SimplifyCFG: Refactor GatherConstantCompares() result in a struct
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / SimplifyCFG.cpp
1 //===- SimplifyCFG.cpp - Code to perform CFG simplification ---------------===//
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 // Peephole optimize the CFG.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
15 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
16 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
17 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
20 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
21 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
22 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
23 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
24 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
25 #include "llvm/IR/CFG.h"
26 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
27 #include "llvm/IR/Constants.h"
28 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
29 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
30 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
31 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
32 #include "llvm/IR/Instructions.h"
33 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
34 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
35 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
36 #include "llvm/IR/Metadata.h"
37 #include "llvm/IR/Module.h"
38 #include "llvm/IR/NoFolder.h"
39 #include "llvm/IR/Operator.h"
40 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
41 #include "llvm/IR/Type.h"
42 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
43 #include "llvm/Support/Debug.h"
44 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
46 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
47 #include "llvm/Transforms/Utils/ValueMapper.h"
48 #include <algorithm>
49 #include <map>
50 #include <set>
51 using namespace llvm;
52 using namespace PatternMatch;
53
54 #define DEBUG_TYPE "simplifycfg"
55
56 static cl::opt<unsigned>
57 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(1),
58    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 1)"));
59
60 static cl::opt<bool>
61 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
62        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
63
64 static cl::opt<bool>
65 SinkCommon("simplifycfg-sink-common", cl::Hidden, cl::init(true),
66        cl::desc("Sink common instructions down to the end block"));
67
68 static cl::opt<bool> HoistCondStores(
69     "simplifycfg-hoist-cond-stores", cl::Hidden, cl::init(true),
70     cl::desc("Hoist conditional stores if an unconditional store precedes"));
71
72 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
73 STATISTIC(NumLinearMaps, "Number of switch instructions turned into linear mapping");
74 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
75 STATISTIC(NumLookupTablesHoles, "Number of switch instructions turned into lookup tables (holes checked)");
76 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
77 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
78
79 namespace {
80   // The first field contains the value that the switch produces when a certain
81   // case group is selected, and the second field is a vector containing the cases
82   // composing the case group.
83   typedef SmallVector<std::pair<Constant *, SmallVector<ConstantInt *, 4>>, 2>
84     SwitchCaseResultVectorTy;
85   // The first field contains the phi node that generates a result of the switch
86   // and the second field contains the value generated for a certain case in the switch
87   // for that PHI.
88   typedef SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 4> SwitchCaseResultsTy;
89
90   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
91   struct ValueEqualityComparisonCase {
92     ConstantInt *Value;
93     BasicBlock *Dest;
94
95     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
96       : Value(Value), Dest(Dest) {}
97
98     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
99       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
100       return Value < RHS.Value;
101     }
102
103     bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
104   };
105
106 class SimplifyCFGOpt {
107   const TargetTransformInfo &TTI;
108   unsigned BonusInstThreshold;
109   const DataLayout *const DL;
110   AssumptionTracker *AT;
111   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
112   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
113                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
114   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
115                                                      BasicBlock *Pred,
116                                                      IRBuilder<> &Builder);
117   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
118                                            IRBuilder<> &Builder);
119
120   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
121   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
122   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
123   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
124   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
125   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
126   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
127
128 public:
129   SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, unsigned BonusInstThreshold,
130                  const DataLayout *DL, AssumptionTracker *AT)
131       : TTI(TTI), BonusInstThreshold(BonusInstThreshold), DL(DL), AT(AT) {}
132   bool run(BasicBlock *BB);
133 };
134 }
135
136 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
137 /// terminator instructions together.
138 ///
139 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
140   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
141
142   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
143   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
144   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
145   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
146   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
147   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
148
149   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
150     if (SI1Succs.count(*I))
151       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
152            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
153         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
154         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
155             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
156           return false;
157       }
158
159   return true;
160 }
161
162 /// isProfitableToFoldUnconditional - Return true if it is safe and profitable
163 /// to merge these two terminator instructions together, where SI1 is an
164 /// unconditional branch. PhiNodes will store all PHI nodes in common
165 /// successors.
166 ///
167 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
168                                           BranchInst *SI2,
169                                           Instruction *Cond,
170                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
171   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
172   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
173
174   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
175   // common successors:
176   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
177   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
178   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
179   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
180   if (!Ci2) return false;
181   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
182         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
183       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
184         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
185     return false;
186
187   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
188   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
189   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
190   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
191     if (SI1Succs.count(*I))
192       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
193            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
194         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
195         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
196             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
197           return false;
198         PhiNodes.push_back(PN);
199       }
200   return true;
201 }
202
203 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
204 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
205 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
206 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
207 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
208                                   BasicBlock *ExistPred) {
209   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
210
211   PHINode *PN;
212   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
213        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
214     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
215 }
216
217 /// ComputeSpeculationCost - Compute an abstract "cost" of speculating the
218 /// given instruction, which is assumed to be safe to speculate. 1 means
219 /// cheap, 2 means less cheap, and UINT_MAX means prohibitively expensive.
220 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I, const DataLayout *DL) {
221   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL) &&
222          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
223   switch (Operator::getOpcode(I)) {
224   default:
225     // In doubt, be conservative.
226     return UINT_MAX;
227   case Instruction::GetElementPtr:
228     // GEPs are cheap if all indices are constant.
229     if (!cast<GEPOperator>(I)->hasAllConstantIndices())
230       return UINT_MAX;
231     return 1;
232   case Instruction::ExtractValue:
233   case Instruction::Load:
234   case Instruction::Add:
235   case Instruction::Sub:
236   case Instruction::And:
237   case Instruction::Or:
238   case Instruction::Xor:
239   case Instruction::Shl:
240   case Instruction::LShr:
241   case Instruction::AShr:
242   case Instruction::ICmp:
243   case Instruction::Trunc:
244   case Instruction::ZExt:
245   case Instruction::SExt:
246   case Instruction::BitCast:
247   case Instruction::ExtractElement:
248   case Instruction::InsertElement:
249     return 1; // These are all cheap.
250
251   case Instruction::Call:
252   case Instruction::Select:
253     return 2;
254   }
255 }
256
257 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
258 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
259 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
260 /// which works well enough for us.
261 ///
262 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
263 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
264 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
265 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
266 /// set and true is returned.
267 ///
268 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
269 /// Select whose cost is 2.
270 ///
271 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
272 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
273 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
274 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
275                                 SmallPtrSetImpl<Instruction*> *AggressiveInsts,
276                                 unsigned &CostRemaining,
277                                 const DataLayout *DL) {
278   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
279   if (!I) {
280     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
281     // can be executed unconditionally.
282     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
283       if (C->canTrap())
284         return false;
285     return true;
286   }
287   BasicBlock *PBB = I->getParent();
288
289   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
290   // the bottom of this block.
291   if (PBB == BB) return false;
292
293   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
294   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
295   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
296   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
297   if (!BI || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
298     return true;
299
300   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
301   // instructions in the 'if region'.
302   if (!AggressiveInsts) return false;
303
304   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
305   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
306
307   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
308   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
309   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
310   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL))
311     return false;
312
313   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I, DL);
314
315   if (Cost > CostRemaining)
316     return false;
317
318   CostRemaining -= Cost;
319
320   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
321   // not take us over the cost threshold.
322   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
323     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining, DL))
324       return false;
325   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
326   AggressiveInsts->insert(I);
327   return true;
328 }
329
330 /// GetConstantInt - Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
331 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
332 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout *DL) {
333   // Normal constant int.
334   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
335   if (CI || !DL || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
336     return CI;
337
338   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
339   // ConstantInt if possible.
340   IntegerType *PtrTy = cast<IntegerType>(DL->getIntPtrType(V->getType()));
341
342   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
343   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
344     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
345
346   // IntToPtr const int.
347   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
348     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
349       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
350         // The constant is very likely to have the right type already.
351         if (CI->getType() == PtrTy)
352           return CI;
353         else
354           return cast<ConstantInt>
355             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
356       }
357   return nullptr;
358 }
359
360 /// Given a chain of or (||) or and (&&) comparison of a value against a
361 /// constant, this will try to recover the information required for a switch
362 /// structure.
363 /// It will depth-first traverse the chain of comparison, seeking for patterns
364 /// like %a == 12 or %a < 4 and combine them to produce a set of integer
365 /// representing the different cases for the switch.
366 /// Note that if the chain is composed of '||' it will build the set of elements
367 /// that matches the comparisons (i.e. any of this value validate the chain)
368 /// while for a chain of '&&' it will build the set elements that make the test
369 /// fail.
370 struct ConstantComparesGatherer {
371
372   Value *CompValue = nullptr; /// Value found for the switch comparison
373   Value *Extra = nullptr;  /// Extra clause to be checked before the switch
374   SmallVector<ConstantInt*, 8> Vals; /// Set of integers to match in switch
375   unsigned UsedICmps = 0; /// Number of comparisons matched in the and/or chain
376
377   /// Construct and compute the result for the comparison instruction Cond
378   ConstantComparesGatherer(Instruction *Cond, const DataLayout *DL) {
379     gather(Cond, DL);
380   }
381
382   /// Prevent copy
383   ConstantComparesGatherer(const ConstantComparesGatherer&) = delete;
384   ConstantComparesGatherer &operator=(const ConstantComparesGatherer&) = delete;
385
386 private:
387
388   /// Try to set the current value used for the comparison, it succeeds only if
389   /// it wasn't set before or if the new value is the same as the old one
390   bool setValueOnce(Value *NewVal) {
391     if(CompValue && CompValue != NewVal) return false;
392     return CompValue = NewVal;
393   }
394
395   /// Try to match Instruction "I" as a comparison against a constant and
396   /// populates the array Vals with the set of values that match (or do not
397   /// match depending on isEQ).
398   /// Return false on failure. On success, the Value the comparison matched
399   /// against is placed in CompValue.
400   /// If CompValue is already set, the function is expected to fail if a match
401   /// is found but the value compared to is different.
402   bool matchInstruction(Instruction *I, const DataLayout *DL, bool isEQ) {
403     // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
404     ICmpInst *ICI;
405     ConstantInt *C;
406     if (!((ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) &&
407              (C = GetConstantInt(I->getOperand(1), DL)))) {
408       return false;
409     }
410
411     Value *RHSVal;
412     ConstantInt *RHSC;
413
414     // Pattern match a special case
415     // (x & ~2^x) == y --> x == y || x == y|2^x
416     // This undoes a transformation done by instcombine to fuse 2 compares.
417     if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
418       if (match(ICI->getOperand(0),
419                 m_And(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
420         APInt Not = ~RHSC->getValue();
421         if (Not.isPowerOf2()) {
422           // If we already have a value for the switch, it has to match!
423           if(!setValueOnce(RHSVal))
424             return false;
425
426           Vals.push_back(C);
427           Vals.push_back(ConstantInt::get(C->getContext(),
428                                           C->getValue() | Not));
429           UsedICmps++;
430           return true;
431         }
432       }
433
434       // If we already have a value for the switch, it has to match!
435       if(!setValueOnce(ICI->getOperand(0)))
436         return false;
437
438       UsedICmps++;
439       Vals.push_back(C);
440       return ICI->getOperand(0);
441     }
442
443     // If we have "x ult 3", for example, then we can add 0,1,2 to the set.
444     ConstantRange Span = ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(),
445                                                        C->getValue());
446
447     // Shift the range if the compare is fed by an add. This is the range
448     // compare idiom as emitted by instcombine.
449     Value *CandidateVal = I->getOperand(0);
450     if(match(I->getOperand(0), m_Add(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
451       Span = Span.subtract(RHSC->getValue());
452       CandidateVal = RHSVal;
453     }
454
455     // If this is an and/!= check, then we are looking to build the set of
456     // value that *don't* pass the and chain. I.e. to turn "x ugt 2" into
457     // x != 0 && x != 1.
458     if (!isEQ)
459       Span = Span.inverse();
460
461     // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
462     if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet()) {
463       return false;
464     }
465
466     // If we already have a value for the switch, it has to match!
467     if(!setValueOnce(CandidateVal))
468       return false;
469
470     // Add all values from the range to the set
471     for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
472       Vals.push_back(ConstantInt::get(I->getContext(), Tmp));
473
474     UsedICmps++;
475     return true;
476
477   }
478
479   /// gather - Given a potentially 'or'd or 'and'd together collection of icmp
480   /// eq/ne/lt/gt instructions that compare a value against a constant, extract
481   /// the value being compared, and stick the list constants into the Vals
482   /// vector.
483   /// One "Extra" case is allowed to differ from the other.
484   void gather(Value *V, const DataLayout *DL) {
485     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
486     bool isEQ = (I->getOpcode() == Instruction::Or);
487
488     // Keep a stack (SmallVector for efficiency) for depth-first traversal
489     SmallVector<Value *, 8> DFT;
490
491     // Initialize
492     DFT.push_back(V);
493
494     while(!DFT.empty()) {
495       V = DFT.pop_back_val();
496
497       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
498         // If it is a || (or && depending on isEQ), process the operands.
499         if (I->getOpcode() == (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And)) {
500           DFT.push_back(I->getOperand(1));
501           DFT.push_back(I->getOperand(0));
502           continue;
503         }
504
505         // Try to match the current instruction
506         if (matchInstruction(I, DL, isEQ))
507           // Match succeed, continue the loop
508           continue;
509       }
510
511       // One element of the sequence of || (or &&) could not be match as a
512       // comparison against the same value as the others.
513       // We allow only one "Extra" case to be checked before the switch
514       if (!Extra) {
515         Extra = V;
516         continue;
517       }
518       // Failed to parse a proper sequence, abort now
519       CompValue = nullptr;
520       break;
521     }
522   }
523 };
524
525 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
526   Instruction *Cond = nullptr;
527   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
528     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
529   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
530     if (BI->isConditional())
531       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
532   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
533     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
534   }
535
536   TI->eraseFromParent();
537   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
538 }
539
540 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
541 /// to see if a value is equal to constant integer value.
542 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
543   Value *CV = nullptr;
544   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
545     // Do not permit merging of large switch instructions into their
546     // predecessors unless there is only one predecessor.
547     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
548                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
549       CV = SI->getCondition();
550   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
551     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
552       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
553         if (ICI->isEquality() && GetConstantInt(ICI->getOperand(1), DL))
554           CV = ICI->getOperand(0);
555
556   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
557   if (DL && CV) {
558     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV)) {
559       Value *Ptr = PTII->getPointerOperand();
560       if (PTII->getType() == DL->getIntPtrType(Ptr->getType()))
561         CV = Ptr;
562     }
563   }
564   return CV;
565 }
566
567 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
568 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
569 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
570 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
571                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
572                                                                        &Cases) {
573   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
574     Cases.reserve(SI->getNumCases());
575     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
576       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
577                                                   i.getCaseSuccessor()));
578     return SI->getDefaultDest();
579   }
580
581   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
582   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
583   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
584   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
585                                                              DL),
586                                               Succ));
587   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
588 }
589
590
591 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
592 /// in the list that match the specified block.
593 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
594                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
595   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
596 }
597
598 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
599 /// well.
600 static bool
601 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
602               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
603   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
604
605   // Make V1 be smaller than V2.
606   if (V1->size() > V2->size())
607     std::swap(V1, V2);
608
609   if (V1->size() == 0) return false;
610   if (V1->size() == 1) {
611     // Just scan V2.
612     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
613     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
614       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
615         return true;
616   }
617
618   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
619   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
620   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
621   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
622   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
623     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
624       return true;
625     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
626       ++i1;
627     else
628       ++i2;
629   }
630   return false;
631 }
632
633 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
634 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
635 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
636 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
637 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
638 /// form of jump threading.
639 bool SimplifyCFGOpt::
640 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
641                                               BasicBlock *Pred,
642                                               IRBuilder<> &Builder) {
643   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
644   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
645
646   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
647   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
648   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
649
650   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
651   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
652
653   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
654   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
655   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
656                                                         PredCases);
657   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
658
659   // Find information about how control leaves this block.
660   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
661   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
662   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
663
664   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
665   // simplify TI based on this knowledge.
666   if (PredDef == TI->getParent()) {
667     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
668     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
669     // can simplify TI.
670     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
671       return false;
672
673     if (isa<BranchInst>(TI)) {
674       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
675       // uncond br.
676       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
677       // Insert the new branch.
678       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
679       (void) NI;
680
681       // Remove PHI node entries for the dead edge.
682       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
683
684       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
685            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
686
687       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
688       return true;
689     }
690
691     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
692     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
693     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
694     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
695       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
696
697     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
698                  << "Through successor TI: " << *TI);
699
700     // Collect branch weights into a vector.
701     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
702     MDNode *MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
703     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
704     if (HasWeight)
705       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
706            ++MD_i) {
707         ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
708         assert(CI);
709         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
710       }
711     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
712       --i;
713       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
714         if (HasWeight) {
715           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
716           Weights.pop_back();
717         }
718         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
719         SI->removeCase(i);
720       }
721     }
722     if (HasWeight && Weights.size() >= 2)
723       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
724                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
725                       createBranchWeights(Weights));
726
727     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
728     return true;
729   }
730
731   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
732   // which value (or set of values) this is.
733   ConstantInt *TIV = nullptr;
734   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
735   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
736     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
737       if (TIV)
738         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
739       TIV = PredCases[i].Value;
740     }
741   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
742
743   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
744   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
745   BasicBlock *TheRealDest = nullptr;
746   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
747     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
748       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
749       break;
750     }
751
752   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
753   if (!TheRealDest) TheRealDest = ThisDef;
754
755   // Remove PHI node entries for dead edges.
756   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
757   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
758     if (*SI != CheckEdge)
759       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
760     else
761       CheckEdge = nullptr;
762
763   // Insert the new branch.
764   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
765   (void) NI;
766
767   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
768             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
769
770   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
771   return true;
772 }
773
774 namespace {
775   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
776   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
777   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
778   struct ConstantIntOrdering {
779     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
780       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
781     }
782   };
783 }
784
785 static int ConstantIntSortPredicate(ConstantInt *const *P1,
786                                     ConstantInt *const *P2) {
787   const ConstantInt *LHS = *P1;
788   const ConstantInt *RHS = *P2;
789   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
790     return 1;
791   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
792     return 0;
793   return -1;
794 }
795
796 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
797   MDNode *ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
798   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
799     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
800       return MDS->getString().equals("branch_weights");
801
802   return false;
803 }
804
805 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
806 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
807 /// metadata.
808 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
809                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
810   MDNode *MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
811   assert(MD);
812   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
813     ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
814     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
815   }
816
817   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
818   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
819   // default weight to be the first entry.
820   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
821     assert(Weights.size() == 2);
822     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
823     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
824       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
825   }
826 }
827
828 /// Keep halving the weights until all can fit in uint32_t.
829 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
830   uint64_t Max = *std::max_element(Weights.begin(), Weights.end());
831   if (Max > UINT_MAX) {
832     unsigned Offset = 32 - countLeadingZeros(Max);
833     for (uint64_t &I : Weights)
834       I >>= Offset;
835   }
836 }
837
838 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
839 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
840 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
841 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
842 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
843                                                          IRBuilder<> &Builder) {
844   BasicBlock *BB = TI->getParent();
845   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
846   assert(CV && "Not a comparison?");
847   bool Changed = false;
848
849   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
850   while (!Preds.empty()) {
851     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
852
853     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
854     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
855     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
856
857     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
858       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
859       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
860       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
861
862       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
863       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
864
865       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
866       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
867       // build.
868       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
869
870       // Update the branch weight metadata along the way
871       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
872       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
873       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
874
875       if (PredHasWeights) {
876         GetBranchWeights(PTI, Weights);
877         // branch-weight metadata is inconsistent here.
878         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
879           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
880       } else if (SuccHasWeights)
881         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
882         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
883         // successor's weights
884         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
885
886       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
887       if (SuccHasWeights) {
888         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
889         // branch-weight metadata is inconsistent here.
890         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
891           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
892       } else if (PredHasWeights)
893         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
894
895       if (PredDefault == BB) {
896         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
897         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
898         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
899         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
900           if (PredCases[i].Dest != BB)
901             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
902           else {
903             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
904             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
905
906             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
907               // Increase weight for the default case.
908               Weights[0] += Weights[i+1];
909               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
910               Weights.pop_back();
911             }
912
913             PredCases.pop_back();
914             --i; --e;
915           }
916
917         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
918         if (PredDefault != BBDefault) {
919           PredDefault->removePredecessor(Pred);
920           PredDefault = BBDefault;
921           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
922         }
923
924         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
925         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
926         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
927           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
928               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
929             PredCases.push_back(BBCases[i]);
930             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
931             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
932               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
933               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
934               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
935               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
936               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
937             }
938           }
939
940         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
941           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
942           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
943           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
944             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
945           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
946           Weights[0] *= SuccWeights[0];
947         }
948       } else {
949         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
950         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
951         // activated.
952         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
953         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
954         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
955           if (PredCases[i].Dest == BB) {
956             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
957
958             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
959               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
960               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
961               Weights.pop_back();
962             }
963
964             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
965             PredCases.pop_back();
966             --i; --e;
967           }
968
969         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
970         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
971         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
972           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
973             // If this is one we are capable of getting...
974             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
975               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
976             PredCases.push_back(BBCases[i]);
977             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
978             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
979           }
980
981         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
982         // they must go to the default destination of TI.
983         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
984                                     PTIHandled.begin(),
985                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
986           if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
987             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]);
988           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
989           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
990         }
991       }
992
993       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
994       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
995       // successors.
996       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
997         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
998
999       Builder.SetInsertPoint(PTI);
1000       // Convert pointer to int before we switch.
1001       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
1002         assert(DL && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
1003         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, DL->getIntPtrType(CV->getType()),
1004                                     "magicptr");
1005       }
1006
1007       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
1008       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
1009                                                PredCases.size());
1010       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
1011       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
1012         NewSI->addCase(PredCases[i].Value, PredCases[i].Dest);
1013
1014       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
1015         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
1016         FitWeights(Weights);
1017
1018         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
1019
1020         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
1021                            MDBuilder(BB->getContext()).
1022                            createBranchWeights(MDWeights));
1023       }
1024
1025       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
1026
1027       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
1028       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
1029       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
1030       BasicBlock *InfLoopBlock = nullptr;
1031       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1032         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
1033           if (!InfLoopBlock) {
1034             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1035             // or it won't matter if it's hot. :)
1036             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1037                                               "infloop", BB->getParent());
1038             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1039           }
1040           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
1041         }
1042
1043       Changed = true;
1044     }
1045   }
1046   return Changed;
1047 }
1048
1049 // isSafeToHoistInvoke - If we would need to insert a select that uses the
1050 // value of this invoke (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we
1051 // would need to do this), we can't hoist the invoke, as there is nowhere
1052 // to put the select in this case.
1053 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
1054                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
1055   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1056     PHINode *PN;
1057     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1058          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1059       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1060       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1061       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
1062         return false;
1063       }
1064     }
1065   }
1066   return true;
1067 }
1068
1069 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I);
1070
1071 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
1072 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
1073 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1074 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI, const DataLayout *DL) {
1075   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1076   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1077   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1078   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1079   // identical order.
1080   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1081   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1082
1083   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1084   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1085
1086   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
1087   // Skip debug info if it is not identical.
1088   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1089   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1090   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1091     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1092       I1 = BB1_Itr++;
1093     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1094       I2 = BB2_Itr++;
1095   }
1096   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1097       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1098     return false;
1099
1100   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1101
1102   bool Changed = false;
1103   do {
1104     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1105     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1106     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1107       goto HoistTerminator;
1108
1109     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1110     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1111     // the now redundant second instruction.
1112     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
1113     if (!I2->use_empty())
1114       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1115     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1116     unsigned KnownIDs[] = {
1117       LLVMContext::MD_tbaa,
1118       LLVMContext::MD_range,
1119       LLVMContext::MD_fpmath,
1120       LLVMContext::MD_invariant_load,
1121       LLVMContext::MD_nonnull
1122     };
1123     combineMetadata(I1, I2, KnownIDs);
1124     I2->eraseFromParent();
1125     Changed = true;
1126
1127     I1 = BB1_Itr++;
1128     I2 = BB2_Itr++;
1129     // Skip debug info if it is not identical.
1130     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1131     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1132     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1133       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1134         I1 = BB1_Itr++;
1135       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1136         I2 = BB2_Itr++;
1137     }
1138   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1139
1140   return true;
1141
1142 HoistTerminator:
1143   // It may not be possible to hoist an invoke.
1144   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1145     return Changed;
1146
1147   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1148     PHINode *PN;
1149     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1150          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1151       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1152       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1153       if (BB1V == BB2V)
1154         continue;
1155
1156       // Check for passingValueIsAlwaysUndefined here because we would rather
1157       // eliminate undefined control flow then converting it to a select.
1158       if (passingValueIsAlwaysUndefined(BB1V, PN) ||
1159           passingValueIsAlwaysUndefined(BB2V, PN))
1160        return Changed;
1161
1162       if (isa<ConstantExpr>(BB1V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB1V, DL))
1163         return Changed;
1164       if (isa<ConstantExpr>(BB2V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB2V, DL))
1165         return Changed;
1166     }
1167   }
1168
1169   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1170   Instruction *NT = I1->clone();
1171   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
1172   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1173     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1174     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1175     NT->takeName(I1);
1176   }
1177
1178   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1179   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1180   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1181   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1182   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1183   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1184   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1185     PHINode *PN;
1186     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1187          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1188       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1189       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1190       if (BB1V == BB2V) continue;
1191
1192       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1193       // that determines the right value.
1194       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1195       if (!SI)
1196         SI = cast<SelectInst>
1197           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1198                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1199
1200       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1201       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1202         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1203           PN->setIncomingValue(i, SI);
1204     }
1205   }
1206
1207   // Update any PHI nodes in our new successors.
1208   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1209     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1210
1211   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1212   return true;
1213 }
1214
1215 /// SinkThenElseCodeToEnd - Given an unconditional branch that goes to BBEnd,
1216 /// check whether BBEnd has only two predecessors and the other predecessor
1217 /// ends with an unconditional branch. If it is true, sink any common code
1218 /// in the two predecessors to BBEnd.
1219 static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
1220   assert(BI1->isUnconditional());
1221   BasicBlock *BB1 = BI1->getParent();
1222   BasicBlock *BBEnd = BI1->getSuccessor(0);
1223
1224   // Check that BBEnd has two predecessors and the other predecessor ends with
1225   // an unconditional branch.
1226   pred_iterator PI = pred_begin(BBEnd), PE = pred_end(BBEnd);
1227   BasicBlock *Pred0 = *PI++;
1228   if (PI == PE) // Only one predecessor.
1229     return false;
1230   BasicBlock *Pred1 = *PI++;
1231   if (PI != PE) // More than two predecessors.
1232     return false;
1233   BasicBlock *BB2 = (Pred0 == BB1) ? Pred1 : Pred0;
1234   BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(BB2->getTerminator());
1235   if (!BI2 || !BI2->isUnconditional())
1236     return false;
1237
1238   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
1239   std::map<Value*, std::pair<Value*, PHINode*> > MapValueFromBB1ToBB2;
1240   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = nullptr;
1241   for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end();
1242        I != E; ++I) {
1243     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1244       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1245       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1246       MapValueFromBB1ToBB2[BB1V] = std::make_pair(BB2V, PN);
1247     } else {
1248       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
1249       break;
1250     }
1251   }
1252   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
1253     return false;
1254
1255
1256   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1257   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
1258   // instructions in an identical order.
1259   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
1260       RE1 = BB1->getInstList().rend(), RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
1261       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1262   // Skip debug info.
1263   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1264   if (RI1 == RE1)
1265     return false;
1266   while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1267   if (RI2 == RE2)
1268     return false;
1269   // Skip the unconditional branches.
1270   ++RI1;
1271   ++RI2;
1272
1273   bool Changed = false;
1274   while (RI1 != RE1 && RI2 != RE2) {
1275     // Skip debug info.
1276     while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1277     if (RI1 == RE1)
1278       return Changed;
1279     while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1280     if (RI2 == RE2)
1281       return Changed;
1282
1283     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
1284     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
1285     // perform the same operation.
1286     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1287     if (isa<PHINode>(I1) || isa<PHINode>(I2) ||
1288         isa<TerminatorInst>(I1) || isa<TerminatorInst>(I2) ||
1289         isa<LandingPadInst>(I1) || isa<LandingPadInst>(I2) ||
1290         isa<AllocaInst>(I1) || isa<AllocaInst>(I2) ||
1291         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
1292         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
1293         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
1294         MapValueFromBB1ToBB2.find(I1) == MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1295         MapValueFromBB1ToBB2[I1].first != I2)
1296       return Changed;
1297
1298     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
1299     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
1300     bool SwapOpnds = false;
1301     if (ICmp1 && ICmp2 &&
1302         ICmp1->getOperand(0) != ICmp2->getOperand(0) &&
1303         ICmp1->getOperand(1) != ICmp2->getOperand(1) &&
1304         (ICmp1->getOperand(0) == ICmp2->getOperand(1) ||
1305          ICmp1->getOperand(1) == ICmp2->getOperand(0))) {
1306       ICmp2->swapOperands();
1307       SwapOpnds = true;
1308     }
1309     if (!I1->isSameOperationAs(I2)) {
1310       if (SwapOpnds)
1311         ICmp2->swapOperands();
1312       return Changed;
1313     }
1314
1315     // The operands should be either the same or they need to be generated
1316     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
1317     // a single pair of different operands.
1318     Value *DifferentOp1 = nullptr, *DifferentOp2 = nullptr;
1319     unsigned Op1Idx = 0;
1320     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
1321       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
1322         continue;
1323       // Early exit if we have more-than one pair of different operands or
1324       // the different operand is already in MapValueFromBB1ToBB2.
1325       // Early exit if we need a PHI node to replace a constant.
1326       if (DifferentOp1 ||
1327           MapValueFromBB1ToBB2.find(I1->getOperand(I)) !=
1328           MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1329           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
1330           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
1331         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
1332         if (SwapOpnds)
1333           ICmp2->swapOperands();
1334         return Changed;
1335       }
1336       DifferentOp1 = I1->getOperand(I);
1337       Op1Idx = I;
1338       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
1339     }
1340
1341     // We insert the pair of different operands to MapValueFromBB1ToBB2 and
1342     // remove (I1, I2) from MapValueFromBB1ToBB2.
1343     if (DifferentOp1) {
1344       PHINode *NewPN = PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
1345                                        DifferentOp1->getName() + ".sink",
1346                                        BBEnd->begin());
1347       MapValueFromBB1ToBB2[DifferentOp1] = std::make_pair(DifferentOp2, NewPN);
1348       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
1349       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
1350       NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
1351       NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
1352       DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
1353     }
1354     PHINode *OldPN = MapValueFromBB1ToBB2[I1].second;
1355     MapValueFromBB1ToBB2.erase(I1);
1356
1357     DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n";);
1358     DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n";);
1359     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
1360     // instruction in the basic block down.
1361     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
1362     // Sink the instruction.
1363     BBEnd->getInstList().splice(FirstNonPhiInBBEnd, BB1->getInstList(), I1);
1364     if (!OldPN->use_empty())
1365       OldPN->replaceAllUsesWith(I1);
1366     OldPN->eraseFromParent();
1367
1368     if (!I2->use_empty())
1369       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1370     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1371     // TODO: Use combineMetadata here to preserve what metadata we can
1372     // (analogous to the hoisting case above).
1373     I2->eraseFromParent();
1374
1375     if (UpdateRE1)
1376       RE1 = BB1->getInstList().rend();
1377     if (UpdateRE2)
1378       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1379     FirstNonPhiInBBEnd = I1;
1380     NumSinkCommons++;
1381     Changed = true;
1382   }
1383   return Changed;
1384 }
1385
1386 /// \brief Determine if we can hoist sink a sole store instruction out of a
1387 /// conditional block.
1388 ///
1389 /// We are looking for code like the following:
1390 ///   BrBB:
1391 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1392 ///     ... // No other stores or function calls (we could be calling a memory
1393 ///     ... // function).
1394 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1395 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1396 ///   ThenBB:
1397 ///     store i32 %add5, i32* %arrayidx2
1398 ///     br label EndBB
1399 ///   EndBB:
1400 ///     ...
1401 ///   We are going to transform this into:
1402 ///   BrBB:
1403 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1404 ///     ... //
1405 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1406 ///     %add.add5 = select i1 %cmp, i32 %add, %add5
1407 ///     store i32 %add.add5, i32* %arrayidx2
1408 ///     ...
1409 ///
1410 /// \return The pointer to the value of the previous store if the store can be
1411 ///         hoisted into the predecessor block. 0 otherwise.
1412 static Value *isSafeToSpeculateStore(Instruction *I, BasicBlock *BrBB,
1413                                      BasicBlock *StoreBB, BasicBlock *EndBB) {
1414   StoreInst *StoreToHoist = dyn_cast<StoreInst>(I);
1415   if (!StoreToHoist)
1416     return nullptr;
1417
1418   // Volatile or atomic.
1419   if (!StoreToHoist->isSimple())
1420     return nullptr;
1421
1422   Value *StorePtr = StoreToHoist->getPointerOperand();
1423
1424   // Look for a store to the same pointer in BrBB.
1425   unsigned MaxNumInstToLookAt = 10;
1426   for (BasicBlock::reverse_iterator RI = BrBB->rbegin(),
1427        RE = BrBB->rend(); RI != RE && (--MaxNumInstToLookAt); ++RI) {
1428     Instruction *CurI = &*RI;
1429
1430     // Could be calling an instruction that effects memory like free().
1431     if (CurI->mayHaveSideEffects() && !isa<StoreInst>(CurI))
1432       return nullptr;
1433
1434     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurI);
1435     // Found the previous store make sure it stores to the same location.
1436     if (SI && SI->getPointerOperand() == StorePtr)
1437       // Found the previous store, return its value operand.
1438       return SI->getValueOperand();
1439     else if (SI)
1440       return nullptr; // Unknown store.
1441   }
1442
1443   return nullptr;
1444 }
1445
1446 /// \brief Speculate a conditional basic block flattening the CFG.
1447 ///
1448 /// Note that this is a very risky transform currently. Speculating
1449 /// instructions like this is most often not desirable. Instead, there is an MI
1450 /// pass which can do it with full awareness of the resource constraints.
1451 /// However, some cases are "obvious" and we should do directly. An example of
1452 /// this is speculating a single, reasonably cheap instruction.
1453 ///
1454 /// There is only one distinct advantage to flattening the CFG at the IR level:
1455 /// it makes very common but simplistic optimizations such as are common in
1456 /// instcombine and the DAG combiner more powerful by removing CFG edges and
1457 /// modeling their effects with easier to reason about SSA value graphs.
1458 ///
1459 ///
1460 /// An illustration of this transform is turning this IR:
1461 /// \code
1462 ///   BB:
1463 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1464 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1465 ///   ThenBB:
1466 ///     %sub = sub %x, %y
1467 ///     br label BB2
1468 ///   EndBB:
1469 ///     %phi = phi [ %sub, %ThenBB ], [ 0, %EndBB ]
1470 ///     ...
1471 /// \endcode
1472 ///
1473 /// Into this IR:
1474 /// \code
1475 ///   BB:
1476 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1477 ///     %sub = sub %x, %y
1478 ///     %cond = select i1 %cmp, 0, %sub
1479 ///     ...
1480 /// \endcode
1481 ///
1482 /// \returns true if the conditional block is removed.
1483 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *ThenBB,
1484                                    const DataLayout *DL) {
1485   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1486   Value *BrCond = BI->getCondition();
1487   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1488     return false;
1489
1490   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1491   BasicBlock *EndBB = ThenBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1492
1493   // If ThenBB is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1494   // to swap the select operands later.
1495   bool Invert = false;
1496   if (ThenBB != BI->getSuccessor(0)) {
1497     assert(ThenBB == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1498     Invert = true;
1499   }
1500   assert(EndBB == BI->getSuccessor(!Invert) && "No edge from to end block");
1501
1502   // Keep a count of how many times instructions are used within CondBB when
1503   // they are candidates for sinking into CondBB. Specifically:
1504   // - They are defined in BB, and
1505   // - They have no side effects, and
1506   // - All of their uses are in CondBB.
1507   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4> SinkCandidateUseCounts;
1508
1509   unsigned SpeculationCost = 0;
1510   Value *SpeculatedStoreValue = nullptr;
1511   StoreInst *SpeculatedStore = nullptr;
1512   for (BasicBlock::iterator BBI = ThenBB->begin(),
1513                             BBE = std::prev(ThenBB->end());
1514        BBI != BBE; ++BBI) {
1515     Instruction *I = BBI;
1516     // Skip debug info.
1517     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1518       continue;
1519
1520     // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
1521     // terminator) for now.
1522     ++SpeculationCost;
1523     if (SpeculationCost > 1)
1524       return false;
1525
1526     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1527     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL) &&
1528         !(HoistCondStores &&
1529           (SpeculatedStoreValue = isSafeToSpeculateStore(I, BB, ThenBB,
1530                                                          EndBB))))
1531       return false;
1532     if (!SpeculatedStoreValue &&
1533         ComputeSpeculationCost(I, DL) > PHINodeFoldingThreshold)
1534       return false;
1535
1536     // Store the store speculation candidate.
1537     if (SpeculatedStoreValue)
1538       SpeculatedStore = cast<StoreInst>(I);
1539
1540     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1541     // used in BB. The transformation will prevent the operand from
1542     // being sunk into the use block.
1543     for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end();
1544          i != e; ++i) {
1545       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1546       if (!OpI || OpI->getParent() != BB ||
1547           OpI->mayHaveSideEffects())
1548         continue; // Not a candidate for sinking.
1549
1550       ++SinkCandidateUseCounts[OpI];
1551     }
1552   }
1553
1554   // Consider any sink candidates which are only used in CondBB as costs for
1555   // speculation. Note, while we iterate over a DenseMap here, we are summing
1556   // and so iteration order isn't significant.
1557   for (SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4>::iterator I =
1558            SinkCandidateUseCounts.begin(), E = SinkCandidateUseCounts.end();
1559        I != E; ++I)
1560     if (I->first->getNumUses() == I->second) {
1561       ++SpeculationCost;
1562       if (SpeculationCost > 1)
1563         return false;
1564     }
1565
1566   // Check that the PHI nodes can be converted to selects.
1567   bool HaveRewritablePHIs = false;
1568   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1569        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1570     Value *OrigV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1571     Value *ThenV = PN->getIncomingValueForBlock(ThenBB);
1572
1573     // FIXME: Try to remove some of the duplication with HoistThenElseCodeToIf.
1574     // Skip PHIs which are trivial.
1575     if (ThenV == OrigV)
1576       continue;
1577
1578     // Don't convert to selects if we could remove undefined behavior instead.
1579     if (passingValueIsAlwaysUndefined(OrigV, PN) ||
1580         passingValueIsAlwaysUndefined(ThenV, PN))
1581       return false;
1582
1583     HaveRewritablePHIs = true;
1584     ConstantExpr *OrigCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OrigV);
1585     ConstantExpr *ThenCE = dyn_cast<ConstantExpr>(ThenV);
1586     if (!OrigCE && !ThenCE)
1587       continue; // Known safe and cheap.
1588
1589     if ((ThenCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(ThenCE, DL)) ||
1590         (OrigCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(OrigCE, DL)))
1591       return false;
1592     unsigned OrigCost = OrigCE ? ComputeSpeculationCost(OrigCE, DL) : 0;
1593     unsigned ThenCost = ThenCE ? ComputeSpeculationCost(ThenCE, DL) : 0;
1594     if (OrigCost + ThenCost > 2 * PHINodeFoldingThreshold)
1595       return false;
1596
1597     // Account for the cost of an unfolded ConstantExpr which could end up
1598     // getting expanded into Instructions.
1599     // FIXME: This doesn't account for how many operations are combined in the
1600     // constant expression.
1601     ++SpeculationCost;
1602     if (SpeculationCost > 1)
1603       return false;
1604   }
1605
1606   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1607   // as well.
1608   if (!HaveRewritablePHIs && !(HoistCondStores && SpeculatedStoreValue))
1609     return false;
1610
1611   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1612   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *ThenBB << "\n";);
1613
1614   // Insert a select of the value of the speculated store.
1615   if (SpeculatedStoreValue) {
1616     IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1617     Value *TrueV = SpeculatedStore->getValueOperand();
1618     Value *FalseV = SpeculatedStoreValue;
1619     if (Invert)
1620       std::swap(TrueV, FalseV);
1621     Value *S = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV, TrueV->getName() +
1622                                     "." + FalseV->getName());
1623     SpeculatedStore->setOperand(0, S);
1624   }
1625
1626   // Hoist the instructions.
1627   BB->getInstList().splice(BI, ThenBB->getInstList(), ThenBB->begin(),
1628                            std::prev(ThenBB->end()));
1629
1630   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1631   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1632   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1633        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1634     unsigned OrigI = PN->getBasicBlockIndex(BB);
1635     unsigned ThenI = PN->getBasicBlockIndex(ThenBB);
1636     Value *OrigV = PN->getIncomingValue(OrigI);
1637     Value *ThenV = PN->getIncomingValue(ThenI);
1638
1639     // Skip PHIs which are trivial.
1640     if (OrigV == ThenV)
1641       continue;
1642
1643     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1644     // false value is the preexisting value. Swap them if the branch
1645     // destinations were inverted.
1646     Value *TrueV = ThenV, *FalseV = OrigV;
1647     if (Invert)
1648       std::swap(TrueV, FalseV);
1649     Value *V = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1650                                     TrueV->getName() + "." + FalseV->getName());
1651     PN->setIncomingValue(OrigI, V);
1652     PN->setIncomingValue(ThenI, V);
1653   }
1654
1655   ++NumSpeculations;
1656   return true;
1657 }
1658
1659 /// \returns True if this block contains a CallInst with the NoDuplicate
1660 /// attribute.
1661 static bool HasNoDuplicateCall(const BasicBlock *BB) {
1662   for (BasicBlock::const_iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
1663     const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
1664     if (!CI)
1665       continue;
1666     if (CI->cannotDuplicate())
1667       return true;
1668   }
1669   return false;
1670 }
1671
1672 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1673 /// across this block.
1674 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1675   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1676   unsigned Size = 0;
1677
1678   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1679     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1680       continue;
1681     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1682     ++Size;
1683
1684     // We can only support instructions that do not define values that are
1685     // live outside of the current basic block.
1686     for (User *U : BBI->users()) {
1687       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
1688       if (UI->getParent() != BB || isa<PHINode>(UI)) return false;
1689     }
1690
1691     // Looks ok, continue checking.
1692   }
1693
1694   return true;
1695 }
1696
1697 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1698 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1699 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1700 /// ultimate destination.
1701 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout *DL) {
1702   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1703   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1704   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1705   // outside of the block.
1706   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1707     return false;
1708
1709   // Degenerate case of a single entry PHI.
1710   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1711     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1712     return true;
1713   }
1714
1715   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1716   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1717
1718   if (HasNoDuplicateCall(BB)) return false;
1719
1720   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1721   // constants.
1722   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1723     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1724     if (!CB || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1725
1726     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1727     // branch to RealDest.
1728     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1729     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1730
1731     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1732     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1733     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1734
1735     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1736     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1737     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1738     // the edge we are about to create.
1739     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1740                                             RealDest->getName()+".critedge",
1741                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1742     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1743
1744     // Update PHI nodes.
1745     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1746
1747     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1748     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1749     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1750     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1751     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1752     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1753       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1754         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1755         continue;
1756       }
1757       // Clone the instruction.
1758       Instruction *N = BBI->clone();
1759       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1760
1761       // Update operands due to translation.
1762       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1763            i != e; ++i) {
1764         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1765         if (PI != TranslateMap.end())
1766           *i = PI->second;
1767       }
1768
1769       // Check for trivial simplification.
1770       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, DL)) {
1771         TranslateMap[BBI] = V;
1772         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1773       } else {
1774         // Insert the new instruction into its new home.
1775         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1776         if (!BBI->use_empty())
1777           TranslateMap[BBI] = N;
1778       }
1779     }
1780
1781     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1782     // to EdgeBB instead.
1783     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1784     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1785       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1786         BB->removePredecessor(PredBB);
1787         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1788       }
1789
1790     // Recurse, simplifying any other constants.
1791     return FoldCondBranchOnPHI(BI, DL) | true;
1792   }
1793
1794   return false;
1795 }
1796
1797 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1798 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1799 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const DataLayout *DL) {
1800   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1801   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1802   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1803   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1804   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1805   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1806   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1807   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1808   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1809   if (!IfCond ||
1810       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1811       isa<ConstantInt>(IfCond))
1812     return false;
1813
1814   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1815   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1816   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1817   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1818   // fewer PHI nodes in this block.
1819   unsigned NumPhis = 0;
1820   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1821     if (NumPhis > 2)
1822       return false;
1823
1824   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1825   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1826   // that need to be moved to the dominating block.
1827   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1828   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1829            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1830
1831   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1832     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1833     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, DL)) {
1834       PN->replaceAllUsesWith(V);
1835       PN->eraseFromParent();
1836       continue;
1837     }
1838
1839     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1840                              MaxCostVal0, DL) ||
1841         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1842                              MaxCostVal1, DL))
1843       return false;
1844   }
1845
1846   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1847   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1848   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1849   if (!PN) return true;
1850
1851   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1852   // often be turned into switches and other things.
1853   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1854       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1855        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1856        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1857     return false;
1858
1859   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1860   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1861   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1862   // worth promoting to select instructions.
1863   BasicBlock *DomBlock = nullptr;
1864   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1865   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1866   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1867     IfBlock1 = nullptr;
1868   } else {
1869     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1870     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1871       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1872         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1873         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1874         // flow, so the xform is not worth it.
1875         return false;
1876       }
1877   }
1878
1879   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1880     IfBlock2 = nullptr;
1881   } else {
1882     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1883     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1884       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1885         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1886         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1887         // flow, so the xform is not worth it.
1888         return false;
1889       }
1890   }
1891
1892   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1893                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1894
1895   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1896   // do all of the PHI's now.
1897   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1898   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1899
1900   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1901   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1902   if (IfBlock1)
1903     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1904                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1905                                    IfBlock1->getTerminator());
1906   if (IfBlock2)
1907     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1908                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1909                                    IfBlock2->getTerminator());
1910
1911   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1912     // Change the PHI node into a select instruction.
1913     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1914     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1915
1916     SelectInst *NV =
1917       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1918     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1919     NV->takeName(PN);
1920     PN->eraseFromParent();
1921   }
1922
1923   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1924   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1925   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1926   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1927   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1928   Builder.CreateBr(BB);
1929   OldTI->eraseFromParent();
1930   return true;
1931 }
1932
1933 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1934 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1935 /// introducing a select if the return values disagree.
1936 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1937                                            IRBuilder<> &Builder) {
1938   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1939   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1940   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1941   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1942   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1943
1944   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1945   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1946   // computation on one path or the other.
1947   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1948     return false;
1949   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1950     return false;
1951
1952   Builder.SetInsertPoint(BI);
1953   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1954   // there is no return value for this function, just change the
1955   // branch into a return.
1956   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1957     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1958     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1959     Builder.CreateRetVoid();
1960     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1961     return true;
1962   }
1963
1964   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1965   // so we can insert a new select instruction.
1966   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1967   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1968
1969   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1970   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1971     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1972       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1973   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1974     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1975       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1976
1977   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1978   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1979   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1980   // constant expression that prevents this transformation from being
1981   // safe.
1982   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1983     if (TCV->canTrap())
1984       return false;
1985   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1986     if (FCV->canTrap())
1987       return false;
1988
1989   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1990   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1991   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1992   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1993
1994   // Insert select instructions where needed.
1995   Value *BrCond = BI->getCondition();
1996   if (TrueValue) {
1997     // Insert a select if the results differ.
1998     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1999     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
2000       TrueValue = FalseValue;
2001     } else {
2002       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
2003                                        FalseValue, "retval");
2004     }
2005   }
2006
2007   Value *RI = !TrueValue ?
2008     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
2009
2010   (void) RI;
2011
2012   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
2013                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
2014                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
2015
2016   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2017
2018   return true;
2019 }
2020
2021 /// ExtractBranchMetadata - Given a conditional BranchInstruction, retrieve the
2022 /// probabilities of the branch taking each edge. Fills in the two APInt
2023 /// parameters and return true, or returns false if no or invalid metadata was
2024 /// found.
2025 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
2026                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
2027   assert(BI->isConditional() &&
2028          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
2029   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
2030   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
2031   ConstantInt *CITrue = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
2032   ConstantInt *CIFalse = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
2033   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
2034   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
2035   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
2036   return true;
2037 }
2038
2039 /// checkCSEInPredecessor - Return true if the given instruction is available
2040 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
2041 ///
2042 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
2043   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
2044     return false;
2045   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
2046     Instruction *PBI = &*I;
2047     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
2048     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
2049       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
2050       Inst->eraseFromParent();
2051       return true;
2052     }
2053   }
2054   return false;
2055 }
2056
2057 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
2058 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
2059 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
2060 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI, const DataLayout *DL,
2061                                   unsigned BonusInstThreshold) {
2062   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2063
2064   Instruction *Cond = nullptr;
2065   if (BI->isConditional())
2066     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2067   else {
2068     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
2069     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
2070     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
2071     // predecessor.
2072     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
2073       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
2074         if (PBI->isConditional() &&
2075             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
2076              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
2077           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
2078                I != E; ) {
2079             Instruction *Curr = I++;
2080             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
2081               Cond = Curr;
2082               break;
2083             }
2084             // Quit if we can't remove this instruction.
2085             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
2086               return false;
2087           }
2088         }
2089
2090     if (!Cond)
2091       return false;
2092   }
2093
2094   if (!Cond || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
2095       Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
2096   return false;
2097
2098   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
2099   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
2100
2101   // Ignore dbg intrinsics.
2102   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
2103
2104   if (&*CondIt != BI)
2105     return false;
2106
2107   // Only allow this transformation if computing the condition doesn't involve
2108   // too many instructions and these involved instructions can be executed
2109   // unconditionally. We denote all involved instructions except the condition
2110   // as "bonus instructions", and only allow this transformation when the
2111   // number of the bonus instructions does not exceed a certain threshold.
2112   unsigned NumBonusInsts = 0;
2113   for (auto I = BB->begin(); Cond != I; ++I) {
2114     // Ignore dbg intrinsics.
2115     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2116       continue;
2117     if (!I->hasOneUse() || !isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL))
2118       return false;
2119     // I has only one use and can be executed unconditionally.
2120     Instruction *User = dyn_cast<Instruction>(I->user_back());
2121     if (User == nullptr || User->getParent() != BB)
2122       return false;
2123     // I is used in the same BB. Since BI uses Cond and doesn't have more slots
2124     // to use any other instruction, User must be an instruction between next(I)
2125     // and Cond.
2126     ++NumBonusInsts;
2127     // Early exits once we reach the limit.
2128     if (NumBonusInsts > BonusInstThreshold)
2129       return false;
2130   }
2131
2132   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
2133   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
2134   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
2135     if (CE->canTrap())
2136       return false;
2137   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
2138     if (CE->canTrap())
2139       return false;
2140
2141   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
2142   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
2143   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : nullptr;
2144   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
2145     return false;
2146
2147   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2148     BasicBlock *PredBlock = *PI;
2149     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
2150
2151     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
2152     // the common successor, verify that the same value flows in from both
2153     // blocks.
2154     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
2155     if (!PBI || PBI->isUnconditional() ||
2156         (BI->isConditional() &&
2157          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
2158         (!BI->isConditional() &&
2159          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
2160       continue;
2161
2162     // Determine if the two branches share a common destination.
2163     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
2164     bool InvertPredCond = false;
2165
2166     if (BI->isConditional()) {
2167       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
2168         Opc = Instruction::Or;
2169       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
2170         Opc = Instruction::And;
2171       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
2172         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
2173       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
2174         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
2175       else
2176         continue;
2177     } else {
2178       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
2179         continue;
2180     }
2181
2182     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2183     IRBuilder<> Builder(PBI);
2184
2185     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2186     if (InvertPredCond) {
2187       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2188
2189       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2190         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2191         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2192       } else {
2193         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
2194                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
2195       }
2196
2197       PBI->setCondition(NewCond);
2198       PBI->swapSuccessors();
2199     }
2200
2201     // If we have bonus instructions, clone them into the predecessor block.
2202     // Note that there may be mutliple predecessor blocks, so we cannot move
2203     // bonus instructions to a predecessor block.
2204     ValueToValueMapTy VMap; // maps original values to cloned values
2205     // We already make sure Cond is the last instruction before BI. Therefore,
2206     // every instructions before Cond other than DbgInfoIntrinsic are bonus
2207     // instructions.
2208     for (auto BonusInst = BB->begin(); Cond != BonusInst; ++BonusInst) {
2209       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BonusInst))
2210         continue;
2211       Instruction *NewBonusInst = BonusInst->clone();
2212       RemapInstruction(NewBonusInst, VMap,
2213                        RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingEntries);
2214       VMap[BonusInst] = NewBonusInst;
2215
2216       // If we moved a load, we cannot any longer claim any knowledge about
2217       // its potential value. The previous information might have been valid
2218       // only given the branch precondition.
2219       // For an analogous reason, we must also drop all the metadata whose
2220       // semantics we don't understand.
2221       NewBonusInst->dropUnknownMetadata(LLVMContext::MD_dbg);
2222
2223       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonusInst);
2224       NewBonusInst->takeName(BonusInst);
2225       BonusInst->setName(BonusInst->getName() + ".old");
2226     }
2227
2228     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
2229     // two conditions together.
2230     Instruction *New = Cond->clone();
2231     RemapInstruction(New, VMap,
2232                      RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingEntries);
2233     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
2234     New->takeName(Cond);
2235     Cond->setName(New->getName() + ".old");
2236
2237     if (BI->isConditional()) {
2238       Instruction *NewCond =
2239         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
2240                                             New, "or.cond"));
2241       PBI->setCondition(NewCond);
2242
2243       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2244       bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2245                                                   PredFalseWeight);
2246       bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2247                                                   SuccFalseWeight);
2248       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2249
2250       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2251         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2252           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2253           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2254           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2255           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2256           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2257           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2258           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2259           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2260           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * (SuccFalseWeight +
2261                SuccTrueWeight) + PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2262         }
2263         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
2264         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2265       }
2266       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2267         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2268           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2269           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2270           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2271           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2272           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * (SuccFalseWeight +
2273               SuccTrueWeight) + PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2274           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2275           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2276         }
2277         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
2278         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2279       }
2280       if (NewWeights.size() == 2) {
2281         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2282         FitWeights(NewWeights);
2283
2284         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2285         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2286                          MDBuilder(BI->getContext()).
2287                          createBranchWeights(MDWeights));
2288       } else
2289         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, nullptr);
2290     } else {
2291       // Update PHI nodes in the common successors.
2292       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2293         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2294           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2295         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2296         Instruction *MergedCond = nullptr;
2297         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2298           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2299           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2300           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2301           Instruction *NotCond =
2302             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2303                                 "not.cond"));
2304           MergedCond =
2305             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2306                                 NotCond, New,
2307                                 "and.cond"));
2308           if (PBI_C->isOne())
2309             MergedCond =
2310               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2311                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
2312                                   "or.cond"));
2313         } else {
2314           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2315           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2316           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2317           MergedCond =
2318             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2319                                 PBI->getCondition(), New,
2320                                 "and.cond"));
2321           if (PBI_C->isOne()) {
2322             Instruction *NotCond =
2323               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2324                                   "not.cond"));
2325             MergedCond =
2326               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2327                                   NotCond, MergedCond,
2328                                   "or.cond"));
2329           }
2330         }
2331         // Update PHI Node.
2332         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
2333                                   MergedCond);
2334       }
2335       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2336       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2337       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
2338       PBI = New_PBI;
2339     }
2340
2341     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2342     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2343
2344     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2345     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2346       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2347         I->clone()->insertBefore(PBI);
2348
2349     return true;
2350   }
2351   return false;
2352 }
2353
2354 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
2355 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
2356 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2357 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2358 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
2359   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2360   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2361
2362   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2363   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2364   // this conditional branch redundant.
2365   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2366       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2367     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2368     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2369     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2370       // Turn this into a branch on constant.
2371       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2372       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2373                                         CondIsTrue));
2374       return true;  // Nuke the branch on constant.
2375     }
2376
2377     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2378     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2379     // simplifycfg will thread the block.
2380     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2381       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2382       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2383                                        std::distance(PB, PE),
2384                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
2385                                        BB->begin());
2386       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2387       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2388       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2389       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2390         BasicBlock *P = *PI;
2391         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2392             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2393             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2394             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2395           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2396           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2397                                               CondIsTrue), P);
2398         } else {
2399           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2400         }
2401       }
2402
2403       BI->setCondition(NewPN);
2404       return true;
2405     }
2406   }
2407
2408   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2409   // predecessors are a conditional branch to one of our destinations,
2410   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2411   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2412   // Ignore dbg intrinsics.
2413   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2414     ++BBI;
2415   if (&*BBI != BI)
2416     return false;
2417
2418
2419   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2420     if (CE->canTrap())
2421       return false;
2422
2423   int PBIOp, BIOp;
2424   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2425     PBIOp = BIOp = 0;
2426   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2427     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2428   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2429     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2430   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2431     PBIOp = BIOp = 1;
2432   else
2433     return false;
2434
2435   // Check to make sure that the other destination of this branch
2436   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2437   // keep getting unwound.
2438   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2439     return false;
2440
2441   // Do not perform this transformation if it would require
2442   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2443   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2444
2445   // Also do not perform this transformation if any phi node in the common
2446   // destination block can trap when reached by BB or PBB (PR17073). In that
2447   // case, it would be unsafe to hoist the operation into a select instruction.
2448
2449   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2450   unsigned NumPhis = 0;
2451   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2452        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis) {
2453     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2454       return false;
2455
2456     PHINode *PN = cast<PHINode>(II);
2457     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2458     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BIV))
2459       if (CE->canTrap())
2460         return false;
2461
2462     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2463     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2464     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(PBIV))
2465       if (CE->canTrap())
2466         return false;
2467   }
2468
2469   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2470   BasicBlock *OtherDest = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2471
2472   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2473                << "AND: " << *BI->getParent());
2474
2475
2476   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2477   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2478   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2479   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2480   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2481   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2482   // infinite loop with no cond branch.
2483   if (OtherDest == BB) {
2484     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2485     // or it won't matter if it's hot. :)
2486     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2487                                                   "infloop", BB->getParent());
2488     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2489     OtherDest = InfLoopBlock;
2490   }
2491
2492   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2493
2494   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2495   // it alone, but modify PBI.
2496
2497   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2498   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2499   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2500   if (PBIOp)
2501     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2502
2503   Value *BICond = BI->getCondition();
2504   if (BIOp)
2505     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2506
2507   // Merge the conditions.
2508   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2509
2510   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2511   PBI->setCondition(Cond);
2512   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2513   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2514
2515   // Update branch weight for PBI.
2516   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2517   bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2518                                               PredFalseWeight);
2519   bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2520                                               SuccFalseWeight);
2521   if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2522     uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
2523     uint64_t PredOther = PBIOp ?PredTrueWeight : PredFalseWeight;
2524     uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
2525     uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
2526     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
2527     //                                    PredOther * SuccCommon.
2528     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
2529     SmallVector<uint64_t, 2> NewWeights;
2530     NewWeights.push_back(PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
2531                          PredOther * SuccCommon);
2532     NewWeights.push_back(PredOther * SuccOther);
2533     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2534     FitWeights(NewWeights);
2535
2536     SmallVector<uint32_t, 2> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2537     PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2538                      MDBuilder(BI->getContext()).
2539                      createBranchWeights(MDWeights));
2540   }
2541
2542   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2543   // block that are identical to the entries for BI's block.
2544   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2545
2546   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2547   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2548   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2549   // them agree.
2550   PHINode *PN;
2551   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2552        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2553     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2554     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2555     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2556     if (BIV != PBIV) {
2557       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2558       Value *NV = cast<SelectInst>
2559         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2560       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2561     }
2562   }
2563
2564   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2565   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2566
2567   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2568   // one fewer predecessor.
2569   return true;
2570 }
2571
2572 // SimplifyTerminatorOnSelect - Simplifies a terminator by replacing it with a
2573 // branch to TrueBB if Cond is true or to FalseBB if Cond is false.
2574 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2575 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2576 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2577 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2578                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
2579                                        uint32_t TrueWeight,
2580                                        uint32_t FalseWeight){
2581   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2582   // First, figure out which successors to preserve.
2583   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2584   // successor.
2585   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2586   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : nullptr;
2587
2588   // Then remove the rest.
2589   for (unsigned I = 0, E = OldTerm->getNumSuccessors(); I != E; ++I) {
2590     BasicBlock *Succ = OldTerm->getSuccessor(I);
2591     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2592     if (Succ == KeepEdge1)
2593       KeepEdge1 = nullptr;
2594     else if (Succ == KeepEdge2)
2595       KeepEdge2 = nullptr;
2596     else
2597       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
2598   }
2599
2600   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2601   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2602
2603   // Insert an appropriate new terminator.
2604   if (!KeepEdge1 && !KeepEdge2) {
2605     if (TrueBB == FalseBB)
2606       // We were only looking for one successor, and it was present.
2607       // Create an unconditional branch to it.
2608       Builder.CreateBr(TrueBB);
2609     else {
2610       // We found both of the successors we were looking for.
2611       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2612       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2613       if (TrueWeight != FalseWeight)
2614         NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2615                            MDBuilder(OldTerm->getContext()).
2616                            createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
2617     }
2618   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2619     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2620     // terminator must be unreachable.
2621     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2622   } else {
2623     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2624     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2625     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2626     if (!KeepEdge1)
2627       // Only TrueBB was found.
2628       Builder.CreateBr(TrueBB);
2629     else
2630       // Only FalseBB was found.
2631       Builder.CreateBr(FalseBB);
2632   }
2633
2634   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2635   return true;
2636 }
2637
2638 // SimplifySwitchOnSelect - Replaces
2639 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2640 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2641 // unconditional otherwise.
2642 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2643   // Check for constant integer values in the select.
2644   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2645   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2646   if (!TrueVal || !FalseVal)
2647     return false;
2648
2649   // Find the relevant condition and destinations.
2650   Value *Condition = Select->getCondition();
2651   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2652   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2653
2654   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
2655   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
2656   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2657   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2658   if (HasWeights) {
2659     GetBranchWeights(SI, Weights);
2660     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2661       TrueWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal).
2662                                      getSuccessorIndex()];
2663       FalseWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal).
2664                                       getSuccessorIndex()];
2665     }
2666   }
2667
2668   // Perform the actual simplification.
2669   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB,
2670                                     TrueWeight, FalseWeight);
2671 }
2672
2673 // SimplifyIndirectBrOnSelect - Replaces
2674 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2675 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2676 // with
2677 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2678 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2679   // Check that both operands of the select are block addresses.
2680   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2681   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2682   if (!TBA || !FBA)
2683     return false;
2684
2685   // Extract the actual blocks.
2686   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2687   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2688
2689   // Perform the actual simplification.
2690   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB,
2691                                     0, 0);
2692 }
2693
2694 /// TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt - This is called when we find an icmp
2695 /// instruction (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2696 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2697 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2698 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2699 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2700 /// like:
2701 ///
2702 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2703 /// DEFAULT:
2704 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2705 ///   br label %end
2706 /// end:
2707 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2708 ///
2709 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2710 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2711 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
2712     ICmpInst *ICI, IRBuilder<> &Builder, const TargetTransformInfo &TTI,
2713     unsigned BonusInstThreshold, const DataLayout *DL, AssumptionTracker *AT) {
2714   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2715
2716   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2717   // complex.
2718   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2719
2720   Value *V = ICI->getOperand(0);
2721   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2722
2723   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2724   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2725   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2726   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2727   if (!Pred || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2728
2729   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2730   if (SI->getCondition() != V)
2731     return false;
2732
2733   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2734   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2735   // away.
2736   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2737     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2738     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2739     ICI->setOperand(0, VVal);
2740
2741     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, DL)) {
2742       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2743       ICI->eraseFromParent();
2744     }
2745     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2746     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
2747   }
2748
2749   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2750   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2751   // and zap it.
2752   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
2753     Value *V;
2754     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2755       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2756     else
2757       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2758
2759     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2760     ICI->eraseFromParent();
2761     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2762     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
2763   }
2764
2765   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2766   // the block.
2767   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2768   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->user_back());
2769   if (PHIUse == nullptr || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2770       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2771     return false;
2772
2773   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2774   // true in the PHI.
2775   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2776   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2777
2778   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2779     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2780
2781   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2782   // false depending on if it is EQ or NE.
2783   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2784   ICI->eraseFromParent();
2785
2786   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2787   // the switch to the merge point on the compared value.
2788   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2789                                          BB->getParent(), BB);
2790   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2791   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2792   if (HasWeights) {
2793     GetBranchWeights(SI, Weights);
2794     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2795       // Split weight for default case to case for "Cst".
2796       Weights[0] = (Weights[0]+1) >> 1;
2797       Weights.push_back(Weights[0]);
2798
2799       SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
2800       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2801                       MDBuilder(SI->getContext()).
2802                       createBranchWeights(MDWeights));
2803     }
2804   }
2805   SI->addCase(Cst, NewBB);
2806
2807   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2808   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2809   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2810   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2811   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2812   return true;
2813 }
2814
2815 /// SimplifyBranchOnICmpChain - The specified branch is a conditional branch.
2816 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2817 /// fold it into a switch instruction if so.
2818 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const DataLayout *DL,
2819                                       IRBuilder<> &Builder) {
2820   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2821   if (!Cond) return false;
2822
2823   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2824   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2825   // 'setne's and'ed together, collect them.
2826
2827   // Try to gather values from a chain of and/or to be turned into a switch
2828   ConstantComparesGatherer ConstantCompare{Cond, DL};
2829   // Unpack the result
2830   SmallVectorImpl<ConstantInt*> &Values = ConstantCompare.Vals;
2831   Value *CompVal = ConstantCompare.CompValue;
2832   unsigned UsedICmps = ConstantCompare.UsedICmps;
2833   Value *ExtraCase = ConstantCompare.Extra;
2834
2835   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2836   if (!CompVal) return false;
2837
2838   // Avoid turning single icmps into a switch.
2839   if (UsedICmps <= 1)
2840     return false;
2841
2842   bool TrueWhenEqual = (Cond->getOpcode() == Instruction::Or);
2843
2844   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2845   // instruction can't handle, remove them now.
2846   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2847   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2848
2849   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2850   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2851   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2852
2853   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
2854   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
2855
2856   // Figure out which block is which destination.
2857   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2858   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2859   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2860
2861   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2862
2863   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2864                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2865
2866   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2867   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2868   // right before the condbr to handle it.
2869   if (ExtraCase) {
2870     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2871     // Remove the uncond branch added to the old block.
2872     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2873     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2874
2875     if (TrueWhenEqual)
2876       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2877     else
2878       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2879
2880     OldTI->eraseFromParent();
2881
2882     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2883     // for the edge we just added.
2884     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2885
2886     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2887           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2888     BB = NewBB;
2889   }
2890
2891   Builder.SetInsertPoint(BI);
2892   // Convert pointer to int before we switch.
2893   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2894     assert(DL && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
2895     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(CompVal,
2896                                      DL->getIntPtrType(CompVal->getType()),
2897                                      "magicptr");
2898   }
2899
2900   // Create the new switch instruction now.
2901   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2902
2903   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2904   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2905     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2906
2907   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2908   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2909   // the number of edges added.
2910   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2911        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2912     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2913     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2914     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2915       PN->addIncoming(InVal, BB);
2916   }
2917
2918   // Erase the old branch instruction.
2919   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2920
2921   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2922   return true;
2923 }
2924
2925 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2926   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2927   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2928   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2929   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2930   if (RI->getValue() != LPInst)
2931     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2932     // caused control to branch here.
2933     return false;
2934
2935   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2936   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2937   while (++I != E)
2938     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2939       return false;
2940
2941   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2942   bool InvokeRequiresTableEntry = false;
2943   bool Changed = false;
2944   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2945     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2946
2947     if (II->hasFnAttr(Attribute::UWTable)) {
2948       // Don't remove an `invoke' instruction if the ABI requires an entry into
2949       // the table.
2950       InvokeRequiresTableEntry = true;
2951       continue;
2952     }
2953
2954     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2955
2956     // Insert a call instruction before the invoke.
2957     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2958     Call->takeName(II);
2959     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2960     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2961     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2962
2963     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2964     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2965     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2966     // updated.
2967     II->replaceAllUsesWith(Call);
2968     BB->removePredecessor(II->getParent());
2969
2970     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2971     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2972
2973     // Finally, delete the invoke instruction!
2974     II->eraseFromParent();
2975     Changed = true;
2976   }
2977
2978   if (!InvokeRequiresTableEntry)
2979     // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2980     BB->eraseFromParent();
2981
2982   return Changed;
2983 }
2984
2985 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2986   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2987   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2988
2989   // Find predecessors that end with branches.
2990   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2991   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
2992   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2993     BasicBlock *P = *PI;
2994     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
2995     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
2996       if (BI->isUnconditional())
2997         UncondBranchPreds.push_back(P);
2998       else
2999         CondBranchPreds.push_back(BI);
3000     }
3001   }
3002
3003   // If we found some, do the transformation!
3004   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
3005     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
3006       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
3007       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
3008             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
3009       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
3010     }
3011
3012     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
3013     if (pred_begin(BB) == pred_end(BB))
3014       // We know there are no successors, so just nuke the block.
3015       BB->eraseFromParent();
3016
3017     return true;
3018   }
3019
3020   // Check out all of the conditional branches going to this return
3021   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
3022   // branch itself into a select/return pair.
3023   while (!CondBranchPreds.empty()) {
3024     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
3025
3026     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
3027     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
3028         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
3029         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
3030       return true;
3031   }
3032   return false;
3033 }
3034
3035 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
3036   BasicBlock *BB = UI->getParent();
3037
3038   bool Changed = false;
3039
3040   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
3041   // be removed, do so.
3042   while (UI != BB->begin()) {
3043     BasicBlock::iterator BBI = UI;
3044     --BBI;
3045     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
3046     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
3047     // operations may have this effect.
3048     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
3049
3050     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
3051       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
3052         if (SI->isVolatile())
3053           break;
3054       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
3055         if (LI->isVolatile())
3056           break;
3057       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
3058         if (RMWI->isVolatile())
3059           break;
3060       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
3061         if (CXI->isVolatile())
3062           break;
3063       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
3064                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
3065         break;
3066       }
3067       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
3068       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
3069       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
3070       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
3071     }
3072
3073     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
3074     if (!BBI->use_empty())
3075       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
3076     BBI->eraseFromParent();
3077     Changed = true;
3078   }
3079
3080   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
3081   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
3082   if (&BB->front() != UI) return Changed;
3083
3084   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
3085   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
3086     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
3087     IRBuilder<> Builder(TI);
3088     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
3089       if (BI->isUnconditional()) {
3090         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3091           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
3092           TI->eraseFromParent();
3093           Changed = true;
3094         }
3095       } else {
3096         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3097           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
3098           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3099         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
3100           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
3101           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3102           Changed = true;
3103         }
3104       }
3105     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
3106       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3107            i != e; ++i)
3108         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
3109           BB->removePredecessor(SI->getParent());
3110           SI->removeCase(i);
3111           --i; --e;
3112           Changed = true;
3113         }
3114       // If the default value is unreachable, figure out the most popular
3115       // destination and make it the default.
3116       if (SI->getDefaultDest() == BB) {
3117         std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> > Popularity;
3118         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3119              i != e; ++i) {
3120           std::pair<unsigned, unsigned> &entry =
3121               Popularity[i.getCaseSuccessor()];
3122           if (entry.first == 0) {
3123             entry.first = 1;
3124             entry.second = i.getCaseIndex();
3125           } else {
3126             entry.first++;
3127           }
3128         }
3129
3130         // Find the most popular block.
3131         unsigned MaxPop = 0;
3132         unsigned MaxIndex = 0;
3133         BasicBlock *MaxBlock = nullptr;
3134         for (std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> >::iterator
3135              I = Popularity.begin(), E = Popularity.end(); I != E; ++I) {
3136           if (I->second.first > MaxPop ||
3137               (I->second.first == MaxPop && MaxIndex > I->second.second)) {
3138             MaxPop = I->second.first;
3139             MaxIndex = I->second.second;
3140             MaxBlock = I->first;
3141           }
3142         }
3143         if (MaxBlock) {
3144           // Make this the new default, allowing us to delete any explicit
3145           // edges to it.
3146           SI->setDefaultDest(MaxBlock);
3147           Changed = true;
3148
3149           // If MaxBlock has phinodes in it, remove MaxPop-1 entries from
3150           // it.
3151           if (isa<PHINode>(MaxBlock->begin()))
3152             for (unsigned i = 0; i != MaxPop-1; ++i)
3153               MaxBlock->removePredecessor(SI->getParent());
3154
3155           for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3156                i != e; ++i)
3157             if (i.getCaseSuccessor() == MaxBlock) {
3158               SI->removeCase(i);
3159               --i; --e;
3160             }
3161         }
3162       }
3163     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
3164       if (II->getUnwindDest() == BB) {
3165         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
3166         // place to note that the call does not throw though.
3167         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
3168         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
3169
3170         // Insert the call now...
3171         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
3172         Builder.SetInsertPoint(BI);
3173         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
3174                                           Args, II->getName());
3175         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
3176         CI->setAttributes(II->getAttributes());
3177         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
3178         II->replaceAllUsesWith(CI);
3179         delete II;
3180         Changed = true;
3181       }
3182     }
3183   }
3184
3185   // If this block is now dead, remove it.
3186   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
3187       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
3188     // We know there are no successors, so just nuke the block.
3189     BB->eraseFromParent();
3190     return true;
3191   }
3192
3193   return Changed;
3194 }
3195
3196 /// TurnSwitchRangeIntoICmp - Turns a switch with that contains only a
3197 /// integer range comparison into a sub, an icmp and a branch.
3198 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3199   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3200
3201   // Make sure all cases point to the same destination and gather the values.
3202   SmallVector<ConstantInt *, 16> Cases;
3203   SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin();
3204   Cases.push_back(I.getCaseValue());
3205   SwitchInst::CaseIt PrevI = I++;
3206   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); I != E; PrevI = I++) {
3207     if (PrevI.getCaseSuccessor() != I.getCaseSuccessor())
3208       return false;
3209     Cases.push_back(I.getCaseValue());
3210   }
3211   assert(Cases.size() == SI->getNumCases() && "Not all cases gathered");
3212
3213   // Sort the case values, then check if they form a range we can transform.
3214   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
3215   for (unsigned I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
3216     if (Cases[I-1]->getValue() != Cases[I]->getValue()+1)
3217       return false;
3218   }
3219
3220   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(Cases.back());
3221   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), SI->getNumCases());
3222
3223   Value *Sub = SI->getCondition();
3224   if (!Offset->isNullValue())
3225     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName()+".off");
3226   Value *Cmp;
3227   // If NumCases overflowed, then all possible values jump to the successor.
3228   if (NumCases->isNullValue() && SI->getNumCases() != 0)
3229     Cmp = ConstantInt::getTrue(SI->getContext());
3230   else
3231     Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
3232   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(
3233       Cmp, SI->case_begin().getCaseSuccessor(), SI->getDefaultDest());
3234
3235   // Update weight for the newly-created conditional branch.
3236   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3237   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
3238   if (HasWeights) {
3239     GetBranchWeights(SI, Weights);
3240     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3241       // Combine all weights for the cases to be the true weight of NewBI.
3242       // We assume that the sum of all weights for a Terminator can fit into 32
3243       // bits.
3244       uint32_t NewTrueWeight = 0;
3245       for (unsigned I = 1, E = Weights.size(); I != E; ++I)
3246         NewTrueWeight += (uint32_t)Weights[I];
3247       NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3248                          MDBuilder(SI->getContext()).
3249                          createBranchWeights(NewTrueWeight,
3250                                              (uint32_t)Weights[0]));
3251     }
3252   }
3253
3254   // Prune obsolete incoming values off the successor's PHI nodes.
3255   for (BasicBlock::iterator BBI = SI->case_begin().getCaseSuccessor()->begin();
3256        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3257     for (unsigned I = 0, E = SI->getNumCases()-1; I != E; ++I)
3258       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3259   }
3260   SI->eraseFromParent();
3261
3262   return true;
3263 }
3264
3265 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
3266 /// and use it to remove dead cases.
3267 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI, const DataLayout *DL,
3268                                      AssumptionTracker *AT) {
3269   Value *Cond = SI->getCondition();
3270   unsigned Bits = Cond->getType()->getIntegerBitWidth();
3271   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
3272   computeKnownBits(Cond, KnownZero, KnownOne, DL, 0, AT, SI);
3273
3274   // Gather dead cases.
3275   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
3276   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3277     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
3278         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
3279       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
3280       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
3281                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
3282     }
3283   }
3284
3285   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3286   bool HasWeight = HasBranchWeights(SI);
3287   if (HasWeight) {
3288     GetBranchWeights(SI, Weights);
3289     HasWeight = (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases());
3290   }
3291
3292   // Remove dead cases from the switch.
3293   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
3294     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
3295     assert(Case != SI->case_default() &&
3296            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
3297     if (HasWeight) {
3298       std::swap(Weights[Case.getCaseIndex()+1], Weights.back());
3299       Weights.pop_back();
3300     }
3301
3302     // Prune unused values from PHI nodes.
3303     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
3304     SI->removeCase(Case);
3305   }
3306   if (HasWeight && Weights.size() >= 2) {
3307     SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3308     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3309                     MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
3310                     createBranchWeights(MDWeights));
3311   }
3312
3313   return !DeadCases.empty();
3314 }
3315
3316 /// FindPHIForConditionForwarding - If BB would be eligible for simplification
3317 /// by TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
3318 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
3319 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
3320 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
3321 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
3322                                               BasicBlock *BB,
3323                                               int *PhiIndex) {
3324   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
3325     return nullptr; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
3326   if (!BB->getSinglePredecessor())
3327     return nullptr; // BB must be dominated by the switch.
3328
3329   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3330   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
3331     return nullptr; // Terminator must be unconditional branch.
3332
3333   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
3334
3335   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
3336   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3337     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
3338     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
3339
3340     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
3341     if (InValue != CaseValue) continue;
3342
3343     *PhiIndex = Idx;
3344     return PHI;
3345   }
3346
3347   return nullptr;
3348 }
3349
3350 /// ForwardSwitchConditionToPHI - Try to forward the condition of a switch
3351 /// instruction to a phi node dominated by the switch, if that would mean that
3352 /// some of the destination blocks of the switch can be folded away.
3353 /// Returns true if a change is made.
3354 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
3355   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
3356   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
3357
3358   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3359     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
3360     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
3361
3362     int PhiIndex;
3363     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
3364                                                  &PhiIndex);
3365     if (!PHI) continue;
3366
3367     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
3368   }
3369
3370   bool Changed = false;
3371
3372   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
3373        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
3374     PHINode *Phi = I->first;
3375     SmallVectorImpl<int> &Indexes = I->second;
3376
3377     if (Indexes.size() < 2) continue;
3378
3379     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
3380       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
3381     Changed = true;
3382   }
3383
3384   return Changed;
3385 }
3386
3387 /// ValidLookupTableConstant - Return true if the backend will be able to handle
3388 /// initializing an array of constants like C.
3389 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
3390   if (C->isThreadDependent())
3391     return false;
3392   if (C->isDLLImportDependent())
3393     return false;
3394
3395   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3396     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
3397
3398   return isa<ConstantFP>(C) ||
3399       isa<ConstantInt>(C) ||
3400       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
3401       isa<GlobalValue>(C) ||
3402       isa<UndefValue>(C);
3403 }
3404
3405 /// LookupConstant - If V is a Constant, return it. Otherwise, try to look up
3406 /// its constant value in ConstantPool, returning 0 if it's not there.
3407 static Constant *LookupConstant(Value *V,
3408                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3409   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
3410     return C;
3411   return ConstantPool.lookup(V);
3412 }
3413
3414 /// ConstantFold - Try to fold instruction I into a constant. This works for
3415 /// simple instructions such as binary operations where both operands are
3416 /// constant or can be replaced by constants from the ConstantPool. Returns the
3417 /// resulting constant on success, 0 otherwise.
3418 static Constant *
3419 ConstantFold(Instruction *I,
3420              const SmallDenseMap<Value *, Constant *> &ConstantPool,
3421              const DataLayout *DL) {
3422   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3423     Constant *A = LookupConstant(Select->getCondition(), ConstantPool);
3424     if (!A)
3425       return nullptr;
3426     if (A->isAllOnesValue())
3427       return LookupConstant(Select->getTrueValue(), ConstantPool);
3428     if (A->isNullValue())
3429       return LookupConstant(Select->getFalseValue(), ConstantPool);
3430     return nullptr;
3431   }
3432
3433   SmallVector<Constant *, 4> COps;
3434   for (unsigned N = 0, E = I->getNumOperands(); N != E; ++N) {
3435     if (Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(N), ConstantPool))
3436       COps.push_back(A);
3437     else
3438       return nullptr;
3439   }
3440
3441   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I))
3442     return ConstantFoldCompareInstOperands(Cmp->getPredicate(), COps[0],
3443                                            COps[1], DL);
3444
3445   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), COps, DL);
3446 }
3447
3448 /// GetCaseResults - Try to determine the resulting constant values in phi nodes
3449 /// at the common destination basic block, *CommonDest, for one of the case
3450 /// destionations CaseDest corresponding to value CaseVal (0 for the default
3451 /// case), of a switch instruction SI.
3452 static bool
3453 GetCaseResults(SwitchInst *SI,
3454                ConstantInt *CaseVal,
3455                BasicBlock *CaseDest,
3456                BasicBlock **CommonDest,
3457                SmallVectorImpl<std::pair<PHINode *, Constant *> > &Res,
3458                const DataLayout *DL) {
3459   // The block from which we enter the common destination.
3460   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
3461
3462   // If CaseDest is empty except for some side-effect free instructions through
3463   // which we can constant-propagate the CaseVal, continue to its successor.
3464   SmallDenseMap<Value*, Constant*> ConstantPool;
3465   ConstantPool.insert(std::make_pair(SI->getCondition(), CaseVal));
3466   for (BasicBlock::iterator I = CaseDest->begin(), E = CaseDest->end(); I != E;
3467        ++I) {
3468     if (TerminatorInst *T = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
3469       // If the terminator is a simple branch, continue to the next block.
3470       if (T->getNumSuccessors() != 1)
3471         return false;
3472       Pred = CaseDest;
3473       CaseDest = T->getSuccessor(0);
3474     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
3475       // Skip debug intrinsic.
3476       continue;
3477     } else if (Constant *C = ConstantFold(I, ConstantPool, DL)) {
3478       // Instruction is side-effect free and constant.
3479       ConstantPool.insert(std::make_pair(I, C));
3480     } else {
3481       break;
3482     }
3483   }
3484
3485   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3486   if (!*CommonDest)
3487     *CommonDest = CaseDest;
3488   // If the destination isn't the common one, abort.
3489   if (CaseDest != *CommonDest)
3490     return false;
3491
3492   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3493   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3494   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3495     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3496     if (Idx == -1)
3497       continue;
3498
3499     Constant *ConstVal = LookupConstant(PHI->getIncomingValue(Idx),
3500                                         ConstantPool);
3501     if (!ConstVal)
3502       return false;
3503
3504     // Note: If the constant comes from constant-propagating the case value
3505     // through the CaseDest basic block, it will be safe to remove the
3506     // instructions in that block. They cannot be used (except in the phi nodes
3507     // we visit) outside CaseDest, because that block does not dominate its
3508     // successor. If it did, we would not be in this phi node.
3509
3510     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3511     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3512       return false;
3513
3514     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3515   }
3516
3517   return Res.size() > 0;
3518 }
3519
3520 // MapCaseToResult - Helper function used to
3521 // add CaseVal to the list of cases that generate Result.
3522 static void MapCaseToResult(ConstantInt *CaseVal,
3523     SwitchCaseResultVectorTy &UniqueResults,
3524     Constant *Result) {
3525   for (auto &I : UniqueResults) {
3526     if (I.first == Result) {
3527       I.second.push_back(CaseVal);
3528       return;
3529     }
3530   }
3531   UniqueResults.push_back(std::make_pair(Result,
3532         SmallVector<ConstantInt*, 4>(1, CaseVal)));
3533 }
3534
3535 // InitializeUniqueCases - Helper function that initializes a map containing
3536 // results for the PHI node of the common destination block for a switch
3537 // instruction. Returns false if multiple PHI nodes have been found or if
3538 // there is not a common destination block for the switch.
3539 static bool InitializeUniqueCases(
3540     SwitchInst *SI, const DataLayout *DL, PHINode *&PHI,
3541     BasicBlock *&CommonDest,
3542     SwitchCaseResultVectorTy &UniqueResults,
3543     Constant *&DefaultResult) {
3544   for (auto &I : SI->cases()) {
3545     ConstantInt *CaseVal = I.getCaseValue();
3546
3547     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3548     SwitchCaseResultsTy Results;
3549     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, I.getCaseSuccessor(), &CommonDest, Results,
3550                         DL))
3551       return false;
3552
3553     // Only one value per case is permitted
3554     if (Results.size() > 1)
3555       return false;
3556     MapCaseToResult(CaseVal, UniqueResults, Results.begin()->second);
3557
3558     // Check the PHI consistency.
3559     if (!PHI)
3560       PHI = Results[0].first;
3561     else if (PHI != Results[0].first)
3562       return false;
3563   }
3564   // Find the default result value.
3565   SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 1> DefaultResults;
3566   BasicBlock *DefaultDest = SI->getDefaultDest();
3567   GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(), &CommonDest, DefaultResults,
3568                  DL);
3569   // If the default value is not found abort unless the default destination
3570   // is unreachable.
3571   DefaultResult =
3572       DefaultResults.size() == 1 ? DefaultResults.begin()->second : nullptr;
3573   if ((!DefaultResult &&
3574         !isa<UnreachableInst>(DefaultDest->getFirstNonPHIOrDbg())))
3575     return false;
3576
3577   return true;
3578 }
3579
3580 // ConvertTwoCaseSwitch - Helper function that checks if it is possible to
3581 // transform a switch with only two cases (or two cases + default)
3582 // that produces a result into a value select.
3583 // Example:
3584 // switch (a) {
3585 //   case 10:                %0 = icmp eq i32 %a, 10
3586 //     return 10;            %1 = select i1 %0, i32 10, i32 4
3587 //   case 20:        ---->   %2 = icmp eq i32 %a, 20
3588 //     return 2;             %3 = select i1 %2, i32 2, i32 %1
3589 //   default:
3590 //     return 4;
3591 // }
3592 static Value *
3593 ConvertTwoCaseSwitch(const SwitchCaseResultVectorTy &ResultVector,
3594                      Constant *DefaultResult, Value *Condition,
3595                      IRBuilder<> &Builder) {
3596   assert(ResultVector.size() == 2 &&
3597       "We should have exactly two unique results at this point");
3598   // If we are selecting between only two cases transform into a simple
3599   // select or a two-way select if default is possible.
3600   if (ResultVector[0].second.size() == 1 &&
3601       ResultVector[1].second.size() == 1) {
3602     ConstantInt *const FirstCase = ResultVector[0].second[0];
3603     ConstantInt *const SecondCase = ResultVector[1].second[0];
3604
3605     bool DefaultCanTrigger = DefaultResult;
3606     Value *SelectValue = ResultVector[1].first;
3607     if (DefaultCanTrigger) {
3608       Value *const ValueCompare =
3609           Builder.CreateICmpEQ(Condition, SecondCase, "switch.selectcmp");
3610       SelectValue = Builder.CreateSelect(ValueCompare, ResultVector[1].first,
3611                                          DefaultResult, "switch.select");
3612     }
3613     Value *const ValueCompare =
3614         Builder.CreateICmpEQ(Condition, FirstCase, "switch.selectcmp");
3615     return Builder.CreateSelect(ValueCompare, ResultVector[0].first, SelectValue,
3616                                 "switch.select");
3617   }
3618
3619   return nullptr;
3620 }
3621
3622 // RemoveSwitchAfterSelectConversion - Helper function to cleanup a switch
3623 // instruction that has been converted into a select, fixing up PHI nodes and
3624 // basic blocks.
3625 static void RemoveSwitchAfterSelectConversion(SwitchInst *SI, PHINode *PHI,
3626                                               Value *SelectValue,
3627                                               IRBuilder<> &Builder) {
3628   BasicBlock *SelectBB = SI->getParent();
3629   while (PHI->getBasicBlockIndex(SelectBB) >= 0)
3630     PHI->removeIncomingValue(SelectBB);
3631   PHI->addIncoming(SelectValue, SelectBB);
3632
3633   Builder.CreateBr(PHI->getParent());
3634
3635   // Remove the switch.
3636   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
3637     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
3638
3639     if (Succ == PHI->getParent())
3640       continue;
3641     Succ->removePredecessor(SelectBB);
3642   }
3643   SI->eraseFromParent();
3644 }
3645
3646 /// SwitchToSelect - If the switch is only used to initialize one or more
3647 /// phi nodes in a common successor block with only two different
3648 /// constant values, replace the switch with select.
3649 static bool SwitchToSelect(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder,
3650                            const DataLayout *DL, AssumptionTracker *AT) {
3651   Value *const Cond = SI->getCondition();
3652   PHINode *PHI = nullptr;
3653   BasicBlock *CommonDest = nullptr;
3654   Constant *DefaultResult;
3655   SwitchCaseResultVectorTy UniqueResults;
3656   // Collect all the cases that will deliver the same value from the switch.
3657   if (!InitializeUniqueCases(SI, DL, PHI, CommonDest, UniqueResults,
3658                              DefaultResult))
3659     return false;
3660   // Selects choose between maximum two values.
3661   if (UniqueResults.size() != 2)
3662     return false;
3663   assert(PHI != nullptr && "PHI for value select not found");
3664
3665   Builder.SetInsertPoint(SI);
3666   Value *SelectValue = ConvertTwoCaseSwitch(
3667       UniqueResults,
3668       DefaultResult, Cond, Builder);
3669   if (SelectValue) {
3670     RemoveSwitchAfterSelectConversion(SI, PHI, SelectValue, Builder);
3671     return true;
3672   }
3673   // The switch couldn't be converted into a select.
3674   return false;
3675 }
3676
3677 namespace {
3678   /// SwitchLookupTable - This class represents a lookup table that can be used
3679   /// to replace a switch.
3680   class SwitchLookupTable {
3681   public:
3682     /// SwitchLookupTable - Create a lookup table to use as a switch replacement
3683     /// with the contents of Values, using DefaultValue to fill any holes in the
3684     /// table.
3685     SwitchLookupTable(Module &M,
3686                       uint64_t TableSize,
3687                       ConstantInt *Offset,
3688              const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values,
3689                       Constant *DefaultValue,
3690                       const DataLayout *DL);
3691
3692     /// BuildLookup - Build instructions with Builder to retrieve the value at
3693     /// the position given by Index in the lookup table.
3694     Value *BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder);
3695
3696     /// WouldFitInRegister - Return true if a table with TableSize elements of
3697     /// type ElementType would fit in a target-legal register.
3698     static bool WouldFitInRegister(const DataLayout *DL,
3699                                    uint64_t TableSize,
3700                                    const Type *ElementType);
3701
3702   private:
3703     // Depending on the contents of the table, it can be represented in
3704     // different ways.
3705     enum {
3706       // For tables where each element contains the same value, we just have to
3707       // store that single value and return it for each lookup.
3708       SingleValueKind,
3709
3710       // For tables where there is a linear relationship between table index
3711       // and values. We calculate the result with a simple multiplication
3712       // and addition instead of a table lookup.
3713       LinearMapKind,
3714
3715       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
3716       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
3717       // shift and mask operations.
3718       BitMapKind,
3719
3720       // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
3721       // instructions from the table.
3722       ArrayKind
3723     } Kind;
3724
3725     // For SingleValueKind, this is the single value.
3726     Constant *SingleValue;
3727
3728     // For BitMapKind, this is the bitmap.
3729     ConstantInt *BitMap;
3730     IntegerType *BitMapElementTy;
3731
3732     // For LinearMapKind, these are the constants used to derive the value.
3733     ConstantInt *LinearOffset;
3734     ConstantInt *LinearMultiplier;
3735
3736     // For ArrayKind, this is the array.
3737     GlobalVariable *Array;
3738   };
3739 }
3740
3741 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(Module &M,
3742                                      uint64_t TableSize,
3743                                      ConstantInt *Offset,
3744              const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values,
3745                                      Constant *DefaultValue,
3746                                      const DataLayout *DL)
3747     : SingleValue(nullptr), BitMap(nullptr), BitMapElementTy(nullptr),
3748       LinearOffset(nullptr), LinearMultiplier(nullptr), Array(nullptr) {
3749   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
3750   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
3751
3752   // If all values in the table are equal, this is that value.
3753   SingleValue = Values.begin()->second;
3754
3755   Type *ValueType = Values.begin()->second->getType();
3756
3757   // Build up the table contents.
3758   SmallVector<Constant*, 64> TableContents(TableSize);
3759   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
3760     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
3761     Constant *CaseRes = Values[I].second;
3762     assert(CaseRes->getType() == ValueType);
3763
3764     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue())
3765                    .getLimitedValue();
3766     TableContents[Idx] = CaseRes;
3767
3768     if (CaseRes != SingleValue)
3769       SingleValue = nullptr;
3770   }
3771
3772   // Fill in any holes in the table with the default result.
3773   if (Values.size() < TableSize) {
3774     assert(DefaultValue &&
3775            "Need a default value to fill the lookup table holes.");
3776     assert(DefaultValue->getType() == ValueType);
3777     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3778       if (!TableContents[I])
3779         TableContents[I] = DefaultValue;
3780     }
3781
3782     if (DefaultValue != SingleValue)
3783       SingleValue = nullptr;
3784   }
3785
3786   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
3787   // that single value.
3788   if (SingleValue) {
3789     Kind = SingleValueKind;
3790     return;
3791   }
3792
3793   // Check if we can derive the value with a linear transformation from the
3794   // table index.
3795   if (isa<IntegerType>(ValueType)) {
3796     bool LinearMappingPossible = true;
3797     APInt PrevVal;
3798     APInt DistToPrev;
3799     assert(TableSize >= 2 && "Should be a SingleValue table.");
3800     // Check if there is the same distance between two consecutive values.
3801     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3802       ConstantInt *ConstVal = dyn_cast<ConstantInt>(TableContents[I]);
3803       if (!ConstVal) {
3804         // This is an undef. We could deal with it, but undefs in lookup tables
3805         // are very seldom. It's probably not worth the additional complexity.
3806         LinearMappingPossible = false;
3807         break;
3808       }
3809       APInt Val = ConstVal->getValue();
3810       if (I != 0) {
3811         APInt Dist = Val - PrevVal;
3812         if (I == 1) {
3813           DistToPrev = Dist;
3814         } else if (Dist != DistToPrev) {
3815           LinearMappingPossible = false;
3816           break;
3817         }
3818       }
3819       PrevVal = Val;
3820     }
3821     if (LinearMappingPossible) {
3822       LinearOffset = cast<ConstantInt>(TableContents[0]);
3823       LinearMultiplier = ConstantInt::get(M.getContext(), DistToPrev);
3824       Kind = LinearMapKind;
3825       ++NumLinearMaps;
3826       return;
3827     }
3828   }
3829
3830   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
3831   if (WouldFitInRegister(DL, TableSize, ValueType)) {
3832     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(ValueType);
3833     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
3834     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
3835       TableInt <<= IT->getBitWidth();
3836       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
3837       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
3838         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
3839         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
3840       }
3841     }
3842     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
3843     BitMapElementTy = IT;
3844     Kind = BitMapKind;
3845     ++NumBitMaps;
3846     return;
3847   }
3848
3849   // Store the table in an array.
3850   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(ValueType, TableSize);
3851   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
3852
3853   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
3854                              GlobalVariable::PrivateLinkage,
3855                              Initializer,
3856                              "switch.table");
3857   Array->setUnnamedAddr(true);
3858   Kind = ArrayKind;
3859 }
3860
3861 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
3862   switch (Kind) {
3863     case SingleValueKind:
3864       return SingleValue;
3865     case LinearMapKind: {
3866       // Derive the result value from the input value.
3867       Value *Result = Builder.CreateIntCast(Index, LinearMultiplier->getType(),
3868                                             false, "switch.idx.cast");
3869       if (!LinearMultiplier->isOne())
3870         Result = Builder.CreateMul(Result, LinearMultiplier, "switch.idx.mult");
3871       if (!LinearOffset->isZero())
3872         Result = Builder.CreateAdd(Result, LinearOffset, "switch.offset");
3873       return Result;
3874     }
3875     case BitMapKind: {
3876       // Type of the bitmap (e.g. i59).
3877       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
3878
3879       // Cast Index to the same type as the bitmap.
3880       // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
3881       // truncating it to the width of the bitmask is safe.
3882       Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
3883
3884       // Multiply the shift amount by the element width.
3885       ShiftAmt = Builder.CreateMul(ShiftAmt,
3886                       ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
3887                                    "switch.shiftamt");
3888
3889       // Shift down.
3890       Value *DownShifted = Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt,
3891                                               "switch.downshift");
3892       // Mask off.
3893       return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy,
3894                                  "switch.masked");
3895     }
3896     case ArrayKind: {
3897       // Make sure the table index will not overflow when treated as signed.
3898       IntegerType *IT = cast<IntegerType>(Index->getType());
3899       uint64_t TableSize = Array->getInitializer()->getType()
3900                                 ->getArrayNumElements();
3901       if (TableSize > (1ULL << (IT->getBitWidth() - 1)))
3902         Index = Builder.CreateZExt(Index,
3903                                    IntegerType::get(IT->getContext(),
3904                                                     IT->getBitWidth() + 1),
3905                                    "switch.tableidx.zext");
3906
3907       Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), Index };
3908       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array, GEPIndices,
3909                                              "switch.gep");
3910       return Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
3911     }
3912   }
3913   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
3914 }
3915
3916 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout *DL,
3917                                            uint64_t TableSize,
3918                                            const Type *ElementType) {
3919   if (!DL)
3920     return false;
3921   const IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
3922   if (!IT)
3923     return false;
3924   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
3925   // are <= 15, we could try to narrow the type.
3926
3927   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
3928   if (TableSize >= UINT_MAX/IT->getBitWidth())
3929     return false;
3930   return DL->fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
3931 }
3932
3933 /// ShouldBuildLookupTable - Determine whether a lookup table should be built
3934 /// for this switch, based on the number of cases, size of the table and the
3935 /// types of the results.
3936 static bool ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI,
3937                                    uint64_t TableSize,
3938                                    const TargetTransformInfo &TTI,
3939                                    const DataLayout *DL,
3940                             const SmallDenseMap<PHINode*, Type*>& ResultTypes) {
3941   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
3942     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
3943
3944   bool AllTablesFitInRegister = true;
3945   bool HasIllegalType = false;
3946   for (const auto &I : ResultTypes) {
3947     Type *Ty = I.second;
3948
3949     // Saturate this flag to true.
3950     HasIllegalType = HasIllegalType || !TTI.isTypeLegal(Ty);
3951
3952     // Saturate this flag to false.
3953     AllTablesFitInRegister = AllTablesFitInRegister &&
3954       SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(DL, TableSize, Ty);
3955
3956     // If both flags saturate, we're done. NOTE: This *only* works with
3957     // saturating flags, and all flags have to saturate first due to the
3958     // non-deterministic behavior of iterating over a dense map.
3959     if (HasIllegalType && !AllTablesFitInRegister)
3960       break;
3961   }
3962
3963   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
3964   if (AllTablesFitInRegister)
3965     return true;
3966
3967   // Don't build a table that doesn't fit in-register if it has illegal types.
3968   if (HasIllegalType)
3969     return false;
3970
3971   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
3972   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3973   // FIXME: Find the best cut-off.
3974   return SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4;
3975 }
3976
3977 /// SwitchToLookupTable - If the switch is only used to initialize one or more
3978 /// phi nodes in a common successor block with different constant values,
3979 /// replace the switch with lookup tables.
3980 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
3981                                 IRBuilder<> &Builder,
3982                                 const TargetTransformInfo &TTI,
3983                                 const DataLayout* DL) {
3984   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3985
3986   // Only build lookup table when we have a target that supports it.
3987   if (!TTI.shouldBuildLookupTables())
3988     return false;
3989
3990   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
3991   // split off a dense part and build a lookup table for that.
3992
3993   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
3994   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
3995   // string and lookup indices into that.
3996
3997   // Ignore switches with less than three cases. Lookup tables will not make them
3998   // faster, so we don't analyze them.
3999   if (SI->getNumCases() < 3)
4000     return false;
4001
4002   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
4003   // common destination, as well as the the min and max case values.
4004   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
4005   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
4006   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
4007   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
4008
4009   BasicBlock *CommonDest = nullptr;
4010   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
4011   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
4012   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
4013   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
4014   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
4015
4016   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
4017     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
4018     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
4019       MinCaseVal = CaseVal;
4020     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
4021       MaxCaseVal = CaseVal;
4022
4023     // Resulting value at phi nodes for this case value.
4024     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
4025     ResultsTy Results;
4026     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest,
4027                         Results, DL))
4028       return false;
4029
4030     // Append the result from this case to the list for each phi.
4031     for (const auto &I : Results) {
4032       PHINode *PHI = I.first;
4033       Constant *Value = I.second;
4034       if (!ResultLists.count(PHI))
4035         PHIs.push_back(PHI);
4036       ResultLists[PHI].push_back(std::make_pair(CaseVal, Value));
4037     }
4038   }
4039
4040   // Keep track of the result types.
4041   for (PHINode *PHI : PHIs) {
4042     ResultTypes[PHI] = ResultLists[PHI][0].second->getType();
4043   }
4044
4045   uint64_t NumResults = ResultLists[PHIs[0]].size();
4046   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
4047   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
4048   bool TableHasHoles = (NumResults < TableSize);
4049
4050   // If the table has holes, we need a constant result for the default case
4051   // or a bitmask that fits in a register.
4052   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
4053   bool HasDefaultResults = false;
4054   if (TableHasHoles) {
4055     HasDefaultResults = GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(),
4056                                        &CommonDest, DefaultResultsList, DL);
4057   }
4058
4059   bool NeedMask = (TableHasHoles && !HasDefaultResults);
4060   if (NeedMask) {
4061     // As an extra penalty for the validity test we require more cases.
4062     if (SI->getNumCases() < 4)  // FIXME: Find best threshold value (benchmark).
4063       return false;
4064     if (!(DL && DL->fitsInLegalInteger(TableSize)))
4065       return false;
4066   }
4067
4068   for (const auto &I : DefaultResultsList) {
4069     PHINode *PHI = I.first;
4070     Constant *Result = I.second;
4071     DefaultResults[PHI] = Result;
4072   }
4073
4074   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TTI, DL, ResultTypes))
4075     return false;
4076
4077   // Create the BB that does the lookups.
4078   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
4079   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
4080                                             "switch.lookup",
4081                                             CommonDest->getParent(),
4082                                             CommonDest);
4083
4084   // Compute the table index value.
4085   Builder.SetInsertPoint(SI);
4086   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
4087                                         "switch.tableidx");
4088
4089   // Compute the maximum table size representable by the integer type we are
4090   // switching upon.
4091   unsigned CaseSize = MinCaseVal->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
4092   uint64_t MaxTableSize = CaseSize > 63 ? UINT64_MAX : 1ULL << CaseSize;
4093   assert(MaxTableSize >= TableSize &&
4094          "It is impossible for a switch to have more entries than the max "
4095          "representable value of its input integer type's size.");
4096
4097   // If we have a fully covered lookup table, unconditionally branch to the
4098   // lookup table BB. Otherwise, check if the condition value is within the case
4099   // range. If it is so, branch to the new BB. Otherwise branch to SI's default
4100   // destination.
4101   const bool GeneratingCoveredLookupTable = MaxTableSize == TableSize;
4102   if (GeneratingCoveredLookupTable) {
4103     Builder.CreateBr(LookupBB);
4104     // We cached PHINodes in PHIs, to avoid accessing deleted PHINodes later,
4105     // do not delete PHINodes here.
4106     SI->getDefaultDest()->removePredecessor(SI->getParent(),
4107                                             true/*DontDeleteUselessPHIs*/);
4108   } else {
4109     Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
4110                                        MinCaseVal->getType(), TableSize));
4111     Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
4112   }
4113
4114   // Populate the BB that does the lookups.
4115   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
4116
4117   if (NeedMask) {
4118     // Before doing the lookup we do the hole check.
4119     // The LookupBB is therefore re-purposed to do the hole check
4120     // and we create a new LookupBB.
4121     BasicBlock *MaskBB = LookupBB;
4122     MaskBB->setName("switch.hole_check");
4123     LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
4124                                   "switch.lookup",
4125                                   CommonDest->getParent(),
4126                                   CommonDest);
4127
4128     // Make the mask's bitwidth at least 8bit and a power-of-2 to avoid
4129     // unnecessary illegal types.
4130     uint64_t TableSizePowOf2 = NextPowerOf2(std::max(7ULL, TableSize - 1ULL));
4131     APInt MaskInt(TableSizePowOf2, 0);
4132     APInt One(TableSizePowOf2, 1);
4133     // Build bitmask; fill in a 1 bit for every case.
4134     const ResultListTy &ResultList = ResultLists[PHIs[0]];
4135     for (size_t I = 0, E = ResultList.size(); I != E; ++I) {
4136       uint64_t Idx = (ResultList[I].first->getValue() -
4137                       MinCaseVal->getValue()).getLimitedValue();
4138       MaskInt |= One << Idx;
4139     }
4140     ConstantInt *TableMask = ConstantInt::get(Mod.getContext(), MaskInt);
4141
4142     // Get the TableIndex'th bit of the bitmask.
4143     // If this bit is 0 (meaning hole) jump to the default destination,
4144     // else continue with table lookup.
4145     IntegerType *MapTy = TableMask->getType();
4146     Value *MaskIndex = Builder.CreateZExtOrTrunc(TableIndex, MapTy,
4147                                                  "switch.maskindex");
4148     Value *Shifted = Builder.CreateLShr(TableMask, MaskIndex,
4149                                         "switch.shifted");
4150     Value *LoBit = Builder.CreateTrunc(Shifted,
4151                                        Type::getInt1Ty(Mod.getContext()),
4152                                        "switch.lobit");
4153     Builder.CreateCondBr(LoBit, LookupBB, SI->getDefaultDest());
4154
4155     Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
4156     AddPredecessorToBlock(SI->getDefaultDest(), MaskBB, SI->getParent());
4157   }
4158
4159   bool ReturnedEarly = false;
4160   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
4161     PHINode *PHI = PHIs[I];
4162
4163     // If using a bitmask, use any value to fill the lookup table holes.
4164     Constant *DV = NeedMask ? ResultLists[PHI][0].second : DefaultResults[PHI];
4165     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultLists[PHI],
4166                             DV, DL);
4167
4168     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
4169
4170     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
4171     // do that right here.
4172     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->user_begin()) &&
4173         PHI->user_back() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
4174       Builder.CreateRet(Result);
4175       ReturnedEarly = true;
4176       break;
4177     }
4178
4179     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
4180   }
4181
4182   if (!ReturnedEarly)
4183     Builder.CreateBr(CommonDest);
4184
4185   // Remove the switch.
4186   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
4187     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
4188
4189     if (Succ == SI->getDefaultDest())
4190       continue;
4191     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
4192   }
4193   SI->eraseFromParent();
4194
4195   ++NumLookupTables;
4196   if (NeedMask)
4197     ++NumLookupTablesHoles;
4198   return true;
4199 }
4200
4201 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
4202   BasicBlock *BB = SI->getParent();
4203
4204   if (isValueEqualityComparison(SI)) {
4205     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
4206     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
4207     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
4208       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
4209         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4210
4211     Value *Cond = SI->getCondition();
4212     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
4213       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
4214         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4215
4216     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
4217     // away into any preds.
4218     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
4219     // Ignore dbg intrinsics.
4220     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
4221       ++BBI;
4222     if (SI == &*BBI)
4223       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
4224         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4225   }
4226
4227   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
4228   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
4229     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4230
4231   // Remove unreachable cases.
4232   if (EliminateDeadSwitchCases(SI, DL, AT))
4233     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4234
4235   if (SwitchToSelect(SI, Builder, DL, AT))
4236     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4237
4238   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
4239     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4240
4241   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, TTI, DL))
4242     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4243
4244   return false;
4245 }
4246
4247 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
4248   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
4249   bool Changed = false;
4250
4251   // Eliminate redundant destinations.
4252   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
4253   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
4254     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
4255     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest).second) {
4256       Dest->removePredecessor(BB);
4257       IBI->removeDestination(i);
4258       --i; --e;
4259       Changed = true;
4260     }
4261   }
4262
4263   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
4264     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
4265     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
4266     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
4267     return true;
4268   }
4269
4270   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
4271     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
4272     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
4273     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
4274     return true;
4275   }
4276
4277   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
4278     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
4279       return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4280   }
4281   return Changed;
4282 }
4283
4284 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
4285   BasicBlock *BB = BI->getParent();
4286
4287   if (SinkCommon && SinkThenElseCodeToEnd(BI))
4288     return true;
4289
4290   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
4291   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbg();
4292   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
4293       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
4294     return true;
4295
4296   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
4297   // against a constant, try to simplify the block.
4298   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
4299     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
4300       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
4301         ;
4302       if (I->isTerminator() &&
4303           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder, TTI,
4304                                                 BonusInstThreshold, DL, AT))
4305         return true;
4306     }
4307
4308   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
4309   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
4310   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
4311   // for PHI nodes in common successor.
4312   if (FoldBranchToCommonDest(BI, DL, BonusInstThreshold))
4313     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4314   return false;
4315 }
4316
4317
4318 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
4319   BasicBlock *BB = BI->getParent();
4320
4321   // Conditional branch
4322   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
4323     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
4324     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
4325     // switch.
4326     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
4327       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
4328         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4329
4330     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
4331     // Ignore dbg intrinsics.
4332     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
4333     // Ignore dbg intrinsics.
4334     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4335       ++I;
4336     if (&*I == BI) {
4337       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
4338         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4339     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
4340       ++I;
4341       // Ignore dbg intrinsics.
4342       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4343         ++I;
4344       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
4345         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4346     }
4347   }
4348
4349   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
4350   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, DL, Builder))
4351     return true;
4352
4353   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
4354   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
4355   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
4356   if (FoldBranchToCommonDest(BI, DL, BonusInstThreshold))
4357     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4358
4359   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
4360   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
4361   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
4362   // can hoist it up to the branching block.
4363   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor()) {
4364     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
4365       if (HoistThenElseCodeToIf(BI, DL))
4366         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4367     } else {
4368       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
4369       // execute Successor #0 if it branches to Successor #1.
4370       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
4371       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4372           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
4373         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0), DL))
4374           return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4375     }
4376   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
4377     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
4378     // execute Successor #1 if it branches to Successor #0.
4379     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
4380     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4381         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
4382       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1), DL))
4383         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4384   }
4385
4386   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
4387   // through this block if any PHI node entries are constants.
4388   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
4389     if (PN->getParent() == BI->getParent())
4390       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, DL))
4391         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4392
4393   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
4394   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
4395     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
4396       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
4397         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
4398           return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4399
4400   return false;
4401 }
4402
4403 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
4404 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
4405   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
4406   if (!C)
4407     return false;
4408
4409   if (I->use_empty())
4410     return false;
4411
4412   if (C->isNullValue()) {
4413     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
4414     User *Use = *I->user_begin();
4415
4416     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
4417     // control flow (eg. calls)
4418     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
4419       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
4420         return false;
4421
4422     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
4423     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
4424       if (GEP->getPointerOperand() == I)
4425         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
4426
4427     // Look through bitcasts.
4428     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
4429       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
4430
4431     // Load from null is undefined.
4432     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
4433       if (!LI->isVolatile())
4434         return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
4435
4436     // Store to null is undefined.
4437     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
4438       if (!SI->isVolatile())
4439         return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
4440   }
4441   return false;
4442 }
4443
4444 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
4445 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
4446 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
4447   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
4448        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
4449     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4450       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
4451         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
4452         IRBuilder<> Builder(T);
4453         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
4454           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
4455           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
4456           // destination from conditional branches.
4457           if (BI->isUnconditional())
4458             Builder.CreateUnreachable();
4459           else
4460             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
4461                                                          BI->getSuccessor(0));
4462           BI->eraseFromParent();
4463           return true;
4464         }
4465         // TODO: SwitchInst.
4466       }
4467
4468   return false;
4469 }
4470
4471 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
4472   bool Changed = false;
4473
4474   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
4475   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
4476
4477   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
4478   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
4479   if ((pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
4480        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
4481       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
4482     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
4483     DeleteDeadBlock(BB);
4484     return true;
4485   }
4486
4487   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
4488   // away...
4489   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
4490
4491   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
4492   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
4493
4494   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
4495   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
4496
4497   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
4498   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
4499   // if there are no PHI nodes.
4500   //
4501   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
4502     return true;
4503
4504   IRBuilder<> Builder(BB);
4505
4506   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
4507   // eliminate it, do so now.
4508   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
4509     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
4510       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, DL);
4511
4512   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
4513   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
4514     if (BI->isUnconditional()) {
4515       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
4516     } else {
4517       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
4518     }
4519   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
4520     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
4521   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
4522     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
4523   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
4524     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
4525   } else if (UnreachableInst *UI =
4526                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
4527     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
4528   } else if (IndirectBrInst *IBI =
4529                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4530     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
4531   }
4532
4533   return Changed;
4534 }
4535
4536 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
4537 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
4538 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
4539 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
4540 ///
4541 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetTransformInfo &TTI,
4542                        unsigned BonusInstThreshold,
4543                        const DataLayout *DL, AssumptionTracker *AT) {
4544   return SimplifyCFGOpt(TTI, BonusInstThreshold, DL, AT).run(BB);
4545 }