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