Do not let dbg intrinsic block folding of two entry phi node.
[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 #define DEBUG_TYPE "simplifycfg"
15 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
16 #include "llvm/Constants.h"
17 #include "llvm/Instructions.h"
18 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
19 #include "llvm/Type.h"
20 #include "llvm/DerivedTypes.h"
21 #include "llvm/Support/CFG.h"
22 #include "llvm/Support/Debug.h"
23 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
24 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
25 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
26 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
27 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
28 #include <algorithm>
29 #include <functional>
30 #include <set>
31 #include <map>
32 using namespace llvm;
33
34 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
35
36 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
37 /// terminator instructions together.
38 ///
39 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
40   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
41   
42   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
43   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
44   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
45   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
46   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
47   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
48   
49   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
50     if (SI1Succs.count(*I))
51       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
52            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
53         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
54         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
55             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
56           return false;
57       }
58         
59   return true;
60 }
61
62 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
63 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
64 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
65 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
66 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
67                                   BasicBlock *ExistPred) {
68   assert(std::find(succ_begin(ExistPred), succ_end(ExistPred), Succ) !=
69          succ_end(ExistPred) && "ExistPred is not a predecessor of Succ!");
70   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
71   
72   PHINode *PN;
73   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
74        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
75     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
76 }
77
78 /// CanPropagatePredecessorsForPHIs - Return true if we can fold BB, an
79 /// almost-empty BB ending in an unconditional branch to Succ, into succ.
80 ///
81 /// Assumption: Succ is the single successor for BB.
82 ///
83 static bool CanPropagatePredecessorsForPHIs(BasicBlock *BB, BasicBlock *Succ) {
84   assert(*succ_begin(BB) == Succ && "Succ is not successor of BB!");
85
86   DOUT << "Looking to fold " << BB->getNameStart() << " into " 
87        << Succ->getNameStart() << "\n";
88   // Shortcut, if there is only a single predecessor is must be BB and merging
89   // is always safe
90   if (Succ->getSinglePredecessor()) return true;
91
92   typedef SmallPtrSet<Instruction*, 16> InstrSet;
93   InstrSet BBPHIs;
94
95   // Make a list of all phi nodes in BB
96   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
97   while (isa<PHINode>(*BBI)) BBPHIs.insert(BBI++);
98
99   // Make a list of the predecessors of BB
100   typedef SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> BlockSet;
101   BlockSet BBPreds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
102
103   // Use that list to make another list of common predecessors of BB and Succ
104   BlockSet CommonPreds;
105   for (pred_iterator PI = pred_begin(Succ), PE = pred_end(Succ);
106         PI != PE; ++PI)
107     if (BBPreds.count(*PI))
108       CommonPreds.insert(*PI);
109
110   // Shortcut, if there are no common predecessors, merging is always safe
111   if (CommonPreds.empty())
112     return true;
113   
114   // Look at all the phi nodes in Succ, to see if they present a conflict when
115   // merging these blocks
116   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
117     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
118
119     // If the incoming value from BB is again a PHINode in
120     // BB which has the same incoming value for *PI as PN does, we can
121     // merge the phi nodes and then the blocks can still be merged
122     PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(PN->getIncomingValueForBlock(BB));
123     if (BBPN && BBPN->getParent() == BB) {
124       for (BlockSet::iterator PI = CommonPreds.begin(), PE = CommonPreds.end();
125             PI != PE; PI++) {
126         if (BBPN->getIncomingValueForBlock(*PI) 
127               != PN->getIncomingValueForBlock(*PI)) {
128           DOUT << "Can't fold, phi node " << *PN->getNameStart() << " in " 
129                << Succ->getNameStart() << " is conflicting with " 
130                << BBPN->getNameStart() << " with regard to common predecessor "
131                << (*PI)->getNameStart() << "\n";
132           return false;
133         }
134       }
135       // Remove this phinode from the list of phis in BB, since it has been
136       // handled.
137       BBPHIs.erase(BBPN);
138     } else {
139       Value* Val = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
140       for (BlockSet::iterator PI = CommonPreds.begin(), PE = CommonPreds.end();
141             PI != PE; PI++) {
142         // See if the incoming value for the common predecessor is equal to the
143         // one for BB, in which case this phi node will not prevent the merging
144         // of the block.
145         if (Val != PN->getIncomingValueForBlock(*PI)) {
146           DOUT << "Can't fold, phi node " << *PN->getNameStart() << " in " 
147           << Succ->getNameStart() << " is conflicting with regard to common "
148           << "predecessor " << (*PI)->getNameStart() << "\n";
149           return false;
150         }
151       }
152     }
153   }
154
155   // If there are any other phi nodes in BB that don't have a phi node in Succ
156   // to merge with, they must be moved to Succ completely. However, for any
157   // predecessors of Succ, branches will be added to the phi node that just
158   // point to itself. So, for any common predecessors, this must not cause
159   // conflicts.
160   for (InstrSet::iterator I = BBPHIs.begin(), E = BBPHIs.end();
161         I != E; I++) {
162     PHINode *PN = cast<PHINode>(*I);
163     for (BlockSet::iterator PI = CommonPreds.begin(), PE = CommonPreds.end();
164           PI != PE; PI++)
165       if (PN->getIncomingValueForBlock(*PI) != PN) {
166         DOUT << "Can't fold, phi node " << *PN->getNameStart() << " in " 
167              << BB->getNameStart() << " is conflicting with regard to common "
168              << "predecessor " << (*PI)->getNameStart() << "\n";
169         return false;
170       }
171   }
172
173   return true;
174 }
175
176 /// TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock - BB contains an unconditional
177 /// branch to Succ, and contains no instructions other than PHI nodes and the
178 /// branch.  If possible, eliminate BB.
179 static bool TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BasicBlock *BB,
180                                                     BasicBlock *Succ) {
181   // Check to see if merging these blocks would cause conflicts for any of the
182   // phi nodes in BB or Succ. If not, we can safely merge.
183   if (!CanPropagatePredecessorsForPHIs(BB, Succ)) return false;
184   
185   DOUT << "Killing Trivial BB: \n" << *BB;
186   
187   if (isa<PHINode>(Succ->begin())) {
188     // If there is more than one pred of succ, and there are PHI nodes in
189     // the successor, then we need to add incoming edges for the PHI nodes
190     //
191     const SmallVector<BasicBlock*, 16> BBPreds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
192     
193     // Loop over all of the PHI nodes in the successor of BB.
194     for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
195       PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
196       Value *OldVal = PN->removeIncomingValue(BB, false);
197       assert(OldVal && "No entry in PHI for Pred BB!");
198       
199       // If this incoming value is one of the PHI nodes in BB, the new entries
200       // in the PHI node are the entries from the old PHI.
201       if (isa<PHINode>(OldVal) && cast<PHINode>(OldVal)->getParent() == BB) {
202         PHINode *OldValPN = cast<PHINode>(OldVal);
203         for (unsigned i = 0, e = OldValPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
204           // Note that, since we are merging phi nodes and BB and Succ might
205           // have common predecessors, we could end up with a phi node with
206           // identical incoming branches. This will be cleaned up later (and
207           // will trigger asserts if we try to clean it up now, without also
208           // simplifying the corresponding conditional branch).
209           PN->addIncoming(OldValPN->getIncomingValue(i),
210                           OldValPN->getIncomingBlock(i));
211       } else {
212         // Add an incoming value for each of the new incoming values.
213         for (unsigned i = 0, e = BBPreds.size(); i != e; ++i)
214           PN->addIncoming(OldVal, BBPreds[i]);
215       }
216     }
217   }
218   
219   if (isa<PHINode>(&BB->front())) {
220     SmallVector<BasicBlock*, 16>
221     OldSuccPreds(pred_begin(Succ), pred_end(Succ));
222     
223     // Move all PHI nodes in BB to Succ if they are alive, otherwise
224     // delete them.
225     while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&BB->front())) {
226       if (PN->use_empty()) {
227         // Just remove the dead phi.  This happens if Succ's PHIs were the only
228         // users of the PHI nodes.
229         PN->eraseFromParent();
230         continue;
231       }
232     
233       // The instruction is alive, so this means that BB must dominate all
234       // predecessors of Succ (Since all uses of the PN are after its
235       // definition, so in Succ or a block dominated by Succ. If a predecessor
236       // of Succ would not be dominated by BB, PN would violate the def before
237       // use SSA demand). Therefore, we can simply move the phi node to the
238       // next block.
239       Succ->getInstList().splice(Succ->begin(),
240                                  BB->getInstList(), BB->begin());
241       
242       // We need to add new entries for the PHI node to account for
243       // predecessors of Succ that the PHI node does not take into
244       // account.  At this point, since we know that BB dominated succ and all
245       // of its predecessors, this means that we should any newly added
246       // incoming edges should use the PHI node itself as the value for these
247       // edges, because they are loop back edges.
248       for (unsigned i = 0, e = OldSuccPreds.size(); i != e; ++i)
249         if (OldSuccPreds[i] != BB)
250           PN->addIncoming(PN, OldSuccPreds[i]);
251     }
252   }
253     
254   // Everything that jumped to BB now goes to Succ.
255   BB->replaceAllUsesWith(Succ);
256   if (!Succ->hasName()) Succ->takeName(BB);
257   BB->eraseFromParent();              // Delete the old basic block.
258   return true;
259 }
260
261 /// GetIfCondition - Given a basic block (BB) with two predecessors (and
262 /// presumably PHI nodes in it), check to see if the merge at this block is due
263 /// to an "if condition".  If so, return the boolean condition that determines
264 /// which entry into BB will be taken.  Also, return by references the block
265 /// that will be entered from if the condition is true, and the block that will
266 /// be entered if the condition is false.
267 ///
268 ///
269 static Value *GetIfCondition(BasicBlock *BB,
270                              BasicBlock *&IfTrue, BasicBlock *&IfFalse) {
271   assert(std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB)) == 2 &&
272          "Function can only handle blocks with 2 predecessors!");
273   BasicBlock *Pred1 = *pred_begin(BB);
274   BasicBlock *Pred2 = *++pred_begin(BB);
275
276   // We can only handle branches.  Other control flow will be lowered to
277   // branches if possible anyway.
278   if (!isa<BranchInst>(Pred1->getTerminator()) ||
279       !isa<BranchInst>(Pred2->getTerminator()))
280     return 0;
281   BranchInst *Pred1Br = cast<BranchInst>(Pred1->getTerminator());
282   BranchInst *Pred2Br = cast<BranchInst>(Pred2->getTerminator());
283
284   // Eliminate code duplication by ensuring that Pred1Br is conditional if
285   // either are.
286   if (Pred2Br->isConditional()) {
287     // If both branches are conditional, we don't have an "if statement".  In
288     // reality, we could transform this case, but since the condition will be
289     // required anyway, we stand no chance of eliminating it, so the xform is
290     // probably not profitable.
291     if (Pred1Br->isConditional())
292       return 0;
293
294     std::swap(Pred1, Pred2);
295     std::swap(Pred1Br, Pred2Br);
296   }
297
298   if (Pred1Br->isConditional()) {
299     // If we found a conditional branch predecessor, make sure that it branches
300     // to BB and Pred2Br.  If it doesn't, this isn't an "if statement".
301     if (Pred1Br->getSuccessor(0) == BB &&
302         Pred1Br->getSuccessor(1) == Pred2) {
303       IfTrue = Pred1;
304       IfFalse = Pred2;
305     } else if (Pred1Br->getSuccessor(0) == Pred2 &&
306                Pred1Br->getSuccessor(1) == BB) {
307       IfTrue = Pred2;
308       IfFalse = Pred1;
309     } else {
310       // We know that one arm of the conditional goes to BB, so the other must
311       // go somewhere unrelated, and this must not be an "if statement".
312       return 0;
313     }
314
315     // The only thing we have to watch out for here is to make sure that Pred2
316     // doesn't have incoming edges from other blocks.  If it does, the condition
317     // doesn't dominate BB.
318     if (++pred_begin(Pred2) != pred_end(Pred2))
319       return 0;
320
321     return Pred1Br->getCondition();
322   }
323
324   // Ok, if we got here, both predecessors end with an unconditional branch to
325   // BB.  Don't panic!  If both blocks only have a single (identical)
326   // predecessor, and THAT is a conditional branch, then we're all ok!
327   if (pred_begin(Pred1) == pred_end(Pred1) ||
328       ++pred_begin(Pred1) != pred_end(Pred1) ||
329       pred_begin(Pred2) == pred_end(Pred2) ||
330       ++pred_begin(Pred2) != pred_end(Pred2) ||
331       *pred_begin(Pred1) != *pred_begin(Pred2))
332     return 0;
333
334   // Otherwise, if this is a conditional branch, then we can use it!
335   BasicBlock *CommonPred = *pred_begin(Pred1);
336   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CommonPred->getTerminator())) {
337     assert(BI->isConditional() && "Two successors but not conditional?");
338     if (BI->getSuccessor(0) == Pred1) {
339       IfTrue = Pred1;
340       IfFalse = Pred2;
341     } else {
342       IfTrue = Pred2;
343       IfFalse = Pred1;
344     }
345     return BI->getCondition();
346   }
347   return 0;
348 }
349
350
351 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
352 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
353 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
354 /// which works well enough for us.
355 ///
356 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
357 /// see if V (which must be an instruction) is cheap to compute and is
358 /// non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the set
359 /// and true is returned.
360 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
361                                 std::set<Instruction*> *AggressiveInsts) {
362   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
363   if (!I) {
364     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
365     // can be executed unconditionally.
366     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
367       if (C->canTrap())
368         return false;
369     return true;
370   }
371   BasicBlock *PBB = I->getParent();
372
373   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
374   // the bottom of this block.
375   if (PBB == BB) return false;
376
377   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
378   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
379   // statement".
380   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator()))
381     if (BI->isUnconditional() && BI->getSuccessor(0) == BB) {
382       if (!AggressiveInsts) return false;
383       // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
384       // see if its a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
385       // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
386       switch (I->getOpcode()) {
387       default: return false;  // Cannot hoist this out safely.
388       case Instruction::Load:
389         // We can hoist loads that are non-volatile and obviously cannot trap.
390         if (cast<LoadInst>(I)->isVolatile())
391           return false;
392         // FIXME: A computation of a constant can trap!
393         if (!isa<AllocaInst>(I->getOperand(0)) &&
394             !isa<Constant>(I->getOperand(0)))
395           return false;
396
397         // Finally, we have to check to make sure there are no instructions
398         // before the load in its basic block, as we are going to hoist the loop
399         // out to its predecessor.
400         if (PBB->begin() != BasicBlock::iterator(I))
401           return false;
402         break;
403       case Instruction::Add:
404       case Instruction::Sub:
405       case Instruction::And:
406       case Instruction::Or:
407       case Instruction::Xor:
408       case Instruction::Shl:
409       case Instruction::LShr:
410       case Instruction::AShr:
411       case Instruction::ICmp:
412       case Instruction::FCmp:
413         if (I->getOperand(0)->getType()->isFPOrFPVector())
414           return false;  // FP arithmetic might trap.
415         break;   // These are all cheap and non-trapping instructions.
416       }
417
418       // Okay, we can only really hoist these out if their operands are not
419       // defined in the conditional region.
420       for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
421         if (!DominatesMergePoint(*i, BB, 0))
422           return false;
423       // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
424       AggressiveInsts->insert(I);
425     }
426
427   return true;
428 }
429
430 /// GatherConstantSetEQs - Given a potentially 'or'd together collection of
431 /// icmp_eq instructions that compare a value against a constant, return the
432 /// value being compared, and stick the constant into the Values vector.
433 static Value *GatherConstantSetEQs(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Values){
434   if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
435     if (Inst->getOpcode() == Instruction::ICmp &&
436         cast<ICmpInst>(Inst)->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ) {
437       if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Inst->getOperand(1))) {
438         Values.push_back(C);
439         return Inst->getOperand(0);
440       } else if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Inst->getOperand(0))) {
441         Values.push_back(C);
442         return Inst->getOperand(1);
443       }
444     } else if (Inst->getOpcode() == Instruction::Or) {
445       if (Value *LHS = GatherConstantSetEQs(Inst->getOperand(0), Values))
446         if (Value *RHS = GatherConstantSetEQs(Inst->getOperand(1), Values))
447           if (LHS == RHS)
448             return LHS;
449     }
450   }
451   return 0;
452 }
453
454 /// GatherConstantSetNEs - Given a potentially 'and'd together collection of
455 /// setne instructions that compare a value against a constant, return the value
456 /// being compared, and stick the constant into the Values vector.
457 static Value *GatherConstantSetNEs(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Values){
458   if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
459     if (Inst->getOpcode() == Instruction::ICmp &&
460                cast<ICmpInst>(Inst)->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE) {
461       if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Inst->getOperand(1))) {
462         Values.push_back(C);
463         return Inst->getOperand(0);
464       } else if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Inst->getOperand(0))) {
465         Values.push_back(C);
466         return Inst->getOperand(1);
467       }
468     } else if (Inst->getOpcode() == Instruction::And) {
469       if (Value *LHS = GatherConstantSetNEs(Inst->getOperand(0), Values))
470         if (Value *RHS = GatherConstantSetNEs(Inst->getOperand(1), Values))
471           if (LHS == RHS)
472             return LHS;
473     }
474   }
475   return 0;
476 }
477
478 /// GatherValueComparisons - If the specified Cond is an 'and' or 'or' of a
479 /// bunch of comparisons of one value against constants, return the value and
480 /// the constants being compared.
481 static bool GatherValueComparisons(Instruction *Cond, Value *&CompVal,
482                                    std::vector<ConstantInt*> &Values) {
483   if (Cond->getOpcode() == Instruction::Or) {
484     CompVal = GatherConstantSetEQs(Cond, Values);
485
486     // Return true to indicate that the condition is true if the CompVal is
487     // equal to one of the constants.
488     return true;
489   } else if (Cond->getOpcode() == Instruction::And) {
490     CompVal = GatherConstantSetNEs(Cond, Values);
491
492     // Return false to indicate that the condition is false if the CompVal is
493     // equal to one of the constants.
494     return false;
495   }
496   return false;
497 }
498
499 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
500   Instruction* Cond = 0;
501   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
502     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
503   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
504     if (BI->isConditional())
505       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
506   }
507
508   TI->eraseFromParent();
509   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
510 }
511
512 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
513 /// to see if a value is equal to constant integer value.
514 static Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
515   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
516     // Do not permit merging of large switch instructions into their
517     // predecessors unless there is only one predecessor.
518     if (SI->getNumSuccessors() * std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
519                                                pred_end(SI->getParent())) > 128)
520       return 0;
521
522     return SI->getCondition();
523   }
524   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
525     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
526       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
527         if ((ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ ||
528              ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE) &&
529             isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1)))
530           return ICI->getOperand(0);
531   return 0;
532 }
533
534 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
535 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
536 static BasicBlock *
537 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
538                                 std::vector<std::pair<ConstantInt*,
539                                                       BasicBlock*> > &Cases) {
540   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
541     Cases.reserve(SI->getNumCases());
542     for (unsigned i = 1, e = SI->getNumCases(); i != e; ++i)
543       Cases.push_back(std::make_pair(SI->getCaseValue(i), SI->getSuccessor(i)));
544     return SI->getDefaultDest();
545   }
546
547   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
548   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
549   Cases.push_back(std::make_pair(cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1)),
550                                  BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() ==
551                                                   ICmpInst::ICMP_NE)));
552   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
553 }
554
555
556 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
557 /// in the list that match the specified block.
558 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
559                std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > &Cases) {
560   for (unsigned i = 0, e = Cases.size(); i != e; ++i)
561     if (Cases[i].second == BB) {
562       Cases.erase(Cases.begin()+i);
563       --i; --e;
564     }
565 }
566
567 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
568 /// well.
569 static bool
570 ValuesOverlap(std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > &C1,
571               std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > &C2) {
572   std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > *V1 = &C1, *V2 = &C2;
573
574   // Make V1 be smaller than V2.
575   if (V1->size() > V2->size())
576     std::swap(V1, V2);
577
578   if (V1->size() == 0) return false;
579   if (V1->size() == 1) {
580     // Just scan V2.
581     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].first;
582     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
583       if (TheVal == (*V2)[i].first)
584         return true;
585   }
586
587   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
588   std::sort(V1->begin(), V1->end());
589   std::sort(V2->begin(), V2->end());
590   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
591   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
592     if ((*V1)[i1].first == (*V2)[i2].first)
593       return true;
594     if ((*V1)[i1].first < (*V2)[i2].first)
595       ++i1;
596     else
597       ++i2;
598   }
599   return false;
600 }
601
602 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
603 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
604 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
605 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
606 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
607 /// form of jump threading.
608 static bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
609                                                           BasicBlock *Pred) {
610   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
611   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
612
613   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
614   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
615   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
616
617   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
618   std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > PredCases;
619   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
620                                                         PredCases);
621   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
622
623   // Find information about how control leaves this block.
624   std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > ThisCases;
625   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
626   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
627
628   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
629   // simplify TI based on this knowledge.
630   if (PredDef == TI->getParent()) {
631     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
632     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
633     // can simplify TI.
634     if (ValuesOverlap(PredCases, ThisCases)) {
635       if (isa<BranchInst>(TI)) {
636         // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
637         // uncond br.
638         assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
639         // Insert the new branch.
640         Instruction *NI = BranchInst::Create(ThisDef, TI);
641
642         // Remove PHI node entries for the dead edge.
643         ThisCases[0].second->removePredecessor(TI->getParent());
644
645         DOUT << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
646              << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n";
647
648         EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
649         return true;
650
651       } else {
652         SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
653         // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
654         SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
655         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
656           DeadCases.insert(PredCases[i].first);
657
658         DOUT << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
659              << "Through successor TI: " << *TI;
660
661         for (unsigned i = SI->getNumCases()-1; i != 0; --i)
662           if (DeadCases.count(SI->getCaseValue(i))) {
663             SI->getSuccessor(i)->removePredecessor(TI->getParent());
664             SI->removeCase(i);
665           }
666
667         DOUT << "Leaving: " << *TI << "\n";
668         return true;
669       }
670     }
671
672   } else {
673     // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
674     // which value (or set of values) this is.
675     ConstantInt *TIV = 0;
676     BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
677     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
678       if (PredCases[i].second == TIBB) {
679         if (TIV == 0)
680           TIV = PredCases[i].first;
681         else
682           return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
683       }
684     assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
685
686     // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
687     // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
688     BasicBlock *TheRealDest = 0;
689     for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
690       if (ThisCases[i].first == TIV) {
691         TheRealDest = ThisCases[i].second;
692         break;
693       }
694
695     // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
696     if (TheRealDest == 0) TheRealDest = ThisDef;
697
698     // Remove PHI node entries for dead edges.
699     BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
700     for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
701       if (*SI != CheckEdge)
702         (*SI)->removePredecessor(TIBB);
703       else
704         CheckEdge = 0;
705
706     // Insert the new branch.
707     Instruction *NI = BranchInst::Create(TheRealDest, TI);
708
709     DOUT << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
710          << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n";
711
712     EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
713     return true;
714   }
715   return false;
716 }
717
718 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
719 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
720 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
721 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
722 static bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI) {
723   BasicBlock *BB = TI->getParent();
724   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
725   assert(CV && "Not a comparison?");
726   bool Changed = false;
727
728   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
729   while (!Preds.empty()) {
730     BasicBlock *Pred = Preds.back();
731     Preds.pop_back();
732
733     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
734     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
735     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
736
737     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
738       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
739       std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > BBCases;
740       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
741
742       std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > PredCases;
743       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
744
745       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
746       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
747       // build.
748       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
749
750       if (PredDefault == BB) {
751         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
752         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
753         std::set<ConstantInt*> PTIHandled;
754         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
755           if (PredCases[i].second != BB)
756             PTIHandled.insert(PredCases[i].first);
757           else {
758             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
759             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
760             PredCases.pop_back();
761             --i; --e;
762           }
763
764         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
765         if (PredDefault != BBDefault) {
766           PredDefault->removePredecessor(Pred);
767           PredDefault = BBDefault;
768           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
769         }
770         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
771           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].first) &&
772               BBCases[i].second != BBDefault) {
773             PredCases.push_back(BBCases[i]);
774             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].second);
775           }
776
777       } else {
778         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
779         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
780         // activated.
781         std::set<ConstantInt*> PTIHandled;
782         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
783           if (PredCases[i].second == BB) {
784             PTIHandled.insert(PredCases[i].first);
785             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
786             PredCases.pop_back();
787             --i; --e;
788           }
789
790         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
791         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
792         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
793           if (PTIHandled.count(BBCases[i].first)) {
794             // If this is one we are capable of getting...
795             PredCases.push_back(BBCases[i]);
796             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].second);
797             PTIHandled.erase(BBCases[i].first);// This constant is taken care of
798           }
799
800         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
801         // they must go to the default destination of TI.
802         for (std::set<ConstantInt*>::iterator I = PTIHandled.begin(),
803                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
804           PredCases.push_back(std::make_pair(*I, BBDefault));
805           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
806         }
807       }
808
809       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
810       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
811       // successors.
812       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
813         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
814
815       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
816       SwitchInst *NewSI = SwitchInst::Create(CV, PredDefault,
817                                              PredCases.size(), PTI);
818       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
819         NewSI->addCase(PredCases[i].first, PredCases[i].second);
820
821       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
822
823       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
824       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
825       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
826       BasicBlock *InfLoopBlock = 0;
827       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
828         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
829           if (InfLoopBlock == 0) {
830             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
831             // or it won't matter if it's hot. :)
832             InfLoopBlock = BasicBlock::Create("infloop", BB->getParent());
833             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
834           }
835           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
836         }
837
838       Changed = true;
839     }
840   }
841   return Changed;
842 }
843
844 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
845 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
846 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
847 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI) {
848   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
849   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
850   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
851   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
852   // identical order.
853   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
854   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
855
856   Instruction *I1 = BB1->begin(), *I2 = BB2->begin();
857   if (I1->getOpcode() != I2->getOpcode() || isa<PHINode>(I1) || 
858       isa<InvokeInst>(I1) || !I1->isIdenticalTo(I2))
859     return false;
860
861   // If we get here, we can hoist at least one instruction.
862   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
863
864   do {
865     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
866     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
867     if (isa<TerminatorInst>(I1))
868       goto HoistTerminator;
869
870     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
871     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
872     // the now redundant second instruction.
873     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
874     if (!I2->use_empty())
875       I2->replaceAllUsesWith(I1);
876     BB2->getInstList().erase(I2);
877
878     I1 = BB1->begin();
879     I2 = BB2->begin();
880   } while (I1->getOpcode() == I2->getOpcode() && I1->isIdenticalTo(I2));
881
882   return true;
883
884 HoistTerminator:
885   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
886   Instruction *NT = I1->clone();
887   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
888   if (NT->getType() != Type::VoidTy) {
889     I1->replaceAllUsesWith(NT);
890     I2->replaceAllUsesWith(NT);
891     NT->takeName(I1);
892   }
893
894   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
895   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
896   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
897   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
898   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
899   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
900     PHINode *PN;
901     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
902          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
903       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
904       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
905       if (BB1V != BB2V) {
906         // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
907         // that determines the right value.
908         SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
909         if (SI == 0)
910           SI = SelectInst::Create(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
911                                   BB1V->getName()+"."+BB2V->getName(), NT);
912         // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
913         for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
914           if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
915             PN->setIncomingValue(i, SI);
916       }
917     }
918   }
919
920   // Update any PHI nodes in our new successors.
921   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
922     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
923
924   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
925   return true;
926 }
927
928 /// SpeculativelyExecuteBB - Given a conditional branch that goes to BB1
929 /// and an BB2 and the only successor of BB1 is BB2, hoist simple code
930 /// (for now, restricted to a single instruction that's side effect free) from
931 /// the BB1 into the branch block to speculatively execute it.
932 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *BB1) {
933   // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
934   // terminator) for now.
935   BasicBlock::iterator BBI = BB1->begin();
936   ++BBI; // must have at least a terminator
937   if (BBI == BB1->end()) return false; // only one inst
938   ++BBI;
939   if (BBI != BB1->end()) return false; // more than 2 insts.
940
941   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
942   Value *BrCond = BI->getCondition();
943   if (isa<Instruction>(BrCond) &&
944       cast<Instruction>(BrCond)->getOpcode() == Instruction::FCmp)
945     return false;
946
947   // If BB1 is actually on the false edge of the conditional branch, remember
948   // to swap the select operands later.
949   bool Invert = false;
950   if (BB1 != BI->getSuccessor(0)) {
951     assert(BB1 == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
952     Invert = true;
953   }
954
955   // Turn
956   // BB:
957   //     %t1 = icmp
958   //     br i1 %t1, label %BB1, label %BB2
959   // BB1:
960   //     %t3 = add %t2, c
961   //     br label BB2
962   // BB2:
963   // =>
964   // BB:
965   //     %t1 = icmp
966   //     %t4 = add %t2, c
967   //     %t3 = select i1 %t1, %t2, %t3
968   Instruction *I = BB1->begin();
969   switch (I->getOpcode()) {
970   default: return false;  // Not safe / profitable to hoist.
971   case Instruction::Add:
972   case Instruction::Sub:
973     // FP arithmetic might trap. Not worth doing for vector ops.
974     if (I->getType()->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(I->getType()))
975       return false;
976     break;
977   case Instruction::And:
978   case Instruction::Or:
979   case Instruction::Xor:
980   case Instruction::Shl:
981   case Instruction::LShr:
982   case Instruction::AShr:
983     // Don't mess with vector operations.
984     if (isa<VectorType>(I->getType()))
985       return false;
986     break;   // These are all cheap and non-trapping instructions.
987   }
988   
989   // If the instruction is obviously dead, don't try to predicate it.
990   if (I->use_empty()) {
991     I->eraseFromParent();
992     return true;
993   }
994
995   // Can we speculatively execute the instruction? And what is the value 
996   // if the condition is false? Consider the phi uses, if the incoming value
997   // from the "if" block are all the same V, then V is the value of the
998   // select if the condition is false.
999   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1000   SmallVector<PHINode*, 4> PHIUses;
1001   Value *FalseV = NULL;
1002   
1003   BasicBlock *BB2 = BB1->getTerminator()->getSuccessor(0);
1004   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
1005        UI != E; ++UI) {
1006     // Ignore any user that is not a PHI node in BB2.  These can only occur in
1007     // unreachable blocks, because they would not be dominated by the instr.
1008     PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UI);
1009     if (!PN || PN->getParent() != BB2)
1010       return false;
1011     PHIUses.push_back(PN);
1012     
1013     Value *PHIV = PN->getIncomingValueForBlock(BIParent);
1014     if (!FalseV)
1015       FalseV = PHIV;
1016     else if (FalseV != PHIV)
1017       return false;  // Inconsistent value when condition is false.
1018   }
1019   
1020   assert(FalseV && "Must have at least one user, and it must be a PHI");
1021
1022   // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1023   // used in this BB. The transformation will prevent the operand from
1024   // being sunk into the use block.
1025   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i) {
1026     Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1027     if (OpI && OpI->getParent() == BIParent &&
1028         !OpI->isUsedInBasicBlock(BIParent))
1029       return false;
1030   }
1031
1032   // If we get here, we can hoist the instruction. Try to place it
1033   // before the icmp instruction preceeding the conditional branch.
1034   BasicBlock::iterator InsertPos = BI;
1035   if (InsertPos != BIParent->begin()) 
1036     --InsertPos;
1037   if (InsertPos == BrCond && !isa<PHINode>(BrCond)) {
1038     SmallPtrSet<Instruction *, 4> BB1Insns;
1039     for(BasicBlock::iterator BB1I = BB1->begin(), BB1E = BB1->end(); 
1040         BB1I != BB1E; ++BB1I) 
1041       BB1Insns.insert(BB1I);
1042     for(Value::use_iterator UI = BrCond->use_begin(), UE = BrCond->use_end();
1043         UI != UE; ++UI) {
1044       Instruction *Use = cast<Instruction>(*UI);
1045       if (BB1Insns.count(Use)) {
1046         // If BrCond uses the instruction that place it just before
1047         // branch instruction.
1048         InsertPos = BI;
1049         break;
1050       }
1051     }
1052   } else
1053     InsertPos = BI;
1054   BIParent->getInstList().splice(InsertPos, BB1->getInstList(), I);
1055
1056   // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1057   // false value is the previously determined FalseV.
1058   SelectInst *SI;
1059   if (Invert)
1060     SI = SelectInst::Create(BrCond, FalseV, I,
1061                             FalseV->getName() + "." + I->getName(), BI);
1062   else
1063     SI = SelectInst::Create(BrCond, I, FalseV,
1064                             I->getName() + "." + FalseV->getName(), BI);
1065
1066   // Make the PHI node use the select for all incoming values for "then" and
1067   // "if" blocks.
1068   for (unsigned i = 0, e = PHIUses.size(); i != e; ++i) {
1069     PHINode *PN = PHIUses[i];
1070     for (unsigned j = 0, ee = PN->getNumIncomingValues(); j != ee; ++j)
1071       if (PN->getIncomingBlock(j) == BB1 ||
1072           PN->getIncomingBlock(j) == BIParent)
1073         PN->setIncomingValue(j, SI);
1074   }
1075
1076   ++NumSpeculations;
1077   return true;
1078 }
1079
1080 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1081 /// across this block.
1082 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1083   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1084   unsigned Size = 0;
1085   
1086   // If this basic block contains anything other than a PHI (which controls the
1087   // branch) and branch itself, bail out.  FIXME: improve this in the future.
1088   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI, ++Size) {
1089     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1090     
1091     // We can only support instructions that are do not define values that are
1092     // live outside of the current basic block.
1093     for (Value::use_iterator UI = BBI->use_begin(), E = BBI->use_end();
1094          UI != E; ++UI) {
1095       Instruction *U = cast<Instruction>(*UI);
1096       if (U->getParent() != BB || isa<PHINode>(U)) return false;
1097     }
1098     
1099     // Looks ok, continue checking.
1100   }
1101
1102   return true;
1103 }
1104
1105 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1106 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1107 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1108 /// ultimate destination.
1109 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI) {
1110   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1111   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1112   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1113   // outside of the block.
1114   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1115     return false;
1116   
1117   // Degenerate case of a single entry PHI.
1118   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1119     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1120     return true;    
1121   }
1122
1123   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1124   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1125   
1126   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1127   // constants.
1128   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1129     ConstantInt *CB;
1130     if ((CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i))) &&
1131         CB->getType() == Type::Int1Ty) {
1132       // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1133       // branch to RealDest.
1134       BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1135       BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1136       
1137       if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1138       
1139       // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1140       // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1141       // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1142       // the edge we are about to create.
1143       BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(RealDest->getName()+".critedge",
1144                                               RealDest->getParent(), RealDest);
1145       BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1146       PHINode *PN;
1147       for (BasicBlock::iterator BBI = RealDest->begin();
1148            (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1149         Value *V = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1150         PN->addIncoming(V, EdgeBB);
1151       }
1152
1153       // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1154       // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1155       // cloned instructions outside of EdgeBB.
1156       BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1157       std::map<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1158       for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1159         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1160           TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1161         } else {
1162           // Clone the instruction.
1163           Instruction *N = BBI->clone();
1164           if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1165           
1166           // Update operands due to translation.
1167           for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1168                i != e; ++i) {
1169             std::map<Value*, Value*>::iterator PI =
1170               TranslateMap.find(*i);
1171             if (PI != TranslateMap.end())
1172               *i = PI->second;
1173           }
1174           
1175           // Check for trivial simplification.
1176           if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(N)) {
1177             TranslateMap[BBI] = C;
1178             delete N;   // Constant folded away, don't need actual inst
1179           } else {
1180             // Insert the new instruction into its new home.
1181             EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1182             if (!BBI->use_empty())
1183               TranslateMap[BBI] = N;
1184           }
1185         }
1186       }
1187
1188       // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1189       // to EdgeBB instead.
1190       TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1191       for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1192         if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1193           BB->removePredecessor(PredBB);
1194           PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1195         }
1196       
1197       // Recurse, simplifying any other constants.
1198       return FoldCondBranchOnPHI(BI) | true;
1199     }
1200   }
1201
1202   return false;
1203 }
1204
1205 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1206 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1207 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN) {
1208   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1209   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1210   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1211   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1212   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1213   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1214   //
1215   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1216   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1217   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1218   if (!IfCond) return false;
1219   
1220   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1221   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1222   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1223   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1224   // fewer PHI nodes in this block.
1225   unsigned NumPhis = 0;
1226   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1227     if (NumPhis > 2)
1228       return false;
1229   
1230   DOUT << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1231        << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n";
1232   
1233   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1234   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1235   // that need to be moved to the dominating block.
1236   std::set<Instruction*> AggressiveInsts;
1237   
1238   BasicBlock::iterator AfterPHIIt = BB->begin();
1239   while (isa<PHINode>(AfterPHIIt)) {
1240     PHINode *PN = cast<PHINode>(AfterPHIIt++);
1241     if (PN->getIncomingValue(0) == PN->getIncomingValue(1)) {
1242       if (PN->getIncomingValue(0) != PN)
1243         PN->replaceAllUsesWith(PN->getIncomingValue(0));
1244       else
1245         PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
1246     } else if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB,
1247                                     &AggressiveInsts) ||
1248                !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB,
1249                                     &AggressiveInsts)) {
1250       return false;
1251     }
1252   }
1253   
1254   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1255   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1256   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1257   // worth promoting to select instructions.
1258   BasicBlock *DomBlock = 0, *IfBlock1 = 0, *IfBlock2 = 0;
1259   PN = cast<PHINode>(BB->begin());
1260   BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(0);
1261   if (cast<BranchInst>(Pred->getTerminator())->isUnconditional()) {
1262     IfBlock1 = Pred;
1263     DomBlock = *pred_begin(Pred);
1264     for (BasicBlock::iterator I = Pred->begin();
1265          !isa<TerminatorInst>(I); ++I)
1266       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1267         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1268         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1269         // flow, so the xform is not worth it.
1270         return false;
1271       }
1272   }
1273     
1274   Pred = PN->getIncomingBlock(1);
1275   if (cast<BranchInst>(Pred->getTerminator())->isUnconditional()) {
1276     IfBlock2 = Pred;
1277     DomBlock = *pred_begin(Pred);
1278     for (BasicBlock::iterator I = Pred->begin();
1279          !isa<TerminatorInst>(I); ++I)
1280       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1281         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1282         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1283         // flow, so the xform is not worth it.
1284         return false;
1285       }
1286   }
1287       
1288   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1289   // do all of the PHI's now.
1290
1291   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1292   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1293   if (IfBlock1) {
1294     DomBlock->getInstList().splice(DomBlock->getTerminator(),
1295                                    IfBlock1->getInstList(),
1296                                    IfBlock1->begin(),
1297                                    IfBlock1->getTerminator());
1298   }
1299   if (IfBlock2) {
1300     DomBlock->getInstList().splice(DomBlock->getTerminator(),
1301                                    IfBlock2->getInstList(),
1302                                    IfBlock2->begin(),
1303                                    IfBlock2->getTerminator());
1304   }
1305   
1306   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1307     // Change the PHI node into a select instruction.
1308     Value *TrueVal =
1309       PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1310     Value *FalseVal =
1311       PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1312     
1313     Value *NV = SelectInst::Create(IfCond, TrueVal, FalseVal, "", AfterPHIIt);
1314     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1315     NV->takeName(PN);
1316     
1317     BB->getInstList().erase(PN);
1318   }
1319   return true;
1320 }
1321
1322 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1323 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1324 /// introducing a select if the return values disagree.
1325 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI) {
1326   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1327   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1328   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1329   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1330   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1331   
1332   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1333   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1334   // computation on one path or the other.
1335   BasicBlock::iterator BBI = TrueRet;
1336   if (BBI != TrueSucc->begin() && !isa<PHINode>(--BBI))
1337     return false;  // Not empty with optional phi nodes.
1338   BBI = FalseRet;
1339   if (BBI != FalseSucc->begin() && !isa<PHINode>(--BBI))
1340     return false;  // Not empty with optional phi nodes.
1341
1342   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1343   // there is no return value for this function, just change the
1344   // branch into a return.
1345   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1346     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1347     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1348     ReturnInst::Create(0, BI);
1349     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1350     return true;
1351   }
1352     
1353   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1354   // so we can insert a new select instruction.
1355   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1356   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1357   
1358   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1359   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1360     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1361       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1362   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1363     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1364       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1365   
1366   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1367   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1368   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1369   // constant expression that prevents this transformation from being
1370   // safe.
1371   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1372     if (TCV->canTrap())
1373       return false;
1374   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1375     if (FCV->canTrap())
1376       return false;
1377   
1378   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1379   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1380   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1381   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1382   
1383   // Insert select instructions where needed.
1384   Value *BrCond = BI->getCondition();
1385   if (TrueValue) {
1386     // Insert a select if the results differ.
1387     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1388     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1389       TrueValue = FalseValue;
1390     } else {
1391       TrueValue = SelectInst::Create(BrCond, TrueValue,
1392                                      FalseValue, "retval", BI);
1393     }
1394   }
1395
1396   Value *RI = !TrueValue ?
1397               ReturnInst::Create(BI) :
1398               ReturnInst::Create(TrueValue, BI);
1399       
1400   DOUT << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
1401        << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
1402        << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc;
1403       
1404   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1405
1406   return true;
1407 }
1408
1409 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is ONLY a setcc and a branch,
1410 /// and if a predecessor branches to us and one of our successors, fold the
1411 /// setcc into the predecessor and use logical operations to pick the right
1412 /// destination.
1413 static bool FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI) {
1414   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1415   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
1416   if (Cond == 0) return false;
1417
1418   
1419   // Only allow this if the condition is a simple instruction that can be
1420   // executed unconditionally.  It must be in the same block as the branch, and
1421   // must be at the front of the block.
1422   if ((!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
1423       Cond->getParent() != BB || &BB->front() != Cond || !Cond->hasOneUse())
1424     return false;
1425   
1426   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
1427   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
1428   if (&*CondIt != BI)
1429     return false;
1430
1431   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
1432   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
1433   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
1434     if (CE->canTrap())
1435       return false;
1436   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
1437     if (CE->canTrap())
1438       return false;
1439   
1440   
1441   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
1442   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
1443   BasicBlock *FalseDest = BI->getSuccessor(1);
1444   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
1445     return false;
1446   
1447   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
1448     BasicBlock *PredBlock = *PI;
1449     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
1450     
1451     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
1452     // the common successor, verify that the same value flows in from both
1453     // blocks.
1454     if (PBI == 0 || PBI->isUnconditional() ||
1455         !SafeToMergeTerminators(BI, PBI))
1456       continue;
1457     
1458     Instruction::BinaryOps Opc;
1459     bool InvertPredCond = false;
1460
1461     if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
1462       Opc = Instruction::Or;
1463     else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
1464       Opc = Instruction::And;
1465     else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
1466       Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
1467     else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
1468       Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
1469     else
1470       continue;
1471
1472     DOUT << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB;
1473     
1474     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
1475     if (InvertPredCond) {
1476       Value *NewCond =
1477         BinaryOperator::CreateNot(PBI->getCondition(),
1478                                   PBI->getCondition()->getName()+".not", PBI);
1479       PBI->setCondition(NewCond);
1480       BasicBlock *OldTrue = PBI->getSuccessor(0);
1481       BasicBlock *OldFalse = PBI->getSuccessor(1);
1482       PBI->setSuccessor(0, OldFalse);
1483       PBI->setSuccessor(1, OldTrue);
1484     }
1485     
1486     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
1487     // two conditions together.
1488     Instruction *New = Cond->clone();
1489     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
1490     New->takeName(Cond);
1491     Cond->setName(New->getName()+".old");
1492     
1493     Value *NewCond = BinaryOperator::Create(Opc, PBI->getCondition(),
1494                                             New, "or.cond", PBI);
1495     PBI->setCondition(NewCond);
1496     if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
1497       AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
1498       PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
1499     }
1500     if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
1501       AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
1502       PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
1503     }
1504     return true;
1505   }
1506   return false;
1507 }
1508
1509 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
1510 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
1511 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
1512 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
1513 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
1514   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
1515   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1516   
1517   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
1518   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make 
1519   // this conditional branch redundant.
1520   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
1521       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
1522     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
1523     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
1524     if (BB->getSinglePredecessor()) {
1525       // Turn this into a branch on constant.
1526       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
1527       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::Int1Ty, CondIsTrue));
1528       return true;  // Nuke the branch on constant.
1529     }
1530     
1531     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
1532     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
1533     // simplifycfg will thread the block.
1534     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
1535       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::Int1Ty,
1536                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
1537                                        BB->begin());
1538       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
1539       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
1540       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
1541       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
1542         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator())) &&
1543             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
1544             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
1545             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
1546           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
1547           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::Int1Ty, 
1548                                               CondIsTrue), *PI);
1549         } else {
1550           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), *PI);
1551         }
1552       
1553       BI->setCondition(NewPN);
1554       return true;
1555     }
1556   }
1557   
1558   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
1559   // predecessors is a conditional branch to one of our destinations,
1560   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
1561   if (&BB->front() != BI)
1562     return false;
1563
1564   
1565   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
1566     if (CE->canTrap())
1567       return false;
1568   
1569   int PBIOp, BIOp;
1570   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
1571     PBIOp = BIOp = 0;
1572   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
1573     PBIOp = 0, BIOp = 1;
1574   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
1575     PBIOp = 1, BIOp = 0;
1576   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
1577     PBIOp = BIOp = 1;
1578   else
1579     return false;
1580     
1581   // Check to make sure that the other destination of this branch
1582   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
1583   // keep getting unwound.
1584   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
1585     return false;
1586     
1587   // Do not perform this transformation if it would require 
1588   // insertion of a large number of select instructions. For targets
1589   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
1590   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
1591       
1592   unsigned NumPhis = 0;
1593   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
1594        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis)
1595     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
1596       return false;
1597     
1598   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
1599   BasicBlock *OtherDest  = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
1600   
1601   DOUT << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
1602        << "AND: " << *BI->getParent();
1603   
1604   
1605   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
1606   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
1607   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
1608   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
1609   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
1610   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
1611   // infinite loop with no cond branch.
1612   if (OtherDest == BB) {
1613     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1614     // or it won't matter if it's hot. :)
1615     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create("infloop", BB->getParent());
1616     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1617     OtherDest = InfLoopBlock;
1618   }  
1619   
1620   DOUT << *PBI->getParent()->getParent();
1621   
1622   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
1623   // it alone, but modify PBI.
1624   
1625   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
1626   Value *PBICond = PBI->getCondition();
1627   if (PBIOp)
1628     PBICond = BinaryOperator::CreateNot(PBICond,
1629                                         PBICond->getName()+".not",
1630                                         PBI);
1631   Value *BICond = BI->getCondition();
1632   if (BIOp)
1633     BICond = BinaryOperator::CreateNot(BICond,
1634                                        BICond->getName()+".not",
1635                                        PBI);
1636   // Merge the conditions.
1637   Value *Cond = BinaryOperator::CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge", PBI);
1638   
1639   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
1640   PBI->setCondition(Cond);
1641   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
1642   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
1643   
1644   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
1645   // block that are identical to the entries for BI's block.
1646   PHINode *PN;
1647   for (BasicBlock::iterator II = OtherDest->begin();
1648        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
1649     Value *V = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1650     PN->addIncoming(V, PBI->getParent());
1651   }
1652   
1653   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
1654   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
1655   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
1656   // them agree.
1657   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
1658        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
1659     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1660     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
1661     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
1662     if (BIV != PBIV) {
1663       // Insert a select in PBI to pick the right value.
1664       Value *NV = SelectInst::Create(PBICond, PBIV, BIV,
1665                                      PBIV->getName()+".mux", PBI);
1666       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
1667     }
1668   }
1669   
1670   DOUT << "INTO: " << *PBI->getParent();
1671   
1672   DOUT << *PBI->getParent()->getParent();
1673   
1674   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
1675   // one fewer predecessor.
1676   return true;
1677 }
1678
1679
1680 namespace {
1681   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
1682   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
1683   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
1684   struct ConstantIntOrdering {
1685     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
1686       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
1687     }
1688   };
1689 }
1690
1691 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
1692 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
1693 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
1694 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
1695 ///
1696 /// WARNING:  The entry node of a function may not be simplified.
1697 ///
1698 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB) {
1699   bool Changed = false;
1700   Function *M = BB->getParent();
1701
1702   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
1703   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
1704   assert(&BB->getParent()->getEntryBlock() != BB &&
1705          "Can't Simplify entry block!");
1706
1707   // Remove basic blocks that have no predecessors... or that just have themself
1708   // as a predecessor.  These are unreachable.
1709   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) || BB->getSinglePredecessor() == BB) {
1710     DOUT << "Removing BB: \n" << *BB;
1711     DeleteDeadBlock(BB);
1712     return true;
1713   }
1714
1715   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
1716   // away...
1717   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB);
1718
1719   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
1720   // eliminate it, do so now.
1721   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
1722     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
1723       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN); 
1724
1725   // If this is a returning block with only PHI nodes in it, fold the return
1726   // instruction into any unconditional branch predecessors.
1727   //
1728   // If any predecessor is a conditional branch that just selects among
1729   // different return values, fold the replace the branch/return with a select
1730   // and return.
1731   if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
1732     BasicBlock::iterator BBI = BB->getTerminator();
1733     if (BBI == BB->begin() || isa<PHINode>(--BBI)) {
1734       // Find predecessors that end with branches.
1735       SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
1736       SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
1737       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
1738         TerminatorInst *PTI = (*PI)->getTerminator();
1739         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
1740           if (BI->isUnconditional())
1741             UncondBranchPreds.push_back(*PI);
1742           else
1743             CondBranchPreds.push_back(BI);
1744         }
1745       }
1746
1747       // If we found some, do the transformation!
1748       if (!UncondBranchPreds.empty()) {
1749         while (!UncondBranchPreds.empty()) {
1750           BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.back();
1751           DOUT << "FOLDING: " << *BB
1752                << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred;
1753           UncondBranchPreds.pop_back();
1754           Instruction *UncondBranch = Pred->getTerminator();
1755           // Clone the return and add it to the end of the predecessor.
1756           Instruction *NewRet = RI->clone();
1757           Pred->getInstList().push_back(NewRet);
1758
1759           // If the return instruction returns a value, and if the value was a
1760           // PHI node in "BB", propagate the right value into the return.
1761           for (User::op_iterator i = NewRet->op_begin(), e = NewRet->op_end();
1762                i != e; ++i)
1763             if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(*i))
1764               if (PN->getParent() == BB)
1765                 *i = PN->getIncomingValueForBlock(Pred);
1766           
1767           // Update any PHI nodes in the returning block to realize that we no
1768           // longer branch to them.
1769           BB->removePredecessor(Pred);
1770           Pred->getInstList().erase(UncondBranch);
1771         }
1772
1773         // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
1774         if (pred_begin(BB) == pred_end(BB))
1775           // We know there are no successors, so just nuke the block.
1776           M->getBasicBlockList().erase(BB);
1777
1778         return true;
1779       }
1780
1781       // Check out all of the conditional branches going to this return
1782       // instruction.  If any of them just select between returns, change the
1783       // branch itself into a select/return pair.
1784       while (!CondBranchPreds.empty()) {
1785         BranchInst *BI = CondBranchPreds.back();
1786         CondBranchPreds.pop_back();
1787
1788         // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
1789         if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
1790             isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
1791             SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI))
1792           return true;
1793       }
1794     }
1795   } else if (isa<UnwindInst>(BB->begin())) {
1796     // Check to see if the first instruction in this block is just an unwind.
1797     // If so, replace any invoke instructions which use this as an exception
1798     // destination with call instructions, and any unconditional branch
1799     // predecessor with an unwind.
1800     //
1801     SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
1802     while (!Preds.empty()) {
1803       BasicBlock *Pred = Preds.back();
1804       if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Pred->getTerminator())) {
1805         if (BI->isUnconditional()) {
1806           Pred->getInstList().pop_back();  // nuke uncond branch
1807           new UnwindInst(Pred);            // Use unwind.
1808           Changed = true;
1809         }
1810       } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Pred->getTerminator()))
1811         if (II->getUnwindDest() == BB) {
1812           // Insert a new branch instruction before the invoke, because this
1813           // is now a fall through...
1814           BranchInst *BI = BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
1815           Pred->getInstList().remove(II);   // Take out of symbol table
1816
1817           // Insert the call now...
1818           SmallVector<Value*,8> Args(II->op_begin()+3, II->op_end());
1819           CallInst *CI = CallInst::Create(II->getCalledValue(),
1820                                           Args.begin(), Args.end(),
1821                                           II->getName(), BI);
1822           CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
1823           CI->setAttributes(II->getAttributes());
1824           // If the invoke produced a value, the Call now does instead
1825           II->replaceAllUsesWith(CI);
1826           delete II;
1827           Changed = true;
1828         }
1829
1830       Preds.pop_back();
1831     }
1832
1833     // If this block is now dead, remove it.
1834     if (pred_begin(BB) == pred_end(BB)) {
1835       // We know there are no successors, so just nuke the block.
1836       M->getBasicBlockList().erase(BB);
1837       return true;
1838     }
1839
1840   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
1841     if (isValueEqualityComparison(SI)) {
1842       // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
1843       // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
1844       if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
1845         if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred))
1846           return SimplifyCFG(BB) || 1;
1847
1848       // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
1849       // away into any preds.
1850       if (SI == &BB->front())
1851         if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI))
1852           return SimplifyCFG(BB) || 1;
1853     }
1854   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
1855     if (BI->isUnconditional()) {
1856       BasicBlock::iterator BBI = BB->getFirstNonPHI();
1857
1858       BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(0);
1859       if (BBI->isTerminator() &&  // Terminator is the only non-phi instruction!
1860           Succ != BB)             // Don't hurt infinite loops!
1861         if (TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB, Succ))
1862           return true;
1863       
1864     } else {  // Conditional branch
1865       if (isValueEqualityComparison(BI)) {
1866         // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
1867         // see if that predecessor totally determines the outcome of this
1868         // switch.
1869         if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
1870           if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred))
1871             return SimplifyCFG(BB) || 1;
1872
1873         // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
1874         BasicBlock::iterator I = BB->begin();
1875         if (&*I == BI ||
1876             (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition()) &&
1877              &*++I == BI))
1878           if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI))
1879             return SimplifyCFG(BB) | true;
1880       }
1881       
1882       // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
1883       // through this block if any PHI node entries are constants.
1884       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
1885         if (PN->getParent() == BI->getParent())
1886           if (FoldCondBranchOnPHI(BI))
1887             return SimplifyCFG(BB) | true;
1888
1889       // If this basic block is ONLY a setcc and a branch, and if a predecessor
1890       // branches to us and one of our successors, fold the setcc into the
1891       // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
1892       if (FoldBranchToCommonDest(BI))
1893         return SimplifyCFG(BB) | 1;
1894
1895
1896       // Scan predecessor blocks for conditional branches.
1897       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
1898         if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
1899           if (PBI != BI && PBI->isConditional())
1900             if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
1901               return SimplifyCFG(BB) | true;
1902     }
1903   } else if (isa<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
1904     // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
1905     // be removed, do so.
1906     Instruction *Unreachable = BB->getTerminator();
1907     while (Unreachable != BB->begin()) {
1908       BasicBlock::iterator BBI = Unreachable;
1909       --BBI;
1910       // Do not delete instructions that can have side effects, like calls
1911       // (which may never return) and volatile loads and stores.
1912       if (isa<CallInst>(BBI)) break;
1913
1914       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI))
1915         if (SI->isVolatile())
1916           break;
1917
1918       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI))
1919         if (LI->isVolatile())
1920           break;
1921
1922       // Delete this instruction
1923       BB->getInstList().erase(BBI);
1924       Changed = true;
1925     }
1926
1927     // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
1928     // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
1929     if (&BB->front() == Unreachable) {
1930       SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
1931       for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
1932         TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
1933
1934         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
1935           if (BI->isUnconditional()) {
1936             if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
1937               new UnreachableInst(TI);
1938               TI->eraseFromParent();
1939               Changed = true;
1940             }
1941           } else {
1942             if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
1943               BranchInst::Create(BI->getSuccessor(1), BI);
1944               EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1945             } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
1946               BranchInst::Create(BI->getSuccessor(0), BI);
1947               EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1948               Changed = true;
1949             }
1950           }
1951         } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
1952           for (unsigned i = 1, e = SI->getNumCases(); i != e; ++i)
1953             if (SI->getSuccessor(i) == BB) {
1954               BB->removePredecessor(SI->getParent());
1955               SI->removeCase(i);
1956               --i; --e;
1957               Changed = true;
1958             }
1959           // If the default value is unreachable, figure out the most popular
1960           // destination and make it the default.
1961           if (SI->getSuccessor(0) == BB) {
1962             std::map<BasicBlock*, unsigned> Popularity;
1963             for (unsigned i = 1, e = SI->getNumCases(); i != e; ++i)
1964               Popularity[SI->getSuccessor(i)]++;
1965
1966             // Find the most popular block.
1967             unsigned MaxPop = 0;
1968             BasicBlock *MaxBlock = 0;
1969             for (std::map<BasicBlock*, unsigned>::iterator
1970                    I = Popularity.begin(), E = Popularity.end(); I != E; ++I) {
1971               if (I->second > MaxPop) {
1972                 MaxPop = I->second;
1973                 MaxBlock = I->first;
1974               }
1975             }
1976             if (MaxBlock) {
1977               // Make this the new default, allowing us to delete any explicit
1978               // edges to it.
1979               SI->setSuccessor(0, MaxBlock);
1980               Changed = true;
1981
1982               // If MaxBlock has phinodes in it, remove MaxPop-1 entries from
1983               // it.
1984               if (isa<PHINode>(MaxBlock->begin()))
1985                 for (unsigned i = 0; i != MaxPop-1; ++i)
1986                   MaxBlock->removePredecessor(SI->getParent());
1987
1988               for (unsigned i = 1, e = SI->getNumCases(); i != e; ++i)
1989                 if (SI->getSuccessor(i) == MaxBlock) {
1990                   SI->removeCase(i);
1991                   --i; --e;
1992                 }
1993             }
1994           }
1995         } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
1996           if (II->getUnwindDest() == BB) {
1997             // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
1998             // place to note that the call does not throw though.
1999             BranchInst *BI = BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2000             II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
2001
2002             // Insert the call now...
2003             SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin()+3, II->op_end());
2004             CallInst *CI = CallInst::Create(II->getCalledValue(),
2005                                             Args.begin(), Args.end(),
2006                                             II->getName(), BI);
2007             CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
2008             CI->setAttributes(II->getAttributes());
2009             // If the invoke produced a value, the Call does now instead.
2010             II->replaceAllUsesWith(CI);
2011             delete II;
2012             Changed = true;
2013           }
2014         }
2015       }
2016
2017       // If this block is now dead, remove it.
2018       if (pred_begin(BB) == pred_end(BB)) {
2019         // We know there are no successors, so just nuke the block.
2020         M->getBasicBlockList().erase(BB);
2021         return true;
2022       }
2023     }
2024   }
2025
2026   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
2027   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
2028   // if there are no PHI nodes.
2029   //
2030   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
2031     return true;
2032
2033   // Otherwise, if this block only has a single predecessor, and if that block
2034   // is a conditional branch, see if we can hoist any code from this block up
2035   // into our predecessor.
2036   pred_iterator PI(pred_begin(BB)), PE(pred_end(BB));
2037   BasicBlock *OnlyPred = *PI++;
2038   for (; PI != PE; ++PI)  // Search all predecessors, see if they are all same
2039     if (*PI != OnlyPred) {
2040       OnlyPred = 0;       // There are multiple different predecessors...
2041       break;
2042     }
2043   
2044   if (OnlyPred)
2045     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(OnlyPred->getTerminator()))
2046       if (BI->isConditional()) {
2047         // Get the other block.
2048         BasicBlock *OtherBB = BI->getSuccessor(BI->getSuccessor(0) == BB);
2049         PI = pred_begin(OtherBB);
2050         ++PI;
2051         
2052         if (PI == pred_end(OtherBB)) {
2053           // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
2054           // from the condbr.  We know that the condbr dominates the two blocks,
2055           // so see if there is any identical code in the "then" and "else"
2056           // blocks.  If so, we can hoist it up to the branching block.
2057           Changed |= HoistThenElseCodeToIf(BI);
2058         } else {
2059           BasicBlock* OnlySucc = NULL;
2060           for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), SE = succ_end(BB);
2061                SI != SE; ++SI) {
2062             if (!OnlySucc)
2063               OnlySucc = *SI;
2064             else if (*SI != OnlySucc) {
2065               OnlySucc = 0;     // There are multiple distinct successors!
2066               break;
2067             }
2068           }
2069
2070           if (OnlySucc == OtherBB) {
2071             // If BB's only successor is the other successor of the predecessor,
2072             // i.e. a triangle, see if we can hoist any code from this block up
2073             // to the "if" block.
2074             Changed |= SpeculativelyExecuteBB(BI, BB);
2075           }
2076         }
2077       }
2078
2079   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
2080     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
2081       // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2082       if (BI->isConditional() && isa<Instruction>(BI->getCondition())) {
2083         Instruction *Cond = cast<Instruction>(BI->getCondition());
2084         // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2085         // 'setne's and'ed together, collect them.
2086         Value *CompVal = 0;
2087         std::vector<ConstantInt*> Values;
2088         bool TrueWhenEqual = GatherValueComparisons(Cond, CompVal, Values);
2089         if (CompVal && CompVal->getType()->isInteger()) {
2090           // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2091           // instruction can't handle, remove them now.
2092           std::sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntOrdering());
2093           Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2094
2095           // Figure out which block is which destination.
2096           BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2097           BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2098           if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2099
2100           // Create the new switch instruction now.
2101           SwitchInst *New = SwitchInst::Create(CompVal, DefaultBB,
2102                                                Values.size(), BI);
2103
2104           // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2105           for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2106             New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2107
2108           // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2109           // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2110           // the number of edges added.
2111           for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2112                isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2113             PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2114             Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(*PI);
2115             for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2116               PN->addIncoming(InVal, *PI);
2117           }
2118
2119           // Erase the old branch instruction.
2120           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2121           return true;
2122         }
2123       }
2124
2125   return Changed;
2126 }