
619       MinSucc = i;
620       MinNumPreds = NumPreds;
621     }
622   }
623
624   return MinSucc;
625 }
626
627 static bool hasAddressTakenAndUsed(BasicBlock *BB) {
628   if (!BB->hasAddressTaken()) return false;
629
630   // If the block has its address taken, it may be a tree of dead constants
631   // hanging off of it.  These shouldn't keep the block alive.
632   BlockAddress *BA = BlockAddress::get(BB);
633   BA->removeDeadConstantUsers();
634   return !BA->use_empty();
635 }
636
637 /// ProcessBlock - If there are any predecessors whose control can be threaded
638 /// through to a successor, transform them now.
639 bool JumpThreading::ProcessBlock(BasicBlock *BB) {
640   // If the block is trivially dead, just return and let the caller nuke it.
641   // This simplifies other transformations.
642   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
643       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
644     return false;
645
646   // If this block has a single predecessor, and if that pred has a single
647   // successor, merge the blocks.  This encourages recursive jump threading
648   // because now the condition in this block can be threaded through
649   // predecessors of our predecessor block.
650   if (BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor()) {
651     if (SinglePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
652         SinglePred != BB && !hasAddressTakenAndUsed(BB)) {
653       // If SinglePred was a loop header, BB becomes one.
654       if (LoopHeaders.erase(SinglePred))
655         LoopHeaders.insert(BB);
656
657       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
658       // will need to move BB back to the entry position.
659       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
660       LVI->eraseBlock(SinglePred);
661       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB);
662
663       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
664         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
665       return true;
666     }
667   }
668
669   // What kind of constant we're looking for.
670   ConstantPreference Preference = WantInteger;
671
672   // Look to see if the terminator is a conditional branch, switch or indirect
673   // branch, if not we can't thread it.
674   Value *Condition;
675   Instruction *Terminator = BB->getTerminator();
676   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Terminator)) {
677     // Can't thread an unconditional jump.
678     if (BI->isUnconditional()) return false;
679     Condition = BI->getCondition();
680   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(Terminator)) {
681     Condition = SI->getCondition();
682   } else if (IndirectBrInst *IB = dyn_cast<IndirectBrInst>(Terminator)) {
683     // Can't thread indirect branch with no successors.
684     if (IB->getNumSuccessors() == 0) return false;
685     Condition = IB->getAddress()->stripPointerCasts();
686     Preference = WantBlockAddress;
687   } else {
688     return false; // Must be an invoke.
689   }
690
691   // Run constant folding to see if we can reduce the condition to a simple
692   // constant.
693   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Condition)) {
694     Value *SimpleVal = ConstantFoldInstruction(I, TD, TLI);
695     if (SimpleVal) {
696       I->replaceAllUsesWith(SimpleVal);
697       I->eraseFromParent();
698       Condition = SimpleVal;
699     }
700   }
701
702   // If the terminator is branching on an undef, we can pick any of the
703   // successors to branch to.  Let GetBestDestForJumpOnUndef decide.
704   if (isa<UndefValue>(Condition)) {
705     unsigned BestSucc = GetBestDestForJumpOnUndef(BB);
706
707     // Fold the branch/switch.
708     TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
709     for (unsigned i = 0, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
710       if (i == BestSucc) continue;
711       BBTerm->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB, true);
712     }
713
714     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
715           << "' folding undef terminator: " << *BBTerm << '\n');
716     BranchInst::Create(BBTerm->getSuccessor(BestSucc), BBTerm);
717     BBTerm->eraseFromParent();
718     return true;
719   }
720
721   // If the terminator of this block is branching on a constant, simplify the
722   // terminator to an unconditional branch.  This can occur due to threading in
723   // other blocks.
724   if (getKnownConstant(Condition, Preference)) {
725     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
726           << "' folding terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
727     ++NumFolds;
728     ConstantFoldTerminator(BB, true);
729     return true;
730   }
731
732   Instruction *CondInst = dyn_cast<Instruction>(Condition);
733
734   // All the rest of our checks depend on the condition being an instruction.
735   if (CondInst == 0) {
736     // FIXME: Unify this with code below.
737     if (ProcessThreadableEdges(Condition, BB, Preference))
738       return true;
739     return false;
740   }
741
742
743   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(CondInst)) {
744     // For a comparison where the LHS is outside this block, it's possible
745     // that we've branched on it before.  Used LVI to see if we can simplify
746     // the branch based on that.
747     BranchInst *CondBr = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
748     Constant *CondConst = dyn_cast<Constant>(CondCmp->getOperand(1));
749     pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
750     if (CondBr && CondConst && CondBr->isConditional() && PI != PE &&
751         (!isa<Instruction>(CondCmp->getOperand(0)) ||
752          cast<Instruction>(CondCmp->getOperand(0))->getParent() != BB)) {
753       // For predecessor edge, determine if the comparison is true or false
754       // on that edge.  If they're all true or all false, we can simplify the
755       // branch.
756       // FIXME: We could handle mixed true/false by duplicating code.
757       LazyValueInfo::Tristate Baseline =
758         LVI->getPredicateOnEdge(CondCmp->getPredicate(), CondCmp->getOperand(0),
759                                 CondConst, *PI, BB);
760       if (Baseline != LazyValueInfo::Unknown) {
761         // Check that all remaining incoming values match the first one.
762         while (++PI != PE) {
763           LazyValueInfo::Tristate Ret =
764             LVI->getPredicateOnEdge(CondCmp->getPredicate(),
765                                     CondCmp->getOperand(0), CondConst, *PI, BB);
766           if (Ret != Baseline) break;
767         }
768
769         // If we terminated early, then one of the values didn't match.
770         if (PI == PE) {
771           unsigned ToRemove = Baseline == LazyValueInfo::True ? 1 : 0;
772           unsigned ToKeep = Baseline == LazyValueInfo::True ? 0 : 1;
773           CondBr->getSuccessor(ToRemove)->removePredecessor(BB, true);
774           BranchInst::Create(CondBr->getSuccessor(ToKeep), CondBr);
775           CondBr->eraseFromParent();
776           return true;
777         }
778       }
779     }
780   }
781
782   // Check for some cases that are worth simplifying.  Right now we want to look
783   // for loads that are used by a switch or by the condition for the branch.  If
784   // we see one, check to see if it's partially redundant.  If so, insert a PHI
785   // which can then be used to thread the values.
786   //
787   Value *SimplifyValue = CondInst;
788   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(SimplifyValue))
789     if (isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)))
790       SimplifyValue = CondCmp->getOperand(0);
791
792   // TODO: There are other places where load PRE would be profitable, such as
793   // more complex comparisons.
794   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SimplifyValue))
795     if (SimplifyPartiallyRedundantLoad(LI))
796       return true;
797
798
799   // Handle a variety of cases where we are branching on something derived from
800   // a PHI node in the current block.  If we can prove that any predecessors
801   // compute a predictable value based on a PHI node, thread those predecessors.
802   //
803   if (ProcessThreadableEdges(CondInst, BB, Preference))
804     return true;
805
806   // If this is an otherwise-unfoldable branch on a phi node in the current
807   // block, see if we can simplify.
808   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(CondInst))
809     if (PN->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
810       return ProcessBranchOnPHI(PN);
811
812
813   // If this is an otherwise-unfoldable branch on a XOR, see if we can simplify.
814   if (CondInst->getOpcode() == Instruction::Xor &&
815       CondInst->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
816     return ProcessBranchOnXOR(cast<BinaryOperator>(CondInst));
817
818
819   // TODO: If we have: "br (X > 0)"  and we have a predecessor where we know
820   // "(X == 4)", thread through this block.
821
822   return false;
823 }
824
825
826 /// SimplifyPartiallyRedundantLoad - If LI is an obviously partially redundant
827 /// load instruction, eliminate it by replacing it with a PHI node.  This is an
828 /// important optimization that encourages jump threading, and needs to be run
829 /// interlaced with other jump threading tasks.
830 bool JumpThreading::SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI) {
831   // Don't hack volatile/atomic loads.
832   if (!LI->isSimple()) return false;
833
834   // If the load is defined in a block with exactly one predecessor, it can't be
835   // partially redundant.
836   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
837   if (LoadBB->getSinglePredecessor())
838     return false;
839
840   Value *LoadedPtr = LI->getOperand(0);
841
842   // If the loaded operand is defined in the LoadBB, it can't be available.
843   // TODO: Could do simple PHI translation, that would be fun :)
844   if (Instruction *PtrOp = dyn_cast<Instruction>(LoadedPtr))
845     if (PtrOp->getParent() == LoadBB)
846       return false;
847
848   // Scan a few instructions up from the load, to see if it is obviously live at
849   // the entry to its block.
850   BasicBlock::iterator BBIt = LI;
851
852   if (Value *AvailableVal =
853         FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, LoadBB, BBIt, 6)) {
854     // If the value if the load is locally available within the block, just use
855     // it.  This frequently occurs for reg2mem'd allocas.
856     //cerr << "LOAD ELIMINATED:\n" << *BBIt << *LI << "\n";
857
858     // If the returned value is the load itself, replace with an undef. This can
859     // only happen in dead loops.
860     if (AvailableVal == LI) AvailableVal = UndefValue::get(LI->getType());
861     LI->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
862     LI->eraseFromParent();
863     return true;
864   }
865
866   // Otherwise, if we scanned the whole block and got to the top of the block,
867   // we know the block is locally transparent to the load.  If not, something
868   // might clobber its value.
869   if (BBIt != LoadBB->begin())
870     return false;
871
872   // If all of the loads and stores that feed the value have the same TBAA tag,
873   // then we can propagate it onto any newly inserted loads.
874   MDNode *TBAATag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
875
876   SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> PredsScanned;
877   typedef SmallVector<std::pair<BasicBlock*, Value*>, 8> AvailablePredsTy;
878   AvailablePredsTy AvailablePreds;
879   BasicBlock *OneUnavailablePred = 0;
880
881   // If we got here, the loaded value is transparent through to the start of the
882   // block.  Check to see if it is available in any of the predecessor blocks.
883   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
884        PI != PE; ++PI) {
885     BasicBlock *PredBB = *PI;
886
887     // If we already scanned this predecessor, skip it.
888     if (!PredsScanned.insert(PredBB))
889       continue;
890
891     // Scan the predecessor to see if the value is available in the pred.
892     BBIt = PredBB->end();
893     MDNode *ThisTBAATag = 0;
894     Value *PredAvailable = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, PredBB, BBIt, 6,
895                                                     0, &ThisTBAATag);
896     if (!PredAvailable) {
897       OneUnavailablePred = PredBB;
898       continue;
899     }
900
901     // If tbaa tags disagree or are not present, forget about them.
902     if (TBAATag != ThisTBAATag) TBAATag = 0;
903
904     // If so, this load is partially redundant.  Remember this info so that we
905     // can create a PHI node.
906     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(PredBB, PredAvailable));
907   }
908
909   // If the loaded value isn't available in any predecessor, it isn't partially
910   // redundant.
911   if (AvailablePreds.empty()) return false;
912
913   // Okay, the loaded value is available in at least one (and maybe all!)
914   // predecessors.  If the value is unavailable in more than one unique
915   // predecessor, we want to insert a merge block for those common predecessors.
916   // This ensures that we only have to insert one reload, thus not increasing
917   // code size.
918   BasicBlock *UnavailablePred = 0;
919
920   // If there is exactly one predecessor where the value is unavailable, the
921   // already computed 'OneUnavailablePred' block is it.  If it ends in an
922   // unconditional branch, we know that it isn't a critical edge.
923   if (PredsScanned.size() == AvailablePreds.size()+1 &&
924       OneUnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1) {
925     UnavailablePred = OneUnavailablePred;
926   } else if (PredsScanned.size() != AvailablePreds.size()) {
927     // Otherwise, we had multiple unavailable predecessors or we had a critical
928     // edge from the one.
929     SmallVector<BasicBlock*, 8> PredsToSplit;
930     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> AvailablePredSet;
931
932     for (unsigned i = 0, e = AvailablePreds.size(); i != e; ++i)
933       AvailablePredSet.insert(AvailablePreds[i].first);
934
935     // Add all the unavailable predecessors to the PredsToSplit list.
936     for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
937          PI != PE; ++PI) {
938       BasicBlock *P = *PI;
939       // If the predecessor is an indirect goto, we can't split the edge.
940       if (isa<IndirectBrInst>(P->getTerminator()))
941         return false;
942
943       if (!AvailablePredSet.count(P))
944         PredsToSplit.push_back(P);
945     }
946
947     // Split them out to their own block.
948     UnavailablePred =
949       SplitBlockPredecessors(LoadBB, PredsToSplit, "thread-pre-split", this);
950   }
951
952   // If the value isn't available in all predecessors, then there will be
953   // exactly one where it isn't available.  Insert a load on that edge and add
954   // it to the AvailablePreds list.
955   if (UnavailablePred) {
956     assert(UnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
957            "Can't handle critical edge here!");
958     LoadInst *NewVal = new LoadInst(LoadedPtr, LI->getName()+".pr", false,
959                                  LI->getAlignment(),
960                                  UnavailablePred->getTerminator());
961     NewVal->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
962     if (TBAATag)
963       NewVal->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
964
965     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(UnavailablePred, NewVal));
966   }
967
968   // Now we know that each predecessor of this block has a value in
969   // AvailablePreds, sort them for efficient access as we're walking the preds.
970   array_pod_sort(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end());
971
972   // Create a PHI node at the start of the block for the PRE'd load value.
973   pred_iterator PB = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
974   PHINode *PN = PHINode::Create(LI->getType(), std::distance(PB, PE), "",
975                                 LoadBB->begin());
976   PN->takeName(LI);
977   PN->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
978
979   // Insert new entries into the PHI for each predecessor.  A single block may
980   // have multiple entries here.
981   for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
982     BasicBlock *P = *PI;
983     AvailablePredsTy::iterator I =
984       std::lower_bound(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end(),
985                        std::make_pair(P, (Value*)0));
986
987     assert(I != AvailablePreds.end() && I->first == P &&
988            "Didn't find entry for predecessor!");
989
990     PN->addIncoming(I->second, I->first);
991   }
992
993   //cerr << "PRE: " << *LI << *PN << "\n";
994
995   LI->replaceAllUsesWith(PN);
996   LI->eraseFromParent();
997
998   return true;
999 }
1000
1001 /// FindMostPopularDest - The specified list contains multiple possible
1002 /// threadable destinations.  Pick the one that occurs the most frequently in
1003 /// the list.
1004 static BasicBlock *
1005 FindMostPopularDest(BasicBlock *BB,
1006                     const SmallVectorImpl<std::pair<BasicBlock*,
1007                                   BasicBlock*> > &PredToDestList) {
1008   assert(!PredToDestList.empty());
1009
1010   // Determine popularity.  If there are multiple possible destinations, we
1011   // explicitly choose to ignore 'undef' destinations.  We prefer to thread
1012   // blocks with known and real destinations to threading undef.  We'll handle
1013   // them later if interesting.
1014   DenseMap<BasicBlock*, unsigned> DestPopularity;
1015   for (unsigned i = 0, e = PredToDestList.size(); i != e; ++i)
1016     if (PredToDestList[i].second)
1017       DestPopularity[PredToDestList[i].second]++;
1018
1019   // Find the most popular dest.
1020   DenseMap<BasicBlock*, unsigned>::iterator DPI = DestPopularity.begin();
1021   BasicBlock *MostPopularDest = DPI->first;
1022   unsigned Popularity = DPI->second;
1023   SmallVector<BasicBlock*, 4> SamePopularity;
1024
1025   for (++DPI; DPI != DestPopularity.end(); ++DPI) {
1026     // If the popularity of this entry isn't higher than the popularity we've
1027     // seen so far, ignore it.
1028     if (DPI->second < Popularity)
1029       ; // ignore.
1030     else if (DPI->second == Popularity) {
1031       // If it is the same as what we've seen so far, keep track of it.
1032       SamePopularity.push_back(DPI->first);
1033     } else {
1034       // If it is more popular, remember it.
1035       SamePopularity.clear();
1036       MostPopularDest = DPI->first;
1037       Popularity = DPI->second;
1038     }
1039   }
1040
1041   // Okay, now we know the most popular destination.  If there is more than one
1042   // destination, we need to determine one.  This is arbitrary, but we need
1043   // to make a deterministic decision.  Pick the first one that appears in the
1044   // successor list.
1045   if (!SamePopularity.empty()) {
1046     SamePopularity.push_back(MostPopularDest);
1047     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
1048     for (unsigned i = 0; ; ++i) {
1049       assert(i != TI->getNumSuccessors() && "Didn't find any successor!");
1050
1051       if (std::find(SamePopularity.begin(), SamePopularity.end(),
1052                     TI->getSuccessor(i)) == SamePopularity.end())
1053         continue;
1054
1055       MostPopularDest = TI->getSuccessor(i);
1056       break;
1057     }
1058   }
1059
1060   // Okay, we have finally picked the most popular destination.
1061   return MostPopularDest;
1062 }
1063
1064 bool JumpThreading::ProcessThreadableEdges(Value *Cond, BasicBlock *BB,
1065                                            ConstantPreference Preference) {
1066   // If threading this would thread across a loop header, don't even try to
1067   // thread the edge.
1068   if (LoopHeaders.count(BB))
1069     return false;
1070
1071   PredValueInfoTy PredValues;
1072   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(Cond, BB, PredValues, Preference))
1073     return false;
1074
1075   assert(!PredValues.empty() &&
1076          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
1077
1078   DEBUG(dbgs() << "IN BB: " << *BB;
1079         for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i) {
1080           dbgs() << "  BB '" << BB->getName() << "': FOUND condition = "
1081             << *PredValues[i].first
1082             << " for pred '" << PredValues[i].second->getName() << "'.\n";
1083         });
1084
1085   // Decide what we want to thread through.  Convert our list of known values to
1086   // a list of known destinations for each pred.  This also discards duplicate
1087   // predecessors and keeps track of the undefined inputs (which are represented
1088   // as a null dest in the PredToDestList).
1089   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SeenPreds;
1090   SmallVector<std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*>, 16> PredToDestList;
1091
1092   BasicBlock *OnlyDest = 0;
1093   BasicBlock *MultipleDestSentinel = (BasicBlock*)(intptr_t)~0ULL;
1094
1095   for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i) {
1096     BasicBlock *Pred = PredValues[i].second;
1097     if (!SeenPreds.insert(Pred))
1098       continue;  // Duplicate predecessor entry.
1099
1100     // If the predecessor ends with an indirect goto, we can't change its
1101     // destination.
1102     if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator()))
1103       continue;
1104
1105     Constant *Val = PredValues[i].first;
1106
1107     BasicBlock *DestBB;
1108     if (isa<UndefValue>(Val))
1109       DestBB = 0;
1110     else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
1111       DestBB = BI->getSuccessor(cast<ConstantInt>(Val)->isZero());
1112     else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
1113       DestBB = SI->findCaseValue(cast<ConstantInt>(Val)).getCaseSuccessor();
1114     } else {
1115       assert(isa<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())
1116               && "Unexpected terminator");
1117       DestBB = cast<BlockAddress>(Val)->getBasicBlock();
1118     }
1119
1120     // If we have exactly one destination, remember it for efficiency below.
1121     if (PredToDestList.empty())
1122       OnlyDest = DestBB;
1123     else if (OnlyDest != DestBB)
1124       OnlyDest = MultipleDestSentinel;
1125
1126     PredToDestList.push_back(std::make_pair(Pred, DestBB));
1127   }
1128
1129   // If all edges were unthreadable, we fail.
1130   if (PredToDestList.empty())
1131     return false;
1132
1133   // Determine which is the most common successor.  If we have many inputs and
1134   // this block is a switch, we want to start by threading the batch that goes
1135   // to the most popular destination first.  If we only know about one
1136   // threadable destination (the common case) we can avoid this.
1137   BasicBlock *MostPopularDest = OnlyDest;
1138
1139   if (MostPopularDest == MultipleDestSentinel)
1140     MostPopularDest = FindMostPopularDest(BB, PredToDestList);
1141
1142   // Now that we know what the most popular destination is, factor all
1143   // predecessors that will jump to it into a single predecessor.
1144   SmallVector<BasicBlock*, 16> PredsToFactor;
1145   for (unsigned i = 0, e = PredToDestList.size(); i != e; ++i)
1146     if (PredToDestList[i].second == MostPopularDest) {
1147       BasicBlock *Pred = PredToDestList[i].first;
1148
1149       // This predecessor may be a switch or something else that has multiple
1150       // edges to the block.  Factor each of these edges by listing them
1151       // according to # occurrences in PredsToFactor.
1152       TerminatorInst *PredTI = Pred->getTerminator();
1153       for (unsigned i = 0, e = PredTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1154         if (PredTI->getSuccessor(i) == BB)
1155           PredsToFactor.push_back(Pred);
1156     }
1157
1158   // If the threadable edges are branching on an undefined value, we get to pick
1159   // the destination that these predecessors should get to.
1160   if (MostPopularDest == 0)
1161     MostPopularDest = BB->getTerminator()->
1162                             getSuccessor(GetBestDestForJumpOnUndef(BB));
1163
1164   // Ok, try to thread it!
1165   return ThreadEdge(BB, PredsToFactor, MostPopularDest);
1166 }
1167
1168 /// ProcessBranchOnPHI - We have an otherwise unthreadable conditional branch on
1169 /// a PHI node in the current block.  See if there are any simplifications we
1170 /// can do based on inputs to the phi node.
1171 ///
1172 bool JumpThreading::ProcessBranchOnPHI(PHINode *PN) {
1173   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1174
1175   // TODO: We could make use of this to do it once for blocks with common PHI
1176   // values.
1177   SmallVector<BasicBlock*, 1> PredBBs;
1178   PredBBs.resize(1);
1179
1180   // If any of the predecessor blocks end in an unconditional branch, we can
1181   // *duplicate* the conditional branch into that block in order to further
1182   // encourage jump threading and to eliminate cases where we have branch on a
1183   // phi of an icmp (branch on icmp is much better).
1184   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1185     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1186     if (BranchInst *PredBr = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator()))
1187       if (PredBr->isUnconditional()) {
1188         PredBBs[0] = PredBB;
1189         // Try to duplicate BB into PredBB.
1190         if (DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, PredBBs))
1191           return true;
1192       }
1193   }
1194
1195   return false;
1196 }
1197
1198 /// ProcessBranchOnXOR - We have an otherwise unthreadable conditional branch on
1199 /// a xor instruction in the current block.  See if there are any
1200 /// simplifications we can do based on inputs to the xor.
1201 ///
1202 bool JumpThreading::ProcessBranchOnXOR(BinaryOperator *BO) {
1203   BasicBlock *BB = BO->getParent();
1204
1205   // If either the LHS or RHS of the xor is a constant, don't do this
1206   // optimization.
1207   if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(0)) ||
1208       isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
1209     return false;
1210
1211   // If the first instruction in BB isn't a phi, we won't be able to infer
1212   // anything special about any particular predecessor.
1213   if (!isa<PHINode>(BB->front()))
1214     return false;
1215
1216   // If we have a xor as the branch input to this block, and we know that the
1217   // LHS or RHS of the xor in any predecessor is true/false, then we can clone
1218   // the condition into the predecessor and fix that value to true, saving some
1219   // logical ops on that path and encouraging other paths to simplify.
1220   //
1221   // This copies something like this:
1222   //
1223   //  BB:
1224   //    %X = phi i1 [1],  [%X']
1225   //    %Y = icmp eq i32 %A, %B
1226   //    %Z = xor i1 %X, %Y
1227   //    br i1 %Z, ...
1228   //
1229   // Into:
1230   //  BB':
1231   //    %Y = icmp ne i32 %A, %B
1232   //    br i1 %Z, ...
1233
1234   PredValueInfoTy XorOpValues;
1235   bool isLHS = true;
1236   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(0), BB, XorOpValues,
1237                                        WantInteger)) {
1238     assert(XorOpValues.empty());
1239     if (!ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(1), BB, XorOpValues,
1240                                          WantInteger))
1241       return false;
1242     isLHS = false;
1243   }
1244
1245   assert(!XorOpValues.empty() &&
1246          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
1247
1248   // Scan the information to see which is most popular: true or false.  The
1249   // predecessors can be of the set true, false, or undef.
1250   unsigned NumTrue = 0, NumFalse = 0;
1251   for (unsigned i = 0, e = XorOpValues.size(); i != e; ++i) {
1252     if (isa<UndefValue>(XorOpValues[i].first))
1253       // Ignore undefs for the count.
1254       continue;
1255     if (cast<ConstantInt>(XorOpValues[i].first)->isZero())
1256       ++NumFalse;
1257     else
1258       ++NumTrue;
1259   }
1260
1261   // Determine which value to split on, true, false, or undef if neither.
1262   ConstantInt *SplitVal = 0;
1263   if (NumTrue > NumFalse)
1264     SplitVal = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
1265   else if (NumTrue != 0 || NumFalse != 0)
1266     SplitVal = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
1267
1268   // Collect all of the blocks that this can be folded into so that we can
1269   // factor this once and clone it once.
1270   SmallVector<BasicBlock*, 8> BlocksToFoldInto;
1271   for (unsigned i = 0, e = XorOpValues.size(); i != e; ++i) {
1272     if (XorOpValues[i].first != SplitVal &&
1273         !isa<UndefValue>(XorOpValues[i].first))
1274       continue;
1275
1276     BlocksToFoldInto.push_back(XorOpValues[i].second);
1277   }
1278
1279   // If we inferred a value for all of the predecessors, then duplication won't
1280   // help us.  However, we can just replace the LHS or RHS with the constant.
1281   if (BlocksToFoldInto.size() ==
1282       cast<PHINode>(BB->front()).getNumIncomingValues()) {
1283     if (SplitVal == 0) {
1284       // If all preds provide undef, just nuke the xor, because it is undef too.
1285       BO->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BO->getType()));
1286       BO->eraseFromParent();
1287     } else if (SplitVal->isZero()) {
1288       // If all preds provide 0, replace the xor with the other input.
1289       BO->replaceAllUsesWith(BO->getOperand(isLHS));
1290       BO->eraseFromParent();
1291     } else {
1292       // If all preds provide 1, set the computed value to 1.
1293       BO->setOperand(!isLHS, SplitVal);
1294     }
1295
1296     return true;
1297   }
1298
1299   // Try to duplicate BB into PredBB.
1300   return DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, BlocksToFoldInto);
1301 }
1302
1303
1304 /// AddPHINodeEntriesForMappedBlock - We're adding 'NewPred' as a new
1305 /// predecessor to the PHIBB block.  If it has PHI nodes, add entries for
1306 /// NewPred using the entries from OldPred (suitably mapped).
1307 static void AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BasicBlock *PHIBB,
1308                                             BasicBlock *OldPred,
1309                                             BasicBlock *NewPred,
1310                                      DenseMap<Instruction*, Value*> &ValueMap) {
1311   for (BasicBlock::iterator PNI = PHIBB->begin();
1312        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PNI); ++PNI) {
1313     // Ok, we have a PHI node.  Figure out what the incoming value was for the
1314     // DestBlock.
1315     Value *IV = PN->getIncomingValueForBlock(OldPred);
1316
1317     // Remap the value if necessary.
1318     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(IV)) {
1319       DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMap.find(Inst);
1320       if (I != ValueMap.end())
1321         IV = I->second;
1322     }
1323
1324     PN->addIncoming(IV, NewPred);
1325   }
1326 }
1327
1328 /// ThreadEdge - We have decided that it is safe and profitable to factor the
1329 /// blocks in PredBBs to one predecessor, then thread an edge from it to SuccBB
1330 /// across BB.  Transform the IR to reflect this change.
1331 bool JumpThreading::ThreadEdge(BasicBlock *BB,
1332                                const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &PredBBs,
1333                                BasicBlock *SuccBB) {
1334   // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
1335   if (SuccBB == BB) {
1336     DEBUG(dbgs() << "  Not threading across BB '" << BB->getName()
1337           << "' - would thread to self!\n");
1338     return false;
1339   }
1340
1341   // If threading this would thread across a loop header, don't thread the edge.
1342   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1343   if (LoopHeaders.count(BB)) {
1344     DEBUG(dbgs() << "  Not threading across loop header BB '" << BB->getName()
1345           << "' to dest BB '" << SuccBB->getName()
1346           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
1347     return false;
1348   }
1349
1350   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB, Threshold);
1351   if (JumpThreadCost > Threshold) {
1352     DEBUG(dbgs() << "  Not threading BB '" << BB->getName()
1353           << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n");
1354     return false;
1355   }
1356
1357   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors is needed.
1358   BasicBlock *PredBB;
1359   if (PredBBs.size() == 1)
1360     PredBB = PredBBs[0];
1361   else {
1362     DEBUG(dbgs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
1363           << " common predecessors.\n");
1364     PredBB = SplitBlockPredecessors(BB, PredBBs, ".thr_comm", this);
1365   }
1366
1367   // And finally, do it!
1368   DEBUG(dbgs() << "  Threading edge from '" << PredBB->getName() << "' to '"
1369         << SuccBB->getName() << "' with cost: " << JumpThreadCost
1370         << ", across block:\n    "
1371         << *BB << "\n");
1372
1373   LVI->threadEdge(PredBB, BB, SuccBB);
1374
1375   // We are going to have to map operands from the original BB block to the new
1376   // copy of the block 'NewBB'.  If there are PHI nodes in BB, evaluate them to
1377   // account for entry from PredBB.
1378   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1379
1380   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1381                                          BB->getName()+".thread",
1382                                          BB->getParent(), BB);
1383   NewBB->moveAfter(PredBB);
1384
1385   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1386   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1387     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1388
1389   // Clone the non-phi instructions of BB into NewBB, keeping track of the
1390   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1391   for (; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
1392     Instruction *New = BI->clone();
1393     New->setName(BI->getName());
1394     NewBB->getInstList().push_back(New);
1395     ValueMapping[BI] = New;
1396
1397     // Remap operands to patch up intra-block references.
1398     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1399       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1400         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1401         if (I != ValueMapping.end())
1402           New->setOperand(i, I->second);
1403       }
1404   }
1405
1406   // We didn't copy the terminator from BB over to NewBB, because there is now
1407   // an unconditional jump to SuccBB.  Insert the unconditional jump.
1408   BranchInst *NewBI =BranchInst::Create(SuccBB, NewBB);
1409   NewBI->setDebugLoc(BB->getTerminator()->getDebugLoc());
1410
1411   // Check to see if SuccBB has PHI nodes. If so, we need to add entries to the
1412   // PHI nodes for NewBB now.
1413   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(SuccBB, BB, NewBB, ValueMapping);
1414
1415   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1416   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1417   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1418   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1419   SSAUpdater SSAUpdate;
1420   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1421   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
1422     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1423     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1424     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
1425          ++UI) {
1426       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1427       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1428         if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
1429           continue;
1430       } else if (User->getParent() == BB)
1431         continue;
1432
1433       UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
1434     }
1435
1436     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1437     if (UsesToRename.empty())
1438       continue;
1439
1440     DEBUG(dbgs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
1441
1442     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1443     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1444     // with the two values we know.
1445     SSAUpdate.Initialize(I->getType(), I->getName());
1446     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
1447     SSAUpdate.AddAvailableValue(NewBB, ValueMapping[I]);
1448
1449     while (!UsesToRename.empty())
1450       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1451     DEBUG(dbgs() << "\n");
1452   }
1453
1454
1455   // Ok, NewBB is good to go.  Update the terminator of PredBB to jump to
1456   // NewBB instead of BB.  This eliminates predecessors from BB, which requires
1457   // us to simplify any PHI nodes in BB.
1458   TerminatorInst *PredTerm = PredBB->getTerminator();
1459   for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1460     if (PredTerm->getSuccessor(i) == BB) {
1461       BB->removePredecessor(PredBB, true);
1462       PredTerm->setSuccessor(i, NewBB);
1463     }
1464
1465   // At this point, the IR is fully up to date and consistent.  Do a quick scan
1466   // over the new instructions and zap any that are constants or dead.  This
1467   // frequently happens because of phi translation.
1468   SimplifyInstructionsInBlock(NewBB, TD, TLI);
1469
1470   // Threaded an edge!
1471   ++NumThreads;
1472   return true;
1473 }
1474
1475 /// DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred - PredBB contains an unconditional branch
1476 /// to BB which contains an i1 PHI node and a conditional branch on that PHI.
1477 /// If we can duplicate the contents of BB up into PredBB do so now, this
1478 /// improves the odds that the branch will be on an analyzable instruction like
1479 /// a compare.
1480 bool JumpThreading::DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BasicBlock *BB,
1481                                  const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PredBBs) {
1482   assert(!PredBBs.empty() && "Can't handle an empty set");
1483
1484   // If BB is a loop header, then duplicating this block outside the loop would
1485   // cause us to transform this into an irreducible loop, don't do this.
1486   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1487   if (LoopHeaders.count(BB)) {
1488     DEBUG(dbgs() << "  Not duplicating loop header '" << BB->getName()
1489           << "' into predecessor block '" << PredBBs[0]->getName()
1490           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
1491     return false;
1492   }
1493
1494   unsigned DuplicationCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB, Threshold);
1495   if (DuplicationCost > Threshold) {
1496     DEBUG(dbgs() << "  Not duplicating BB '" << BB->getName()
1497           << "' - Cost is too high: " << DuplicationCost << "\n");
1498     return false;
1499   }
1500
1501   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors is needed.
1502   BasicBlock *PredBB;
1503   if (PredBBs.size() == 1)
1504     PredBB = PredBBs[0];
1505   else {
1506     DEBUG(dbgs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
1507           << " common predecessors.\n");
1508     PredBB = SplitBlockPredecessors(BB, PredBBs, ".thr_comm", this);
1509   }
1510
1511   // Okay, we decided to do this!  Clone all the instructions in BB onto the end
1512   // of PredBB.
1513   DEBUG(dbgs() << "  Duplicating block '" << BB->getName() << "' into end of '"
1514         << PredBB->getName() << "' to eliminate branch on phi.  Cost: "
1515         << DuplicationCost << " block is:" << *BB << "\n");
1516
1517   // Unless PredBB ends with an unconditional branch, split the edge so that we
1518   // can just clone the bits from BB into the end of the new PredBB.
1519   BranchInst *OldPredBranch = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
1520
1521   if (OldPredBranch == 0 || !OldPredBranch->isUnconditional()) {
1522     PredBB = SplitEdge(PredBB, BB, this);
1523     OldPredBranch = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
1524   }
1525
1526   // We are going to have to map operands from the original BB block into the
1527   // PredBB block.  Evaluate PHI nodes in BB.
1528   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1529
1530   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1531   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1532     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1533
1534   // Clone the non-phi instructions of BB into PredBB, keeping track of the
1535   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1536   for (; BI != BB->end(); ++BI) {
1537     Instruction *New = BI->clone();
1538
1539     // Remap operands to patch up intra-block references.
1540     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1541       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1542         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1543         if (I != ValueMapping.end())
1544           New->setOperand(i, I->second);
1545       }
1546
1547     // If this instruction can be simplified after the operands are updated,
1548     // just use the simplified value instead.  This frequently happens due to
1549     // phi translation.
1550     if (Value *IV = SimplifyInstruction(New, TD)) {
1551       delete New;
1552       ValueMapping[BI] = IV;
1553     } else {
1554       // Otherwise, insert the new instruction into the block.
1555       New->setName(BI->getName());
1556       PredBB->getInstList().insert(OldPredBranch, New);
1557       ValueMapping[BI] = New;
1558     }
1559   }
1560
1561   // Check to see if the targets of the branch had PHI nodes. If so, we need to
1562   // add entries to the PHI nodes for branch from PredBB now.
1563   BranchInst *BBBranch = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1564   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(0), BB, PredBB,
1565                                   ValueMapping);
1566   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(1), BB, PredBB,
1567                                   ValueMapping);
1568
1569   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1570   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1571   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1572   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1573   SSAUpdater SSAUpdate;
1574   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1575   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
1576     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1577     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1578     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
1579          ++UI) {
1580       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1581       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1582         if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
1583           continue;
1584       } else if (User->getParent() == BB)
1585         continue;
1586
1587       UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
1588     }
1589
1590     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1591     if (UsesToRename.empty())
1592       continue;
1593
1594     DEBUG(dbgs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
1595
1596     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1597     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1598     // with the two values we know.
1599     SSAUpdate.Initialize(I->getType(), I->getName());
1600     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
1601     SSAUpdate.AddAvailableValue(PredBB, ValueMapping[I]);
1602
1603     while (!UsesToRename.empty())
1604       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1605     DEBUG(dbgs() << "\n");
1606   }
1607
1608   // PredBB no longer jumps to BB, remove entries in the PHI node for the edge
1609   // that we nuked.
1610   BB->removePredecessor(PredBB, true);
1611
1612   // Remove the unconditional branch at the end of the PredBB block.
1613   OldPredBranch->eraseFromParent();
1614
1615   ++NumDupes;
1616   return true;
1617 }