ed7340f7e6da117574068ccfdd46e6d5432cb9d2
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / Reassociate.cpp
1 //===- Reassociate.cpp - Reassociate binary expressions -------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass reassociates commutative expressions in an order that is designed
11 // to promote better constant propagation, GCSE, LICM, PRE, etc.
12 //
13 // For example: 4 + (x + 5) -> x + (4 + 5)
14 //
15 // In the implementation of this algorithm, constants are assigned rank = 0,
16 // function arguments are rank = 1, and other values are assigned ranks
17 // corresponding to the reverse post order traversal of current function
18 // (starting at 2), which effectively gives values in deep loops higher rank
19 // than values not in loops.
20 //
21 //===----------------------------------------------------------------------===//
22
23 #define DEBUG_TYPE "reassociate"
24 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
25 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
26 #include "llvm/Constants.h"
27 #include "llvm/DerivedTypes.h"
28 #include "llvm/Function.h"
29 #include "llvm/Instructions.h"
30 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
31 #include "llvm/Pass.h"
32 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
33 #include "llvm/Support/CFG.h"
34 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
35 #include "llvm/Support/Debug.h"
36 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
37 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
38 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
39 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
40 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
41 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
42 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
43 #include <algorithm>
44 using namespace llvm;
45
46 STATISTIC(NumChanged, "Number of insts reassociated");
47 STATISTIC(NumAnnihil, "Number of expr tree annihilated");
48 STATISTIC(NumFactor , "Number of multiplies factored");
49
50 namespace {
51   struct ValueEntry {
52     unsigned Rank;
53     Value *Op;
54     ValueEntry(unsigned R, Value *O) : Rank(R), Op(O) {}
55   };
56   inline bool operator<(const ValueEntry &LHS, const ValueEntry &RHS) {
57     return LHS.Rank > RHS.Rank;   // Sort so that highest rank goes to start.
58   }
59 }
60
61 #ifndef NDEBUG
62 /// PrintOps - Print out the expression identified in the Ops list.
63 ///
64 static void PrintOps(Instruction *I, const SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
65   Module *M = I->getParent()->getParent()->getParent();
66   dbgs() << Instruction::getOpcodeName(I->getOpcode()) << " "
67        << *Ops[0].Op->getType() << '\t';
68   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
69     dbgs() << "[ ";
70     WriteAsOperand(dbgs(), Ops[i].Op, false, M);
71     dbgs() << ", #" << Ops[i].Rank << "] ";
72   }
73 }
74 #endif
75
76 namespace {
77   /// \brief Utility class representing a base and exponent pair which form one
78   /// factor of some product.
79   struct Factor {
80     Value *Base;
81     unsigned Power;
82
83     Factor(Value *Base, unsigned Power) : Base(Base), Power(Power) {}
84
85     /// \brief Sort factors by their Base.
86     struct BaseSorter {
87       bool operator()(const Factor &LHS, const Factor &RHS) {
88         return LHS.Base < RHS.Base;
89       }
90     };
91
92     /// \brief Compare factors for equal bases.
93     struct BaseEqual {
94       bool operator()(const Factor &LHS, const Factor &RHS) {
95         return LHS.Base == RHS.Base;
96       }
97     };
98
99     /// \brief Sort factors in descending order by their power.
100     struct PowerDescendingSorter {
101       bool operator()(const Factor &LHS, const Factor &RHS) {
102         return LHS.Power > RHS.Power;
103       }
104     };
105
106     /// \brief Compare factors for equal powers.
107     struct PowerEqual {
108       bool operator()(const Factor &LHS, const Factor &RHS) {
109         return LHS.Power == RHS.Power;
110       }
111     };
112   };
113 }
114
115 namespace {
116   class Reassociate : public FunctionPass {
117     DenseMap<BasicBlock*, unsigned> RankMap;
118     DenseMap<AssertingVH<Value>, unsigned> ValueRankMap;
119     SetVector<AssertingVH<Instruction> > RedoInsts;
120     bool MadeChange;
121   public:
122     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
123     Reassociate() : FunctionPass(ID) {
124       initializeReassociatePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
125     }
126
127     bool runOnFunction(Function &F);
128
129     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
130       AU.setPreservesCFG();
131     }
132   private:
133     void BuildRankMap(Function &F);
134     unsigned getRank(Value *V);
135     Value *ReassociateExpression(BinaryOperator *I);
136     void RewriteExprTree(BinaryOperator *I, SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops);
137     Value *OptimizeExpression(BinaryOperator *I,
138                               SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops);
139     Value *OptimizeAdd(Instruction *I, SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops);
140     bool collectMultiplyFactors(SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops,
141                                 SmallVectorImpl<Factor> &Factors);
142     Value *buildMinimalMultiplyDAG(IRBuilder<> &Builder,
143                                    SmallVectorImpl<Factor> &Factors);
144     Value *OptimizeMul(BinaryOperator *I, SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops);
145     Value *RemoveFactorFromExpression(Value *V, Value *Factor);
146     void EraseInst(Instruction *I);
147     void OptimizeInst(Instruction *I);
148   };
149 }
150
151 char Reassociate::ID = 0;
152 INITIALIZE_PASS(Reassociate, "reassociate",
153                 "Reassociate expressions", false, false)
154
155 // Public interface to the Reassociate pass
156 FunctionPass *llvm::createReassociatePass() { return new Reassociate(); }
157
158 /// isReassociableOp - Return true if V is an instruction of the specified
159 /// opcode and if it only has one use.
160 static BinaryOperator *isReassociableOp(Value *V, unsigned Opcode) {
161   if (V->hasOneUse() && isa<Instruction>(V) &&
162       cast<Instruction>(V)->getOpcode() == Opcode)
163     return cast<BinaryOperator>(V);
164   return 0;
165 }
166
167 static bool isUnmovableInstruction(Instruction *I) {
168   if (I->getOpcode() == Instruction::PHI ||
169       I->getOpcode() == Instruction::LandingPad ||
170       I->getOpcode() == Instruction::Alloca ||
171       I->getOpcode() == Instruction::Load ||
172       I->getOpcode() == Instruction::Invoke ||
173       (I->getOpcode() == Instruction::Call &&
174        !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) ||
175       I->getOpcode() == Instruction::UDiv ||
176       I->getOpcode() == Instruction::SDiv ||
177       I->getOpcode() == Instruction::FDiv ||
178       I->getOpcode() == Instruction::URem ||
179       I->getOpcode() == Instruction::SRem ||
180       I->getOpcode() == Instruction::FRem)
181     return true;
182   return false;
183 }
184
185 void Reassociate::BuildRankMap(Function &F) {
186   unsigned i = 2;
187
188   // Assign distinct ranks to function arguments
189   for (Function::arg_iterator I = F.arg_begin(), E = F.arg_end(); I != E; ++I)
190     ValueRankMap[&*I] = ++i;
191
192   ReversePostOrderTraversal<Function*> RPOT(&F);
193   for (ReversePostOrderTraversal<Function*>::rpo_iterator I = RPOT.begin(),
194          E = RPOT.end(); I != E; ++I) {
195     BasicBlock *BB = *I;
196     unsigned BBRank = RankMap[BB] = ++i << 16;
197
198     // Walk the basic block, adding precomputed ranks for any instructions that
199     // we cannot move.  This ensures that the ranks for these instructions are
200     // all different in the block.
201     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
202       if (isUnmovableInstruction(I))
203         ValueRankMap[&*I] = ++BBRank;
204   }
205 }
206
207 unsigned Reassociate::getRank(Value *V) {
208   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
209   if (I == 0) {
210     if (isa<Argument>(V)) return ValueRankMap[V];   // Function argument.
211     return 0;  // Otherwise it's a global or constant, rank 0.
212   }
213
214   if (unsigned Rank = ValueRankMap[I])
215     return Rank;    // Rank already known?
216
217   // If this is an expression, return the 1+MAX(rank(LHS), rank(RHS)) so that
218   // we can reassociate expressions for code motion!  Since we do not recurse
219   // for PHI nodes, we cannot have infinite recursion here, because there
220   // cannot be loops in the value graph that do not go through PHI nodes.
221   unsigned Rank = 0, MaxRank = RankMap[I->getParent()];
222   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands();
223        i != e && Rank != MaxRank; ++i)
224     Rank = std::max(Rank, getRank(I->getOperand(i)));
225
226   // If this is a not or neg instruction, do not count it for rank.  This
227   // assures us that X and ~X will have the same rank.
228   if (!I->getType()->isIntegerTy() ||
229       (!BinaryOperator::isNot(I) && !BinaryOperator::isNeg(I)))
230     ++Rank;
231
232   //DEBUG(dbgs() << "Calculated Rank[" << V->getName() << "] = "
233   //     << Rank << "\n");
234
235   return ValueRankMap[I] = Rank;
236 }
237
238 /// LowerNegateToMultiply - Replace 0-X with X*-1.
239 ///
240 static BinaryOperator *LowerNegateToMultiply(Instruction *Neg) {
241   Constant *Cst = Constant::getAllOnesValue(Neg->getType());
242
243   BinaryOperator *Res =
244     BinaryOperator::CreateMul(Neg->getOperand(1), Cst, "",Neg);
245   Neg->setOperand(1, Constant::getNullValue(Neg->getType())); // Drop use of op.
246   Res->takeName(Neg);
247   Neg->replaceAllUsesWith(Res);
248   Res->setDebugLoc(Neg->getDebugLoc());
249   return Res;
250 }
251
252 /// CarmichaelShift - Returns k such that lambda(2^Bitwidth) = 2^k, where lambda
253 /// is the Carmichael function. This means that x^(2^k) === 1 mod 2^Bitwidth for
254 /// every odd x, i.e. x^(2^k) = 1 for every odd x in Bitwidth-bit arithmetic.
255 /// Note that 0 <= k < Bitwidth, and if Bitwidth > 3 then x^(2^k) = 0 for every
256 /// even x in Bitwidth-bit arithmetic.
257 static unsigned CarmichaelShift(unsigned Bitwidth) {
258   if (Bitwidth < 3)
259     return Bitwidth - 1;
260   return Bitwidth - 2;
261 }
262
263 /// IncorporateWeight - Add the extra weight 'RHS' to the existing weight 'LHS',
264 /// reducing the combined weight using any special properties of the operation.
265 /// The existing weight LHS represents the computation X op X op ... op X where
266 /// X occurs LHS times.  The combined weight represents  X op X op ... op X with
267 /// X occurring LHS + RHS times.  If op is "Xor" for example then the combined
268 /// operation is equivalent to X if LHS + RHS is odd, or 0 if LHS + RHS is even;
269 /// the routine returns 1 in LHS in the first case, and 0 in LHS in the second.
270 static void IncorporateWeight(APInt &LHS, const APInt &RHS, unsigned Opcode) {
271   // If we were working with infinite precision arithmetic then the combined
272   // weight would be LHS + RHS.  But we are using finite precision arithmetic,
273   // and the APInt sum LHS + RHS may not be correct if it wraps (it is correct
274   // for nilpotent operations and addition, but not for idempotent operations
275   // and multiplication), so it is important to correctly reduce the combined
276   // weight back into range if wrapping would be wrong.
277
278   // If RHS is zero then the weight didn't change.
279   if (RHS.isMinValue())
280     return;
281   // If LHS is zero then the combined weight is RHS.
282   if (LHS.isMinValue()) {
283     LHS = RHS;
284     return;
285   }
286   // From this point on we know that neither LHS nor RHS is zero.
287
288   if (Instruction::isIdempotent(Opcode)) {
289     // Idempotent means X op X === X, so any non-zero weight is equivalent to a
290     // weight of 1.  Keeping weights at zero or one also means that wrapping is
291     // not a problem.
292     assert(LHS == 1 && RHS == 1 && "Weights not reduced!");
293     return; // Return a weight of 1.
294   }
295   if (Instruction::isNilpotent(Opcode)) {
296     // Nilpotent means X op X === 0, so reduce weights modulo 2.
297     assert(LHS == 1 && RHS == 1 && "Weights not reduced!");
298     LHS = 0; // 1 + 1 === 0 modulo 2.
299     return;
300   }
301   if (Opcode == Instruction::Add) {
302     // TODO: Reduce the weight by exploiting nsw/nuw?
303     LHS += RHS;
304     return;
305   }
306
307   assert(Opcode == Instruction::Mul && "Unknown associative operation!");
308   unsigned Bitwidth = LHS.getBitWidth();
309   // If CM is the Carmichael number then a weight W satisfying W >= CM+Bitwidth
310   // can be replaced with W-CM.  That's because x^W=x^(W-CM) for every Bitwidth
311   // bit number x, since either x is odd in which case x^CM = 1, or x is even in
312   // which case both x^W and x^(W - CM) are zero.  By subtracting off multiples
313   // of CM like this weights can always be reduced to the range [0, CM+Bitwidth)
314   // which by a happy accident means that they can always be represented using
315   // Bitwidth bits.
316   // TODO: Reduce the weight by exploiting nsw/nuw?  (Could do much better than
317   // the Carmichael number).
318   if (Bitwidth > 3) {
319     /// CM - The value of Carmichael's lambda function.
320     APInt CM = APInt::getOneBitSet(Bitwidth, CarmichaelShift(Bitwidth));
321     // Any weight W >= Threshold can be replaced with W - CM.
322     APInt Threshold = CM + Bitwidth;
323     assert(LHS.ult(Threshold) && RHS.ult(Threshold) && "Weights not reduced!");
324     // For Bitwidth 4 or more the following sum does not overflow.
325     LHS += RHS;
326     while (LHS.uge(Threshold))
327       LHS -= CM;
328   } else {
329     // To avoid problems with overflow do everything the same as above but using
330     // a larger type.
331     unsigned CM = 1U << CarmichaelShift(Bitwidth);
332     unsigned Threshold = CM + Bitwidth;
333     assert(LHS.getZExtValue() < Threshold && RHS.getZExtValue() < Threshold &&
334            "Weights not reduced!");
335     unsigned Total = LHS.getZExtValue() + RHS.getZExtValue();
336     while (Total >= Threshold)
337       Total -= CM;
338     LHS = Total;
339   }
340 }
341
342 /// EvaluateRepeatedConstant - Compute C op C op ... op C where the constant C
343 /// is repeated Weight times.
344 static Constant *EvaluateRepeatedConstant(unsigned Opcode, Constant *C,
345                                           APInt Weight) {
346   // For addition the result can be efficiently computed as the product of the
347   // constant and the weight.
348   if (Opcode == Instruction::Add)
349     return ConstantExpr::getMul(C, ConstantInt::get(C->getContext(), Weight));
350
351   // The weight might be huge, so compute by repeated squaring to ensure that
352   // compile time is proportional to the logarithm of the weight.
353   Constant *Result = 0;
354   Constant *Power = C; // Successively C, C op C, (C op C) op (C op C) etc.
355   // Visit the bits in Weight.
356   while (Weight != 0) {
357     // If the current bit in Weight is non-zero do Result = Result op Power.
358     if (Weight[0])
359       Result = Result ? ConstantExpr::get(Opcode, Result, Power) : Power;
360     // Move on to the next bit if any more are non-zero.
361     Weight = Weight.lshr(1);
362     if (Weight.isMinValue())
363       break;
364     // Square the power.
365     Power = ConstantExpr::get(Opcode, Power, Power);
366   }
367
368   assert(Result && "Only positive weights supported!");
369   return Result;
370 }
371
372 typedef std::pair<Value*, APInt> RepeatedValue;
373
374 /// LinearizeExprTree - Given an associative binary expression, return the leaf
375 /// nodes in Ops along with their weights (how many times the leaf occurs).  The
376 /// original expression is the same as
377 ///   (Ops[0].first op Ops[0].first op ... Ops[0].first)  <- Ops[0].second times
378 /// op 
379 ///   (Ops[1].first op Ops[1].first op ... Ops[1].first)  <- Ops[1].second times
380 /// op
381 ///   ...
382 /// op
383 ///   (Ops[N].first op Ops[N].first op ... Ops[N].first)  <- Ops[N].second times
384 ///
385 /// Note that the values Ops[0].first, ..., Ops[N].first are all distinct, and
386 /// they are all non-constant except possibly for the last one, which if it is
387 /// constant will have weight one (Ops[N].second === 1).
388 ///
389 /// This routine may modify the function, in which case it returns 'true'.  The
390 /// changes it makes may well be destructive, changing the value computed by 'I'
391 /// to something completely different.  Thus if the routine returns 'true' then
392 /// you MUST either replace I with a new expression computed from the Ops array,
393 /// or use RewriteExprTree to put the values back in.
394 ///
395 /// A leaf node is either not a binary operation of the same kind as the root
396 /// node 'I' (i.e. is not a binary operator at all, or is, but with a different
397 /// opcode), or is the same kind of binary operator but has a use which either
398 /// does not belong to the expression, or does belong to the expression but is
399 /// a leaf node.  Every leaf node has at least one use that is a non-leaf node
400 /// of the expression, while for non-leaf nodes (except for the root 'I') every
401 /// use is a non-leaf node of the expression.
402 ///
403 /// For example:
404 ///           expression graph        node names
405 ///
406 ///                     +        |        I
407 ///                    / \       |
408 ///                   +   +      |      A,  B
409 ///                  / \ / \     |
410 ///                 *   +   *    |    C,  D,  E
411 ///                / \ / \ / \   |
412 ///                   +   *      |      F,  G
413 ///
414 /// The leaf nodes are C, E, F and G.  The Ops array will contain (maybe not in
415 /// that order) (C, 1), (E, 1), (F, 2), (G, 2).
416 ///
417 /// The expression is maximal: if some instruction is a binary operator of the
418 /// same kind as 'I', and all of its uses are non-leaf nodes of the expression,
419 /// then the instruction also belongs to the expression, is not a leaf node of
420 /// it, and its operands also belong to the expression (but may be leaf nodes).
421 ///
422 /// NOTE: This routine will set operands of non-leaf non-root nodes to undef in
423 /// order to ensure that every non-root node in the expression has *exactly one*
424 /// use by a non-leaf node of the expression.  This destruction means that the
425 /// caller MUST either replace 'I' with a new expression or use something like
426 /// RewriteExprTree to put the values back in if the routine indicates that it
427 /// made a change by returning 'true'.
428 ///
429 /// In the above example either the right operand of A or the left operand of B
430 /// will be replaced by undef.  If it is B's operand then this gives:
431 ///
432 ///                     +        |        I
433 ///                    / \       |
434 ///                   +   +      |      A,  B - operand of B replaced with undef
435 ///                  / \   \     |
436 ///                 *   +   *    |    C,  D,  E
437 ///                / \ / \ / \   |
438 ///                   +   *      |      F,  G
439 ///
440 /// Note that such undef operands can only be reached by passing through 'I'.
441 /// For example, if you visit operands recursively starting from a leaf node
442 /// then you will never see such an undef operand unless you get back to 'I',
443 /// which requires passing through a phi node.
444 ///
445 /// Note that this routine may also mutate binary operators of the wrong type
446 /// that have all uses inside the expression (i.e. only used by non-leaf nodes
447 /// of the expression) if it can turn them into binary operators of the right
448 /// type and thus make the expression bigger.
449
450 static bool LinearizeExprTree(BinaryOperator *I,
451                               SmallVectorImpl<RepeatedValue> &Ops) {
452   DEBUG(dbgs() << "LINEARIZE: " << *I << '\n');
453   unsigned Bitwidth = I->getType()->getScalarType()->getPrimitiveSizeInBits();
454   unsigned Opcode = I->getOpcode();
455   assert(Instruction::isAssociative(Opcode) &&
456          Instruction::isCommutative(Opcode) &&
457          "Expected an associative and commutative operation!");
458   // If we see an absorbing element then the entire expression must be equal to
459   // it.  For example, if this is a multiplication expression and zero occurs as
460   // an operand somewhere in it then the result of the expression must be zero.
461   Constant *Absorber = ConstantExpr::getBinOpAbsorber(Opcode, I->getType());
462
463   // Visit all operands of the expression, keeping track of their weight (the
464   // number of paths from the expression root to the operand, or if you like
465   // the number of times that operand occurs in the linearized expression).
466   // For example, if I = X + A, where X = A + B, then I, X and B have weight 1
467   // while A has weight two.
468
469   // Worklist of non-leaf nodes (their operands are in the expression too) along
470   // with their weights, representing a certain number of paths to the operator.
471   // If an operator occurs in the worklist multiple times then we found multiple
472   // ways to get to it.
473   SmallVector<std::pair<BinaryOperator*, APInt>, 8> Worklist; // (Op, Weight)
474   Worklist.push_back(std::make_pair(I, APInt(Bitwidth, 1)));
475   bool MadeChange = false;
476
477   // Leaves of the expression are values that either aren't the right kind of
478   // operation (eg: a constant, or a multiply in an add tree), or are, but have
479   // some uses that are not inside the expression.  For example, in I = X + X,
480   // X = A + B, the value X has two uses (by I) that are in the expression.  If
481   // X has any other uses, for example in a return instruction, then we consider
482   // X to be a leaf, and won't analyze it further.  When we first visit a value,
483   // if it has more than one use then at first we conservatively consider it to
484   // be a leaf.  Later, as the expression is explored, we may discover some more
485   // uses of the value from inside the expression.  If all uses turn out to be
486   // from within the expression (and the value is a binary operator of the right
487   // kind) then the value is no longer considered to be a leaf, and its operands
488   // are explored.
489
490   // Leaves - Keeps track of the set of putative leaves as well as the number of
491   // paths to each leaf seen so far.
492   typedef DenseMap<Value*, APInt> LeafMap;
493   LeafMap Leaves; // Leaf -> Total weight so far.
494   SmallVector<Value*, 8> LeafOrder; // Ensure deterministic leaf output order.
495
496 #ifndef NDEBUG
497   SmallPtrSet<Value*, 8> Visited; // For sanity checking the iteration scheme.
498 #endif
499   while (!Worklist.empty()) {
500     std::pair<BinaryOperator*, APInt> P = Worklist.pop_back_val();
501     I = P.first; // We examine the operands of this binary operator.
502
503     for (unsigned OpIdx = 0; OpIdx < 2; ++OpIdx) { // Visit operands.
504       Value *Op = I->getOperand(OpIdx);
505       APInt Weight = P.second; // Number of paths to this operand.
506       DEBUG(dbgs() << "OPERAND: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
507       assert(!Op->use_empty() && "No uses, so how did we get to it?!");
508
509       // If the expression contains an absorbing element then there is no need
510       // to analyze it further: it must evaluate to the absorbing element.
511       if (Op == Absorber && !Weight.isMinValue()) {
512         Ops.push_back(std::make_pair(Absorber, APInt(Bitwidth, 1)));
513         return MadeChange;
514       }
515
516       // If this is a binary operation of the right kind with only one use then
517       // add its operands to the expression.
518       if (BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op, Opcode)) {
519         assert(Visited.insert(Op) && "Not first visit!");
520         DEBUG(dbgs() << "DIRECT ADD: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
521         Worklist.push_back(std::make_pair(BO, Weight));
522         continue;
523       }
524
525       // Appears to be a leaf.  Is the operand already in the set of leaves?
526       LeafMap::iterator It = Leaves.find(Op);
527       if (It == Leaves.end()) {
528         // Not in the leaf map.  Must be the first time we saw this operand.
529         assert(Visited.insert(Op) && "Not first visit!");
530         if (!Op->hasOneUse()) {
531           // This value has uses not accounted for by the expression, so it is
532           // not safe to modify.  Mark it as being a leaf.
533           DEBUG(dbgs() << "ADD USES LEAF: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
534           LeafOrder.push_back(Op);
535           Leaves[Op] = Weight;
536           continue;
537         }
538         // No uses outside the expression, try morphing it.
539       } else if (It != Leaves.end()) {
540         // Already in the leaf map.
541         assert(Visited.count(Op) && "In leaf map but not visited!");
542
543         // Update the number of paths to the leaf.
544         IncorporateWeight(It->second, Weight, Opcode);
545
546         // The leaf already has one use from inside the expression.  As we want
547         // exactly one such use, drop this new use of the leaf.
548         assert(!Op->hasOneUse() && "Only one use, but we got here twice!");
549         I->setOperand(OpIdx, UndefValue::get(I->getType()));
550         MadeChange = true;
551
552         // If the leaf is a binary operation of the right kind and we now see
553         // that its multiple original uses were in fact all by nodes belonging
554         // to the expression, then no longer consider it to be a leaf and add
555         // its operands to the expression.
556         if (BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op, Opcode)) {
557           DEBUG(dbgs() << "UNLEAF: " << *Op << " (" << It->second << ")\n");
558           Worklist.push_back(std::make_pair(BO, It->second));
559           Leaves.erase(It);
560           continue;
561         }
562
563         // If we still have uses that are not accounted for by the expression
564         // then it is not safe to modify the value.
565         if (!Op->hasOneUse())
566           continue;
567
568         // No uses outside the expression, try morphing it.
569         Weight = It->second;
570         Leaves.erase(It); // Since the value may be morphed below.
571       }
572
573       // At this point we have a value which, first of all, is not a binary
574       // expression of the right kind, and secondly, is only used inside the
575       // expression.  This means that it can safely be modified.  See if we
576       // can usefully morph it into an expression of the right kind.
577       assert((!isa<Instruction>(Op) ||
578               cast<Instruction>(Op)->getOpcode() != Opcode) &&
579              "Should have been handled above!");
580       assert(Op->hasOneUse() && "Has uses outside the expression tree!");
581
582       // If this is a multiply expression, turn any internal negations into
583       // multiplies by -1 so they can be reassociated.
584       BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op);
585       if (Opcode == Instruction::Mul && BO && BinaryOperator::isNeg(BO)) {
586         DEBUG(dbgs() << "MORPH LEAF: " << *Op << " (" << Weight << ") TO ");
587         BO = LowerNegateToMultiply(BO);
588         DEBUG(dbgs() << *BO << 'n');
589         Worklist.push_back(std::make_pair(BO, Weight));
590         MadeChange = true;
591         continue;
592       }
593
594       // Failed to morph into an expression of the right type.  This really is
595       // a leaf.
596       DEBUG(dbgs() << "ADD LEAF: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
597       assert(!isReassociableOp(Op, Opcode) && "Value was morphed?");
598       LeafOrder.push_back(Op);
599       Leaves[Op] = Weight;
600     }
601   }
602
603   // The leaves, repeated according to their weights, represent the linearized
604   // form of the expression.
605   Constant *Cst = 0; // Accumulate constants here.
606   for (unsigned i = 0, e = LeafOrder.size(); i != e; ++i) {
607     Value *V = LeafOrder[i];
608     LeafMap::iterator It = Leaves.find(V);
609     if (It == Leaves.end())
610       // Node initially thought to be a leaf wasn't.
611       continue;
612     assert(!isReassociableOp(V, Opcode) && "Shouldn't be a leaf!");
613     APInt Weight = It->second;
614     if (Weight.isMinValue())
615       // Leaf already output or weight reduction eliminated it.
616       continue;
617     // Ensure the leaf is only output once.
618     It->second = 0;
619     // Glob all constants together into Cst.
620     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
621       C = EvaluateRepeatedConstant(Opcode, C, Weight);
622       Cst = Cst ? ConstantExpr::get(Opcode, Cst, C) : C;
623       continue;
624     }
625     // Add non-constant
626     Ops.push_back(std::make_pair(V, Weight));
627   }
628
629   // Add any constants back into Ops, all globbed together and reduced to having
630   // weight 1 for the convenience of users.
631   Constant *Identity = ConstantExpr::getBinOpIdentity(Opcode, I->getType());
632   if (Cst && Cst != Identity)
633     Ops.push_back(std::make_pair(Cst, APInt(Bitwidth, 1)));
634
635   // For nilpotent operations or addition there may be no operands, for example
636   // because the expression was "X xor X" or consisted of 2^Bitwidth additions:
637   // in both cases the weight reduces to 0 causing the value to be skipped.
638   if (Ops.empty()) {
639     assert(Identity && "Associative operation without identity!");
640     Ops.push_back(std::make_pair(Identity, APInt(Bitwidth, 1)));
641   }
642
643   return MadeChange;
644 }
645
646 // RewriteExprTree - Now that the operands for this expression tree are
647 // linearized and optimized, emit them in-order.
648 void Reassociate::RewriteExprTree(BinaryOperator *I,
649                                   SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
650   assert(Ops.size() > 1 && "Single values should be used directly!");
651
652   // Since our optimizations never increase the number of operations, the new
653   // expression can always be written by reusing the existing binary operators
654   // from the original expression tree, without creating any new instructions,
655   // though the rewritten expression may have a completely different topology.
656   // We take care to not change anything if the new expression will be the same
657   // as the original.  If more than trivial changes (like commuting operands)
658   // were made then we are obliged to clear out any optional subclass data like
659   // nsw flags.
660
661   /// NodesToRewrite - Nodes from the original expression available for writing
662   /// the new expression into.
663   SmallVector<BinaryOperator*, 8> NodesToRewrite;
664   unsigned Opcode = I->getOpcode();
665   NodesToRewrite.push_back(I);
666
667   // ExpressionChanged - Non-null if the rewritten expression differs from the
668   // original in some non-trivial way, requiring the clearing of optional flags.
669   // Flags are cleared from the operator in ExpressionChanged up to I inclusive.
670   BinaryOperator *ExpressionChanged = 0;
671   BinaryOperator *Previous;
672   BinaryOperator *Op = 0;
673   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
674     assert(!NodesToRewrite.empty() &&
675            "Optimized expressions has more nodes than original!");
676     Previous = Op; Op = NodesToRewrite.pop_back_val();
677     if (ExpressionChanged)
678       // Compactify the tree instructions together with each other to guarantee
679       // that the expression tree is dominated by all of Ops.
680       Op->moveBefore(Previous);
681
682     // The last operation (which comes earliest in the IR) is special as both
683     // operands will come from Ops, rather than just one with the other being
684     // a subexpression.
685     if (i+2 == Ops.size()) {
686       Value *NewLHS = Ops[i].Op;
687       Value *NewRHS = Ops[i+1].Op;
688       Value *OldLHS = Op->getOperand(0);
689       Value *OldRHS = Op->getOperand(1);
690
691       if (NewLHS == OldLHS && NewRHS == OldRHS)
692         // Nothing changed, leave it alone.
693         break;
694
695       if (NewLHS == OldRHS && NewRHS == OldLHS) {
696         // The order of the operands was reversed.  Swap them.
697         DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
698         Op->swapOperands();
699         DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
700         MadeChange = true;
701         ++NumChanged;
702         break;
703       }
704
705       // The new operation differs non-trivially from the original. Overwrite
706       // the old operands with the new ones.
707       DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
708       if (NewLHS != OldLHS) {
709         if (BinaryOperator *BO = isReassociableOp(OldLHS, Opcode))
710           NodesToRewrite.push_back(BO);
711         Op->setOperand(0, NewLHS);
712       }
713       if (NewRHS != OldRHS) {
714         if (BinaryOperator *BO = isReassociableOp(OldRHS, Opcode))
715           NodesToRewrite.push_back(BO);
716         Op->setOperand(1, NewRHS);
717       }
718       DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
719
720       ExpressionChanged = Op;
721       MadeChange = true;
722       ++NumChanged;
723
724       break;
725     }
726
727     // Not the last operation.  The left-hand side will be a sub-expression
728     // while the right-hand side will be the current element of Ops.
729     Value *NewRHS = Ops[i].Op;
730     if (NewRHS != Op->getOperand(1)) {
731       DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
732       if (NewRHS == Op->getOperand(0)) {
733         // The new right-hand side was already present as the left operand.  If
734         // we are lucky then swapping the operands will sort out both of them.
735         Op->swapOperands();
736       } else {
737         // Overwrite with the new right-hand side.
738         if (BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op->getOperand(1), Opcode))
739           NodesToRewrite.push_back(BO);
740         Op->setOperand(1, NewRHS);
741         ExpressionChanged = Op;
742       }
743       DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
744       MadeChange = true;
745       ++NumChanged;
746     }
747
748     // Now deal with the left-hand side.  If this is already an operation node
749     // from the original expression then just rewrite the rest of the expression
750     // into it.
751     if (BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op->getOperand(0), Opcode)) {
752       NodesToRewrite.push_back(BO);
753       continue;
754     }
755
756     // Otherwise, grab a spare node from the original expression and use that as
757     // the left-hand side.
758     assert(!NodesToRewrite.empty() &&
759            "Optimized expressions has more nodes than original!");
760     DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
761     Op->setOperand(0, NodesToRewrite.back());
762     DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
763     ExpressionChanged = Op;
764     MadeChange = true;
765     ++NumChanged;
766   }
767
768   // If the expression changed non-trivially then clear out all subclass data
769   // starting from the operator specified in ExpressionChanged.
770   if (ExpressionChanged) {
771     do {
772       ExpressionChanged->clearSubclassOptionalData();
773       if (ExpressionChanged == I)
774         break;
775       ExpressionChanged = cast<BinaryOperator>(*ExpressionChanged->use_begin());
776     } while (1);
777   }
778
779   // Throw away any left over nodes from the original expression.
780   for (unsigned i = 0, e = NodesToRewrite.size(); i != e; ++i)
781     RedoInsts.insert(NodesToRewrite[i]);
782 }
783
784 /// NegateValue - Insert instructions before the instruction pointed to by BI,
785 /// that computes the negative version of the value specified.  The negative
786 /// version of the value is returned, and BI is left pointing at the instruction
787 /// that should be processed next by the reassociation pass.
788 static Value *NegateValue(Value *V, Instruction *BI) {
789   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
790     return ConstantExpr::getNeg(C);
791
792   // We are trying to expose opportunity for reassociation.  One of the things
793   // that we want to do to achieve this is to push a negation as deep into an
794   // expression chain as possible, to expose the add instructions.  In practice,
795   // this means that we turn this:
796   //   X = -(A+12+C+D)   into    X = -A + -12 + -C + -D = -12 + -A + -C + -D
797   // so that later, a: Y = 12+X could get reassociated with the -12 to eliminate
798   // the constants.  We assume that instcombine will clean up the mess later if
799   // we introduce tons of unnecessary negation instructions.
800   //
801   if (BinaryOperator *I = isReassociableOp(V, Instruction::Add)) {
802     // Push the negates through the add.
803     I->setOperand(0, NegateValue(I->getOperand(0), BI));
804     I->setOperand(1, NegateValue(I->getOperand(1), BI));
805
806     // We must move the add instruction here, because the neg instructions do
807     // not dominate the old add instruction in general.  By moving it, we are
808     // assured that the neg instructions we just inserted dominate the
809     // instruction we are about to insert after them.
810     //
811     I->moveBefore(BI);
812     I->setName(I->getName()+".neg");
813     return I;
814   }
815
816   // Okay, we need to materialize a negated version of V with an instruction.
817   // Scan the use lists of V to see if we have one already.
818   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;++UI){
819     User *U = *UI;
820     if (!BinaryOperator::isNeg(U)) continue;
821
822     // We found one!  Now we have to make sure that the definition dominates
823     // this use.  We do this by moving it to the entry block (if it is a
824     // non-instruction value) or right after the definition.  These negates will
825     // be zapped by reassociate later, so we don't need much finesse here.
826     BinaryOperator *TheNeg = cast<BinaryOperator>(U);
827
828     // Verify that the negate is in this function, V might be a constant expr.
829     if (TheNeg->getParent()->getParent() != BI->getParent()->getParent())
830       continue;
831
832     BasicBlock::iterator InsertPt;
833     if (Instruction *InstInput = dyn_cast<Instruction>(V)) {
834       if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InstInput)) {
835         InsertPt = II->getNormalDest()->begin();
836       } else {
837         InsertPt = InstInput;
838         ++InsertPt;
839       }
840       while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
841     } else {
842       InsertPt = TheNeg->getParent()->getParent()->getEntryBlock().begin();
843     }
844     TheNeg->moveBefore(InsertPt);
845     return TheNeg;
846   }
847
848   // Insert a 'neg' instruction that subtracts the value from zero to get the
849   // negation.
850   return BinaryOperator::CreateNeg(V, V->getName() + ".neg", BI);
851 }
852
853 /// ShouldBreakUpSubtract - Return true if we should break up this subtract of
854 /// X-Y into (X + -Y).
855 static bool ShouldBreakUpSubtract(Instruction *Sub) {
856   // If this is a negation, we can't split it up!
857   if (BinaryOperator::isNeg(Sub))
858     return false;
859
860   // Don't bother to break this up unless either the LHS is an associable add or
861   // subtract or if this is only used by one.
862   if (isReassociableOp(Sub->getOperand(0), Instruction::Add) ||
863       isReassociableOp(Sub->getOperand(0), Instruction::Sub))
864     return true;
865   if (isReassociableOp(Sub->getOperand(1), Instruction::Add) ||
866       isReassociableOp(Sub->getOperand(1), Instruction::Sub))
867     return true;
868   if (Sub->hasOneUse() &&
869       (isReassociableOp(Sub->use_back(), Instruction::Add) ||
870        isReassociableOp(Sub->use_back(), Instruction::Sub)))
871     return true;
872
873   return false;
874 }
875
876 /// BreakUpSubtract - If we have (X-Y), and if either X is an add, or if this is
877 /// only used by an add, transform this into (X+(0-Y)) to promote better
878 /// reassociation.
879 static BinaryOperator *BreakUpSubtract(Instruction *Sub) {
880   // Convert a subtract into an add and a neg instruction. This allows sub
881   // instructions to be commuted with other add instructions.
882   //
883   // Calculate the negative value of Operand 1 of the sub instruction,
884   // and set it as the RHS of the add instruction we just made.
885   //
886   Value *NegVal = NegateValue(Sub->getOperand(1), Sub);
887   BinaryOperator *New =
888     BinaryOperator::CreateAdd(Sub->getOperand(0), NegVal, "", Sub);
889   Sub->setOperand(0, Constant::getNullValue(Sub->getType())); // Drop use of op.
890   Sub->setOperand(1, Constant::getNullValue(Sub->getType())); // Drop use of op.
891   New->takeName(Sub);
892
893   // Everyone now refers to the add instruction.
894   Sub->replaceAllUsesWith(New);
895   New->setDebugLoc(Sub->getDebugLoc());
896
897   DEBUG(dbgs() << "Negated: " << *New << '\n');
898   return New;
899 }
900
901 /// ConvertShiftToMul - If this is a shift of a reassociable multiply or is used
902 /// by one, change this into a multiply by a constant to assist with further
903 /// reassociation.
904 static BinaryOperator *ConvertShiftToMul(Instruction *Shl) {
905   Constant *MulCst = ConstantInt::get(Shl->getType(), 1);
906   MulCst = ConstantExpr::getShl(MulCst, cast<Constant>(Shl->getOperand(1)));
907
908   BinaryOperator *Mul =
909     BinaryOperator::CreateMul(Shl->getOperand(0), MulCst, "", Shl);
910   Shl->setOperand(0, UndefValue::get(Shl->getType())); // Drop use of op.
911   Mul->takeName(Shl);
912   Shl->replaceAllUsesWith(Mul);
913   Mul->setDebugLoc(Shl->getDebugLoc());
914   return Mul;
915 }
916
917 /// FindInOperandList - Scan backwards and forwards among values with the same
918 /// rank as element i to see if X exists.  If X does not exist, return i.  This
919 /// is useful when scanning for 'x' when we see '-x' because they both get the
920 /// same rank.
921 static unsigned FindInOperandList(SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops, unsigned i,
922                                   Value *X) {
923   unsigned XRank = Ops[i].Rank;
924   unsigned e = Ops.size();
925   for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j].Rank == XRank; ++j)
926     if (Ops[j].Op == X)
927       return j;
928   // Scan backwards.
929   for (unsigned j = i-1; j != ~0U && Ops[j].Rank == XRank; --j)
930     if (Ops[j].Op == X)
931       return j;
932   return i;
933 }
934
935 /// EmitAddTreeOfValues - Emit a tree of add instructions, summing Ops together
936 /// and returning the result.  Insert the tree before I.
937 static Value *EmitAddTreeOfValues(Instruction *I,
938                                   SmallVectorImpl<WeakVH> &Ops){
939   if (Ops.size() == 1) return Ops.back();
940
941   Value *V1 = Ops.back();
942   Ops.pop_back();
943   Value *V2 = EmitAddTreeOfValues(I, Ops);
944   return BinaryOperator::CreateAdd(V2, V1, "tmp", I);
945 }
946
947 /// RemoveFactorFromExpression - If V is an expression tree that is a
948 /// multiplication sequence, and if this sequence contains a multiply by Factor,
949 /// remove Factor from the tree and return the new tree.
950 Value *Reassociate::RemoveFactorFromExpression(Value *V, Value *Factor) {
951   BinaryOperator *BO = isReassociableOp(V, Instruction::Mul);
952   if (!BO) return 0;
953
954   SmallVector<RepeatedValue, 8> Tree;
955   MadeChange |= LinearizeExprTree(BO, Tree);
956   SmallVector<ValueEntry, 8> Factors;
957   Factors.reserve(Tree.size());
958   for (unsigned i = 0, e = Tree.size(); i != e; ++i) {
959     RepeatedValue E = Tree[i];
960     Factors.append(E.second.getZExtValue(),
961                    ValueEntry(getRank(E.first), E.first));
962   }
963
964   bool FoundFactor = false;
965   bool NeedsNegate = false;
966   for (unsigned i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i) {
967     if (Factors[i].Op == Factor) {
968       FoundFactor = true;
969       Factors.erase(Factors.begin()+i);
970       break;
971     }
972
973     // If this is a negative version of this factor, remove it.
974     if (ConstantInt *FC1 = dyn_cast<ConstantInt>(Factor))
975       if (ConstantInt *FC2 = dyn_cast<ConstantInt>(Factors[i].Op))
976         if (FC1->getValue() == -FC2->getValue()) {
977           FoundFactor = NeedsNegate = true;
978           Factors.erase(Factors.begin()+i);
979           break;
980         }
981   }
982
983   if (!FoundFactor) {
984     // Make sure to restore the operands to the expression tree.
985     RewriteExprTree(BO, Factors);
986     return 0;
987   }
988
989   BasicBlock::iterator InsertPt = BO; ++InsertPt;
990
991   // If this was just a single multiply, remove the multiply and return the only
992   // remaining operand.
993   if (Factors.size() == 1) {
994     RedoInsts.insert(BO);
995     V = Factors[0].Op;
996   } else {
997     RewriteExprTree(BO, Factors);
998     V = BO;
999   }
1000
1001   if (NeedsNegate)
1002     V = BinaryOperator::CreateNeg(V, "neg", InsertPt);
1003
1004   return V;
1005 }
1006
1007 /// FindSingleUseMultiplyFactors - If V is a single-use multiply, recursively
1008 /// add its operands as factors, otherwise add V to the list of factors.
1009 ///
1010 /// Ops is the top-level list of add operands we're trying to factor.
1011 static void FindSingleUseMultiplyFactors(Value *V,
1012                                          SmallVectorImpl<Value*> &Factors,
1013                                        const SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1014   BinaryOperator *BO = isReassociableOp(V, Instruction::Mul);
1015   if (!BO) {
1016     Factors.push_back(V);
1017     return;
1018   }
1019
1020   // Otherwise, add the LHS and RHS to the list of factors.
1021   FindSingleUseMultiplyFactors(BO->getOperand(1), Factors, Ops);
1022   FindSingleUseMultiplyFactors(BO->getOperand(0), Factors, Ops);
1023 }
1024
1025 /// OptimizeAndOrXor - Optimize a series of operands to an 'and', 'or', or 'xor'
1026 /// instruction.  This optimizes based on identities.  If it can be reduced to
1027 /// a single Value, it is returned, otherwise the Ops list is mutated as
1028 /// necessary.
1029 static Value *OptimizeAndOrXor(unsigned Opcode,
1030                                SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1031   // Scan the operand lists looking for X and ~X pairs, along with X,X pairs.
1032   // If we find any, we can simplify the expression. X&~X == 0, X|~X == -1.
1033   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1034     // First, check for X and ~X in the operand list.
1035     assert(i < Ops.size());
1036     if (BinaryOperator::isNot(Ops[i].Op)) {    // Cannot occur for ^.
1037       Value *X = BinaryOperator::getNotArgument(Ops[i].Op);
1038       unsigned FoundX = FindInOperandList(Ops, i, X);
1039       if (FoundX != i) {
1040         if (Opcode == Instruction::And)   // ...&X&~X = 0
1041           return Constant::getNullValue(X->getType());
1042
1043         if (Opcode == Instruction::Or)    // ...|X|~X = -1
1044           return Constant::getAllOnesValue(X->getType());
1045       }
1046     }
1047
1048     // Next, check for duplicate pairs of values, which we assume are next to
1049     // each other, due to our sorting criteria.
1050     assert(i < Ops.size());
1051     if (i+1 != Ops.size() && Ops[i+1].Op == Ops[i].Op) {
1052       if (Opcode == Instruction::And || Opcode == Instruction::Or) {
1053         // Drop duplicate values for And and Or.
1054         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1055         --i; --e;
1056         ++NumAnnihil;
1057         continue;
1058       }
1059
1060       // Drop pairs of values for Xor.
1061       assert(Opcode == Instruction::Xor);
1062       if (e == 2)
1063         return Constant::getNullValue(Ops[0].Op->getType());
1064
1065       // Y ^ X^X -> Y
1066       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
1067       i -= 1; e -= 2;
1068       ++NumAnnihil;
1069     }
1070   }
1071   return 0;
1072 }
1073
1074 /// OptimizeAdd - Optimize a series of operands to an 'add' instruction.  This
1075 /// optimizes based on identities.  If it can be reduced to a single Value, it
1076 /// is returned, otherwise the Ops list is mutated as necessary.
1077 Value *Reassociate::OptimizeAdd(Instruction *I,
1078                                 SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1079   // Scan the operand lists looking for X and -X pairs.  If we find any, we
1080   // can simplify the expression. X+-X == 0.  While we're at it, scan for any
1081   // duplicates.  We want to canonicalize Y+Y+Y+Z -> 3*Y+Z.
1082   //
1083   // TODO: We could handle "X + ~X" -> "-1" if we wanted, since "-X = ~X+1".
1084   //
1085   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1086     Value *TheOp = Ops[i].Op;
1087     // Check to see if we've seen this operand before.  If so, we factor all
1088     // instances of the operand together.  Due to our sorting criteria, we know
1089     // that these need to be next to each other in the vector.
1090     if (i+1 != Ops.size() && Ops[i+1].Op == TheOp) {
1091       // Rescan the list, remove all instances of this operand from the expr.
1092       unsigned NumFound = 0;
1093       do {
1094         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1095         ++NumFound;
1096       } while (i != Ops.size() && Ops[i].Op == TheOp);
1097
1098       DEBUG(errs() << "\nFACTORING [" << NumFound << "]: " << *TheOp << '\n');
1099       ++NumFactor;
1100
1101       // Insert a new multiply.
1102       Value *Mul = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(I->getType()), NumFound);
1103       Mul = BinaryOperator::CreateMul(TheOp, Mul, "factor", I);
1104
1105       // Now that we have inserted a multiply, optimize it. This allows us to
1106       // handle cases that require multiple factoring steps, such as this:
1107       // (X*2) + (X*2) + (X*2) -> (X*2)*3 -> X*6
1108       RedoInsts.insert(cast<Instruction>(Mul));
1109
1110       // If every add operand was a duplicate, return the multiply.
1111       if (Ops.empty())
1112         return Mul;
1113
1114       // Otherwise, we had some input that didn't have the dupe, such as
1115       // "A + A + B" -> "A*2 + B".  Add the new multiply to the list of
1116       // things being added by this operation.
1117       Ops.insert(Ops.begin(), ValueEntry(getRank(Mul), Mul));
1118
1119       --i;
1120       e = Ops.size();
1121       continue;
1122     }
1123
1124     // Check for X and -X in the operand list.
1125     if (!BinaryOperator::isNeg(TheOp))
1126       continue;
1127
1128     Value *X = BinaryOperator::getNegArgument(TheOp);
1129     unsigned FoundX = FindInOperandList(Ops, i, X);
1130     if (FoundX == i)
1131       continue;
1132
1133     // Remove X and -X from the operand list.
1134     if (Ops.size() == 2)
1135       return Constant::getNullValue(X->getType());
1136
1137     Ops.erase(Ops.begin()+i);
1138     if (i < FoundX)
1139       --FoundX;
1140     else
1141       --i;   // Need to back up an extra one.
1142     Ops.erase(Ops.begin()+FoundX);
1143     ++NumAnnihil;
1144     --i;     // Revisit element.
1145     e -= 2;  // Removed two elements.
1146   }
1147
1148   // Scan the operand list, checking to see if there are any common factors
1149   // between operands.  Consider something like A*A+A*B*C+D.  We would like to
1150   // reassociate this to A*(A+B*C)+D, which reduces the number of multiplies.
1151   // To efficiently find this, we count the number of times a factor occurs
1152   // for any ADD operands that are MULs.
1153   DenseMap<Value*, unsigned> FactorOccurrences;
1154
1155   // Keep track of each multiply we see, to avoid triggering on (X*4)+(X*4)
1156   // where they are actually the same multiply.
1157   unsigned MaxOcc = 0;
1158   Value *MaxOccVal = 0;
1159   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1160     BinaryOperator *BOp = isReassociableOp(Ops[i].Op, Instruction::Mul);
1161     if (!BOp)
1162       continue;
1163
1164     // Compute all of the factors of this added value.
1165     SmallVector<Value*, 8> Factors;
1166     FindSingleUseMultiplyFactors(BOp, Factors, Ops);
1167     assert(Factors.size() > 1 && "Bad linearize!");
1168
1169     // Add one to FactorOccurrences for each unique factor in this op.
1170     SmallPtrSet<Value*, 8> Duplicates;
1171     for (unsigned i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i) {
1172       Value *Factor = Factors[i];
1173       if (!Duplicates.insert(Factor)) continue;
1174
1175       unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factor];
1176       if (Occ > MaxOcc) { MaxOcc = Occ; MaxOccVal = Factor; }
1177
1178       // If Factor is a negative constant, add the negated value as a factor
1179       // because we can percolate the negate out.  Watch for minint, which
1180       // cannot be positivified.
1181       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Factor))
1182         if (CI->isNegative() && !CI->isMinValue(true)) {
1183           Factor = ConstantInt::get(CI->getContext(), -CI->getValue());
1184           assert(!Duplicates.count(Factor) &&
1185                  "Shouldn't have two constant factors, missed a canonicalize");
1186
1187           unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factor];
1188           if (Occ > MaxOcc) { MaxOcc = Occ; MaxOccVal = Factor; }
1189         }
1190     }
1191   }
1192
1193   // If any factor occurred more than one time, we can pull it out.
1194   if (MaxOcc > 1) {
1195     DEBUG(errs() << "\nFACTORING [" << MaxOcc << "]: " << *MaxOccVal << '\n');
1196     ++NumFactor;
1197
1198     // Create a new instruction that uses the MaxOccVal twice.  If we don't do
1199     // this, we could otherwise run into situations where removing a factor
1200     // from an expression will drop a use of maxocc, and this can cause
1201     // RemoveFactorFromExpression on successive values to behave differently.
1202     Instruction *DummyInst = BinaryOperator::CreateAdd(MaxOccVal, MaxOccVal);
1203     SmallVector<WeakVH, 4> NewMulOps;
1204     for (unsigned i = 0; i != Ops.size(); ++i) {
1205       // Only try to remove factors from expressions we're allowed to.
1206       BinaryOperator *BOp = isReassociableOp(Ops[i].Op, Instruction::Mul);
1207       if (!BOp)
1208         continue;
1209
1210       if (Value *V = RemoveFactorFromExpression(Ops[i].Op, MaxOccVal)) {
1211         // The factorized operand may occur several times.  Convert them all in
1212         // one fell swoop.
1213         for (unsigned j = Ops.size(); j != i;) {
1214           --j;
1215           if (Ops[j].Op == Ops[i].Op) {
1216             NewMulOps.push_back(V);
1217             Ops.erase(Ops.begin()+j);
1218           }
1219         }
1220         --i;
1221       }
1222     }
1223
1224     // No need for extra uses anymore.
1225     delete DummyInst;
1226
1227     unsigned NumAddedValues = NewMulOps.size();
1228     Value *V = EmitAddTreeOfValues(I, NewMulOps);
1229
1230     // Now that we have inserted the add tree, optimize it. This allows us to
1231     // handle cases that require multiple factoring steps, such as this:
1232     // A*A*B + A*A*C   -->   A*(A*B+A*C)   -->   A*(A*(B+C))
1233     assert(NumAddedValues > 1 && "Each occurrence should contribute a value");
1234     (void)NumAddedValues;
1235     if (Instruction *VI = dyn_cast<Instruction>(V))
1236       RedoInsts.insert(VI);
1237
1238     // Create the multiply.
1239     Instruction *V2 = BinaryOperator::CreateMul(V, MaxOccVal, "tmp", I);
1240
1241     // Rerun associate on the multiply in case the inner expression turned into
1242     // a multiply.  We want to make sure that we keep things in canonical form.
1243     RedoInsts.insert(V2);
1244
1245     // If every add operand included the factor (e.g. "A*B + A*C"), then the
1246     // entire result expression is just the multiply "A*(B+C)".
1247     if (Ops.empty())
1248       return V2;
1249
1250     // Otherwise, we had some input that didn't have the factor, such as
1251     // "A*B + A*C + D" -> "A*(B+C) + D".  Add the new multiply to the list of
1252     // things being added by this operation.
1253     Ops.insert(Ops.begin(), ValueEntry(getRank(V2), V2));
1254   }
1255
1256   return 0;
1257 }
1258
1259 namespace {
1260   /// \brief Predicate tests whether a ValueEntry's op is in a map.
1261   struct IsValueInMap {
1262     const DenseMap<Value *, unsigned> &Map;
1263
1264     IsValueInMap(const DenseMap<Value *, unsigned> &Map) : Map(Map) {}
1265
1266     bool operator()(const ValueEntry &Entry) {
1267       return Map.find(Entry.Op) != Map.end();
1268     }
1269   };
1270 }
1271
1272 /// \brief Build up a vector of value/power pairs factoring a product.
1273 ///
1274 /// Given a series of multiplication operands, build a vector of factors and
1275 /// the powers each is raised to when forming the final product. Sort them in
1276 /// the order of descending power.
1277 ///
1278 ///      (x*x)          -> [(x, 2)]
1279 ///     ((x*x)*x)       -> [(x, 3)]
1280 ///   ((((x*y)*x)*y)*x) -> [(x, 3), (y, 2)]
1281 ///
1282 /// \returns Whether any factors have a power greater than one.
1283 bool Reassociate::collectMultiplyFactors(SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops,
1284                                          SmallVectorImpl<Factor> &Factors) {
1285   // FIXME: Have Ops be (ValueEntry, Multiplicity) pairs, simplifying this.
1286   // Compute the sum of powers of simplifiable factors.
1287   unsigned FactorPowerSum = 0;
1288   for (unsigned Idx = 1, Size = Ops.size(); Idx < Size; ++Idx) {
1289     Value *Op = Ops[Idx-1].Op;
1290
1291     // Count the number of occurrences of this value.
1292     unsigned Count = 1;
1293     for (; Idx < Size && Ops[Idx].Op == Op; ++Idx)
1294       ++Count;
1295     // Track for simplification all factors which occur 2 or more times.
1296     if (Count > 1)
1297       FactorPowerSum += Count;
1298   }
1299
1300   // We can only simplify factors if the sum of the powers of our simplifiable
1301   // factors is 4 or higher. When that is the case, we will *always* have
1302   // a simplification. This is an important invariant to prevent cyclicly
1303   // trying to simplify already minimal formations.
1304   if (FactorPowerSum < 4)
1305     return false;
1306
1307   // Now gather the simplifiable factors, removing them from Ops.
1308   FactorPowerSum = 0;
1309   for (unsigned Idx = 1; Idx < Ops.size(); ++Idx) {
1310     Value *Op = Ops[Idx-1].Op;
1311
1312     // Count the number of occurrences of this value.
1313     unsigned Count = 1;
1314     for (; Idx < Ops.size() && Ops[Idx].Op == Op; ++Idx)
1315       ++Count;
1316     if (Count == 1)
1317       continue;
1318     // Move an even number of occurrences to Factors.
1319     Count &= ~1U;
1320     Idx -= Count;
1321     FactorPowerSum += Count;
1322     Factors.push_back(Factor(Op, Count));
1323     Ops.erase(Ops.begin()+Idx, Ops.begin()+Idx+Count);
1324   }
1325
1326   // None of the adjustments above should have reduced the sum of factor powers
1327   // below our mininum of '4'.
1328   assert(FactorPowerSum >= 4);
1329
1330   std::sort(Factors.begin(), Factors.end(), Factor::PowerDescendingSorter());
1331   return true;
1332 }
1333
1334 /// \brief Build a tree of multiplies, computing the product of Ops.
1335 static Value *buildMultiplyTree(IRBuilder<> &Builder,
1336                                 SmallVectorImpl<Value*> &Ops) {
1337   if (Ops.size() == 1)
1338     return Ops.back();
1339
1340   Value *LHS = Ops.pop_back_val();
1341   do {
1342     LHS = Builder.CreateMul(LHS, Ops.pop_back_val());
1343   } while (!Ops.empty());
1344
1345   return LHS;
1346 }
1347
1348 /// \brief Build a minimal multiplication DAG for (a^x)*(b^y)*(c^z)*...
1349 ///
1350 /// Given a vector of values raised to various powers, where no two values are
1351 /// equal and the powers are sorted in decreasing order, compute the minimal
1352 /// DAG of multiplies to compute the final product, and return that product
1353 /// value.
1354 Value *Reassociate::buildMinimalMultiplyDAG(IRBuilder<> &Builder,
1355                                             SmallVectorImpl<Factor> &Factors) {
1356   assert(Factors[0].Power);
1357   SmallVector<Value *, 4> OuterProduct;
1358   for (unsigned LastIdx = 0, Idx = 1, Size = Factors.size();
1359        Idx < Size && Factors[Idx].Power > 0; ++Idx) {
1360     if (Factors[Idx].Power != Factors[LastIdx].Power) {
1361       LastIdx = Idx;
1362       continue;
1363     }
1364
1365     // We want to multiply across all the factors with the same power so that
1366     // we can raise them to that power as a single entity. Build a mini tree
1367     // for that.
1368     SmallVector<Value *, 4> InnerProduct;
1369     InnerProduct.push_back(Factors[LastIdx].Base);
1370     do {
1371       InnerProduct.push_back(Factors[Idx].Base);
1372       ++Idx;
1373     } while (Idx < Size && Factors[Idx].Power == Factors[LastIdx].Power);
1374
1375     // Reset the base value of the first factor to the new expression tree.
1376     // We'll remove all the factors with the same power in a second pass.
1377     Value *M = Factors[LastIdx].Base = buildMultiplyTree(Builder, InnerProduct);
1378     if (Instruction *MI = dyn_cast<Instruction>(M))
1379       RedoInsts.insert(MI);
1380
1381     LastIdx = Idx;
1382   }
1383   // Unique factors with equal powers -- we've folded them into the first one's
1384   // base.
1385   Factors.erase(std::unique(Factors.begin(), Factors.end(),
1386                             Factor::PowerEqual()),
1387                 Factors.end());
1388
1389   // Iteratively collect the base of each factor with an add power into the
1390   // outer product, and halve each power in preparation for squaring the
1391   // expression.
1392   for (unsigned Idx = 0, Size = Factors.size(); Idx != Size; ++Idx) {
1393     if (Factors[Idx].Power & 1)
1394       OuterProduct.push_back(Factors[Idx].Base);
1395     Factors[Idx].Power >>= 1;
1396   }
1397   if (Factors[0].Power) {
1398     Value *SquareRoot = buildMinimalMultiplyDAG(Builder, Factors);
1399     OuterProduct.push_back(SquareRoot);
1400     OuterProduct.push_back(SquareRoot);
1401   }
1402   if (OuterProduct.size() == 1)
1403     return OuterProduct.front();
1404
1405   Value *V = buildMultiplyTree(Builder, OuterProduct);
1406   return V;
1407 }
1408
1409 Value *Reassociate::OptimizeMul(BinaryOperator *I,
1410                                 SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1411   // We can only optimize the multiplies when there is a chain of more than
1412   // three, such that a balanced tree might require fewer total multiplies.
1413   if (Ops.size() < 4)
1414     return 0;
1415
1416   // Try to turn linear trees of multiplies without other uses of the
1417   // intermediate stages into minimal multiply DAGs with perfect sub-expression
1418   // re-use.
1419   SmallVector<Factor, 4> Factors;
1420   if (!collectMultiplyFactors(Ops, Factors))
1421     return 0; // All distinct factors, so nothing left for us to do.
1422
1423   IRBuilder<> Builder(I);
1424   Value *V = buildMinimalMultiplyDAG(Builder, Factors);
1425   if (Ops.empty())
1426     return V;
1427
1428   ValueEntry NewEntry = ValueEntry(getRank(V), V);
1429   Ops.insert(std::lower_bound(Ops.begin(), Ops.end(), NewEntry), NewEntry);
1430   return 0;
1431 }
1432
1433 Value *Reassociate::OptimizeExpression(BinaryOperator *I,
1434                                        SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1435   // Now that we have the linearized expression tree, try to optimize it.
1436   // Start by folding any constants that we found.
1437   if (Ops.size() == 1) return Ops[0].Op;
1438
1439   unsigned Opcode = I->getOpcode();
1440
1441   // Handle destructive annihilation due to identities between elements in the
1442   // argument list here.
1443   unsigned NumOps = Ops.size();
1444   switch (Opcode) {
1445   default: break;
1446   case Instruction::And:
1447   case Instruction::Or:
1448   case Instruction::Xor:
1449     if (Value *Result = OptimizeAndOrXor(Opcode, Ops))
1450       return Result;
1451     break;
1452
1453   case Instruction::Add:
1454     if (Value *Result = OptimizeAdd(I, Ops))
1455       return Result;
1456     break;
1457
1458   case Instruction::Mul:
1459     if (Value *Result = OptimizeMul(I, Ops))
1460       return Result;
1461     break;
1462   }
1463
1464   if (Ops.size() != NumOps)
1465     return OptimizeExpression(I, Ops);
1466   return 0;
1467 }
1468
1469 /// EraseInst - Zap the given instruction, adding interesting operands to the
1470 /// work list.
1471 void Reassociate::EraseInst(Instruction *I) {
1472   assert(isInstructionTriviallyDead(I) && "Trivially dead instructions only!");
1473   SmallVector<Value*, 8> Ops(I->op_begin(), I->op_end());
1474   // Erase the dead instruction.
1475   ValueRankMap.erase(I);
1476   I->eraseFromParent();
1477   // Optimize its operands.
1478   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1479     if (Instruction *Op = dyn_cast<Instruction>(Ops[i])) {
1480       // If this is a node in an expression tree, climb to the expression root
1481       // and add that since that's where optimization actually happens.
1482       unsigned Opcode = Op->getOpcode();
1483       while (Op->hasOneUse() && Op->use_back()->getOpcode() == Opcode)
1484         Op = Op->use_back();
1485       RedoInsts.insert(Op);
1486     }
1487 }
1488
1489 /// OptimizeInst - Inspect and optimize the given instruction. Note that erasing
1490 /// instructions is not allowed.
1491 void Reassociate::OptimizeInst(Instruction *I) {
1492   // Only consider operations that we understand.
1493   if (!isa<BinaryOperator>(I))
1494     return;
1495
1496   if (I->getOpcode() == Instruction::Shl &&
1497       isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)))
1498     // If an operand of this shift is a reassociable multiply, or if the shift
1499     // is used by a reassociable multiply or add, turn into a multiply.
1500     if (isReassociableOp(I->getOperand(0), Instruction::Mul) ||
1501         (I->hasOneUse() &&
1502          (isReassociableOp(I->use_back(), Instruction::Mul) ||
1503           isReassociableOp(I->use_back(), Instruction::Add)))) {
1504       Instruction *NI = ConvertShiftToMul(I);
1505       RedoInsts.insert(I);
1506       MadeChange = true;
1507       I = NI;
1508     }
1509
1510   // Floating point binary operators are not associative, but we can still
1511   // commute (some) of them, to canonicalize the order of their operands.
1512   // This can potentially expose more CSE opportunities, and makes writing
1513   // other transformations simpler.
1514   if ((I->getType()->isFloatingPointTy() || I->getType()->isVectorTy())) {
1515     // FAdd and FMul can be commuted.
1516     if (I->getOpcode() != Instruction::FMul &&
1517         I->getOpcode() != Instruction::FAdd)
1518       return;
1519
1520     Value *LHS = I->getOperand(0);
1521     Value *RHS = I->getOperand(1);
1522     unsigned LHSRank = getRank(LHS);
1523     unsigned RHSRank = getRank(RHS);
1524
1525     // Sort the operands by rank.
1526     if (RHSRank < LHSRank) {
1527       I->setOperand(0, RHS);
1528       I->setOperand(1, LHS);
1529     }
1530
1531     return;
1532   }
1533
1534   // Do not reassociate boolean (i1) expressions.  We want to preserve the
1535   // original order of evaluation for short-circuited comparisons that
1536   // SimplifyCFG has folded to AND/OR expressions.  If the expression
1537   // is not further optimized, it is likely to be transformed back to a
1538   // short-circuited form for code gen, and the source order may have been
1539   // optimized for the most likely conditions.
1540   if (I->getType()->isIntegerTy(1))
1541     return;
1542
1543   // If this is a subtract instruction which is not already in negate form,
1544   // see if we can convert it to X+-Y.
1545   if (I->getOpcode() == Instruction::Sub) {
1546     if (ShouldBreakUpSubtract(I)) {
1547       Instruction *NI = BreakUpSubtract(I);
1548       RedoInsts.insert(I);
1549       MadeChange = true;
1550       I = NI;
1551     } else if (BinaryOperator::isNeg(I)) {
1552       // Otherwise, this is a negation.  See if the operand is a multiply tree
1553       // and if this is not an inner node of a multiply tree.
1554       if (isReassociableOp(I->getOperand(1), Instruction::Mul) &&
1555           (!I->hasOneUse() ||
1556            !isReassociableOp(I->use_back(), Instruction::Mul))) {
1557         Instruction *NI = LowerNegateToMultiply(I);
1558         RedoInsts.insert(I);
1559         MadeChange = true;
1560         I = NI;
1561       }
1562     }
1563   }
1564
1565   // If this instruction is an associative binary operator, process it.
1566   if (!I->isAssociative()) return;
1567   BinaryOperator *BO = cast<BinaryOperator>(I);
1568
1569   // If this is an interior node of a reassociable tree, ignore it until we
1570   // get to the root of the tree, to avoid N^2 analysis.
1571   if (BO->hasOneUse() && BO->use_back()->getOpcode() == BO->getOpcode())
1572     return;
1573
1574   // If this is an add tree that is used by a sub instruction, ignore it
1575   // until we process the subtract.
1576   if (BO->hasOneUse() && BO->getOpcode() == Instruction::Add &&
1577       cast<Instruction>(BO->use_back())->getOpcode() == Instruction::Sub)
1578     return;
1579
1580   ReassociateExpression(BO);
1581 }
1582
1583 Value *Reassociate::ReassociateExpression(BinaryOperator *I) {
1584
1585   // First, walk the expression tree, linearizing the tree, collecting the
1586   // operand information.
1587   SmallVector<RepeatedValue, 8> Tree;
1588   MadeChange |= LinearizeExprTree(I, Tree);
1589   SmallVector<ValueEntry, 8> Ops;
1590   Ops.reserve(Tree.size());
1591   for (unsigned i = 0, e = Tree.size(); i != e; ++i) {
1592     RepeatedValue E = Tree[i];
1593     Ops.append(E.second.getZExtValue(),
1594                ValueEntry(getRank(E.first), E.first));
1595   }
1596
1597   DEBUG(dbgs() << "RAIn:\t"; PrintOps(I, Ops); dbgs() << '\n');
1598
1599   // Now that we have linearized the tree to a list and have gathered all of
1600   // the operands and their ranks, sort the operands by their rank.  Use a
1601   // stable_sort so that values with equal ranks will have their relative
1602   // positions maintained (and so the compiler is deterministic).  Note that
1603   // this sorts so that the highest ranking values end up at the beginning of
1604   // the vector.
1605   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end());
1606
1607   // OptimizeExpression - Now that we have the expression tree in a convenient
1608   // sorted form, optimize it globally if possible.
1609   if (Value *V = OptimizeExpression(I, Ops)) {
1610     // This expression tree simplified to something that isn't a tree,
1611     // eliminate it.
1612     DEBUG(dbgs() << "Reassoc to scalar: " << *V << '\n');
1613     I->replaceAllUsesWith(V);
1614     if (Instruction *VI = dyn_cast<Instruction>(V))
1615       VI->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
1616     RedoInsts.insert(I);
1617     ++NumAnnihil;
1618     return V;
1619   }
1620
1621   // We want to sink immediates as deeply as possible except in the case where
1622   // this is a multiply tree used only by an add, and the immediate is a -1.
1623   // In this case we reassociate to put the negation on the outside so that we
1624   // can fold the negation into the add: (-X)*Y + Z -> Z-X*Y
1625   if (I->getOpcode() == Instruction::Mul && I->hasOneUse() &&
1626       cast<Instruction>(I->use_back())->getOpcode() == Instruction::Add &&
1627       isa<ConstantInt>(Ops.back().Op) &&
1628       cast<ConstantInt>(Ops.back().Op)->isAllOnesValue()) {
1629     ValueEntry Tmp = Ops.pop_back_val();
1630     Ops.insert(Ops.begin(), Tmp);
1631   }
1632
1633   DEBUG(dbgs() << "RAOut:\t"; PrintOps(I, Ops); dbgs() << '\n');
1634
1635   if (Ops.size() == 1) {
1636     // This expression tree simplified to something that isn't a tree,
1637     // eliminate it.
1638     I->replaceAllUsesWith(Ops[0].Op);
1639     if (Instruction *OI = dyn_cast<Instruction>(Ops[0].Op))
1640       OI->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
1641     RedoInsts.insert(I);
1642     return Ops[0].Op;
1643   }
1644
1645   // Now that we ordered and optimized the expressions, splat them back into
1646   // the expression tree, removing any unneeded nodes.
1647   RewriteExprTree(I, Ops);
1648   return I;
1649 }
1650
1651 bool Reassociate::runOnFunction(Function &F) {
1652   // Calculate the rank map for F
1653   BuildRankMap(F);
1654
1655   MadeChange = false;
1656   for (Function::iterator BI = F.begin(), BE = F.end(); BI != BE; ++BI) {
1657     // Optimize every instruction in the basic block.
1658     for (BasicBlock::iterator II = BI->begin(), IE = BI->end(); II != IE; )
1659       if (isInstructionTriviallyDead(II)) {
1660         EraseInst(II++);
1661       } else {
1662         OptimizeInst(II);
1663         assert(II->getParent() == BI && "Moved to a different block!");
1664         ++II;
1665       }
1666
1667     // If this produced extra instructions to optimize, handle them now.
1668     while (!RedoInsts.empty()) {
1669       Instruction *I = RedoInsts.pop_back_val();
1670       if (isInstructionTriviallyDead(I))
1671         EraseInst(I);
1672       else
1673         OptimizeInst(I);
1674     }
1675   }
1676
1677   // We are done with the rank map.
1678   RankMap.clear();
1679   ValueRankMap.clear();
1680
1681   return MadeChange;
1682 }