lib/Transforms/Scalar/PredicateSimplifier.cpp

   1 //===-- PredicateSimplifier.cpp - Path Sensitive Simplifier ---------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file was developed by Nick Lewycky and is distributed under the
   6 // University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // Path-sensitive optimizer. In a branch where x == y, replace uses of
  11 // x with y. Permits further optimization, such as the elimination of
  12 // the unreachable call:
  13 //
  14 // void test(int *p, int *q)
  15 // {
  16 //   if (p != q)
  17 //     return;
  18 //
  19 //   if (*p != *q)
  20 //     foo(); // unreachable
  21 // }
  22 //
  23 //===----------------------------------------------------------------------===//
  24 //
  25 // The InequalityGraph focusses on four properties; equals, not equals,
  26 // less-than and less-than-or-equals-to. The greater-than forms are also held
  27 // just to allow walking from a lesser node to a greater one. These properties
  28 // are stored in a lattice; LE can become LT or EQ, NE can become LT or GT.
  29 //
  30 // These relationships define a graph between values of the same type. Each
  31 // Value is stored in a map table that retrieves the associated Node. This
  32 // is how EQ relationships are stored; the map contains pointers from equal
  33 // Value to the same node. The node contains a most canonical Value* form
  34 // and the list of known relationships with other nodes.
  35 //
  36 // If two nodes are known to be inequal, then they will contain pointers to
  37 // each other with an "NE" relationship. If node getNode(%x) is less than
  38 // getNode(%y), then the %x node will contain <%y, GT> and %y will contain
  39 // <%x, LT>. This allows us to tie nodes together into a graph like this:
  40 //
  41 //   %a < %b < %c < %d
  42 //
  43 // with four nodes representing the properties. The InequalityGraph provides
  44 // querying with "isRelatedBy" and mutators "addEquality" and "addInequality".
  45 // To find a relationship, we start with one of the nodes any binary search
  46 // through its list to find where the relationships with the second node start.
  47 // Then we iterate through those to find the first relationship that dominates
  48 // our context node.
  49 //
  50 // To create these properties, we wait until a branch or switch instruction
  51 // implies that a particular value is true (or false). The VRPSolver is
  52 // responsible for analyzing the variable and seeing what new inferences
  53 // can be made from each property. For example:
  54 //
  55 //   %P = icmp ne i32* %ptr, null
  56 //   %a = and i1 %P, %Q
  57 //   br i1 %a label %cond_true, label %cond_false
  58 //
  59 // For the true branch, the VRPSolver will start with %a EQ true and look at
  60 // the definition of %a and find that it can infer that %P and %Q are both
  61 // true. From %P being true, it can infer that %ptr NE null. For the false
  62 // branch it can't infer anything from the "and" instruction.
  63 //
  64 // Besides branches, we can also infer properties from instruction that may
  65 // have undefined behaviour in certain cases. For example, the dividend of
  66 // a division may never be zero. After the division instruction, we may assume
  67 // that the dividend is not equal to zero.
  68 //
  69 //===----------------------------------------------------------------------===//
  70 //
  71 // The ValueRanges class stores the known integer bounds of a Value. When we
  72 // encounter i8 %a u< %b, the ValueRanges stores that %a = [1, 255] and
  73 // %b = [0, 254].
  74 //
  75 // It never stores an empty range, because that means that the code is
  76 // unreachable. It never stores a single-element range since that's an equality
  77 // relationship and better stored in the InequalityGraph, nor an empty range
  78 // since that is better stored in UnreachableBlocks.
  79 //
  80 //===----------------------------------------------------------------------===//
  81
  82 #define DEBUG_TYPE "predsimplify"
  83 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  84 #include "llvm/Constants.h"
  85 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  86 #include "llvm/Instructions.h"
  87 #include "llvm/Pass.h"
  88 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
  89 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
  90 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
  91 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  92 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  93 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
  94 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
  95 #include "llvm/Support/CFG.h"
  96 #include "llvm/Support/Compiler.h"
  97 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
  98 #include "llvm/Support/Debug.h"
  99 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
 100 #include "llvm/Target/TargetData.h"
 101 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
 102 #include <algorithm>
 103 #include <deque>
 104 #include <sstream>
 105 #include <stack>
 106 using namespace llvm;
 107
 108 STATISTIC(NumVarsReplaced, "Number of argument substitutions");
 109 STATISTIC(NumInstruction , "Number of instructions removed");
 110 STATISTIC(NumSimple      , "Number of simple replacements");
 111 STATISTIC(NumBlocks      , "Number of blocks marked unreachable");
 112 STATISTIC(NumSnuggle     , "Number of comparisons snuggled");
 113
 114 namespace {
 115   class DomTreeDFS {
 116   public:
 117     class Node {
 118       friend class DomTreeDFS;
 119     public:
 120       typedef std::vector<Node *>::iterator       iterator;
 121       typedef std::vector<Node *>::const_iterator const_iterator;
 122
 123       unsigned getDFSNumIn()  const { return DFSin;  }
 124       unsigned getDFSNumOut() const { return DFSout; }
 125
 126       BasicBlock *getBlock() const { return BB; }
 127
 128       iterator begin() { return Children.begin(); }
 129       iterator end()   { return Children.end();   }
 130
 131       const_iterator begin() const { return Children.begin(); }
 132       const_iterator end()   const { return Children.end();   }
 133
 134       bool dominates(const Node *N) const {
 135         return DFSin <= N->DFSin && DFSout >= N->DFSout;
 136       }
 137
 138       bool DominatedBy(const Node *N) const {
 139         return N->dominates(this);
 140       }
 141
 142       /// Sorts by the number of descendants. With this, you can iterate
 143       /// through a sorted list and the first matching entry is the most
 144       /// specific match for your basic block. The order provided is stable;
 145       /// DomTreeDFS::Nodes with the same number of descendants are sorted by
 146       /// DFS in number.
 147       bool operator<(const Node &N) const {
 148         unsigned   spread =   DFSout -   DFSin;
 149         unsigned N_spread = N.DFSout - N.DFSin;
 150         if (spread == N_spread) return DFSin < N.DFSin;
 151         return spread < N_spread;
 152       }
 153       bool operator>(const Node &N) const { return N < *this; }
 154
 155     private:
 156       unsigned DFSin, DFSout;
 157       BasicBlock *BB;
 158
 159       std::vector<Node *> Children;
 160     };
 161
 162     // XXX: this may be slow. Instead of using "new" for each node, consider
 163     // putting them in a vector to keep them contiguous.
 164     explicit DomTreeDFS(DominatorTree *DT) {
 165       std::stack<std::pair<Node *, DomTreeNode *> > S;
 166
 167       Entry = new Node;
 168       Entry->BB = DT->getRootNode()->getBlock();
 169       S.push(std::make_pair(Entry, DT->getRootNode()));
 170
 171       NodeMap[Entry->BB] = Entry;
 172
 173       while (!S.empty()) {
 174         std::pair<Node *, DomTreeNode *> &Pair = S.top();
 175         Node *N = Pair.first;
 176         DomTreeNode *DTNode = Pair.second;
 177         S.pop();
 178
 179         for (DomTreeNode::iterator I = DTNode->begin(), E = DTNode->end();
 180              I != E; ++I) {
 181           Node *NewNode = new Node;
 182           NewNode->BB = (*I)->getBlock();
 183           N->Children.push_back(NewNode);
 184           S.push(std::make_pair(NewNode, *I));
 185
 186           NodeMap[NewNode->BB] = NewNode;
 187         }
 188       }
 189
 190       renumber();
 191
 192 #ifndef NDEBUG
 193       DEBUG(dump());
 194 #endif
 195     }
 196
 197 #ifndef NDEBUG
 198     virtual
 199 #endif
 200     ~DomTreeDFS() {
 201       std::stack<Node *> S;
 202
 203       S.push(Entry);
 204       while (!S.empty()) {
 205         Node *N = S.top(); S.pop();
 206
 207         for (Node::iterator I = N->begin(), E = N->end(); I != E; ++I)
 208           S.push(*I);
 209
 210         delete N;
 211       }
 212     }
 213
 214     /// getRootNode - This returns the entry node for the CFG of the function.
 215     Node *getRootNode() const { return Entry; }
 216
 217     /// getNodeForBlock - return the node for the specified basic block.
 218     Node *getNodeForBlock(BasicBlock *BB) const {
 219       if (!NodeMap.count(BB)) return 0;
 220       return const_cast<DomTreeDFS*>(this)->NodeMap[BB];
 221     }
 222
 223     /// dominates - returns true if the basic block for I1 dominates that of
 224     /// the basic block for I2. If the instructions belong to the same basic
 225     /// block, the instruction first instruction sequentially in the block is
 226     /// considered dominating.
 227     bool dominates(Instruction *I1, Instruction *I2) {
 228       BasicBlock *BB1 = I1->getParent(),
 229                  *BB2 = I2->getParent();
 230       if (BB1 == BB2) {
 231         if (isa<TerminatorInst>(I1)) return false;
 232         if (isa<TerminatorInst>(I2)) return true;
 233         if ( isa<PHINode>(I1) && !isa<PHINode>(I2)) return true;
 234         if (!isa<PHINode>(I1) &&  isa<PHINode>(I2)) return false;
 235
 236         for (BasicBlock::const_iterator I = BB2->begin(), E = BB2->end();
 237              I != E; ++I) {
 238           if (&*I == I1) return true;
 239           else if (&*I == I2) return false;
 240         }
 241         assert(!"Instructions not found in parent BasicBlock?");
 242       } else {
 243         Node *Node1 = getNodeForBlock(BB1),
 244              *Node2 = getNodeForBlock(BB2);
 245         return Node1 && Node2 && Node1->dominates(Node2);
 246       }
 247     }
 248
 249   private:
 250     /// renumber - calculates the depth first search numberings and applies
 251     /// them onto the nodes.
 252     void renumber() {
 253       std::stack<std::pair<Node *, Node::iterator> > S;
 254       unsigned n = 0;
 255
 256       Entry->DFSin = ++n;
 257       S.push(std::make_pair(Entry, Entry->begin()));
 258
 259       while (!S.empty()) {
 260         std::pair<Node *, Node::iterator> &Pair = S.top();
 261         Node *N = Pair.first;
 262         Node::iterator &I = Pair.second;
 263
 264         if (I == N->end()) {
 265           N->DFSout = ++n;
 266           S.pop();
 267         } else {
 268           Node *Next = *I++;
 269           Next->DFSin = ++n;
 270           S.push(std::make_pair(Next, Next->begin()));
 271         }
 272       }
 273     }
 274
 275 #ifndef NDEBUG
 276     virtual void dump() const {
 277       dump(*cerr.stream());
 278     }
 279
 280     void dump(std::ostream &os) const {
 281       os << "Predicate simplifier DomTreeDFS: \n";
 282       dump(Entry, 0, os);
 283       os << "\n\n";
 284     }
 285
 286     void dump(Node *N, int depth, std::ostream &os) const {
 287       ++depth;
 288       for (int i = 0; i < depth; ++i) { os << " "; }
 289       os << "[" << depth << "] ";
 290
 291       os << N->getBlock()->getName() << " (" << N->getDFSNumIn()
 292          << ", " << N->getDFSNumOut() << ")\n";
 293
 294       for (Node::iterator I = N->begin(), E = N->end(); I != E; ++I)
 295         dump(*I, depth, os);
 296     }
 297 #endif
 298
 299     Node *Entry;
 300     std::map<BasicBlock *, Node *> NodeMap;
 301   };
 302
 303   // SLT SGT ULT UGT EQ
 304   //   0   1   0   1  0 -- GT                  10
 305   //   0   1   0   1  1 -- GE                  11
 306   //   0   1   1   0  0 -- SGTULT              12
 307   //   0   1   1   0  1 -- SGEULE              13
 308   //   0   1   1   1  0 -- SGT                 14
 309   //   0   1   1   1  1 -- SGE                 15
 310   //   1   0   0   1  0 -- SLTUGT              18
 311   //   1   0   0   1  1 -- SLEUGE              19
 312   //   1   0   1   0  0 -- LT                  20
 313   //   1   0   1   0  1 -- LE                  21
 314   //   1   0   1   1  0 -- SLT                 22
 315   //   1   0   1   1  1 -- SLE                 23
 316   //   1   1   0   1  0 -- UGT                 26
 317   //   1   1   0   1  1 -- UGE                 27
 318   //   1   1   1   0  0 -- ULT                 28
 319   //   1   1   1   0  1 -- ULE                 29
 320   //   1   1   1   1  0 -- NE                  30
 321   enum LatticeBits {
 322     EQ_BIT = 1, UGT_BIT = 2, ULT_BIT = 4, SGT_BIT = 8, SLT_BIT = 16
 323   };
 324   enum LatticeVal {
 325     GT = SGT_BIT | UGT_BIT,
 326     GE = GT | EQ_BIT,
 327     LT = SLT_BIT | ULT_BIT,
 328     LE = LT | EQ_BIT,
 329     NE = SLT_BIT | SGT_BIT | ULT_BIT | UGT_BIT,
 330     SGTULT = SGT_BIT | ULT_BIT,
 331     SGEULE = SGTULT | EQ_BIT,
 332     SLTUGT = SLT_BIT | UGT_BIT,
 333     SLEUGE = SLTUGT | EQ_BIT,
 334     ULT = SLT_BIT | SGT_BIT | ULT_BIT,
 335     UGT = SLT_BIT | SGT_BIT | UGT_BIT,
 336     SLT = SLT_BIT | ULT_BIT | UGT_BIT,
 337     SGT = SGT_BIT | ULT_BIT | UGT_BIT,
 338     SLE = SLT | EQ_BIT,
 339     SGE = SGT | EQ_BIT,
 340     ULE = ULT | EQ_BIT,
 341     UGE = UGT | EQ_BIT
 342   };
 343
 344   /// validPredicate - determines whether a given value is actually a lattice
 345   /// value. Only used in assertions or debugging.
 346   static bool validPredicate(LatticeVal LV) {
 347     switch (LV) {
 348       case GT: case GE: case LT: case LE: case NE:
 349       case SGTULT: case SGT: case SGEULE:
 350       case SLTUGT: case SLT: case SLEUGE:
 351       case ULT: case UGT:
 352       case SLE: case SGE: case ULE: case UGE:
 353         return true;
 354       default:
 355         return false;
 356     }
 357   }
 358
 359   /// reversePredicate - reverse the direction of the inequality
 360   static LatticeVal reversePredicate(LatticeVal LV) {
 361     unsigned reverse = LV ^ (SLT_BIT|SGT_BIT|ULT_BIT|UGT_BIT); //preserve EQ_BIT
 362
 363     if ((reverse & (SLT_BIT|SGT_BIT)) == 0)
 364       reverse |= (SLT_BIT|SGT_BIT);
 365
 366     if ((reverse & (ULT_BIT|UGT_BIT)) == 0)
 367       reverse |= (ULT_BIT|UGT_BIT);
 368
 369     LatticeVal Rev = static_cast<LatticeVal>(reverse);
 370     assert(validPredicate(Rev) && "Failed reversing predicate.");
 371     return Rev;
 372   }
 373
 374   /// ValueNumbering stores the scope-specific value numbers for a given Value.
 375   class VISIBILITY_HIDDEN ValueNumbering {
 376
 377     /// VNPair is a tuple of {Value, index number, DomTreeDFS::Node}. It
 378     /// includes the comparison operators necessary to allow you to store it
 379     /// in a sorted vector.
 380     class VISIBILITY_HIDDEN VNPair {
 381     public:
 382       Value *V;
 383       unsigned index;
 384       DomTreeDFS::Node *Subtree;
 385
 386       VNPair(Value *V, unsigned index, DomTreeDFS::Node *Subtree)
 387         : V(V), index(index), Subtree(Subtree) {}
 388
 389       bool operator==(const VNPair &RHS) const {
 390         return V == RHS.V && Subtree == RHS.Subtree;
 391       }
 392
 393       bool operator<(const VNPair &RHS) const {
 394         if (V != RHS.V) return V < RHS.V;
 395         return *Subtree < *RHS.Subtree;
 396       }
 397
 398       bool operator<(Value *RHS) const {
 399         return V < RHS;
 400       }
 401
 402       bool operator>(Value *RHS) const {
 403         return V > RHS;
 404       }
 405
 406       friend bool operator<(Value *RHS, const VNPair &pair) {
 407         return pair.operator>(RHS);
 408       }
 409     };
 410
 411     typedef std::vector<VNPair> VNMapType;
 412     VNMapType VNMap;
 413
 414     /// The canonical choice for value number at index.
 415     std::vector<Value *> Values;
 416
 417     DomTreeDFS *DTDFS;
 418
 419   public:
 420 #ifndef NDEBUG
 421     virtual ~ValueNumbering() {}
 422     virtual void dump() {
 423       dump(*cerr.stream());
 424     }
 425
 426     void dump(std::ostream &os) {
 427       for (unsigned i = 1; i <= Values.size(); ++i) {
 428         os << i << " = ";
 429         WriteAsOperand(os, Values[i-1]);
 430         os << " {";
 431         for (unsigned j = 0; j < VNMap.size(); ++j) {
 432           if (VNMap[j].index == i) {
 433             WriteAsOperand(os, VNMap[j].V);
 434             os << " (" << VNMap[j].Subtree->getDFSNumIn() << ")  ";
 435           }
 436         }
 437         os << "}\n";
 438       }
 439     }
 440 #endif
 441
 442     /// compare - returns true if V1 is a better canonical value than V2.
 443     bool compare(Value *V1, Value *V2) const {
 444       if (isa<Constant>(V1))
 445         return !isa<Constant>(V2);
 446       else if (isa<Constant>(V2))
 447         return false;
 448       else if (isa<Argument>(V1))
 449         return !isa<Argument>(V2);
 450       else if (isa<Argument>(V2))
 451         return false;
 452
 453       Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(V1);
 454       Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(V2);
 455
 456       if (!I1 || !I2)
 457         return V1->getNumUses() < V2->getNumUses();
 458
 459       return DTDFS->dominates(I1, I2);
 460     }
 461
 462     ValueNumbering(DomTreeDFS *DTDFS) : DTDFS(DTDFS) {}
 463
 464     /// valueNumber - finds the value number for V under the Subtree. If
 465     /// there is no value number, returns zero.
 466     unsigned valueNumber(Value *V, DomTreeDFS::Node *Subtree) {
 467       if (!(isa<Constant>(V) || isa<Argument>(V) || isa<Instruction>(V))
 468           || V->getType() == Type::VoidTy) return 0;
 469
 470       VNMapType::iterator E = VNMap.end();
 471       VNPair pair(V, 0, Subtree);
 472       VNMapType::iterator I = std::lower_bound(VNMap.begin(), E, pair);
 473       while (I != E && I->V == V) {
 474         if (I->Subtree->dominates(Subtree))
 475           return I->index;
 476         ++I;
 477       }
 478       return 0;
 479     }
 480
 481     /// getOrInsertVN - always returns a value number, creating it if necessary.
 482     unsigned getOrInsertVN(Value *V, DomTreeDFS::Node *Subtree) {
 483       if (unsigned n = valueNumber(V, Subtree))
 484         return n;
 485       else
 486         return newVN(V);
 487     }
 488
 489     /// newVN - creates a new value number. Value V must not already have a
 490     /// value number assigned.
 491     unsigned newVN(Value *V) {
 492       assert((isa<Constant>(V) || isa<Argument>(V) || isa<Instruction>(V)) &&
 493              "Bad Value for value numbering.");
 494       assert(V->getType() != Type::VoidTy && "Won't value number a void value");
 495
 496       Values.push_back(V);
 497
 498       VNPair pair = VNPair(V, Values.size(), DTDFS->getRootNode());
 499       VNMapType::iterator I = std::lower_bound(VNMap.begin(), VNMap.end(), pair);
 500       assert((I == VNMap.end() || value(I->index) != V) &&
 501              "Attempt to create a duplicate value number.");
 502       VNMap.insert(I, pair);
 503
 504       return Values.size();
 505     }
 506
 507     /// value - returns the Value associated with a value number.
 508     Value *value(unsigned index) const {
 509       assert(index != 0 && "Zero index is reserved for not found.");
 510       assert(index <= Values.size() && "Index out of range.");
 511       return Values[index-1];
 512     }
 513
 514     /// canonicalize - return a Value that is equal to V under Subtree.
 515     Value *canonicalize(Value *V, DomTreeDFS::Node *Subtree) {
 516       if (isa<Constant>(V)) return V;
 517
 518       if (unsigned n = valueNumber(V, Subtree))
 519         return value(n);
 520       else
 521         return V;
 522     }
 523
 524     /// addEquality - adds that value V belongs to the set of equivalent
 525     /// values defined by value number n under Subtree.
 526     void addEquality(unsigned n, Value *V, DomTreeDFS::Node *Subtree) {
 527       assert(canonicalize(value(n), Subtree) == value(n) &&
 528              "Node's 'canonical' choice isn't best within this subtree.");
 529
 530       // Suppose that we are given "%x -> node #1 (%y)". The problem is that
 531       // we may already have "%z -> node #2 (%x)" somewhere above us in the
 532       // graph. We need to find those edges and add "%z -> node #1 (%y)"
 533       // to keep the lookups canonical.
 534
 535       std::vector<Value *> ToRepoint(1, V);
 536
 537       if (unsigned Conflict = valueNumber(V, Subtree)) {
 538         for (VNMapType::iterator I = VNMap.begin(), E = VNMap.end();
 539              I != E; ++I) {
 540           if (I->index == Conflict && I->Subtree->dominates(Subtree))
 541             ToRepoint.push_back(I->V);
 542         }
 543       }
 544
 545       for (std::vector<Value *>::iterator VI = ToRepoint.begin(),
 546            VE = ToRepoint.end(); VI != VE; ++VI) {
 547         Value *V = *VI;
 548
 549         VNPair pair(V, n, Subtree);
 550         VNMapType::iterator B = VNMap.begin(), E = VNMap.end();
 551         VNMapType::iterator I = std::lower_bound(B, E, pair);
 552         if (I != E && I->V == V && I->Subtree == Subtree)
 553           I->index = n; // Update best choice
 554         else
 555           VNMap.insert(I, pair); // New Value
 556
 557         // XXX: we currently don't have to worry about updating values with
 558         // more specific Subtrees, but we will need to for PHI node support.
 559
 560 #ifndef NDEBUG
 561         Value *V_n = value(n);
 562         if (isa<Constant>(V) && isa<Constant>(V_n)) {
 563           assert(V == V_n && "Constant equals different constant?");
 564         }
 565 #endif
 566       }
 567     }
 568
 569     /// remove - removes all references to value V.
 570     void remove(Value *V) {
 571       VNMapType::iterator B = VNMap.begin(), E = VNMap.end();
 572       VNPair pair(V, 0, DTDFS->getRootNode());
 573       VNMapType::iterator J = std::upper_bound(B, E, pair);
 574       VNMapType::iterator I = J;
 575
 576       while (I != B && (I == E || I->V == V)) --I;
 577
 578       VNMap.erase(I, J);
 579     }
 580   };
 581
 582   /// The InequalityGraph stores the relationships between values.
 583   /// Each Value in the graph is assigned to a Node. Nodes are pointer
 584   /// comparable for equality. The caller is expected to maintain the logical
 585   /// consistency of the system.
 586   ///
 587   /// The InequalityGraph class may invalidate Node*s after any mutator call.
 588   /// @brief The InequalityGraph stores the relationships between values.
 589   class VISIBILITY_HIDDEN InequalityGraph {
 590     ValueNumbering &VN;
 591     DomTreeDFS::Node *TreeRoot;
 592
 593     InequalityGraph();                  // DO NOT IMPLEMENT
 594     InequalityGraph(InequalityGraph &); // DO NOT IMPLEMENT
 595   public:
 596     InequalityGraph(ValueNumbering &VN, DomTreeDFS::Node *TreeRoot)
 597       : VN(VN), TreeRoot(TreeRoot) {}
 598
 599     class Node;
 600
 601     /// An Edge is contained inside a Node making one end of the edge implicit
 602     /// and contains a pointer to the other end. The edge contains a lattice
 603     /// value specifying the relationship and an DomTreeDFS::Node specifying
 604     /// the root in the dominator tree to which this edge applies.
 605     class VISIBILITY_HIDDEN Edge {
 606     public:
 607       Edge(unsigned T, LatticeVal V, DomTreeDFS::Node *ST)
 608         : To(T), LV(V), Subtree(ST) {}
 609
 610       unsigned To;
 611       LatticeVal LV;
 612       DomTreeDFS::Node *Subtree;
 613
 614       bool operator<(const Edge &edge) const {
 615         if (To != edge.To) return To < edge.To;
 616         return *Subtree < *edge.Subtree;
 617       }
 618
 619       bool operator<(unsigned to) const {
 620         return To < to;
 621       }
 622
 623       bool operator>(unsigned to) const {
 624         return To > to;
 625       }
 626
 627       friend bool operator<(unsigned to, const Edge &edge) {
 628         return edge.operator>(to);
 629       }
 630     };
 631
 632     /// A single node in the InequalityGraph. This stores the canonical Value
 633     /// for the node, as well as the relationships with the neighbours.
 634     ///
 635     /// @brief A single node in the InequalityGraph.
 636     class VISIBILITY_HIDDEN Node {
 637       friend class InequalityGraph;
 638
 639       typedef SmallVector<Edge, 4> RelationsType;
 640       RelationsType Relations;
 641
 642       // TODO: can this idea improve performance?
 643       //friend class std::vector<Node>;
 644       //Node(Node &N) { RelationsType.swap(N.RelationsType); }
 645
 646     public:
 647       typedef RelationsType::iterator       iterator;
 648       typedef RelationsType::const_iterator const_iterator;
 649
 650 #ifndef NDEBUG
 651       virtual ~Node() {}
 652       virtual void dump() const {
 653         dump(*cerr.stream());
 654       }
 655     private:
 656       void dump(std::ostream &os) const {
 657         static const std::string names[32] =
 658           { "000000", "000001", "000002", "000003", "000004", "000005",
 659             "000006", "000007", "000008", "000009", "     >", "    >=",
 660             "  s>u<", "s>=u<=", "    s>", "   s>=", "000016", "000017",
 661             "  s<u>", "s<=u>=", "     <", "    <=", "    s<", "   s<=",
 662             "000024", "000025", "    u>", "   u>=", "    u<", "   u<=",
 663             "    !=", "000031" };
 664         for (Node::const_iterator NI = begin(), NE = end(); NI != NE; ++NI) {
 665           os << names[NI->LV] << " " << NI->To
 666              << " (" << NI->Subtree->getDFSNumIn() << "), ";
 667         }
 668       }
 669     public:
 670 #endif
 671
 672       iterator begin()             { return Relations.begin(); }
 673       iterator end()               { return Relations.end();   }
 674       const_iterator begin() const { return Relations.begin(); }
 675       const_iterator end()   const { return Relations.end();   }
 676
 677       iterator find(unsigned n, DomTreeDFS::Node *Subtree) {
 678         iterator E = end();
 679         for (iterator I = std::lower_bound(begin(), E, n);
 680              I != E && I->To == n; ++I) {
 681           if (Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
 682             return I;
 683         }
 684         return E;
 685       }
 686
 687       const_iterator find(unsigned n, DomTreeDFS::Node *Subtree) const {
 688         const_iterator E = end();
 689         for (const_iterator I = std::lower_bound(begin(), E, n);
 690              I != E && I->To == n; ++I) {
 691           if (Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
 692             return I;
 693         }
 694         return E;
 695       }
 696
 697       /// update - updates the lattice value for a given node, creating a new
 698       /// entry if one doesn't exist. The new lattice value must not be
 699       /// inconsistent with any previously existing value.
 700       void update(unsigned n, LatticeVal R, DomTreeDFS::Node *Subtree) {
 701         assert(validPredicate(R) && "Invalid predicate.");
 702
 703         Edge edge(n, R, Subtree);
 704         iterator B = begin(), E = end();
 705         iterator I = std::lower_bound(B, E, edge);
 706
 707         iterator J = I;
 708         while (J != E && J->To == n) {
 709           if (Subtree->DominatedBy(J->Subtree))
 710             break;
 711           ++J;
 712         }
 713
 714         if (J != E && J->To == n) {
 715           edge.LV = static_cast<LatticeVal>(J->LV & R);
 716           assert(validPredicate(edge.LV) && "Invalid union of lattice values.");
 717
 718           if (edge.LV == J->LV)
 719             return; // This update adds nothing new.
 720         }
 721
 722         if (I != B) {
 723           // We also have to tighten any edge beneath our update.
 724           for (iterator K = I - 1; K->To == n; --K) {
 725             if (K->Subtree->DominatedBy(Subtree)) {
 726               LatticeVal LV = static_cast<LatticeVal>(K->LV & edge.LV);
 727               assert(validPredicate(LV) && "Invalid union of lattice values");
 728               K->LV = LV;
 729             }
 730             if (K == B) break;
 731           }
 732         }
 733
 734         // Insert new edge at Subtree if it isn't already there.
 735         if (I == E || I->To != n || Subtree != I->Subtree)
 736           Relations.insert(I, edge);
 737       }
 738     };
 739
 740   private:
 741
 742     std::vector<Node> Nodes;
 743
 744   public:
 745     /// node - returns the node object at a given value number. The pointer
 746     /// returned may be invalidated on the next call to node().
 747     Node *node(unsigned index) {
 748       assert(VN.value(index)); // This triggers the necessary checks.
 749       if (Nodes.size() < index) Nodes.resize(index);
 750       return &Nodes[index-1];
 751     }
 752
 753     /// isRelatedBy - true iff n1 op n2
 754     bool isRelatedBy(unsigned n1, unsigned n2, DomTreeDFS::Node *Subtree,
 755                      LatticeVal LV) {
 756       if (n1 == n2) return LV & EQ_BIT;
 757
 758       Node *N1 = node(n1);
 759       Node::iterator I = N1->find(n2, Subtree), E = N1->end();
 760       if (I != E) return (I->LV & LV) == I->LV;
 761
 762       return false;
 763     }
 764
 765     // The add* methods assume that your input is logically valid and may
 766     // assertion-fail or infinitely loop if you attempt a contradiction.
 767
 768     /// addInequality - Sets n1 op n2.
 769     /// It is also an error to call this on an inequality that is already true.
 770     void addInequality(unsigned n1, unsigned n2, DomTreeDFS::Node *Subtree,
 771                        LatticeVal LV1) {
 772       assert(n1 != n2 && "A node can't be inequal to itself.");
 773
 774       if (LV1 != NE)
 775         assert(!isRelatedBy(n1, n2, Subtree, reversePredicate(LV1)) &&
 776                "Contradictory inequality.");
 777
 778       // Suppose we're adding %n1 < %n2. Find all the %a < %n1 and
 779       // add %a < %n2 too. This keeps the graph fully connected.
 780       if (LV1 != NE) {
 781         // Break up the relationship into signed and unsigned comparison parts.
 782         // If the signed parts of %a op1 %n1 match that of %n1 op2 %n2, and
 783         // op1 and op2 aren't NE, then add %a op3 %n2. The new relationship
 784         // should have the EQ_BIT iff it's set for both op1 and op2.
 785
 786         unsigned LV1_s = LV1 & (SLT_BIT|SGT_BIT);
 787         unsigned LV1_u = LV1 & (ULT_BIT|UGT_BIT);
 788
 789         for (Node::iterator I = node(n1)->begin(), E = node(n1)->end(); I != E; ++I) {
 790           if (I->LV != NE && I->To != n2) {
 791
 792             DomTreeDFS::Node *Local_Subtree = NULL;
 793             if (Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
 794               Local_Subtree = Subtree;
 795             else if (I->Subtree->DominatedBy(Subtree))
 796               Local_Subtree = I->Subtree;
 797
 798             if (Local_Subtree) {
 799               unsigned new_relationship = 0;
 800               LatticeVal ILV = reversePredicate(I->LV);
 801               unsigned ILV_s = ILV & (SLT_BIT|SGT_BIT);
 802               unsigned ILV_u = ILV & (ULT_BIT|UGT_BIT);
 803
 804               if (LV1_s != (SLT_BIT|SGT_BIT) && ILV_s == LV1_s)
 805                 new_relationship |= ILV_s;
 806               if (LV1_u != (ULT_BIT|UGT_BIT) && ILV_u == LV1_u)
 807                 new_relationship |= ILV_u;
 808
 809               if (new_relationship) {
 810                 if ((new_relationship & (SLT_BIT|SGT_BIT)) == 0)
 811                   new_relationship |= (SLT_BIT|SGT_BIT);
 812                 if ((new_relationship & (ULT_BIT|UGT_BIT)) == 0)
 813                   new_relationship |= (ULT_BIT|UGT_BIT);
 814                 if ((LV1 & EQ_BIT) && (ILV & EQ_BIT))
 815                   new_relationship |= EQ_BIT;
 816
 817                 LatticeVal NewLV = static_cast<LatticeVal>(new_relationship);
 818
 819                 node(I->To)->update(n2, NewLV, Local_Subtree);
 820                 node(n2)->update(I->To, reversePredicate(NewLV), Local_Subtree);
 821               }
 822             }
 823           }
 824         }
 825
 826         for (Node::iterator I = node(n2)->begin(), E = node(n2)->end(); I != E; ++I) {
 827           if (I->LV != NE && I->To != n1) {
 828             DomTreeDFS::Node *Local_Subtree = NULL;
 829             if (Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
 830               Local_Subtree = Subtree;
 831             else if (I->Subtree->DominatedBy(Subtree))
 832               Local_Subtree = I->Subtree;
 833
 834             if (Local_Subtree) {
 835               unsigned new_relationship = 0;
 836               unsigned ILV_s = I->LV & (SLT_BIT|SGT_BIT);
 837               unsigned ILV_u = I->LV & (ULT_BIT|UGT_BIT);
 838
 839               if (LV1_s != (SLT_BIT|SGT_BIT) && ILV_s == LV1_s)
 840                 new_relationship |= ILV_s;
 841
 842               if (LV1_u != (ULT_BIT|UGT_BIT) && ILV_u == LV1_u)
 843                 new_relationship |= ILV_u;
 844
 845               if (new_relationship) {
 846                 if ((new_relationship & (SLT_BIT|SGT_BIT)) == 0)
 847                   new_relationship |= (SLT_BIT|SGT_BIT);
 848                 if ((new_relationship & (ULT_BIT|UGT_BIT)) == 0)
 849                   new_relationship |= (ULT_BIT|UGT_BIT);
 850                 if ((LV1 & EQ_BIT) && (I->LV & EQ_BIT))
 851                   new_relationship |= EQ_BIT;
 852
 853                 LatticeVal NewLV = static_cast<LatticeVal>(new_relationship);
 854
 855                 node(n1)->update(I->To, NewLV, Local_Subtree);
 856                 node(I->To)->update(n1, reversePredicate(NewLV), Local_Subtree);
 857               }
 858             }
 859           }
 860         }
 861       }
 862
 863       node(n1)->update(n2, LV1, Subtree);
 864       node(n2)->update(n1, reversePredicate(LV1), Subtree);
 865     }
 866
 867     /// remove - removes a node from the graph by removing all references to
 868     /// and from it.
 869     void remove(unsigned n) {
 870       Node *N = node(n);
 871       for (Node::iterator NI = N->begin(), NE = N->end(); NI != NE; ++NI) {
 872         Node::iterator Iter = node(NI->To)->find(n, TreeRoot);
 873         do {
 874           node(NI->To)->Relations.erase(Iter);
 875           Iter = node(NI->To)->find(n, TreeRoot);
 876         } while (Iter != node(NI->To)->end());
 877       }
 878       N->Relations.clear();
 879     }
 880
 881 #ifndef NDEBUG
 882     virtual ~InequalityGraph() {}
 883     virtual void dump() {
 884       dump(*cerr.stream());
 885     }
 886
 887     void dump(std::ostream &os) {
 888       for (unsigned i = 1; i <= Nodes.size(); ++i) {
 889         os << i << " = {";
 890         node(i)->dump(os);
 891         os << "}\n";
 892       }
 893     }
 894 #endif
 895   };
 896
 897   class VRPSolver;
 898
 899   /// ValueRanges tracks the known integer ranges and anti-ranges of the nodes
 900   /// in the InequalityGraph.
 901   class VISIBILITY_HIDDEN ValueRanges {
 902     ValueNumbering &VN;
 903     TargetData *TD;
 904
 905     class VISIBILITY_HIDDEN ScopedRange {
 906       typedef std::vector<std::pair<DomTreeDFS::Node *, ConstantRange> >
 907               RangeListType;
 908       RangeListType RangeList;
 909
 910       static bool swo(const std::pair<DomTreeDFS::Node *, ConstantRange> &LHS,
 911                       const std::pair<DomTreeDFS::Node *, ConstantRange> &RHS) {
 912         return *LHS.first < *RHS.first;
 913       }
 914
 915     public:
 916 #ifndef NDEBUG
 917       virtual ~ScopedRange() {}
 918       virtual void dump() const {
 919         dump(*cerr.stream());
 920       }
 921
 922       void dump(std::ostream &os) const {
 923         os << "{";
 924         for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I) {
 925           os << I->second << " (" << I->first->getDFSNumIn() << "), ";
 926         }
 927         os << "}";
 928       }
 929 #endif
 930
 931       typedef RangeListType::iterator       iterator;
 932       typedef RangeListType::const_iterator const_iterator;
 933
 934       iterator begin() { return RangeList.begin(); }
 935       iterator end()   { return RangeList.end(); }
 936       const_iterator begin() const { return RangeList.begin(); }
 937       const_iterator end()   const { return RangeList.end(); }
 938
 939       iterator find(DomTreeDFS::Node *Subtree) {
 940         static ConstantRange empty(1, false);
 941         iterator E = end();
 942         iterator I = std::lower_bound(begin(), E,
 943                                       std::make_pair(Subtree, empty), swo);
 944
 945         while (I != E && !I->first->dominates(Subtree)) ++I;
 946         return I;
 947       }
 948
 949       const_iterator find(DomTreeDFS::Node *Subtree) const {
 950         static const ConstantRange empty(1, false);
 951         const_iterator E = end();
 952         const_iterator I = std::lower_bound(begin(), E,
 953                                             std::make_pair(Subtree, empty), swo);
 954
 955         while (I != E && !I->first->dominates(Subtree)) ++I;
 956         return I;
 957       }
 958
 959       void update(const ConstantRange &CR, DomTreeDFS::Node *Subtree) {
 960         assert(!CR.isEmptySet() && "Empty ConstantRange.");
 961         assert(!CR.isSingleElement() && "Refusing to store single element.");
 962
 963         static ConstantRange empty(1, false);
 964         iterator E = end();
 965         iterator I =
 966             std::lower_bound(begin(), E, std::make_pair(Subtree, empty), swo);
 967
 968         if (I != end() && I->first == Subtree) {
 969           ConstantRange CR2 = I->second.maximalIntersectWith(CR);
 970           assert(!CR2.isEmptySet() && !CR2.isSingleElement() &&
 971                  "Invalid union of ranges.");
 972           I->second = CR2;
 973         } else
 974           RangeList.insert(I, std::make_pair(Subtree, CR));
 975       }
 976     };
 977
 978     std::vector<ScopedRange> Ranges;
 979
 980     void update(unsigned n, const ConstantRange &CR, DomTreeDFS::Node *Subtree){
 981       if (CR.isFullSet()) return;
 982       if (Ranges.size() < n) Ranges.resize(n);
 983       Ranges[n-1].update(CR, Subtree);
 984     }
 985
 986     /// create - Creates a ConstantRange that matches the given LatticeVal
 987     /// relation with a given integer.
 988     ConstantRange create(LatticeVal LV, const ConstantRange &CR) {
 989       assert(!CR.isEmptySet() && "Can't deal with empty set.");
 990
 991       if (LV == NE)
 992         return makeConstantRange(ICmpInst::ICMP_NE, CR);
 993
 994       unsigned LV_s = LV & (SGT_BIT|SLT_BIT);
 995       unsigned LV_u = LV & (UGT_BIT|ULT_BIT);
 996       bool hasEQ = LV & EQ_BIT;
 997
 998       ConstantRange Range(CR.getBitWidth());
 999
1000       if (LV_s == SGT_BIT) {
1001         Range = Range.maximalIntersectWith(makeConstantRange(
1002                     hasEQ ? ICmpInst::ICMP_SGE : ICmpInst::ICMP_SGT, CR));
1003       } else if (LV_s == SLT_BIT) {
1004         Range = Range.maximalIntersectWith(makeConstantRange(
1005                     hasEQ ? ICmpInst::ICMP_SLE : ICmpInst::ICMP_SLT, CR));
1006       }
1007
1008       if (LV_u == UGT_BIT) {
1009         Range = Range.maximalIntersectWith(makeConstantRange(
1010                     hasEQ ? ICmpInst::ICMP_UGE : ICmpInst::ICMP_UGT, CR));
1011       } else if (LV_u == ULT_BIT) {
1012         Range = Range.maximalIntersectWith(makeConstantRange(
1013                     hasEQ ? ICmpInst::ICMP_ULE : ICmpInst::ICMP_ULT, CR));
1014       }
1015
1016       return Range;
1017     }
1018
1019     /// makeConstantRange - Creates a ConstantRange representing the set of all
1020     /// value that match the ICmpInst::Predicate with any of the values in CR.
1021     ConstantRange makeConstantRange(ICmpInst::Predicate ICmpOpcode,
1022                                     const ConstantRange &CR) {
1023       uint32_t W = CR.getBitWidth();
1024       switch (ICmpOpcode) {
1025         default: assert(!"Invalid ICmp opcode to makeConstantRange()");
1026         case ICmpInst::ICMP_EQ:
1027           return ConstantRange(CR.getLower(), CR.getUpper());
1028         case ICmpInst::ICMP_NE:
1029           if (CR.isSingleElement())
1030             return ConstantRange(CR.getUpper(), CR.getLower());
1031           return ConstantRange(W);
1032         case ICmpInst::ICMP_ULT:
1033           return ConstantRange(APInt::getMinValue(W), CR.getUnsignedMax());
1034         case ICmpInst::ICMP_SLT:
1035           return ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(W), CR.getSignedMax());
1036         case ICmpInst::ICMP_ULE: {
1037           APInt UMax(CR.getUnsignedMax());
1038           if (UMax.isMaxValue())
1039             return ConstantRange(W);
1040           return ConstantRange(APInt::getMinValue(W), UMax + 1);
1041         }
1042         case ICmpInst::ICMP_SLE: {
1043           APInt SMax(CR.getSignedMax());
1044           if (SMax.isMaxSignedValue() || (SMax+1).isMaxSignedValue())
1045             return ConstantRange(W);
1046           return ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(W), SMax + 1);
1047         }
1048         case ICmpInst::ICMP_UGT:
1049           return ConstantRange(CR.getUnsignedMin() + 1, APInt::getNullValue(W));
1050         case ICmpInst::ICMP_SGT:
1051           return ConstantRange(CR.getSignedMin() + 1,
1052                                APInt::getSignedMinValue(W));
1053         case ICmpInst::ICMP_UGE: {
1054           APInt UMin(CR.getUnsignedMin());
1055           if (UMin.isMinValue())
1056             return ConstantRange(W);
1057           return ConstantRange(UMin, APInt::getNullValue(W));
1058         }
1059         case ICmpInst::ICMP_SGE: {
1060           APInt SMin(CR.getSignedMin());
1061           if (SMin.isMinSignedValue())
1062             return ConstantRange(W);
1063           return ConstantRange(SMin, APInt::getSignedMinValue(W));
1064         }
1065       }
1066     }
1067
1068 #ifndef NDEBUG
1069     bool isCanonical(Value *V, DomTreeDFS::Node *Subtree) {
1070       return V == VN.canonicalize(V, Subtree);
1071     }
1072 #endif
1073
1074   public:
1075
1076     ValueRanges(ValueNumbering &VN, TargetData *TD) : VN(VN), TD(TD) {}
1077
1078 #ifndef NDEBUG
1079     virtual ~ValueRanges() {}
1080
1081     virtual void dump() const {
1082       dump(*cerr.stream());
1083     }
1084
1085     void dump(std::ostream &os) const {
1086       for (unsigned i = 0, e = Ranges.size(); i != e; ++i) {
1087         os << (i+1) << " = ";
1088         Ranges[i].dump(os);
1089         os << "\n";
1090       }
1091     }
1092 #endif
1093
1094     /// range - looks up the ConstantRange associated with a value number.
1095     ConstantRange range(unsigned n, DomTreeDFS::Node *Subtree) {
1096       assert(VN.value(n)); // performs range checks
1097
1098       if (n <= Ranges.size()) {
1099         ScopedRange::iterator I = Ranges[n-1].find(Subtree);
1100         if (I != Ranges[n-1].end()) return I->second;
1101       }
1102
1103       Value *V = VN.value(n);
1104       ConstantRange CR = range(V);
1105       return CR;
1106     }
1107
1108     /// range - determine a range from a Value without performing any lookups.
1109     ConstantRange range(Value *V) const {
1110       if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
1111         return ConstantRange(C->getValue());
1112       else if (isa<ConstantPointerNull>(V))
1113         return ConstantRange(APInt::getNullValue(typeToWidth(V->getType())));
1114       else
1115         return typeToWidth(V->getType());
1116     }
1117
1118     // typeToWidth - returns the number of bits necessary to store a value of
1119     // this type, or zero if unknown.
1120     uint32_t typeToWidth(const Type *Ty) const {
1121       if (TD)
1122         return TD->getTypeSizeInBits(Ty);
1123
1124       if (const IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(Ty))
1125         return ITy->getBitWidth();
1126
1127       return 0;
1128     }
1129
1130     static bool isRelatedBy(const ConstantRange &CR1, const ConstantRange &CR2,
1131                             LatticeVal LV) {
1132       switch (LV) {
1133       default: assert(!"Impossible lattice value!");
1134       case NE:
1135         return CR1.maximalIntersectWith(CR2).isEmptySet();
1136       case ULT:
1137         return CR1.getUnsignedMax().ult(CR2.getUnsignedMin());
1138       case ULE:
1139         return CR1.getUnsignedMax().ule(CR2.getUnsignedMin());
1140       case UGT:
1141         return CR1.getUnsignedMin().ugt(CR2.getUnsignedMax());
1142       case UGE:
1143         return CR1.getUnsignedMin().uge(CR2.getUnsignedMax());
1144       case SLT:
1145         return CR1.getSignedMax().slt(CR2.getSignedMin());
1146       case SLE:
1147         return CR1.getSignedMax().sle(CR2.getSignedMin());
1148       case SGT:
1149         return CR1.getSignedMin().sgt(CR2.getSignedMax());
1150       case SGE:
1151         return CR1.getSignedMin().sge(CR2.getSignedMax());
1152       case LT:
1153         return CR1.getUnsignedMax().ult(CR2.getUnsignedMin()) &&
1154                CR1.getSignedMax().slt(CR2.getUnsignedMin());
1155       case LE:
1156         return CR1.getUnsignedMax().ule(CR2.getUnsignedMin()) &&
1157                CR1.getSignedMax().sle(CR2.getUnsignedMin());
1158       case GT:
1159         return CR1.getUnsignedMin().ugt(CR2.getUnsignedMax()) &&
1160                CR1.getSignedMin().sgt(CR2.getSignedMax());
1161       case GE:
1162         return CR1.getUnsignedMin().uge(CR2.getUnsignedMax()) &&
1163                CR1.getSignedMin().sge(CR2.getSignedMax());
1164       case SLTUGT:
1165         return CR1.getSignedMax().slt(CR2.getSignedMin()) &&
1166                CR1.getUnsignedMin().ugt(CR2.getUnsignedMax());
1167       case SLEUGE:
1168         return CR1.getSignedMax().sle(CR2.getSignedMin()) &&
1169                CR1.getUnsignedMin().uge(CR2.getUnsignedMax());
1170       case SGTULT:
1171         return CR1.getSignedMin().sgt(CR2.getSignedMax()) &&
1172                CR1.getUnsignedMax().ult(CR2.getUnsignedMin());
1173       case SGEULE:
1174         return CR1.getSignedMin().sge(CR2.getSignedMax()) &&
1175                CR1.getUnsignedMax().ule(CR2.getUnsignedMin());
1176       }
1177     }
1178
1179     bool isRelatedBy(unsigned n1, unsigned n2, DomTreeDFS::Node *Subtree,
1180                      LatticeVal LV) {
1181       ConstantRange CR1 = range(n1, Subtree);
1182       ConstantRange CR2 = range(n2, Subtree);
1183
1184       // True iff all values in CR1 are LV to all values in CR2.
1185       return isRelatedBy(CR1, CR2, LV);
1186     }
1187
1188     void addToWorklist(Value *V, Constant *C, ICmpInst::Predicate Pred,
1189                        VRPSolver *VRP);
1190     void markBlock(VRPSolver *VRP);
1191
1192     void mergeInto(Value **I, unsigned n, unsigned New,
1193                    DomTreeDFS::Node *Subtree, VRPSolver *VRP) {
1194       ConstantRange CR_New = range(New, Subtree);
1195       ConstantRange Merged = CR_New;
1196
1197       for (; n != 0; ++I, --n) {
1198         unsigned i = VN.valueNumber(*I, Subtree);
1199         ConstantRange CR_Kill = i ? range(i, Subtree) : range(*I);
1200         if (CR_Kill.isFullSet()) continue;
1201         Merged = Merged.maximalIntersectWith(CR_Kill);
1202       }
1203
1204       if (Merged.isFullSet() || Merged == CR_New) return;
1205
1206       applyRange(New, Merged, Subtree, VRP);
1207     }
1208
1209     void applyRange(unsigned n, const ConstantRange &CR,
1210                     DomTreeDFS::Node *Subtree, VRPSolver *VRP) {
1211       ConstantRange Merged = CR.maximalIntersectWith(range(n, Subtree));
1212       if (Merged.isEmptySet()) {
1213         markBlock(VRP);
1214         return;
1215       }
1216
1217       if (const APInt *I = Merged.getSingleElement()) {
1218         Value *V = VN.value(n); // XXX: redesign worklist.
1219         const Type *Ty = V->getType();
1220         if (Ty->isInteger()) {
1221           addToWorklist(V, ConstantInt::get(*I), ICmpInst::ICMP_EQ, VRP);
1222           return;
1223         } else if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Ty)) {
1224           assert(*I == 0 && "Pointer is null but not zero?");
1225           addToWorklist(V, ConstantPointerNull::get(PTy),
1226                         ICmpInst::ICMP_EQ, VRP);
1227           return;
1228         }
1229       }
1230
1231       update(n, Merged, Subtree);
1232     }
1233
1234     void addNotEquals(unsigned n1, unsigned n2, DomTreeDFS::Node *Subtree,
1235                       VRPSolver *VRP) {
1236       ConstantRange CR1 = range(n1, Subtree);
1237       ConstantRange CR2 = range(n2, Subtree);
1238
1239       uint32_t W = CR1.getBitWidth();
1240
1241       if (const APInt *I = CR1.getSingleElement()) {
1242         if (CR2.isFullSet()) {
1243           ConstantRange NewCR2(CR1.getUpper(), CR1.getLower());
1244           applyRange(n2, NewCR2, Subtree, VRP);
1245         } else if (*I == CR2.getLower()) {
1246           APInt NewLower(CR2.getLower() + 1),
1247                 NewUpper(CR2.getUpper());
1248           if (NewLower == NewUpper)
1249             NewLower = NewUpper = APInt::getMinValue(W);
1250
1251           ConstantRange NewCR2(NewLower, NewUpper);
1252           applyRange(n2, NewCR2, Subtree, VRP);
1253         } else if (*I == CR2.getUpper() - 1) {
1254           APInt NewLower(CR2.getLower()),
1255                 NewUpper(CR2.getUpper() - 1);
1256           if (NewLower == NewUpper)
1257             NewLower = NewUpper = APInt::getMinValue(W);
1258
1259           ConstantRange NewCR2(NewLower, NewUpper);
1260           applyRange(n2, NewCR2, Subtree, VRP);
1261         }
1262       }
1263
1264       if (const APInt *I = CR2.getSingleElement()) {
1265         if (CR1.isFullSet()) {
1266           ConstantRange NewCR1(CR2.getUpper(), CR2.getLower());
1267           applyRange(n1, NewCR1, Subtree, VRP);
1268         } else if (*I == CR1.getLower()) {
1269           APInt NewLower(CR1.getLower() + 1),
1270                 NewUpper(CR1.getUpper());
1271           if (NewLower == NewUpper)
1272             NewLower = NewUpper = APInt::getMinValue(W);
1273
1274           ConstantRange NewCR1(NewLower, NewUpper);
1275           applyRange(n1, NewCR1, Subtree, VRP);
1276         } else if (*I == CR1.getUpper() - 1) {
1277           APInt NewLower(CR1.getLower()),
1278                 NewUpper(CR1.getUpper() - 1);
1279           if (NewLower == NewUpper)
1280             NewLower = NewUpper = APInt::getMinValue(W);
1281
1282           ConstantRange NewCR1(NewLower, NewUpper);
1283           applyRange(n1, NewCR1, Subtree, VRP);
1284         }
1285       }
1286     }
1287
1288     void addInequality(unsigned n1, unsigned n2, DomTreeDFS::Node *Subtree,
1289                        LatticeVal LV, VRPSolver *VRP) {
1290       assert(!isRelatedBy(n1, n2, Subtree, LV) && "Asked to do useless work.");
1291
1292       if (LV == NE) {
1293         addNotEquals(n1, n2, Subtree, VRP);
1294         return;
1295       }
1296
1297       ConstantRange CR1 = range(n1, Subtree);
1298       ConstantRange CR2 = range(n2, Subtree);
1299
1300       if (!CR1.isSingleElement()) {
1301         ConstantRange NewCR1 = CR1.maximalIntersectWith(create(LV, CR2));
1302         if (NewCR1 != CR1)
1303           applyRange(n1, NewCR1, Subtree, VRP);
1304       }
1305
1306       if (!CR2.isSingleElement()) {
1307         ConstantRange NewCR2 = CR2.maximalIntersectWith(
1308                                        create(reversePredicate(LV), CR1));
1309         if (NewCR2 != CR2)
1310           applyRange(n2, NewCR2, Subtree, VRP);
1311       }
1312     }
1313   };
1314
1315   /// UnreachableBlocks keeps tracks of blocks that are for one reason or
1316   /// another discovered to be unreachable. This is used to cull the graph when
1317   /// analyzing instructions, and to mark blocks with the "unreachable"
1318   /// terminator instruction after the function has executed.
1319   class VISIBILITY_HIDDEN UnreachableBlocks {
1320   private:
1321     std::vector<BasicBlock *> DeadBlocks;
1322
1323   public:
1324     /// mark - mark a block as dead
1325     void mark(BasicBlock *BB) {
1326       std::vector<BasicBlock *>::iterator E = DeadBlocks.end();
1327       std::vector<BasicBlock *>::iterator I =
1328         std::lower_bound(DeadBlocks.begin(), E, BB);
1329
1330       if (I == E || *I != BB) DeadBlocks.insert(I, BB);
1331     }
1332
1333     /// isDead - returns whether a block is known to be dead already
1334     bool isDead(BasicBlock *BB) {
1335       std::vector<BasicBlock *>::iterator E = DeadBlocks.end();
1336       std::vector<BasicBlock *>::iterator I =
1337         std::lower_bound(DeadBlocks.begin(), E, BB);
1338
1339       return I != E && *I == BB;
1340     }
1341
1342     /// kill - replace the dead blocks' terminator with an UnreachableInst.
1343     bool kill() {
1344       bool modified = false;
1345       for (std::vector<BasicBlock *>::iterator I = DeadBlocks.begin(),
1346            E = DeadBlocks.end(); I != E; ++I) {
1347         BasicBlock *BB = *I;
1348
1349         DOUT << "unreachable block: " << BB->getName() << "\n";
1350
1351         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), SE = succ_end(BB);
1352              SI != SE; ++SI) {
1353           BasicBlock *Succ = *SI;
1354           Succ->removePredecessor(BB);
1355         }
1356
1357         TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
1358         TI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(TI->getType()));
1359         TI->eraseFromParent();
1360         new UnreachableInst(BB);
1361         ++NumBlocks;
1362         modified = true;
1363       }
1364       DeadBlocks.clear();
1365       return modified;
1366     }
1367   };
1368
1369   /// VRPSolver keeps track of how changes to one variable affect other
1370   /// variables, and forwards changes along to the InequalityGraph. It
1371   /// also maintains the correct choice for "canonical" in the IG.
1372   /// @brief VRPSolver calculates inferences from a new relationship.
1373   class VISIBILITY_HIDDEN VRPSolver {
1374   private:
1375     friend class ValueRanges;
1376
1377     struct Operation {
1378       Value *LHS, *RHS;
1379       ICmpInst::Predicate Op;
1380
1381       BasicBlock *ContextBB; // XXX use a DomTreeDFS::Node instead
1382       Instruction *ContextInst;
1383     };
1384     std::deque<Operation> WorkList;
1385
1386     ValueNumbering &VN;
1387     InequalityGraph &IG;
1388     UnreachableBlocks &UB;
1389     ValueRanges &VR;
1390     DomTreeDFS *DTDFS;
1391     DomTreeDFS::Node *Top;
1392     BasicBlock *TopBB;
1393     Instruction *TopInst;
1394     bool &modified;
1395
1396     typedef InequalityGraph::Node Node;
1397
1398     // below - true if the Instruction is dominated by the current context
1399     // block or instruction
1400     bool below(Instruction *I) {
1401       BasicBlock *BB = I->getParent();
1402       if (TopInst && TopInst->getParent() == BB) {
1403         if (isa<TerminatorInst>(TopInst)) return false;
1404         if (isa<TerminatorInst>(I)) return true;
1405         if ( isa<PHINode>(TopInst) && !isa<PHINode>(I)) return true;
1406         if (!isa<PHINode>(TopInst) &&  isa<PHINode>(I)) return false;
1407
1408         for (BasicBlock::const_iterator Iter = BB->begin(), E = BB->end();
1409              Iter != E; ++Iter) {
1410           if (&*Iter == TopInst) return true;
1411           else if (&*Iter == I) return false;
1412         }
1413         assert(!"Instructions not found in parent BasicBlock?");
1414       } else {
1415         DomTreeDFS::Node *Node = DTDFS->getNodeForBlock(BB);
1416         if (!Node) return false;
1417         return Top->dominates(Node);
1418       }
1419     }
1420
1421     // aboveOrBelow - true if the Instruction either dominates or is dominated
1422     // by the current context block or instruction
1423     bool aboveOrBelow(Instruction *I) {
1424       BasicBlock *BB = I->getParent();
1425       DomTreeDFS::Node *Node = DTDFS->getNodeForBlock(BB);
1426       if (!Node) return false;
1427
1428       return Top == Node || Top->dominates(Node) || Node->dominates(Top);
1429     }
1430
1431     bool makeEqual(Value *V1, Value *V2) {
1432       DOUT << "makeEqual(" << *V1 << ", " << *V2 << ")\n";
1433       DOUT << "context is ";
1434       if (TopInst) DOUT << "I: " << *TopInst << "\n";
1435       else DOUT << "BB: " << TopBB->getName()
1436                 << "(" << Top->getDFSNumIn() << ")\n";
1437
1438       assert(V1->getType() == V2->getType() &&
1439              "Can't make two values with different types equal.");
1440
1441       if (V1 == V2) return true;
1442
1443       if (isa<Constant>(V1) && isa<Constant>(V2))
1444         return false;
1445
1446       unsigned n1 = VN.valueNumber(V1, Top), n2 = VN.valueNumber(V2, Top);
1447
1448       if (n1 && n2) {
1449         if (n1 == n2) return true;
1450         if (IG.isRelatedBy(n1, n2, Top, NE)) return false;
1451       }
1452
1453       if (n1) assert(V1 == VN.value(n1) && "Value isn't canonical.");
1454       if (n2) assert(V2 == VN.value(n2) && "Value isn't canonical.");
1455
1456       assert(!VN.compare(V2, V1) && "Please order parameters to makeEqual.");
1457
1458       assert(!isa<Constant>(V2) && "Tried to remove a constant.");
1459
1460       SetVector<unsigned> Remove;
1461       if (n2) Remove.insert(n2);
1462
1463       if (n1 && n2) {
1464         // Suppose we're being told that %x == %y, and %x <= %z and %y >= %z.
1465         // We can't just merge %x and %y because the relationship with %z would
1466         // be EQ and that's invalid. What we're doing is looking for any nodes
1467         // %z such that %x <= %z and %y >= %z, and vice versa.
1468
1469         Node::iterator end = IG.node(n2)->end();
1470
1471         // Find the intersection between N1 and N2 which is dominated by
1472         // Top. If we find %x where N1 <= %x <= N2 (or >=) then add %x to
1473         // Remove.
1474         for (Node::iterator I = IG.node(n1)->begin(), E = IG.node(n1)->end();
1475              I != E; ++I) {
1476           if (!(I->LV & EQ_BIT) || !Top->DominatedBy(I->Subtree)) continue;
1477
1478           unsigned ILV_s = I->LV & (SLT_BIT|SGT_BIT);
1479           unsigned ILV_u = I->LV & (ULT_BIT|UGT_BIT);
1480           Node::iterator NI = IG.node(n2)->find(I->To, Top);
1481           if (NI != end) {
1482             LatticeVal NILV = reversePredicate(NI->LV);
1483             unsigned NILV_s = NILV & (SLT_BIT|SGT_BIT);
1484             unsigned NILV_u = NILV & (ULT_BIT|UGT_BIT);
1485
1486             if ((ILV_s != (SLT_BIT|SGT_BIT) && ILV_s == NILV_s) ||
1487                 (ILV_u != (ULT_BIT|UGT_BIT) && ILV_u == NILV_u))
1488               Remove.insert(I->To);
1489           }
1490         }
1491
1492         // See if one of the nodes about to be removed is actually a better
1493         // canonical choice than n1.
1494         unsigned orig_n1 = n1;
1495         SetVector<unsigned>::iterator DontRemove = Remove.end();
1496         for (SetVector<unsigned>::iterator I = Remove.begin()+1 /* skip n2 */,
1497              E = Remove.end(); I != E; ++I) {
1498           unsigned n = *I;
1499           Value *V = VN.value(n);
1500           if (VN.compare(V, V1)) {
1501             V1 = V;
1502             n1 = n;
1503             DontRemove = I;
1504           }
1505         }
1506         if (DontRemove != Remove.end()) {
1507           unsigned n = *DontRemove;
1508           Remove.remove(n);
1509           Remove.insert(orig_n1);
1510         }
1511       }
1512
1513       // We'd like to allow makeEqual on two values to perform a simple
1514       // substitution without every creating nodes in the IG whenever possible.
1515       //
1516       // The first iteration through this loop operates on V2 before going
1517       // through the Remove list and operating on those too. If all of the
1518       // iterations performed simple replacements then we exit early.
1519       bool mergeIGNode = false;
1520       unsigned i = 0;
1521       for (Value *R = V2; i == 0 || i < Remove.size(); ++i) {
1522         if (i) R = VN.value(Remove[i]); // skip n2.
1523
1524         // Try to replace the whole instruction. If we can, we're done.
1525         Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(R);
1526         if (I2 && below(I2)) {
1527           std::vector<Instruction *> ToNotify;
1528           for (Value::use_iterator UI = R->use_begin(), UE = R->use_end();
1529                UI != UE;) {
1530             Use &TheUse = UI.getUse();
1531             ++UI;
1532             if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(TheUse.getUser()))
1533               ToNotify.push_back(I);
1534           }
1535
1536           DOUT << "Simply removing " << *I2
1537                << ", replacing with " << *V1 << "\n";
1538           I2->replaceAllUsesWith(V1);
1539           // leave it dead; it'll get erased later.
1540           ++NumInstruction;
1541           modified = true;
1542
1543           for (std::vector<Instruction *>::iterator II = ToNotify.begin(),
1544                IE = ToNotify.end(); II != IE; ++II) {
1545             opsToDef(*II);
1546           }
1547
1548           continue;
1549         }
1550
1551         // Otherwise, replace all dominated uses.
1552         for (Value::use_iterator UI = R->use_begin(), UE = R->use_end();
1553              UI != UE;) {
1554           Use &TheUse = UI.getUse();
1555           ++UI;
1556           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(TheUse.getUser())) {
1557             if (below(I)) {
1558               TheUse.set(V1);
1559               modified = true;
1560               ++NumVarsReplaced;
1561               opsToDef(I);
1562             }
1563           }
1564         }
1565
1566         // If that killed the instruction, stop here.
1567         if (I2 && isInstructionTriviallyDead(I2)) {
1568           DOUT << "Killed all uses of " << *I2
1569                << ", replacing with " << *V1 << "\n";
1570           continue;
1571         }
1572
1573         // If we make it to here, then we will need to create a node for N1.
1574         // Otherwise, we can skip out early!
1575         mergeIGNode = true;
1576       }
1577
1578       if (!isa<Constant>(V1)) {
1579         if (Remove.empty()) {
1580           VR.mergeInto(&V2, 1, VN.getOrInsertVN(V1, Top), Top, this);
1581         } else {
1582           std::vector<Value*> RemoveVals;
1583           RemoveVals.reserve(Remove.size());
1584
1585           for (SetVector<unsigned>::iterator I = Remove.begin(),
1586                E = Remove.end(); I != E; ++I) {
1587             Value *V = VN.value(*I);
1588             if (!V->use_empty())
1589               RemoveVals.push_back(V);
1590           }
1591           VR.mergeInto(&RemoveVals[0], RemoveVals.size(),
1592                        VN.getOrInsertVN(V1, Top), Top, this);
1593         }
1594       }
1595
1596       if (mergeIGNode) {
1597         // Create N1.
1598         if (!n1) n1 = VN.getOrInsertVN(V1, Top);
1599
1600         // Migrate relationships from removed nodes to N1.
1601         for (SetVector<unsigned>::iterator I = Remove.begin(), E = Remove.end();
1602              I != E; ++I) {
1603           unsigned n = *I;
1604           for (Node::iterator NI = IG.node(n)->begin(), NE = IG.node(n)->end();
1605                NI != NE; ++NI) {
1606             if (NI->Subtree->DominatedBy(Top)) {
1607               if (NI->To == n1) {
1608                 assert((NI->LV & EQ_BIT) && "Node inequal to itself.");
1609                 continue;
1610               }
1611               if (Remove.count(NI->To))
1612                 continue;
1613
1614               IG.node(NI->To)->update(n1, reversePredicate(NI->LV), Top);
1615               IG.node(n1)->update(NI->To, NI->LV, Top);
1616             }
1617           }
1618         }
1619
1620         // Point V2 (and all items in Remove) to N1.
1621         if (!n2)
1622           VN.addEquality(n1, V2, Top);
1623         else {
1624           for (SetVector<unsigned>::iterator I = Remove.begin(),
1625                E = Remove.end(); I != E; ++I) {
1626             VN.addEquality(n1, VN.value(*I), Top);
1627           }
1628         }
1629
1630         // If !Remove.empty() then V2 = Remove[0]->getValue().
1631         // Even when Remove is empty, we still want to process V2.
1632         i = 0;
1633         for (Value *R = V2; i == 0 || i < Remove.size(); ++i) {
1634           if (i) R = VN.value(Remove[i]); // skip n2.
1635
1636           if (Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(R)) {
1637             if (aboveOrBelow(I2))
1638             defToOps(I2);
1639           }
1640           for (Value::use_iterator UI = V2->use_begin(), UE = V2->use_end();
1641                UI != UE;) {
1642             Use &TheUse = UI.getUse();
1643             ++UI;
1644             if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(TheUse.getUser())) {
1645               if (aboveOrBelow(I))
1646                 opsToDef(I);
1647             }
1648           }
1649         }
1650       }
1651
1652       // re-opsToDef all dominated users of V1.
1653       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V1)) {
1654         for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
1655              UI != UE;) {
1656           Use &TheUse = UI.getUse();
1657           ++UI;
1658           Value *V = TheUse.getUser();
1659           if (!V->use_empty()) {
1660             if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
1661               if (aboveOrBelow(Inst))
1662                 opsToDef(Inst);
1663             }
1664           }
1665         }
1666       }
1667
1668       return true;
1669     }
1670
1671     /// cmpInstToLattice - converts an CmpInst::Predicate to lattice value
1672     /// Requires that the lattice value be valid; does not accept ICMP_EQ.
1673     static LatticeVal cmpInstToLattice(ICmpInst::Predicate Pred) {
1674       switch (Pred) {
1675         case ICmpInst::ICMP_EQ:
1676           assert(!"No matching lattice value.");
1677           return static_cast<LatticeVal>(EQ_BIT);
1678         default:
1679           assert(!"Invalid 'icmp' predicate.");
1680         case ICmpInst::ICMP_NE:
1681           return NE;
1682         case ICmpInst::ICMP_UGT:
1683           return UGT;
1684         case ICmpInst::ICMP_UGE:
1685           return UGE;
1686         case ICmpInst::ICMP_ULT:
1687           return ULT;
1688         case ICmpInst::ICMP_ULE:
1689           return ULE;
1690         case ICmpInst::ICMP_SGT:
1691           return SGT;
1692         case ICmpInst::ICMP_SGE:
1693           return SGE;
1694         case ICmpInst::ICMP_SLT:
1695           return SLT;
1696         case ICmpInst::ICMP_SLE:
1697           return SLE;
1698       }
1699     }
1700
1701   public:
1702     VRPSolver(ValueNumbering &VN, InequalityGraph &IG, UnreachableBlocks &UB,
1703               ValueRanges &VR, DomTreeDFS *DTDFS, bool &modified,
1704               BasicBlock *TopBB)
1705       : VN(VN),
1706         IG(IG),
1707         UB(UB),
1708         VR(VR),
1709         DTDFS(DTDFS),
1710         Top(DTDFS->getNodeForBlock(TopBB)),
1711         TopBB(TopBB),
1712         TopInst(NULL),
1713         modified(modified)
1714     {
1715       assert(Top && "VRPSolver created for unreachable basic block.");
1716     }
1717
1718     VRPSolver(ValueNumbering &VN, InequalityGraph &IG, UnreachableBlocks &UB,
1719               ValueRanges &VR, DomTreeDFS *DTDFS, bool &modified,
1720               Instruction *TopInst)
1721       : VN(VN),
1722         IG(IG),
1723         UB(UB),
1724         VR(VR),
1725         DTDFS(DTDFS),
1726         Top(DTDFS->getNodeForBlock(TopInst->getParent())),
1727         TopBB(TopInst->getParent()),
1728         TopInst(TopInst),
1729         modified(modified)
1730     {
1731       assert(Top && "VRPSolver created for unreachable basic block.");
1732       assert(Top->getBlock() == TopInst->getParent() && "Context mismatch.");
1733     }
1734
1735     bool isRelatedBy(Value *V1, Value *V2, ICmpInst::Predicate Pred) const {
1736       if (Constant *C1 = dyn_cast<Constant>(V1))
1737         if (Constant *C2 = dyn_cast<Constant>(V2))
1738           return ConstantExpr::getCompare(Pred, C1, C2) ==
1739                  ConstantInt::getTrue();
1740
1741       unsigned n1 = VN.valueNumber(V1, Top);
1742       unsigned n2 = VN.valueNumber(V2, Top);
1743
1744       if (n1 && n2) {
1745         if (n1 == n2) return Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ||
1746                              Pred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
1747                              Pred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
1748                              Pred == ICmpInst::ICMP_SLE ||
1749                              Pred == ICmpInst::ICMP_SGE;
1750         if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ) return false;
1751         if (IG.isRelatedBy(n1, n2, Top, cmpInstToLattice(Pred))) return true;
1752         if (VR.isRelatedBy(n1, n2, Top, cmpInstToLattice(Pred))) return true;
1753       }
1754
1755       if ((n1 && !n2 && isa<Constant>(V2)) ||
1756           (n2 && !n1 && isa<Constant>(V1))) {
1757         ConstantRange CR1 = n1 ? VR.range(n1, Top) : VR.range(V1);
1758         ConstantRange CR2 = n2 ? VR.range(n2, Top) : VR.range(V2);
1759
1760         if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ)
1761           return CR1.isSingleElement() &&
1762                  CR1.getSingleElement() == CR2.getSingleElement();
1763
1764         return VR.isRelatedBy(CR1, CR2, cmpInstToLattice(Pred));
1765       }
1766       if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ) return V1 == V2;
1767       return false;
1768     }
1769
1770     /// add - adds a new property to the work queue
1771     void add(Value *V1, Value *V2, ICmpInst::Predicate Pred,
1772              Instruction *I = NULL) {
1773       DOUT << "adding " << *V1 << " " << Pred << " " << *V2;
1774       if (I) DOUT << " context: " << *I;
1775       else DOUT << " default context (" << Top->getDFSNumIn() << ")";
1776       DOUT << "\n";
1777
1778       assert(V1->getType() == V2->getType() &&
1779              "Can't relate two values with different types.");
1780
1781       WorkList.push_back(Operation());
1782       Operation &O = WorkList.back();
1783       O.LHS = V1, O.RHS = V2, O.Op = Pred, O.ContextInst = I;
1784       O.ContextBB = I ? I->getParent() : TopBB;
1785     }
1786
1787     /// defToOps - Given an instruction definition that we've learned something
1788     /// new about, find any new relationships between its operands.
1789     void defToOps(Instruction *I) {
1790       Instruction *NewContext = below(I) ? I : TopInst;
1791       Value *Canonical = VN.canonicalize(I, Top);
1792
1793       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
1794         const Type *Ty = BO->getType();
1795         assert(!Ty->isFPOrFPVector() && "Float in work queue!");
1796
1797         Value *Op0 = VN.canonicalize(BO->getOperand(0), Top);
1798         Value *Op1 = VN.canonicalize(BO->getOperand(1), Top);
1799
1800         // TODO: "and i32 -1, %x" EQ %y then %x EQ %y.
1801
1802         switch (BO->getOpcode()) {
1803           case Instruction::And: {
1804             // "and i32 %a, %b" EQ -1 then %a EQ -1 and %b EQ -1
1805             ConstantInt *CI = ConstantInt::getAllOnesValue(Ty);
1806             if (Canonical == CI) {
1807               add(CI, Op0, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1808               add(CI, Op1, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1809             }
1810           } break;
1811           case Instruction::Or: {
1812             // "or i32 %a, %b" EQ 0 then %a EQ 0 and %b EQ 0
1813             Constant *Zero = Constant::getNullValue(Ty);
1814             if (Canonical == Zero) {
1815               add(Zero, Op0, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1816               add(Zero, Op1, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1817             }
1818           } break;
1819           case Instruction::Xor: {
1820             // "xor i32 %c, %a" EQ %b then %a EQ %c ^ %b
1821             // "xor i32 %c, %a" EQ %c then %a EQ 0
1822             // "xor i32 %c, %a" NE %c then %a NE 0
1823             // Repeat the above, with order of operands reversed.
1824             Value *LHS = Op0;
1825             Value *RHS = Op1;
1826             if (!isa<Constant>(LHS)) std::swap(LHS, RHS);
1827
1828             if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Canonical)) {
1829               if (ConstantInt *Arg = dyn_cast<ConstantInt>(LHS)) {
1830                 add(RHS, ConstantInt::get(CI->getValue() ^ Arg->getValue()),
1831                     ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1832               }
1833             }
1834             if (Canonical == LHS) {
1835               if (isa<ConstantInt>(Canonical))
1836                 add(RHS, Constant::getNullValue(Ty), ICmpInst::ICMP_EQ,
1837                     NewContext);
1838             } else if (isRelatedBy(LHS, Canonical, ICmpInst::ICMP_NE)) {
1839               add(RHS, Constant::getNullValue(Ty), ICmpInst::ICMP_NE,
1840                   NewContext);
1841             }
1842           } break;
1843           default:
1844             break;
1845         }
1846       } else if (ICmpInst *IC = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1847         // "icmp ult i32 %a, %y" EQ true then %a u< y
1848         // etc.
1849
1850         if (Canonical == ConstantInt::getTrue()) {
1851           add(IC->getOperand(0), IC->getOperand(1), IC->getPredicate(),
1852               NewContext);
1853         } else if (Canonical == ConstantInt::getFalse()) {
1854           add(IC->getOperand(0), IC->getOperand(1),
1855               ICmpInst::getInversePredicate(IC->getPredicate()), NewContext);
1856         }
1857       } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
1858         if (I->getType()->isFPOrFPVector()) return;
1859
1860         // Given: "%a = select i1 %x, i32 %b, i32 %c"
1861         // %a EQ %b and %b NE %c then %x EQ true
1862         // %a EQ %c and %b NE %c then %x EQ false
1863
1864         Value *True  = SI->getTrueValue();
1865         Value *False = SI->getFalseValue();
1866         if (isRelatedBy(True, False, ICmpInst::ICMP_NE)) {
1867           if (Canonical == VN.canonicalize(True, Top) ||
1868               isRelatedBy(Canonical, False, ICmpInst::ICMP_NE))
1869             add(SI->getCondition(), ConstantInt::getTrue(),
1870                 ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1871           else if (Canonical == VN.canonicalize(False, Top) ||
1872                    isRelatedBy(Canonical, True, ICmpInst::ICMP_NE))
1873             add(SI->getCondition(), ConstantInt::getFalse(),
1874                 ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1875         }
1876       } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
1877         for (GetElementPtrInst::op_iterator OI = GEPI->idx_begin(),
1878              OE = GEPI->idx_end(); OI != OE; ++OI) {
1879           ConstantInt *Op = dyn_cast<ConstantInt>(VN.canonicalize(*OI, Top));
1880           if (!Op || !Op->isZero()) return;
1881         }
1882         // TODO: The GEPI indices are all zero. Copy from definition to operand,
1883         // jumping the type plane as needed.
1884         if (isRelatedBy(GEPI, Constant::getNullValue(GEPI->getType()),
1885                         ICmpInst::ICMP_NE)) {
1886           Value *Ptr = GEPI->getPointerOperand();
1887           add(Ptr, Constant::getNullValue(Ptr->getType()), ICmpInst::ICMP_NE,
1888               NewContext);
1889         }
1890       } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
1891         const Type *SrcTy = CI->getSrcTy();
1892
1893         unsigned ci = VN.getOrInsertVN(CI, Top);
1894         uint32_t W = VR.typeToWidth(SrcTy);
1895         if (!W) return;
1896         ConstantRange CR = VR.range(ci, Top);
1897
1898         if (CR.isFullSet()) return;
1899
1900         switch (CI->getOpcode()) {
1901           default: break;
1902           case Instruction::ZExt:
1903           case Instruction::SExt:
1904             VR.applyRange(VN.getOrInsertVN(CI->getOperand(0), Top),
1905                           CR.truncate(W), Top, this);
1906             break;
1907           case Instruction::BitCast:
1908             VR.applyRange(VN.getOrInsertVN(CI->getOperand(0), Top),
1909                           CR, Top, this);
1910             break;
1911         }
1912       }
1913     }
1914
1915     /// opsToDef - A new relationship was discovered involving one of this
1916     /// instruction's operands. Find any new relationship involving the
1917     /// definition, or another operand.
1918     void opsToDef(Instruction *I) {
1919       Instruction *NewContext = below(I) ? I : TopInst;
1920
1921       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
1922         Value *Op0 = VN.canonicalize(BO->getOperand(0), Top);
1923         Value *Op1 = VN.canonicalize(BO->getOperand(1), Top);
1924
1925         if (ConstantInt *CI0 = dyn_cast<ConstantInt>(Op0))
1926           if (ConstantInt *CI1 = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
1927             add(BO, ConstantExpr::get(BO->getOpcode(), CI0, CI1),
1928                 ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1929             return;
1930           }
1931
1932         // "%y = and i1 true, %x" then %x EQ %y
1933         // "%y = or i1 false, %x" then %x EQ %y
1934         // "%x = add i32 %y, 0" then %x EQ %y
1935         // "%x = mul i32 %y, 0" then %x EQ 0
1936
1937         Instruction::BinaryOps Opcode = BO->getOpcode();
1938         const Type *Ty = BO->getType();
1939         assert(!Ty->isFPOrFPVector() && "Float in work queue!");
1940
1941         Constant *Zero = Constant::getNullValue(Ty);
1942         ConstantInt *AllOnes = ConstantInt::getAllOnesValue(Ty);
1943
1944         switch (Opcode) {
1945           default: break;
1946           case Instruction::LShr:
1947           case Instruction::AShr:
1948           case Instruction::Shl:
1949           case Instruction::Sub:
1950             if (Op1 == Zero) {
1951               add(BO, Op0, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1952               return;
1953             }
1954             break;
1955           case Instruction::Or:
1956             if (Op0 == AllOnes || Op1 == AllOnes) {
1957               add(BO, AllOnes, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1958               return;
1959             } // fall-through
1960           case Instruction::Xor:
1961           case Instruction::Add:
1962             if (Op0 == Zero) {
1963               add(BO, Op1, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1964               return;
1965             } else if (Op1 == Zero) {
1966               add(BO, Op0, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1967               return;
1968             }
1969             break;
1970           case Instruction::And:
1971             if (Op0 == AllOnes) {
1972               add(BO, Op1, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1973               return;
1974             } else if (Op1 == AllOnes) {
1975               add(BO, Op0, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1976               return;
1977             }
1978             // fall-through
1979           case Instruction::Mul:
1980             if (Op0 == Zero || Op1 == Zero) {
1981               add(BO, Zero, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1982               return;
1983             }
1984             break;
1985         }
1986
1987         // "%x = add i32 %y, %z" and %x EQ %y then %z EQ 0
1988         // "%x = add i32 %y, %z" and %x EQ %z then %y EQ 0
1989         // "%x = shl i32 %y, %z" and %x EQ %y and %y NE 0 then %z EQ 0
1990         // "%x = udiv i32 %y, %z" and %x EQ %y then %z EQ 1
1991
1992         Value *Known = Op0, *Unknown = Op1,
1993               *TheBO = VN.canonicalize(BO, Top);
1994         if (Known != TheBO) std::swap(Known, Unknown);
1995         if (Known == TheBO) {
1996           switch (Opcode) {
1997             default: break;
1998             case Instruction::LShr:
1999             case Instruction::AShr:
2000             case Instruction::Shl:
2001               if (!isRelatedBy(Known, Zero, ICmpInst::ICMP_NE)) break;
2002               // otherwise, fall-through.
2003             case Instruction::Sub:
2004               if (Unknown == Op1) break;
2005               // otherwise, fall-through.
2006             case Instruction::Xor:
2007             case Instruction::Add:
2008               add(Unknown, Zero, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
2009               break;
2010             case Instruction::UDiv:
2011             case Instruction::SDiv:
2012               if (Unknown == Op1) break;
2013               if (isRelatedBy(Known, Zero, ICmpInst::ICMP_NE)) {
2014                 Constant *One = ConstantInt::get(Ty, 1);
2015                 add(Unknown, One, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
2016               }
2017               break;
2018           }
2019         }
2020
2021         // TODO: "%a = add i32 %b, 1" and %b > %z then %a >= %z.
2022
2023       } else if (ICmpInst *IC = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
2024         // "%a = icmp ult i32 %b, %c" and %b u<  %c then %a EQ true
2025         // "%a = icmp ult i32 %b, %c" and %b u>= %c then %a EQ false
2026         // etc.
2027
2028         Value *Op0 = VN.canonicalize(IC->getOperand(0), Top);
2029         Value *Op1 = VN.canonicalize(IC->getOperand(1), Top);
2030
2031         ICmpInst::Predicate Pred = IC->getPredicate();
2032         if (isRelatedBy(Op0, Op1, Pred))
2033           add(IC, ConstantInt::getTrue(), ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
2034         else if (isRelatedBy(Op0, Op1, ICmpInst::getInversePredicate(Pred)))
2035           add(IC, ConstantInt::getFalse(), ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
2036
2037       } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
2038         if (I->getType()->isFPOrFPVector()) return;
2039
2040         // Given: "%a = select i1 %x, i32 %b, i32 %c"
2041         // %x EQ true  then %a EQ %b
2042         // %x EQ false then %a EQ %c
2043         // %b EQ %c then %a EQ %b
2044
2045         Value *Canonical = VN.canonicalize(SI->getCondition(), Top);
2046         if (Canonical == ConstantInt::getTrue()) {
2047           add(SI, SI->getTrueValue(), ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
2048         } else if (Canonical == ConstantInt::getFalse()) {
2049           add(SI, SI->getFalseValue(), ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
2050         } else if (VN.canonicalize(SI->getTrueValue(), Top) ==
2051                    VN.canonicalize(SI->getFalseValue(), Top)) {
2052           add(SI, SI->getTrueValue(), ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
2053         }
2054       } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
2055         const Type *DestTy = CI->getDestTy();
2056         if (DestTy->isFPOrFPVector()) return;
2057
2058         Value *Op = VN.canonicalize(CI->getOperand(0), Top);
2059         Instruction::CastOps Opcode = CI->getOpcode();
2060
2061         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
2062           add(CI, ConstantExpr::getCast(Opcode, C, DestTy),
2063               ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
2064         }
2065
2066         uint32_t W = VR.typeToWidth(DestTy);
2067         unsigned ci = VN.getOrInsertVN(CI, Top);
2068         ConstantRange CR = VR.range(VN.getOrInsertVN(Op, Top), Top);
2069
2070         if (!CR.isFullSet()) {
2071           switch (Opcode) {
2072             default: break;
2073             case Instruction::ZExt:
2074               VR.applyRange(ci, CR.zeroExtend(W), Top, this);
2075               break;
2076             case Instruction::SExt:
2077               VR.applyRange(ci, CR.signExtend(W), Top, this);
2078               break;
2079             case Instruction::Trunc: {
2080               ConstantRange Result = CR.truncate(W);
2081               if (!Result.isFullSet())
2082                 VR.applyRange(ci, Result, Top, this);
2083             } break;
2084             case Instruction::BitCast:
2085               VR.applyRange(ci, CR, Top, this);
2086               break;
2087             // TODO: other casts?
2088           }
2089         }
2090       } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
2091         for (GetElementPtrInst::op_iterator OI = GEPI->idx_begin(),
2092              OE = GEPI->idx_end(); OI != OE; ++OI) {
2093           ConstantInt *Op = dyn_cast<ConstantInt>(VN.canonicalize(*OI, Top));
2094           if (!Op || !Op->isZero()) return;
2095         }
2096         // TODO: The GEPI indices are all zero. Copy from operand to definition,
2097         // jumping the type plane as needed.
2098         Value *Ptr = GEPI->getPointerOperand();
2099         if (isRelatedBy(Ptr, Constant::getNullValue(Ptr->getType()),
2100                         ICmpInst::ICMP_NE)) {
2101           add(GEPI, Constant::getNullValue(GEPI->getType()), ICmpInst::ICMP_NE,
2102               NewContext);
2103         }
2104       }
2105     }
2106
2107     /// solve - process the work queue
2108     void solve() {
2109       //DOUT << "WorkList entry, size: " << WorkList.size() << "\n";
2110       while (!WorkList.empty()) {
2111         //DOUT << "WorkList size: " << WorkList.size() << "\n";
2112
2113         Operation &O = WorkList.front();
2114         TopInst = O.ContextInst;
2115         TopBB = O.ContextBB;
2116         Top = DTDFS->getNodeForBlock(TopBB); // XXX move this into Context
2117
2118         O.LHS = VN.canonicalize(O.LHS, Top);
2119         O.RHS = VN.canonicalize(O.RHS, Top);
2120
2121         assert(O.LHS == VN.canonicalize(O.LHS, Top) && "Canonicalize isn't.");
2122         assert(O.RHS == VN.canonicalize(O.RHS, Top) && "Canonicalize isn't.");
2123
2124         DOUT << "solving " << *O.LHS << " " << O.Op << " " << *O.RHS;
2125         if (O.ContextInst) DOUT << " context inst: " << *O.ContextInst;
2126         else DOUT << " context block: " << O.ContextBB->getName();
2127         DOUT << "\n";
2128
2129         DEBUG(VN.dump());
2130         DEBUG(IG.dump());
2131         DEBUG(VR.dump());
2132
2133         // If they're both Constant, skip it. Check for contradiction and mark
2134         // the BB as unreachable if so.
2135         if (Constant *CI_L = dyn_cast<Constant>(O.LHS)) {
2136           if (Constant *CI_R = dyn_cast<Constant>(O.RHS)) {
2137             if (ConstantExpr::getCompare(O.Op, CI_L, CI_R) ==
2138                 ConstantInt::getFalse())
2139               UB.mark(TopBB);
2140
2141             WorkList.pop_front();
2142             continue;
2143           }
2144         }
2145
2146         if (VN.compare(O.LHS, O.RHS)) {
2147           std::swap(O.LHS, O.RHS);
2148           O.Op = ICmpInst::getSwappedPredicate(O.Op);
2149         }
2150
2151         if (O.Op == ICmpInst::ICMP_EQ) {
2152           if (!makeEqual(O.RHS, O.LHS))
2153             UB.mark(TopBB);
2154         } else {
2155           LatticeVal LV = cmpInstToLattice(O.Op);
2156
2157           if ((LV & EQ_BIT) &&
2158               isRelatedBy(O.LHS, O.RHS, ICmpInst::getSwappedPredicate(O.Op))) {
2159             if (!makeEqual(O.RHS, O.LHS))
2160               UB.mark(TopBB);
2161           } else {
2162             if (isRelatedBy(O.LHS, O.RHS, ICmpInst::getInversePredicate(O.Op))){
2163               UB.mark(TopBB);
2164               WorkList.pop_front();
2165               continue;
2166             }
2167
2168             unsigned n1 = VN.getOrInsertVN(O.LHS, Top);
2169             unsigned n2 = VN.getOrInsertVN(O.RHS, Top);
2170
2171             if (n1 == n2) {
2172               if (O.Op != ICmpInst::ICMP_UGE && O.Op != ICmpInst::ICMP_ULE &&
2173                   O.Op != ICmpInst::ICMP_SGE && O.Op != ICmpInst::ICMP_SLE)
2174                 UB.mark(TopBB);
2175
2176               WorkList.pop_front();
2177               continue;
2178             }
2179
2180             if (VR.isRelatedBy(n1, n2, Top, LV) ||
2181                 IG.isRelatedBy(n1, n2, Top, LV)) {
2182               WorkList.pop_front();
2183               continue;
2184             }
2185
2186             VR.addInequality(n1, n2, Top, LV, this);
2187             if ((!isa<ConstantInt>(O.RHS) && !isa<ConstantInt>(O.LHS)) ||
2188                 LV == NE)
2189               IG.addInequality(n1, n2, Top, LV);
2190
2191             if (Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(O.LHS)) {
2192               if (aboveOrBelow(I1))
2193                 defToOps(I1);
2194             }
2195             if (isa<Instruction>(O.LHS) || isa<Argument>(O.LHS)) {
2196               for (Value::use_iterator UI = O.LHS->use_begin(),
2197                    UE = O.LHS->use_end(); UI != UE;) {
2198                 Use &TheUse = UI.getUse();
2199                 ++UI;
2200                 if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(TheUse.getUser())) {
2201                   if (aboveOrBelow(I))
2202                     opsToDef(I);
2203                 }
2204               }
2205             }
2206             if (Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(O.RHS)) {
2207               if (aboveOrBelow(I2))
2208               defToOps(I2);
2209             }
2210             if (isa<Instruction>(O.RHS) || isa<Argument>(O.RHS)) {
2211               for (Value::use_iterator UI = O.RHS->use_begin(),
2212                    UE = O.RHS->use_end(); UI != UE;) {
2213                 Use &TheUse = UI.getUse();
2214                 ++UI;
2215                 if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(TheUse.getUser())) {
2216                   if (aboveOrBelow(I))
2217                     opsToDef(I);
2218                 }
2219               }
2220             }
2221           }
2222         }
2223         WorkList.pop_front();
2224       }
2225     }
2226   };
2227
2228   void ValueRanges::addToWorklist(Value *V, Constant *C,
2229                                   ICmpInst::Predicate Pred, VRPSolver *VRP) {
2230     VRP->add(V, C, Pred, VRP->TopInst);
2231   }
2232
2233   void ValueRanges::markBlock(VRPSolver *VRP) {
2234     VRP->UB.mark(VRP->TopBB);
2235   }
2236
2237   /// PredicateSimplifier - This class is a simplifier that replaces
2238   /// one equivalent variable with another. It also tracks what
2239   /// can't be equal and will solve setcc instructions when possible.
2240   /// @brief Root of the predicate simplifier optimization.
2241   class VISIBILITY_HIDDEN PredicateSimplifier : public FunctionPass {
2242     DomTreeDFS *DTDFS;
2243     bool modified;
2244     ValueNumbering *VN;
2245     InequalityGraph *IG;
2246     UnreachableBlocks UB;
2247     ValueRanges *VR;
2248
2249     std::vector<DomTreeDFS::Node *> WorkList;
2250
2251   public:
2252     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
2253     PredicateSimplifier() : FunctionPass((intptr_t)&ID) {}
2254
2255     bool runOnFunction(Function &F);
2256
2257     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
2258       AU.addRequiredID(BreakCriticalEdgesID);
2259       AU.addRequired<DominatorTree>();
2260       AU.addRequired<TargetData>();
2261       AU.addPreserved<TargetData>();
2262     }
2263
2264   private:
2265     /// Forwards - Adds new properties to VRPSolver and uses them to
2266     /// simplify instructions. Because new properties sometimes apply to
2267     /// a transition from one BasicBlock to another, this will use the
2268     /// PredicateSimplifier::proceedToSuccessor(s) interface to enter the
2269     /// basic block.
2270     /// @brief Performs abstract execution of the program.
2271     class VISIBILITY_HIDDEN Forwards : public InstVisitor<Forwards> {
2272       friend class InstVisitor<Forwards>;
2273       PredicateSimplifier *PS;
2274       DomTreeDFS::Node *DTNode;
2275
2276     public:
2277       ValueNumbering &VN;
2278       InequalityGraph &IG;
2279       UnreachableBlocks &UB;
2280       ValueRanges &VR;
2281
2282       Forwards(PredicateSimplifier *PS, DomTreeDFS::Node *DTNode)
2283         : PS(PS), DTNode(DTNode), VN(*PS->VN), IG(*PS->IG), UB(PS->UB),
2284           VR(*PS->VR) {}
2285
2286       void visitTerminatorInst(TerminatorInst &TI);
2287       void visitBranchInst(BranchInst &BI);
2288       void visitSwitchInst(SwitchInst &SI);
2289
2290       void visitAllocaInst(AllocaInst &AI);
2291       void visitLoadInst(LoadInst &LI);
2292       void visitStoreInst(StoreInst &SI);
2293
2294       void visitSExtInst(SExtInst &SI);
2295       void visitZExtInst(ZExtInst &ZI);
2296
2297       void visitBinaryOperator(BinaryOperator &BO);
2298       void visitICmpInst(ICmpInst &IC);
2299     };
2300
2301     // Used by terminator instructions to proceed from the current basic
2302     // block to the next. Verifies that "current" dominates "next",
2303     // then calls visitBasicBlock.
2304     void proceedToSuccessors(DomTreeDFS::Node *Current) {
2305       for (DomTreeDFS::Node::iterator I = Current->begin(),
2306            E = Current->end(); I != E; ++I) {
2307         WorkList.push_back(*I);
2308       }
2309     }
2310
2311     void proceedToSuccessor(DomTreeDFS::Node *Next) {
2312       WorkList.push_back(Next);
2313     }
2314
2315     // Visits each instruction in the basic block.
2316     void visitBasicBlock(DomTreeDFS::Node *Node) {
2317       BasicBlock *BB = Node->getBlock();
2318       DOUT << "Entering Basic Block: " << BB->getName()
2319            << " (" << Node->getDFSNumIn() << ")\n";
2320       for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;) {
2321         visitInstruction(I++, Node);
2322       }
2323     }
2324
2325     // Tries to simplify each Instruction and add new properties.
2326     void visitInstruction(Instruction *I, DomTreeDFS::Node *DT) {
2327       DOUT << "Considering instruction " << *I << "\n";
2328       DEBUG(VN->dump());
2329       DEBUG(IG->dump());
2330       DEBUG(VR->dump());
2331
2332       // Sometimes instructions are killed in earlier analysis.
2333       if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
2334         ++NumSimple;
2335         modified = true;
2336         if (unsigned n = VN->valueNumber(I, DTDFS->getRootNode()))
2337           if (VN->value(n) == I) IG->remove(n);
2338         VN->remove(I);
2339         I->eraseFromParent();
2340         return;
2341       }
2342
2343 #ifndef NDEBUG
2344       // Try to replace the whole instruction.
2345       Value *V = VN->canonicalize(I, DT);
2346       assert(V == I && "Late instruction canonicalization.");
2347       if (V != I) {
2348         modified = true;
2349         ++NumInstruction;
2350         DOUT << "Removing " << *I << ", replacing with " << *V << "\n";
2351         if (unsigned n = VN->valueNumber(I, DTDFS->getRootNode()))
2352           if (VN->value(n) == I) IG->remove(n);
2353         VN->remove(I);
2354         I->replaceAllUsesWith(V);
2355         I->eraseFromParent();
2356         return;
2357       }
2358
2359       // Try to substitute operands.
2360       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2361         Value *Oper = I->getOperand(i);
2362         Value *V = VN->canonicalize(Oper, DT);
2363         assert(V == Oper && "Late operand canonicalization.");
2364         if (V != Oper) {
2365           modified = true;
2366           ++NumVarsReplaced;
2367           DOUT << "Resolving " << *I;
2368           I->setOperand(i, V);
2369           DOUT << " into " << *I;
2370         }
2371       }
2372 #endif
2373
2374       std::string name = I->getParent()->getName();
2375       DOUT << "push (%" << name << ")\n";
2376       Forwards visit(this, DT);
2377       visit.visit(*I);
2378       DOUT << "pop (%" << name << ")\n";
2379     }
2380   };
2381
2382   bool PredicateSimplifier::runOnFunction(Function &F) {
2383     DominatorTree *DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2384     DTDFS = new DomTreeDFS(DT);
2385     TargetData *TD = &getAnalysis<TargetData>();
2386
2387     DOUT << "Entering Function: " << F.getName() << "\n";
2388
2389     modified = false;
2390     DomTreeDFS::Node *Root = DTDFS->getRootNode();
2391     VN = new ValueNumbering(DTDFS);
2392     IG = new InequalityGraph(*VN, Root);
2393     VR = new ValueRanges(*VN, TD);
2394     WorkList.push_back(Root);
2395
2396     do {
2397       DomTreeDFS::Node *DTNode = WorkList.back();
2398       WorkList.pop_back();
2399       if (!UB.isDead(DTNode->getBlock())) visitBasicBlock(DTNode);
2400     } while (!WorkList.empty());
2401
2402     delete DTDFS;
2403     delete VR;
2404     delete IG;
2405
2406     modified |= UB.kill();
2407
2408     return modified;
2409   }
2410
2411   void PredicateSimplifier::Forwards::visitTerminatorInst(TerminatorInst &TI) {
2412     PS->proceedToSuccessors(DTNode);
2413   }
2414
2415   void PredicateSimplifier::Forwards::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
2416     if (BI.isUnconditional()) {
2417       PS->proceedToSuccessors(DTNode);
2418       return;
2419     }
2420
2421     Value *Condition = BI.getCondition();
2422     BasicBlock *TrueDest  = BI.getSuccessor(0);
2423     BasicBlock *FalseDest = BI.getSuccessor(1);
2424
2425     if (isa<Constant>(Condition) || TrueDest == FalseDest) {
2426       PS->proceedToSuccessors(DTNode);
2427       return;
2428     }
2429
2430     for (DomTreeDFS::Node::iterator I = DTNode->begin(), E = DTNode->end();
2431          I != E; ++I) {
2432       BasicBlock *Dest = (*I)->getBlock();
2433       DOUT << "Branch thinking about %" << Dest->getName()
2434            << "(" << PS->DTDFS->getNodeForBlock(Dest)->getDFSNumIn() << ")\n";
2435
2436       if (Dest == TrueDest) {
2437         DOUT << "(" << DTNode->getBlock()->getName() << ") true set:\n";
2438         VRPSolver VRP(VN, IG, UB, VR, PS->DTDFS, PS->modified, Dest);
2439         VRP.add(ConstantInt::getTrue(), Condition, ICmpInst::ICMP_EQ);
2440         VRP.solve();
2441         DEBUG(VN.dump());
2442         DEBUG(IG.dump());
2443         DEBUG(VR.dump());
2444       } else if (Dest == FalseDest) {
2445         DOUT << "(" << DTNode->getBlock()->getName() << ") false set:\n";
2446         VRPSolver VRP(VN, IG, UB, VR, PS->DTDFS, PS->modified, Dest);
2447         VRP.add(ConstantInt::getFalse(), Condition, ICmpInst::ICMP_EQ);
2448         VRP.solve();
2449         DEBUG(VN.dump());
2450         DEBUG(IG.dump());
2451         DEBUG(VR.dump());
2452       }
2453
2454       PS->proceedToSuccessor(*I);
2455     }
2456   }
2457
2458   void PredicateSimplifier::Forwards::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
2459     Value *Condition = SI.getCondition();
2460
2461     // Set the EQProperty in each of the cases BBs, and the NEProperties
2462     // in the default BB.
2463
2464     for (DomTreeDFS::Node::iterator I = DTNode->begin(), E = DTNode->end();
2465          I != E; ++I) {
2466       BasicBlock *BB = (*I)->getBlock();
2467       DOUT << "Switch thinking about BB %" << BB->getName()
2468            << "(" << PS->DTDFS->getNodeForBlock(BB)->getDFSNumIn() << ")\n";
2469
2470       VRPSolver VRP(VN, IG, UB, VR, PS->DTDFS, PS->modified, BB);
2471       if (BB == SI.getDefaultDest()) {
2472         for (unsigned i = 1, e = SI.getNumCases(); i < e; ++i)
2473           if (SI.getSuccessor(i) != BB)
2474             VRP.add(Condition, SI.getCaseValue(i), ICmpInst::ICMP_NE);
2475         VRP.solve();
2476       } else if (ConstantInt *CI = SI.findCaseDest(BB)) {
2477         VRP.add(Condition, CI, ICmpInst::ICMP_EQ);
2478         VRP.solve();
2479       }
2480       PS->proceedToSuccessor(*I);
2481     }
2482   }
2483
2484   void PredicateSimplifier::Forwards::visitAllocaInst(AllocaInst &AI) {
2485     VRPSolver VRP(VN, IG, UB, VR, PS->DTDFS, PS->modified, &AI);
2486     VRP.add(Constant::getNullValue(AI.getType()), &AI, ICmpInst::ICMP_NE);
2487     VRP.solve();
2488   }
2489
2490   void PredicateSimplifier::Forwards::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2491     Value *Ptr = LI.getPointerOperand();
2492     // avoid "load uint* null" -> null NE null.
2493     if (isa<Constant>(Ptr)) return;
2494
2495     VRPSolver VRP(VN, IG, UB, VR, PS->DTDFS, PS->modified, &LI);
2496     VRP.add(Constant::getNullValue(Ptr->getType()), Ptr, ICmpInst::ICMP_NE);
2497     VRP.solve();
2498   }
2499
2500   void PredicateSimplifier::Forwards::visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2501     Value *Ptr = SI.getPointerOperand();
2502     if (isa<Constant>(Ptr)) return;
2503
2504     VRPSolver VRP(VN, IG, UB, VR, PS->DTDFS, PS->modified, &SI);
2505     VRP.add(Constant::getNullValue(Ptr->getType()), Ptr, ICmpInst::ICMP_NE);
2506     VRP.solve();
2507   }
2508
2509   void PredicateSimplifier::Forwards::visitSExtInst(SExtInst &SI) {
2510     VRPSolver VRP(VN, IG, UB, VR, PS->DTDFS, PS->modified, &SI);
2511     uint32_t SrcBitWidth = cast<IntegerType>(SI.getSrcTy())->getBitWidth();
2512     uint32_t DstBitWidth = cast<IntegerType>(SI.getDestTy())->getBitWidth();
2513     APInt Min(APInt::getHighBitsSet(DstBitWidth, DstBitWidth-SrcBitWidth+1));
2514     APInt Max(APInt::getLowBitsSet(DstBitWidth, SrcBitWidth-1));
2515     VRP.add(ConstantInt::get(Min), &SI, ICmpInst::ICMP_SLE);
2516     VRP.add(ConstantInt::get(Max), &SI, ICmpInst::ICMP_SGE);
2517     VRP.solve();
2518   }
2519
2520   void PredicateSimplifier::Forwards::visitZExtInst(ZExtInst &ZI) {
2521     VRPSolver VRP(VN, IG, UB, VR, PS->DTDFS, PS->modified, &ZI);
2522     uint32_t SrcBitWidth = cast<IntegerType>(ZI.getSrcTy())->getBitWidth();
2523     uint32_t DstBitWidth = cast<IntegerType>(ZI.getDestTy())->getBitWidth();
2524     APInt Max(APInt::getLowBitsSet(DstBitWidth, SrcBitWidth));
2525     VRP.add(ConstantInt::get(Max), &ZI, ICmpInst::ICMP_UGE);
2526     VRP.solve();
2527   }
2528
2529   void PredicateSimplifier::Forwards::visitBinaryOperator(BinaryOperator &BO) {
2530     Instruction::BinaryOps ops = BO.getOpcode();
2531
2532     switch (ops) {
2533     default: break;
2534       case Instruction::URem:
2535       case Instruction::SRem:
2536       case Instruction::UDiv:
2537       case Instruction::SDiv: {
2538         Value *Divisor = BO.getOperand(1);
2539         VRPSolver VRP(VN, IG, UB, VR, PS->DTDFS, PS->modified, &BO);
2540         VRP.add(Constant::getNullValue(Divisor->getType()), Divisor,
2541                 ICmpInst::ICMP_NE);
2542         VRP.solve();
2543         break;
2544       }
2545     }
2546
2547     switch (ops) {
2548       default: break;
2549       case Instruction::Shl: {
2550         VRPSolver VRP(VN, IG, UB, VR, PS->DTDFS, PS->modified, &BO);
2551         VRP.add(&BO, BO.getOperand(0), ICmpInst::ICMP_UGE);
2552         VRP.solve();
2553       } break;
2554       case Instruction::AShr: {
2555         VRPSolver VRP(VN, IG, UB, VR, PS->DTDFS, PS->modified, &BO);
2556         VRP.add(&BO, BO.getOperand(0), ICmpInst::ICMP_SLE);
2557         VRP.solve();
2558       } break;
2559       case Instruction::LShr:
2560       case Instruction::UDiv: {
2561         VRPSolver VRP(VN, IG, UB, VR, PS->DTDFS, PS->modified, &BO);
2562         VRP.add(&BO, BO.getOperand(0), ICmpInst::ICMP_ULE);
2563         VRP.solve();
2564       } break;
2565       case Instruction::URem: {
2566         VRPSolver VRP(VN, IG, UB, VR, PS->DTDFS, PS->modified, &BO);
2567         VRP.add(&BO, BO.getOperand(1), ICmpInst::ICMP_ULE);
2568         VRP.solve();
2569       } break;
2570       case Instruction::And: {
2571         VRPSolver VRP(VN, IG, UB, VR, PS->DTDFS, PS->modified, &BO);
2572         VRP.add(&BO, BO.getOperand(0), ICmpInst::ICMP_ULE);
2573         VRP.add(&BO, BO.getOperand(1), ICmpInst::ICMP_ULE);
2574         VRP.solve();
2575       } break;
2576       case Instruction::Or: {
2577         VRPSolver VRP(VN, IG, UB, VR, PS->DTDFS, PS->modified, &BO);
2578         VRP.add(&BO, BO.getOperand(0), ICmpInst::ICMP_UGE);
2579         VRP.add(&BO, BO.getOperand(1), ICmpInst::ICMP_UGE);
2580         VRP.solve();
2581       } break;
2582     }
2583   }
2584
2585   void PredicateSimplifier::Forwards::visitICmpInst(ICmpInst &IC) {
2586     // If possible, squeeze the ICmp predicate into something simpler.
2587     // Eg., if x = [0, 4) and we're being asked icmp uge %x, 3 then change
2588     // the predicate to eq.
2589
2590     // XXX: once we do full PHI handling, modifying the instruction in the
2591     // Forwards visitor will cause missed optimizations.
2592
2593     ICmpInst::Predicate Pred = IC.getPredicate();
2594
2595     switch (Pred) {
2596       default: break;
2597       case ICmpInst::ICMP_ULE: Pred = ICmpInst::ICMP_ULT; break;
2598       case ICmpInst::ICMP_UGE: Pred = ICmpInst::ICMP_UGT; break;
2599       case ICmpInst::ICMP_SLE: Pred = ICmpInst::ICMP_SLT; break;
2600       case ICmpInst::ICMP_SGE: Pred = ICmpInst::ICMP_SGT; break;
2601     }
2602     if (Pred != IC.getPredicate()) {
2603       VRPSolver VRP(VN, IG, UB, VR, PS->DTDFS, PS->modified, &IC);
2604       if (VRP.isRelatedBy(IC.getOperand(1), IC.getOperand(0),
2605                           ICmpInst::ICMP_NE)) {
2606         ++NumSnuggle;
2607         PS->modified = true;
2608         IC.setPredicate(Pred);
2609       }
2610     }
2611
2612     Pred = IC.getPredicate();
2613
2614     if (ConstantInt *Op1 = dyn_cast<ConstantInt>(IC.getOperand(1))) {
2615       ConstantInt *NextVal = 0;
2616       switch (Pred) {
2617         default: break;
2618         case ICmpInst::ICMP_SLT:
2619         case ICmpInst::ICMP_ULT:
2620           if (Op1->getValue() != 0)
2621             NextVal = ConstantInt::get(Op1->getValue()-1);
2622          break;
2623         case ICmpInst::ICMP_SGT:
2624         case ICmpInst::ICMP_UGT:
2625           if (!Op1->getValue().isAllOnesValue())
2626             NextVal = ConstantInt::get(Op1->getValue()+1);
2627          break;
2628
2629       }
2630       if (NextVal) {
2631         VRPSolver VRP(VN, IG, UB, VR, PS->DTDFS, PS->modified, &IC);
2632         if (VRP.isRelatedBy(IC.getOperand(0), NextVal,
2633                             ICmpInst::getInversePredicate(Pred))) {
2634           ICmpInst *NewIC = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, IC.getOperand(0),
2635                                          NextVal, "", &IC);
2636           NewIC->takeName(&IC);
2637           IC.replaceAllUsesWith(NewIC);
2638
2639           // XXX: prove this isn't necessary
2640           if (unsigned n = VN.valueNumber(&IC, PS->DTDFS->getRootNode()))
2641             if (VN.value(n) == &IC) IG.remove(n);
2642           VN.remove(&IC);
2643
2644           IC.eraseFromParent();
2645           ++NumSnuggle;
2646           PS->modified = true;
2647         }
2648       }
2649     }
2650   }
2651
2652   char PredicateSimplifier::ID = 0;
2653   RegisterPass<PredicateSimplifier> X("predsimplify",
2654                                       "Predicate Simplifier");
2655 }
2656
2657 FunctionPass *llvm::createPredicateSimplifierPass() {
2658   return new PredicateSimplifier();
2659 }