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