make jump threading on a phi with undef inputs happen.
[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/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
21 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
22 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
23 #include "llvm/Target/TargetData.h"
24 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
25 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
26 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
27 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
28 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
29 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
30 #include "llvm/Support/Debug.h"
31 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
32 using namespace llvm;
33
34 STATISTIC(NumThreads, "Number of jumps threaded");
35 STATISTIC(NumFolds,   "Number of terminators folded");
36
37 static cl::opt<unsigned>
38 Threshold("jump-threading-threshold", 
39           cl::desc("Max block size to duplicate for jump threading"),
40           cl::init(6), cl::Hidden);
41
42 namespace {
43   /// This pass performs 'jump threading', which looks at blocks that have
44   /// multiple predecessors and multiple successors.  If one or more of the
45   /// predecessors of the block can be proven to always jump to one of the
46   /// successors, we forward the edge from the predecessor to the successor by
47   /// duplicating the contents of this block.
48   ///
49   /// An example of when this can occur is code like this:
50   ///
51   ///   if () { ...
52   ///     X = 4;
53   ///   }
54   ///   if (X < 3) {
55   ///
56   /// In this case, the unconditional branch at the end of the first if can be
57   /// revectored to the false side of the second if.
58   ///
59   class JumpThreading : public FunctionPass {
60     TargetData *TD;
61 #ifdef NDEBUG
62     SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> LoopHeaders;
63 #else
64     SmallSet<AssertingVH<BasicBlock>, 16> LoopHeaders;
65 #endif
66   public:
67     static char ID; // Pass identification
68     JumpThreading() : FunctionPass(&ID) {}
69
70     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
71     }
72
73     bool runOnFunction(Function &F);
74     void FindLoopHeaders(Function &F);
75     
76     bool ProcessBlock(BasicBlock *BB);
77     bool ThreadEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *PredBB, BasicBlock *SuccBB,
78                     unsigned JumpThreadCost);
79     BasicBlock *FactorCommonPHIPreds(PHINode *PN, Value *Val);
80     bool ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
81     bool ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
82
83     bool ProcessJumpOnPHI(PHINode *PN);
84     bool ProcessBranchOnLogical(Value *V, BasicBlock *BB, bool isAnd);
85     bool ProcessBranchOnCompare(CmpInst *Cmp, BasicBlock *BB);
86     
87     bool SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI);
88   };
89 }
90
91 char JumpThreading::ID = 0;
92 static RegisterPass<JumpThreading>
93 X("jump-threading", "Jump Threading");
94
95 // Public interface to the Jump Threading pass
96 FunctionPass *llvm::createJumpThreadingPass() { return new JumpThreading(); }
97
98 /// runOnFunction - Top level algorithm.
99 ///
100 bool JumpThreading::runOnFunction(Function &F) {
101   DEBUG(errs() << "Jump threading on function '" << F.getName() << "'\n");
102   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
103   
104   FindLoopHeaders(F);
105   
106   bool AnotherIteration = true, EverChanged = false;
107   while (AnotherIteration) {
108     AnotherIteration = false;
109     bool Changed = false;
110     for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E;) {
111       BasicBlock *BB = I;
112       while (ProcessBlock(BB))
113         Changed = true;
114       
115       ++I;
116       
117       // If the block is trivially dead, zap it.  This eliminates the successor
118       // edges which simplifies the CFG.
119       if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
120           BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
121         DEBUG(errs() << "  JT: Deleting dead block '" << BB->getName()
122               << "' with terminator: " << *BB->getTerminator());
123         LoopHeaders.erase(BB);
124         DeleteDeadBlock(BB);
125         Changed = true;
126       }
127     }
128     AnotherIteration = Changed;
129     EverChanged |= Changed;
130   }
131   
132   LoopHeaders.clear();
133   return EverChanged;
134 }
135
136 /// FindLoopHeaders - We do not want jump threading to turn proper loop
137 /// structures into irreducible loops.  Doing this breaks up the loop nesting
138 /// hierarchy and pessimizes later transformations.  To prevent this from
139 /// happening, we first have to find the loop headers.  Here we approximate this
140 /// by finding targets of backedges in the CFG.
141 ///
142 /// Note that there definitely are cases when we want to allow threading of
143 /// edges across a loop header.  For example, threading a jump from outside the
144 /// loop (the preheader) to an exit block of the loop is definitely profitable.
145 /// It is also almost always profitable to thread backedges from within the loop
146 /// to exit blocks, and is often profitable to thread backedges to other blocks
147 /// within the loop (forming a nested loop).  This simple analysis is not rich
148 /// enough to track all of these properties and keep it up-to-date as the CFG
149 /// mutates, so we don't allow any of these transformations.
150 ///
151 void JumpThreading::FindLoopHeaders(Function &F) {
152   SmallVector<std::pair<const BasicBlock*,const BasicBlock*>, 32> Edges;
153   FindFunctionBackedges(F, Edges);
154   
155   for (unsigned i = 0, e = Edges.size(); i != e; ++i)
156     LoopHeaders.insert(const_cast<BasicBlock*>(Edges[i].second));
157 }
158
159
160 /// FactorCommonPHIPreds - If there are multiple preds with the same incoming
161 /// value for the PHI, factor them together so we get one block to thread for
162 /// the whole group.
163 /// This is important for things like "phi i1 [true, true, false, true, x]"
164 /// where we only need to clone the block for the true blocks once.
165 ///
166 BasicBlock *JumpThreading::FactorCommonPHIPreds(PHINode *PN, Value *Val) {
167   SmallVector<BasicBlock*, 16> CommonPreds;
168   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
169     if (PN->getIncomingValue(i) == Val)
170       CommonPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
171   
172   if (CommonPreds.size() == 1)
173     return CommonPreds[0];
174     
175   DEBUG(errs() << "  Factoring out " << CommonPreds.size()
176         << " common predecessors.\n");
177   return SplitBlockPredecessors(PN->getParent(),
178                                 &CommonPreds[0], CommonPreds.size(),
179                                 ".thr_comm", this);
180 }
181   
182
183 /// getJumpThreadDuplicationCost - Return the cost of duplicating this block to
184 /// thread across it.
185 static unsigned getJumpThreadDuplicationCost(const BasicBlock *BB) {
186   /// Ignore PHI nodes, these will be flattened when duplication happens.
187   BasicBlock::const_iterator I = BB->getFirstNonPHI();
188
189   // Sum up the cost of each instruction until we get to the terminator.  Don't
190   // include the terminator because the copy won't include it.
191   unsigned Size = 0;
192   for (; !isa<TerminatorInst>(I); ++I) {
193     // Debugger intrinsics don't incur code size.
194     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
195     
196     // If this is a pointer->pointer bitcast, it is free.
197     if (isa<BitCastInst>(I) && isa<PointerType>(I->getType()))
198       continue;
199     
200     // All other instructions count for at least one unit.
201     ++Size;
202     
203     // Calls are more expensive.  If they are non-intrinsic calls, we model them
204     // as having cost of 4.  If they are a non-vector intrinsic, we model them
205     // as having cost of 2 total, and if they are a vector intrinsic, we model
206     // them as having cost 1.
207     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
208       if (!isa<IntrinsicInst>(CI))
209         Size += 3;
210       else if (!isa<VectorType>(CI->getType()))
211         Size += 1;
212     }
213   }
214   
215   // Threading through a switch statement is particularly profitable.  If this
216   // block ends in a switch, decrease its cost to make it more likely to happen.
217   if (isa<SwitchInst>(I))
218     Size = Size > 6 ? Size-6 : 0;
219   
220   return Size;
221 }
222
223 /// GetBestDestForBranchOnUndef - If we determine that the specified block ends
224 /// in an undefined jump, decide which block is best to revector to.
225 ///
226 /// Since we can pick an arbitrary destination, we pick the successor with the
227 /// fewest predecessors.  This should reduce the in-degree of the others.
228 ///
229 static unsigned GetBestDestForJumpOnUndef(BasicBlock *BB) {
230   TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
231   unsigned MinSucc = 0;
232   BasicBlock *TestBB = BBTerm->getSuccessor(MinSucc);
233   // Compute the successor with the minimum number of predecessors.
234   unsigned MinNumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
235   for (unsigned i = 1, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
236     TestBB = BBTerm->getSuccessor(i);
237     unsigned NumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
238     if (NumPreds < MinNumPreds)
239       MinSucc = i;
240   }
241   
242   return MinSucc;
243 }
244
245 /// ProcessBlock - If there are any predecessors whose control can be threaded
246 /// through to a successor, transform them now.
247 bool JumpThreading::ProcessBlock(BasicBlock *BB) {
248   // If this block has a single predecessor, and if that pred has a single
249   // successor, merge the blocks.  This encourages recursive jump threading
250   // because now the condition in this block can be threaded through
251   // predecessors of our predecessor block.
252   if (BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor())
253     if (SinglePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
254         SinglePred != BB) {
255       // If SinglePred was a loop header, BB becomes one.
256       if (LoopHeaders.erase(SinglePred))
257         LoopHeaders.insert(BB);
258       
259       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
260       // will need to move BB back to the entry position.
261       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
262       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB);
263       
264       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
265         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
266       return true;
267     }
268   
269   // See if this block ends with a branch or switch.  If so, see if the
270   // condition is a phi node.  If so, and if an entry of the phi node is a
271   // constant, we can thread the block.
272   Value *Condition;
273   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
274     // Can't thread an unconditional jump.
275     if (BI->isUnconditional()) return false;
276     Condition = BI->getCondition();
277   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator()))
278     Condition = SI->getCondition();
279   else
280     return false; // Must be an invoke.
281   
282   // If the terminator of this block is branching on a constant, simplify the
283   // terminator to an unconditional branch.  This can occur due to threading in
284   // other blocks.
285   if (isa<ConstantInt>(Condition)) {
286     DEBUG(errs() << "  In block '" << BB->getName()
287           << "' folding terminator: " << *BB->getTerminator());
288     ++NumFolds;
289     ConstantFoldTerminator(BB);
290     return true;
291   }
292   
293   // If the terminator is branching on an undef, we can pick any of the
294   // successors to branch to.  Let GetBestDestForJumpOnUndef decide.
295   if (isa<UndefValue>(Condition)) {
296     unsigned BestSucc = GetBestDestForJumpOnUndef(BB);
297     
298     // Fold the branch/switch.
299     TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
300     for (unsigned i = 0, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
301       if (i == BestSucc) continue;
302       BBTerm->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
303     }
304     
305     DEBUG(errs() << "  In block '" << BB->getName()
306           << "' folding undef terminator: " << *BBTerm);
307     BranchInst::Create(BBTerm->getSuccessor(BestSucc), BBTerm);
308     BBTerm->eraseFromParent();
309     return true;
310   }
311   
312   Instruction *CondInst = dyn_cast<Instruction>(Condition);
313
314   // If the condition is an instruction defined in another block, see if a
315   // predecessor has the same condition:
316   //     br COND, BBX, BBY
317   //  BBX:
318   //     br COND, BBZ, BBW
319   if (!Condition->hasOneUse() && // Multiple uses.
320       (CondInst == 0 || CondInst->getParent() != BB)) { // Non-local definition.
321     pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
322     if (isa<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
323       for (; PI != E; ++PI)
324         if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
325           if (PBI->isConditional() && PBI->getCondition() == Condition &&
326               ProcessBranchOnDuplicateCond(*PI, BB))
327             return true;
328     } else {
329       assert(isa<SwitchInst>(BB->getTerminator()) && "Unknown jump terminator");
330       for (; PI != E; ++PI)
331         if (SwitchInst *PSI = dyn_cast<SwitchInst>((*PI)->getTerminator()))
332           if (PSI->getCondition() == Condition &&
333               ProcessSwitchOnDuplicateCond(*PI, BB))
334             return true;
335     }
336   }
337
338   // All the rest of our checks depend on the condition being an instruction.
339   if (CondInst == 0)
340     return false;
341   
342   // See if this is a phi node in the current block.
343   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(CondInst))
344     if (PN->getParent() == BB)
345       return ProcessJumpOnPHI(PN);
346   
347   // If this is a conditional branch whose condition is and/or of a phi, try to
348   // simplify it.
349   if ((CondInst->getOpcode() == Instruction::And || 
350        CondInst->getOpcode() == Instruction::Or) &&
351       isa<BranchInst>(BB->getTerminator()) &&
352       ProcessBranchOnLogical(CondInst, BB,
353                              CondInst->getOpcode() == Instruction::And))
354     return true;
355   
356   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(CondInst)) {
357     if (isa<PHINode>(CondCmp->getOperand(0))) {
358       // If we have "br (phi != 42)" and the phi node has any constant values
359       // as operands, we can thread through this block.
360       // 
361       // If we have "br (cmp phi, x)" and the phi node contains x such that the
362       // comparison uniquely identifies the branch target, we can thread
363       // through this block.
364
365       if (ProcessBranchOnCompare(CondCmp, BB))
366         return true;      
367     }
368     
369     // If we have a comparison, loop over the predecessors to see if there is
370     // a condition with the same value.
371     pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
372     for (; PI != E; ++PI)
373       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
374         if (PBI->isConditional() && *PI != BB) {
375           if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(PBI->getCondition())) {
376             if (CI->getOperand(0) == CondCmp->getOperand(0) &&
377                 CI->getOperand(1) == CondCmp->getOperand(1) &&
378                 CI->getPredicate() == CondCmp->getPredicate()) {
379               // TODO: Could handle things like (x != 4) --> (x == 17)
380               if (ProcessBranchOnDuplicateCond(*PI, BB))
381                 return true;
382             }
383           }
384         }
385   }
386
387   // Check for some cases that are worth simplifying.  Right now we want to look
388   // for loads that are used by a switch or by the condition for the branch.  If
389   // we see one, check to see if it's partially redundant.  If so, insert a PHI
390   // which can then be used to thread the values.
391   //
392   // This is particularly important because reg2mem inserts loads and stores all
393   // over the place, and this blocks jump threading if we don't zap them.
394   Value *SimplifyValue = CondInst;
395   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(SimplifyValue))
396     if (isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)))
397       SimplifyValue = CondCmp->getOperand(0);
398   
399   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SimplifyValue))
400     if (SimplifyPartiallyRedundantLoad(LI))
401       return true;
402   
403   // TODO: If we have: "br (X > 0)"  and we have a predecessor where we know
404   // "(X == 4)" thread through this block.
405   
406   return false;
407 }
408
409 /// ProcessBranchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
410 /// block that jump on exactly the same condition.  This means that we almost
411 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
412 ///  PREDBB:
413 ///     br COND, DESTBB, BBY
414 ///  DESTBB:
415 ///     br COND, BBZ, BBW
416 ///
417 /// If DESTBB has multiple predecessors, we can't just constant fold the branch
418 /// in DESTBB, we have to thread over it.
419 bool JumpThreading::ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
420                                                  BasicBlock *BB) {
421   BranchInst *PredBI = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
422   
423   // If both successors of PredBB go to DESTBB, we don't know anything.  We can
424   // fold the branch to an unconditional one, which allows other recursive
425   // simplifications.
426   bool BranchDir;
427   if (PredBI->getSuccessor(1) != BB)
428     BranchDir = true;
429   else if (PredBI->getSuccessor(0) != BB)
430     BranchDir = false;
431   else {
432     DEBUG(errs() << "  In block '" << PredBB->getName()
433           << "' folding terminator: " << *PredBB->getTerminator());
434     ++NumFolds;
435     ConstantFoldTerminator(PredBB);
436     return true;
437   }
438    
439   BranchInst *DestBI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
440
441   // If the dest block has one predecessor, just fix the branch condition to a
442   // constant and fold it.
443   if (BB->getSinglePredecessor()) {
444     DEBUG(errs() << "  In block '" << BB->getName()
445           << "' folding condition to '" << BranchDir << "': "
446           << *BB->getTerminator());
447     ++NumFolds;
448     DestBI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
449                                           BranchDir));
450     ConstantFoldTerminator(BB);
451     return true;
452   }
453   
454   // Otherwise we need to thread from PredBB to DestBB's successor which
455   // involves code duplication.  Check to see if it is worth it.
456   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
457   if (JumpThreadCost > Threshold) {
458     DEBUG(errs() << "  Not threading BB '" << BB->getName()
459           << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n");
460     return false;
461   }
462   
463   // Next, figure out which successor we are threading to.
464   BasicBlock *SuccBB = DestBI->getSuccessor(!BranchDir);
465   
466   // Ok, try to thread it!
467   return ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB, JumpThreadCost);
468 }
469
470 /// ProcessSwitchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
471 /// block that switch on exactly the same condition.  This means that we almost
472 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
473 ///  PREDBB:
474 ///     switch COND [... DESTBB, BBY ... ]
475 ///  DESTBB:
476 ///     switch COND [... BBZ, BBW ]
477 ///
478 /// Optimizing switches like this is very important, because simplifycfg builds
479 /// switches out of repeated 'if' conditions.
480 bool JumpThreading::ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
481                                                  BasicBlock *DestBB) {
482   // Can't thread edge to self.
483   if (PredBB == DestBB)
484     return false;
485   
486   SwitchInst *PredSI = cast<SwitchInst>(PredBB->getTerminator());
487   SwitchInst *DestSI = cast<SwitchInst>(DestBB->getTerminator());
488
489   // There are a variety of optimizations that we can potentially do on these
490   // blocks: we order them from most to least preferable.
491   
492   // If DESTBB *just* contains the switch, then we can forward edges from PREDBB
493   // directly to their destination.  This does not introduce *any* code size
494   // growth.  Skip debug info first.
495   BasicBlock::iterator BBI = DestBB->begin();
496   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
497     BBI++;
498   
499   // FIXME: Thread if it just contains a PHI.
500   if (isa<SwitchInst>(BBI)) {
501     bool MadeChange = false;
502     // Ignore the default edge for now.
503     for (unsigned i = 1, e = DestSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
504       ConstantInt *DestVal = DestSI->getCaseValue(i);
505       BasicBlock *DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
506       
507       // Okay, DestSI has a case for 'DestVal' that goes to 'DestSucc'.  See if
508       // PredSI has an explicit case for it.  If so, forward.  If it is covered
509       // by the default case, we can't update PredSI.
510       unsigned PredCase = PredSI->findCaseValue(DestVal);
511       if (PredCase == 0) continue;
512       
513       // If PredSI doesn't go to DestBB on this value, then it won't reach the
514       // case on this condition.
515       if (PredSI->getSuccessor(PredCase) != DestBB &&
516           DestSI->getSuccessor(i) != DestBB)
517         continue;
518
519       // Otherwise, we're safe to make the change.  Make sure that the edge from
520       // DestSI to DestSucc is not critical and has no PHI nodes.
521       DEBUG(errs() << "FORWARDING EDGE " << *DestVal << "   FROM: " << *PredSI);
522       DEBUG(errs() << "THROUGH: " << *DestSI);
523
524       // If the destination has PHI nodes, just split the edge for updating
525       // simplicity.
526       if (isa<PHINode>(DestSucc->begin()) && !DestSucc->getSinglePredecessor()){
527         SplitCriticalEdge(DestSI, i, this);
528         DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
529       }
530       FoldSingleEntryPHINodes(DestSucc);
531       PredSI->setSuccessor(PredCase, DestSucc);
532       MadeChange = true;
533     }
534     
535     if (MadeChange)
536       return true;
537   }
538   
539   return false;
540 }
541
542
543 /// SimplifyPartiallyRedundantLoad - If LI is an obviously partially redundant
544 /// load instruction, eliminate it by replacing it with a PHI node.  This is an
545 /// important optimization that encourages jump threading, and needs to be run
546 /// interlaced with other jump threading tasks.
547 bool JumpThreading::SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI) {
548   // Don't hack volatile loads.
549   if (LI->isVolatile()) return false;
550   
551   // If the load is defined in a block with exactly one predecessor, it can't be
552   // partially redundant.
553   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
554   if (LoadBB->getSinglePredecessor())
555     return false;
556   
557   Value *LoadedPtr = LI->getOperand(0);
558
559   // If the loaded operand is defined in the LoadBB, it can't be available.
560   // FIXME: Could do PHI translation, that would be fun :)
561   if (Instruction *PtrOp = dyn_cast<Instruction>(LoadedPtr))
562     if (PtrOp->getParent() == LoadBB)
563       return false;
564   
565   // Scan a few instructions up from the load, to see if it is obviously live at
566   // the entry to its block.
567   BasicBlock::iterator BBIt = LI;
568
569   if (Value *AvailableVal = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, LoadBB, 
570                                                      BBIt, 6)) {
571     // If the value if the load is locally available within the block, just use
572     // it.  This frequently occurs for reg2mem'd allocas.
573     //cerr << "LOAD ELIMINATED:\n" << *BBIt << *LI << "\n";
574     
575     // If the returned value is the load itself, replace with an undef. This can
576     // only happen in dead loops.
577     if (AvailableVal == LI) AvailableVal = UndefValue::get(LI->getType());
578     LI->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
579     LI->eraseFromParent();
580     return true;
581   }
582
583   // Otherwise, if we scanned the whole block and got to the top of the block,
584   // we know the block is locally transparent to the load.  If not, something
585   // might clobber its value.
586   if (BBIt != LoadBB->begin())
587     return false;
588   
589   
590   SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> PredsScanned;
591   typedef SmallVector<std::pair<BasicBlock*, Value*>, 8> AvailablePredsTy;
592   AvailablePredsTy AvailablePreds;
593   BasicBlock *OneUnavailablePred = 0;
594   
595   // If we got here, the loaded value is transparent through to the start of the
596   // block.  Check to see if it is available in any of the predecessor blocks.
597   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
598        PI != PE; ++PI) {
599     BasicBlock *PredBB = *PI;
600
601     // If we already scanned this predecessor, skip it.
602     if (!PredsScanned.insert(PredBB))
603       continue;
604
605     // Scan the predecessor to see if the value is available in the pred.
606     BBIt = PredBB->end();
607     Value *PredAvailable = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, PredBB, BBIt, 6);
608     if (!PredAvailable) {
609       OneUnavailablePred = PredBB;
610       continue;
611     }
612     
613     // If so, this load is partially redundant.  Remember this info so that we
614     // can create a PHI node.
615     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(PredBB, PredAvailable));
616   }
617   
618   // If the loaded value isn't available in any predecessor, it isn't partially
619   // redundant.
620   if (AvailablePreds.empty()) return false;
621   
622   // Okay, the loaded value is available in at least one (and maybe all!)
623   // predecessors.  If the value is unavailable in more than one unique
624   // predecessor, we want to insert a merge block for those common predecessors.
625   // This ensures that we only have to insert one reload, thus not increasing
626   // code size.
627   BasicBlock *UnavailablePred = 0;
628   
629   // If there is exactly one predecessor where the value is unavailable, the
630   // already computed 'OneUnavailablePred' block is it.  If it ends in an
631   // unconditional branch, we know that it isn't a critical edge.
632   if (PredsScanned.size() == AvailablePreds.size()+1 &&
633       OneUnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1) {
634     UnavailablePred = OneUnavailablePred;
635   } else if (PredsScanned.size() != AvailablePreds.size()) {
636     // Otherwise, we had multiple unavailable predecessors or we had a critical
637     // edge from the one.
638     SmallVector<BasicBlock*, 8> PredsToSplit;
639     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> AvailablePredSet;
640
641     for (unsigned i = 0, e = AvailablePreds.size(); i != e; ++i)
642       AvailablePredSet.insert(AvailablePreds[i].first);
643
644     // Add all the unavailable predecessors to the PredsToSplit list.
645     for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
646          PI != PE; ++PI)
647       if (!AvailablePredSet.count(*PI))
648         PredsToSplit.push_back(*PI);
649     
650     // Split them out to their own block.
651     UnavailablePred =
652       SplitBlockPredecessors(LoadBB, &PredsToSplit[0], PredsToSplit.size(),
653                              "thread-split", this);
654   }
655   
656   // If the value isn't available in all predecessors, then there will be
657   // exactly one where it isn't available.  Insert a load on that edge and add
658   // it to the AvailablePreds list.
659   if (UnavailablePred) {
660     assert(UnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
661            "Can't handle critical edge here!");
662     Value *NewVal = new LoadInst(LoadedPtr, LI->getName()+".pr",
663                                  UnavailablePred->getTerminator());
664     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(UnavailablePred, NewVal));
665   }
666   
667   // Now we know that each predecessor of this block has a value in
668   // AvailablePreds, sort them for efficient access as we're walking the preds.
669   array_pod_sort(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end());
670   
671   // Create a PHI node at the start of the block for the PRE'd load value.
672   PHINode *PN = PHINode::Create(LI->getType(), "", LoadBB->begin());
673   PN->takeName(LI);
674   
675   // Insert new entries into the PHI for each predecessor.  A single block may
676   // have multiple entries here.
677   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB); PI != E;
678        ++PI) {
679     AvailablePredsTy::iterator I = 
680       std::lower_bound(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end(),
681                        std::make_pair(*PI, (Value*)0));
682     
683     assert(I != AvailablePreds.end() && I->first == *PI &&
684            "Didn't find entry for predecessor!");
685     
686     PN->addIncoming(I->second, I->first);
687   }
688   
689   //cerr << "PRE: " << *LI << *PN << "\n";
690   
691   LI->replaceAllUsesWith(PN);
692   LI->eraseFromParent();
693   
694   return true;
695 }
696
697
698 /// ProcessJumpOnPHI - We have a conditional branch or switch on a PHI node in
699 /// the current block.  See if there are any simplifications we can do based on
700 /// inputs to the phi node.
701 /// 
702 bool JumpThreading::ProcessJumpOnPHI(PHINode *PN) {
703   // See if the phi node has any constant integer or undef values.  If so, we
704   // can determine where the corresponding predecessor will branch.
705   Constant *PredCst = 0;
706   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
707     Value *PredVal = PN->getIncomingValue(i);
708     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(PredVal)) {
709       PredCst = CI;
710       break;
711     }
712     
713     if (UndefValue *UV = dyn_cast<UndefValue>(PredVal)) {
714       PredCst = UV;
715       break;
716     }
717   } 
718   
719   // If no incoming value has a constant, we don't know the destination of any
720   // predecessors.
721   if (PredCst == 0) {
722     return false;
723   }
724   
725   // See if the cost of duplicating this block is low enough.
726   BasicBlock *BB = PN->getParent();
727   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
728   if (JumpThreadCost > Threshold) {
729     DEBUG(errs() << "  Not threading BB '" << BB->getName()
730           << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n");
731     return false;
732   }
733   
734   // If so, we can actually do this threading.  Merge any common predecessors
735   // that will act the same.
736   BasicBlock *PredBB = FactorCommonPHIPreds(PN, PredCst);
737   
738   
739   TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
740   
741   // Next, figure out which successor we are threading to.
742   BasicBlock *SuccBB;
743   if (isa<UndefValue>(PredCst)) {
744     // If the branch was going off an undef from PredBB, pick an arbitrary dest.
745     SuccBB = BBTerm->getSuccessor(GetBestDestForJumpOnUndef(BB));
746   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BBTerm))
747     SuccBB = BI->getSuccessor(cast<ConstantInt>(PredCst)->isZero());
748   else {
749     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(BBTerm);
750     SuccBB = SI->getSuccessor(SI->findCaseValue(cast<ConstantInt>(PredCst)));
751   }
752   
753   // Ok, try to thread it!
754   return ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB, JumpThreadCost);
755 }
756
757 /// ProcessJumpOnLogicalPHI - PN's basic block contains a conditional branch
758 /// whose condition is an AND/OR where one side is PN.  If PN has constant
759 /// operands that permit us to evaluate the condition for some operand, thread
760 /// through the block.  For example with:
761 ///   br (and X, phi(Y, Z, false))
762 /// the predecessor corresponding to the 'false' will always jump to the false
763 /// destination of the branch.
764 ///
765 bool JumpThreading::ProcessBranchOnLogical(Value *V, BasicBlock *BB,
766                                            bool isAnd) {
767   // If this is a binary operator tree of the same AND/OR opcode, check the
768   // LHS/RHS.
769   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(V))
770     if ((isAnd && BO->getOpcode() == Instruction::And) ||
771         (!isAnd && BO->getOpcode() == Instruction::Or)) {
772       if (ProcessBranchOnLogical(BO->getOperand(0), BB, isAnd))
773         return true;
774       if (ProcessBranchOnLogical(BO->getOperand(1), BB, isAnd))
775         return true;
776     }
777       
778   // If this isn't a PHI node, we can't handle it.
779   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V);
780   if (!PN || PN->getParent() != BB) return false;
781                                              
782   // We can only do the simplification for phi nodes of 'false' with AND or
783   // 'true' with OR.  See if we have any entries in the phi for this.
784   unsigned PredNo = ~0U;
785   ConstantInt *PredCst = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
786                                           !isAnd);
787   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
788     if (PN->getIncomingValue(i) == PredCst) {
789       PredNo = i;
790       break;
791     }
792   }
793   
794   // If no match, bail out.
795   if (PredNo == ~0U)
796     return false;
797   
798   // See if the cost of duplicating this block is low enough.
799   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
800   if (JumpThreadCost > Threshold) {
801     DEBUG(errs() << "  Not threading BB '" << BB->getName()
802           << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n");
803     return false;
804   }
805
806   // If so, we can actually do this threading.  Merge any common predecessors
807   // that will act the same.
808   BasicBlock *PredBB = FactorCommonPHIPreds(PN, PredCst);
809   
810   // Next, figure out which successor we are threading to.  If this was an AND,
811   // the constant must be FALSE, and we must be targeting the 'false' block.
812   // If this is an OR, the constant must be TRUE, and we must be targeting the
813   // 'true' block.
814   BasicBlock *SuccBB = BB->getTerminator()->getSuccessor(isAnd);
815   
816   // Ok, try to thread it!
817   return ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB, JumpThreadCost);
818 }
819
820 /// GetResultOfComparison - Given an icmp/fcmp predicate and the left and right
821 /// hand sides of the compare instruction, try to determine the result. If the
822 /// result can not be determined, a null pointer is returned.
823 static Constant *GetResultOfComparison(CmpInst::Predicate pred,
824                                        Value *LHS, Value *RHS,
825                                        LLVMContext &Context) {
826   if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(LHS))
827     if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(RHS))
828       return ConstantExpr::getCompare(pred, CLHS, CRHS);
829
830   if (LHS == RHS)
831     if (isa<IntegerType>(LHS->getType()) || isa<PointerType>(LHS->getType()))
832       return ICmpInst::isTrueWhenEqual(pred) ? 
833                  ConstantInt::getTrue(Context) : ConstantInt::getFalse(Context);
834
835   return 0;
836 }
837
838 /// ProcessBranchOnCompare - We found a branch on a comparison between a phi
839 /// node and a value.  If we can identify when the comparison is true between
840 /// the phi inputs and the value, we can fold the compare for that edge and
841 /// thread through it.
842 bool JumpThreading::ProcessBranchOnCompare(CmpInst *Cmp, BasicBlock *BB) {
843   PHINode *PN = cast<PHINode>(Cmp->getOperand(0));
844   Value *RHS = Cmp->getOperand(1);
845   
846   // If the phi isn't in the current block, an incoming edge to this block
847   // doesn't control the destination.
848   if (PN->getParent() != BB)
849     return false;
850   
851   // We can do this simplification if any comparisons fold to true or false.
852   // See if any do.
853   Value *PredVal = 0;
854   bool TrueDirection = false;
855   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
856     PredVal = PN->getIncomingValue(i);
857     
858     Constant *Res = GetResultOfComparison(Cmp->getPredicate(), PredVal,
859                                           RHS, Cmp->getContext());
860     if (!Res) {
861       PredVal = 0;
862       continue;
863     }
864     
865     // If this folded to a constant expr, we can't do anything.
866     if (ConstantInt *ResC = dyn_cast<ConstantInt>(Res)) {
867       TrueDirection = ResC->getZExtValue();
868       break;
869     }
870     // If this folded to undef, just go the false way.
871     if (isa<UndefValue>(Res)) {
872       TrueDirection = false;
873       break;
874     }
875     
876     // Otherwise, we can't fold this input.
877     PredVal = 0;
878   }
879   
880   // If no match, bail out.
881   if (PredVal == 0)
882     return false;
883   
884   // See if the cost of duplicating this block is low enough.
885   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
886   if (JumpThreadCost > Threshold) {
887     DEBUG(errs() << "  Not threading BB '" << BB->getName()
888           << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n");
889     return false;
890   }
891   
892   // If so, we can actually do this threading.  Merge any common predecessors
893   // that will act the same.
894   BasicBlock *PredBB = FactorCommonPHIPreds(PN, PredVal);
895   
896   // Next, get our successor.
897   BasicBlock *SuccBB = BB->getTerminator()->getSuccessor(!TrueDirection);
898   
899   // Ok, try to thread it!
900   return ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB, JumpThreadCost);
901 }
902
903
904 /// ThreadEdge - We have decided that it is safe and profitable to thread an
905 /// edge from PredBB to SuccBB across BB.  Transform the IR to reflect this
906 /// change.
907 bool JumpThreading::ThreadEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *PredBB, 
908                                BasicBlock *SuccBB, unsigned JumpThreadCost) {
909
910   // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
911   if (SuccBB == BB) {
912     DEBUG(errs() << "  Not threading across BB '" << BB->getName()
913           << "' - would thread to self!\n");
914     return false;
915   }
916   
917   // If threading this would thread across a loop header, don't thread the edge.
918   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
919   if (LoopHeaders.count(BB)) {
920     DEBUG(errs() << "  Not threading from '" << PredBB->getName()
921           << "' across loop header BB '" << BB->getName()
922           << "' to dest BB '" << SuccBB->getName()
923           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
924     return false;
925   }
926
927   // And finally, do it!
928   DEBUG(errs() << "  Threading edge from '" << PredBB->getName() << "' to '"
929         << SuccBB->getName() << "' with cost: " << JumpThreadCost
930         << ", across block:\n    "
931         << *BB << "\n");
932   
933   // We are going to have to map operands from the original BB block to the new
934   // copy of the block 'NewBB'.  If there are PHI nodes in BB, evaluate them to
935   // account for entry from PredBB.
936   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
937   
938   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), 
939                                          BB->getName()+".thread", 
940                                          BB->getParent(), BB);
941   NewBB->moveAfter(PredBB);
942   
943   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
944   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
945     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
946   
947   // Clone the non-phi instructions of BB into NewBB, keeping track of the
948   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
949   for (; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
950     Instruction *New = BI->clone();
951     New->setName(BI->getName());
952     NewBB->getInstList().push_back(New);
953     ValueMapping[BI] = New;
954    
955     // Remap operands to patch up intra-block references.
956     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
957       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
958         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
959         if (I != ValueMapping.end())
960           New->setOperand(i, I->second);
961       }
962   }
963   
964   // We didn't copy the terminator from BB over to NewBB, because there is now
965   // an unconditional jump to SuccBB.  Insert the unconditional jump.
966   BranchInst::Create(SuccBB, NewBB);
967   
968   // Check to see if SuccBB has PHI nodes. If so, we need to add entries to the
969   // PHI nodes for NewBB now.
970   for (BasicBlock::iterator PNI = SuccBB->begin();
971        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PNI); ++PNI) {
972     // Ok, we have a PHI node.  Figure out what the incoming value was for the
973     // DestBlock.
974     Value *IV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
975     
976     // Remap the value if necessary.
977     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(IV)) {
978       DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
979       if (I != ValueMapping.end())
980         IV = I->second;
981     }
982     PN->addIncoming(IV, NewBB);
983   }
984   
985   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
986   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
987   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
988   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
989   SSAUpdater SSAUpdate;
990   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
991   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
992     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
993     // block, and if so, record them in UsesToRename.
994     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
995          ++UI) {
996       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
997       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
998         if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
999           continue;
1000       } else if (User->getParent() == BB)
1001         continue;
1002       
1003       UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
1004     }
1005     
1006     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1007     if (UsesToRename.empty())
1008       continue;
1009     
1010     DEBUG(errs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
1011
1012     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1013     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1014     // with the two values we know.
1015     SSAUpdate.Initialize(I);
1016     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
1017     SSAUpdate.AddAvailableValue(NewBB, ValueMapping[I]);
1018     
1019     while (!UsesToRename.empty())
1020       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1021     DEBUG(errs() << "\n");
1022   }
1023   
1024   
1025   // Ok, NewBB is good to go.  Update the terminator of PredBB to jump to
1026   // NewBB instead of BB.  This eliminates predecessors from BB, which requires
1027   // us to simplify any PHI nodes in BB.
1028   TerminatorInst *PredTerm = PredBB->getTerminator();
1029   for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1030     if (PredTerm->getSuccessor(i) == BB) {
1031       BB->removePredecessor(PredBB);
1032       PredTerm->setSuccessor(i, NewBB);
1033     }
1034   
1035   // At this point, the IR is fully up to date and consistent.  Do a quick scan
1036   // over the new instructions and zap any that are constants or dead.  This
1037   // frequently happens because of phi translation.
1038   BI = NewBB->begin();
1039   for (BasicBlock::iterator E = NewBB->end(); BI != E; ) {
1040     Instruction *Inst = BI++;
1041     if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, BB->getContext(), TD)) {
1042       Inst->replaceAllUsesWith(C);
1043       Inst->eraseFromParent();
1044       continue;
1045     }
1046     
1047     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Inst);
1048   }
1049   
1050   // Threaded an edge!
1051   ++NumThreads;
1052   return true;
1053 }