SwitchInst refactoring.
[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/DerivedTypes.h"
18 #include "llvm/GlobalVariable.h"
19 #include "llvm/Instructions.h"
20 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
21 #include "llvm/LLVMContext.h"
22 #include "llvm/Metadata.h"
23 #include "llvm/Operator.h"
24 #include "llvm/Type.h"
25 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
26 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
27 #include "llvm/Target/TargetData.h"
28 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
29 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
30 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
31 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
32 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
33 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
34 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
35 #include "llvm/Support/CFG.h"
36 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
37 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
38 #include "llvm/Support/Debug.h"
39 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
40 #include "llvm/Support/NoFolder.h"
41 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
42 #include <algorithm>
43 #include <set>
44 #include <map>
45 using namespace llvm;
46
47 static cl::opt<unsigned>
48 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(1),
49    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 1)"));
50
51 static cl::opt<bool>
52 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
53        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
54
55 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
56
57 namespace {
58 class SimplifyCFGOpt {
59   const TargetData *const TD;
60
61   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
62   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
63     std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > &Cases);
64   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
65                                                      BasicBlock *Pred,
66                                                      IRBuilder<> &Builder);
67   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
68                                            IRBuilder<> &Builder);
69
70   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
71   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
72   bool SimplifyUnwind(UnwindInst *UI, IRBuilder<> &Builder);
73   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
74   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
75   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
76   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
77   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
78
79 public:
80   explicit SimplifyCFGOpt(const TargetData *td) : TD(td) {}
81   bool run(BasicBlock *BB);
82 };
83 }
84
85 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
86 /// terminator instructions together.
87 ///
88 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
89   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
90   
91   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
92   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
93   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
94   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
95   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
96   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
97   
98   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
99     if (SI1Succs.count(*I))
100       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
101            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
102         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
103         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
104             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
105           return false;
106       }
107         
108   return true;
109 }
110
111 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
112 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
113 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
114 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
115 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
116                                   BasicBlock *ExistPred) {
117   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
118   
119   PHINode *PN;
120   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
121        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
122     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
123 }
124
125
126 /// GetIfCondition - Given a basic block (BB) with two predecessors (and at
127 /// least one PHI node in it), check to see if the merge at this block is due
128 /// to an "if condition".  If so, return the boolean condition that determines
129 /// which entry into BB will be taken.  Also, return by references the block
130 /// that will be entered from if the condition is true, and the block that will
131 /// be entered if the condition is false.
132 ///
133 /// This does no checking to see if the true/false blocks have large or unsavory
134 /// instructions in them.
135 static Value *GetIfCondition(BasicBlock *BB, BasicBlock *&IfTrue,
136                              BasicBlock *&IfFalse) {
137   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(BB->begin());
138   assert(SomePHI->getNumIncomingValues() == 2 &&
139          "Function can only handle blocks with 2 predecessors!");
140   BasicBlock *Pred1 = SomePHI->getIncomingBlock(0);
141   BasicBlock *Pred2 = SomePHI->getIncomingBlock(1);
142
143   // We can only handle branches.  Other control flow will be lowered to
144   // branches if possible anyway.
145   BranchInst *Pred1Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred1->getTerminator());
146   BranchInst *Pred2Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred2->getTerminator());
147   if (Pred1Br == 0 || Pred2Br == 0)
148     return 0;
149
150   // Eliminate code duplication by ensuring that Pred1Br is conditional if
151   // either are.
152   if (Pred2Br->isConditional()) {
153     // If both branches are conditional, we don't have an "if statement".  In
154     // reality, we could transform this case, but since the condition will be
155     // required anyway, we stand no chance of eliminating it, so the xform is
156     // probably not profitable.
157     if (Pred1Br->isConditional())
158       return 0;
159
160     std::swap(Pred1, Pred2);
161     std::swap(Pred1Br, Pred2Br);
162   }
163
164   if (Pred1Br->isConditional()) {
165     // The only thing we have to watch out for here is to make sure that Pred2
166     // doesn't have incoming edges from other blocks.  If it does, the condition
167     // doesn't dominate BB.
168     if (Pred2->getSinglePredecessor() == 0)
169       return 0;
170     
171     // If we found a conditional branch predecessor, make sure that it branches
172     // to BB and Pred2Br.  If it doesn't, this isn't an "if statement".
173     if (Pred1Br->getSuccessor(0) == BB &&
174         Pred1Br->getSuccessor(1) == Pred2) {
175       IfTrue = Pred1;
176       IfFalse = Pred2;
177     } else if (Pred1Br->getSuccessor(0) == Pred2 &&
178                Pred1Br->getSuccessor(1) == BB) {
179       IfTrue = Pred2;
180       IfFalse = Pred1;
181     } else {
182       // We know that one arm of the conditional goes to BB, so the other must
183       // go somewhere unrelated, and this must not be an "if statement".
184       return 0;
185     }
186
187     return Pred1Br->getCondition();
188   }
189
190   // Ok, if we got here, both predecessors end with an unconditional branch to
191   // BB.  Don't panic!  If both blocks only have a single (identical)
192   // predecessor, and THAT is a conditional branch, then we're all ok!
193   BasicBlock *CommonPred = Pred1->getSinglePredecessor();
194   if (CommonPred == 0 || CommonPred != Pred2->getSinglePredecessor())
195     return 0;
196
197   // Otherwise, if this is a conditional branch, then we can use it!
198   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CommonPred->getTerminator());
199   if (BI == 0) return 0;
200   
201   assert(BI->isConditional() && "Two successors but not conditional?");
202   if (BI->getSuccessor(0) == Pred1) {
203     IfTrue = Pred1;
204     IfFalse = Pred2;
205   } else {
206     IfTrue = Pred2;
207     IfFalse = Pred1;
208   }
209   return BI->getCondition();
210 }
211
212 /// ComputeSpeculuationCost - Compute an abstract "cost" of speculating the
213 /// given instruction, which is assumed to be safe to speculate. 1 means
214 /// cheap, 2 means less cheap, and UINT_MAX means prohibitively expensive.
215 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I) {
216   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
217          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
218   switch (Operator::getOpcode(I)) {
219   default:
220     // In doubt, be conservative.
221     return UINT_MAX;
222   case Instruction::GetElementPtr:
223     // GEPs are cheap if all indices are constant.
224     if (!cast<GEPOperator>(I)->hasAllConstantIndices())
225       return UINT_MAX;
226     return 1;
227   case Instruction::Load:
228   case Instruction::Add:
229   case Instruction::Sub:
230   case Instruction::And:
231   case Instruction::Or:
232   case Instruction::Xor:
233   case Instruction::Shl:
234   case Instruction::LShr:
235   case Instruction::AShr:
236   case Instruction::ICmp:
237   case Instruction::Trunc:
238   case Instruction::ZExt:
239   case Instruction::SExt:
240     return 1; // These are all cheap.
241
242   case Instruction::Call:
243   case Instruction::Select:
244     return 2;
245   }
246 }
247
248 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
249 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
250 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
251 /// which works well enough for us.
252 ///
253 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
254 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
255 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
256 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
257 /// set and true is returned.
258 ///
259 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
260 /// Select whose cost is 2.
261 ///
262 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
263 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
264 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
265 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
266                                 SmallPtrSet<Instruction*, 4> *AggressiveInsts,
267                                 unsigned &CostRemaining) {
268   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
269   if (!I) {
270     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
271     // can be executed unconditionally.
272     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
273       if (C->canTrap())
274         return false;
275     return true;
276   }
277   BasicBlock *PBB = I->getParent();
278
279   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
280   // the bottom of this block.
281   if (PBB == BB) return false;
282
283   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
284   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
285   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
286   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
287   if (BI == 0 || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
288     return true;
289
290   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
291   // instructions in the 'if region'.
292   if (AggressiveInsts == 0) return false;
293   
294   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
295   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
296
297   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
298   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
299   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
300   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
301     return false;
302
303   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I);
304
305   if (Cost > CostRemaining)
306     return false;
307
308   CostRemaining -= Cost;
309
310   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
311   // not take us over the cost threshold.
312   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
313     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining))
314       return false;
315   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
316   AggressiveInsts->insert(I);
317   return true;
318 }
319
320 /// GetConstantInt - Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
321 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
322 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const TargetData *TD) {
323   // Normal constant int.
324   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
325   if (CI || !TD || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
326     return CI;
327
328   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
329   // ConstantInt if possible.
330   IntegerType *PtrTy = TD->getIntPtrType(V->getContext());
331
332   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
333   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
334     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
335
336   // IntToPtr const int.
337   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
338     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
339       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
340         // The constant is very likely to have the right type already.
341         if (CI->getType() == PtrTy)
342           return CI;
343         else
344           return cast<ConstantInt>
345             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
346       }
347   return 0;
348 }
349
350 /// GatherConstantCompares - Given a potentially 'or'd or 'and'd together
351 /// collection of icmp eq/ne instructions that compare a value against a
352 /// constant, return the value being compared, and stick the constant into the
353 /// Values vector.
354 static Value *
355 GatherConstantCompares(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Vals, Value *&Extra,
356                        const TargetData *TD, bool isEQ, unsigned &UsedICmps) {
357   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
358   if (I == 0) return 0;
359   
360   // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
361   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
362     if (ConstantInt *C = GetConstantInt(I->getOperand(1), TD)) {
363       if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
364         UsedICmps++;
365         Vals.push_back(C);
366         return I->getOperand(0);
367       }
368       
369       // If we have "x ult 3" comparison, for example, then we can add 0,1,2 to
370       // the set.
371       ConstantRange Span =
372         ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(), C->getValue());
373       
374       // If this is an and/!= check then we want to optimize "x ugt 2" into
375       // x != 0 && x != 1.
376       if (!isEQ)
377         Span = Span.inverse();
378       
379       // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
380       if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet())
381         return 0;
382       
383       for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
384         Vals.push_back(ConstantInt::get(V->getContext(), Tmp));
385       UsedICmps++;
386       return I->getOperand(0);
387     }
388     return 0;
389   }
390   
391   // Otherwise, we can only handle an | or &, depending on isEQ.
392   if (I->getOpcode() != (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And))
393     return 0;
394   
395   unsigned NumValsBeforeLHS = Vals.size();
396   unsigned UsedICmpsBeforeLHS = UsedICmps;
397   if (Value *LHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(0), Vals, Extra, TD,
398                                           isEQ, UsedICmps)) {
399     unsigned NumVals = Vals.size();
400     unsigned UsedICmpsBeforeRHS = UsedICmps;
401     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
402                                             isEQ, UsedICmps)) {
403       if (LHS == RHS)
404         return LHS;
405       Vals.resize(NumVals);
406       UsedICmps = UsedICmpsBeforeRHS;
407     }
408
409     // The RHS of the or/and can't be folded in and we haven't used "Extra" yet,
410     // set it and return success.
411     if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(1)) {
412       Extra = I->getOperand(1);
413       return LHS;
414     }
415     
416     Vals.resize(NumValsBeforeLHS);
417     UsedICmps = UsedICmpsBeforeLHS;
418     return 0;
419   }
420   
421   // If the LHS can't be folded in, but Extra is available and RHS can, try to
422   // use LHS as Extra.
423   if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(0)) {
424     Value *OldExtra = Extra;
425     Extra = I->getOperand(0);
426     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
427                                             isEQ, UsedICmps))
428       return RHS;
429     assert(Vals.size() == NumValsBeforeLHS);
430     Extra = OldExtra;
431   }
432   
433   return 0;
434 }
435
436 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
437   Instruction *Cond = 0;
438   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
439     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
440   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
441     if (BI->isConditional())
442       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
443   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
444     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
445   }
446
447   TI->eraseFromParent();
448   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
449 }
450
451 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
452 /// to see if a value is equal to constant integer value.
453 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
454   Value *CV = 0;
455   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
456     // Do not permit merging of large switch instructions into their
457     // predecessors unless there is only one predecessor.
458     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
459                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
460       CV = SI->getCondition();
461   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
462     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
463       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
464         if ((ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ ||
465              ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE) &&
466             GetConstantInt(ICI->getOperand(1), TD))
467           CV = ICI->getOperand(0);
468
469   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
470   if (TD && CV && CV->getType() == TD->getIntPtrType(CV->getContext()))
471     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV))
472       CV = PTII->getOperand(0);
473   return CV;
474 }
475
476 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
477 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
478 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
479 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
480                                 std::vector<std::pair<ConstantInt*,
481                                                       BasicBlock*> > &Cases) {
482   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
483     Cases.reserve(SI->getNumCases());
484     for (unsigned i = 0, e = SI->getNumCases(); i != e; ++i)
485       Cases.push_back(std::make_pair(SI->getCaseValue(i),
486                                      SI->getCaseSuccessor(i)));
487     return SI->getDefaultDest();
488   }
489
490   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
491   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
492   Cases.push_back(std::make_pair(GetConstantInt(ICI->getOperand(1), TD),
493                                  BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() ==
494                                                   ICmpInst::ICMP_NE)));
495   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
496 }
497
498
499 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
500 /// in the list that match the specified block.
501 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
502                std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > &Cases) {
503   for (unsigned i = 0, e = Cases.size(); i != e; ++i)
504     if (Cases[i].second == BB) {
505       Cases.erase(Cases.begin()+i);
506       --i; --e;
507     }
508 }
509
510 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
511 /// well.
512 static bool
513 ValuesOverlap(std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > &C1,
514               std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > &C2) {
515   std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > *V1 = &C1, *V2 = &C2;
516
517   // Make V1 be smaller than V2.
518   if (V1->size() > V2->size())
519     std::swap(V1, V2);
520
521   if (V1->size() == 0) return false;
522   if (V1->size() == 1) {
523     // Just scan V2.
524     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].first;
525     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
526       if (TheVal == (*V2)[i].first)
527         return true;
528   }
529
530   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
531   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
532   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
533   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
534   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
535     if ((*V1)[i1].first == (*V2)[i2].first)
536       return true;
537     if ((*V1)[i1].first < (*V2)[i2].first)
538       ++i1;
539     else
540       ++i2;
541   }
542   return false;
543 }
544
545 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
546 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
547 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
548 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
549 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
550 /// form of jump threading.
551 bool SimplifyCFGOpt::
552 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
553                                               BasicBlock *Pred,
554                                               IRBuilder<> &Builder) {
555   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
556   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
557
558   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
559   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
560   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
561
562   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
563   std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > PredCases;
564   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
565                                                         PredCases);
566   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
567
568   // Find information about how control leaves this block.
569   std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > ThisCases;
570   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
571   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
572
573   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
574   // simplify TI based on this knowledge.
575   if (PredDef == TI->getParent()) {
576     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
577     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
578     // can simplify TI.
579     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
580       return false;
581     
582     if (isa<BranchInst>(TI)) {
583       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
584       // uncond br.
585       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
586       // Insert the new branch.
587       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
588       (void) NI;
589
590       // Remove PHI node entries for the dead edge.
591       ThisCases[0].second->removePredecessor(TI->getParent());
592
593       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
594            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
595
596       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
597       return true;
598     }
599       
600     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
601     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
602     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
603     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
604       DeadCases.insert(PredCases[i].first);
605
606     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
607                  << "Through successor TI: " << *TI);
608
609     for (unsigned i = SI->getNumCases(); i != 0;) {
610       --i;
611       if (DeadCases.count(SI->getCaseValue(i))) {
612         SI->getCaseSuccessor(i)->removePredecessor(TI->getParent());
613         SI->removeCase(i);
614       }
615     }
616
617     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
618     return true;
619   }
620   
621   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
622   // which value (or set of values) this is.
623   ConstantInt *TIV = 0;
624   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
625   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
626     if (PredCases[i].second == TIBB) {
627       if (TIV != 0)
628         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
629       TIV = PredCases[i].first;
630     }
631   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
632
633   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
634   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
635   BasicBlock *TheRealDest = 0;
636   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
637     if (ThisCases[i].first == TIV) {
638       TheRealDest = ThisCases[i].second;
639       break;
640     }
641
642   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
643   if (TheRealDest == 0) TheRealDest = ThisDef;
644
645   // Remove PHI node entries for dead edges.
646   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
647   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
648     if (*SI != CheckEdge)
649       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
650     else
651       CheckEdge = 0;
652
653   // Insert the new branch.
654   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
655   (void) NI;
656
657   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
658             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
659
660   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
661   return true;
662 }
663
664 namespace {
665   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
666   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
667   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
668   struct ConstantIntOrdering {
669     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
670       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
671     }
672   };
673 }
674
675 static int ConstantIntSortPredicate(const void *P1, const void *P2) {
676   const ConstantInt *LHS = *(const ConstantInt**)P1;
677   const ConstantInt *RHS = *(const ConstantInt**)P2;
678   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
679     return 1;
680   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
681     return 0;
682   return -1;
683 }
684
685 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
686 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
687 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
688 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
689 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
690                                                          IRBuilder<> &Builder) {
691   BasicBlock *BB = TI->getParent();
692   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
693   assert(CV && "Not a comparison?");
694   bool Changed = false;
695
696   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
697   while (!Preds.empty()) {
698     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
699
700     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
701     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
702     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
703
704     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
705       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
706       std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > BBCases;
707       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
708
709       std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > PredCases;
710       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
711
712       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
713       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
714       // build.
715       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
716
717       if (PredDefault == BB) {
718         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
719         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
720         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
721         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
722           if (PredCases[i].second != BB)
723             PTIHandled.insert(PredCases[i].first);
724           else {
725             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
726             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
727             PredCases.pop_back();
728             --i; --e;
729           }
730
731         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
732         if (PredDefault != BBDefault) {
733           PredDefault->removePredecessor(Pred);
734           PredDefault = BBDefault;
735           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
736         }
737         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
738           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].first) &&
739               BBCases[i].second != BBDefault) {
740             PredCases.push_back(BBCases[i]);
741             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].second);
742           }
743
744       } else {
745         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
746         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
747         // activated.
748         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
749         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
750           if (PredCases[i].second == BB) {
751             PTIHandled.insert(PredCases[i].first);
752             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
753             PredCases.pop_back();
754             --i; --e;
755           }
756
757         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
758         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
759         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
760           if (PTIHandled.count(BBCases[i].first)) {
761             // If this is one we are capable of getting...
762             PredCases.push_back(BBCases[i]);
763             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].second);
764             PTIHandled.erase(BBCases[i].first);// This constant is taken care of
765           }
766
767         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
768         // they must go to the default destination of TI.
769         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I = 
770                                     PTIHandled.begin(),
771                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
772           PredCases.push_back(std::make_pair(*I, BBDefault));
773           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
774         }
775       }
776
777       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
778       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
779       // successors.
780       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
781         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
782
783       Builder.SetInsertPoint(PTI);
784       // Convert pointer to int before we switch.
785       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
786         assert(TD && "Cannot switch on pointer without TargetData");
787         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, TD->getIntPtrType(CV->getContext()),
788                                     "magicptr");
789       }
790
791       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
792       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
793                                                PredCases.size());
794       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
795       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
796         NewSI->addCase(PredCases[i].first, PredCases[i].second);
797
798       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
799
800       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
801       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
802       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
803       BasicBlock *InfLoopBlock = 0;
804       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
805         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
806           if (InfLoopBlock == 0) {
807             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
808             // or it won't matter if it's hot. :)
809             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
810                                               "infloop", BB->getParent());
811             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
812           }
813           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
814         }
815
816       Changed = true;
817     }
818   }
819   return Changed;
820 }
821
822 // isSafeToHoistInvoke - If we would need to insert a select that uses the
823 // value of this invoke (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we
824 // would need to do this), we can't hoist the invoke, as there is nowhere
825 // to put the select in this case.
826 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
827                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
828   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
829     PHINode *PN;
830     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
831          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
832       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
833       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
834       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
835         return false;
836       }
837     }
838   }
839   return true;
840 }
841
842 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
843 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
844 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
845 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI) {
846   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
847   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
848   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
849   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
850   // identical order.
851   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
852   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
853
854   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
855   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
856
857   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
858   // Skip debug info if it is not identical.
859   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
860   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
861   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
862     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
863       I1 = BB1_Itr++;
864     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
865       I2 = BB2_Itr++;
866   }
867   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
868       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
869     return false;
870
871   // If we get here, we can hoist at least one instruction.
872   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
873
874   do {
875     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
876     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
877     if (isa<TerminatorInst>(I1))
878       goto HoistTerminator;
879
880     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
881     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
882     // the now redundant second instruction.
883     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
884     if (!I2->use_empty())
885       I2->replaceAllUsesWith(I1);
886     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
887     I2->eraseFromParent();
888
889     I1 = BB1_Itr++;
890     I2 = BB2_Itr++;
891     // Skip debug info if it is not identical.
892     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
893     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
894     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
895       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
896         I1 = BB1_Itr++;
897       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
898         I2 = BB2_Itr++;
899     }
900   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
901
902   return true;
903
904 HoistTerminator:
905   // It may not be possible to hoist an invoke.
906   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
907     return true;
908
909   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
910   Instruction *NT = I1->clone();
911   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
912   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
913     I1->replaceAllUsesWith(NT);
914     I2->replaceAllUsesWith(NT);
915     NT->takeName(I1);
916   }
917
918   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
919   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
920   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
921   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
922   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
923   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
924   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
925     PHINode *PN;
926     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
927          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
928       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
929       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
930       if (BB1V == BB2V) continue;
931       
932       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
933       // that determines the right value.
934       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
935       if (SI == 0) 
936         SI = cast<SelectInst>
937           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
938                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
939
940       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
941       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
942         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
943           PN->setIncomingValue(i, SI);
944     }
945   }
946
947   // Update any PHI nodes in our new successors.
948   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
949     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
950
951   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
952   return true;
953 }
954
955 /// SpeculativelyExecuteBB - Given a conditional branch that goes to BB1
956 /// and an BB2 and the only successor of BB1 is BB2, hoist simple code
957 /// (for now, restricted to a single instruction that's side effect free) from
958 /// the BB1 into the branch block to speculatively execute it.
959 ///
960 /// Turn
961 /// BB:
962 ///     %t1 = icmp
963 ///     br i1 %t1, label %BB1, label %BB2
964 /// BB1:
965 ///     %t3 = add %t2, c
966 ///     br label BB2
967 /// BB2:
968 /// =>
969 /// BB:
970 ///     %t1 = icmp
971 ///     %t4 = add %t2, c
972 ///     %t3 = select i1 %t1, %t2, %t3
973 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *BB1) {
974   // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
975   // terminator) for now.
976   Instruction *HInst = NULL;
977   Instruction *Term = BB1->getTerminator();
978   for (BasicBlock::iterator BBI = BB1->begin(), BBE = BB1->end();
979        BBI != BBE; ++BBI) {
980     Instruction *I = BBI;
981     // Skip debug info.
982     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
983     if (I == Term) break;
984
985     if (HInst)
986       return false;
987     HInst = I;
988   }
989
990   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
991
992   // Check the instruction to be hoisted, if there is one.
993   if (HInst) {
994     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
995     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(HInst))
996       return false;
997     if (ComputeSpeculationCost(HInst) > PHINodeFoldingThreshold)
998       return false;
999
1000     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1001     // used in this BB. The transformation will prevent the operand from
1002     // being sunk into the use block.
1003     for (User::op_iterator i = HInst->op_begin(), e = HInst->op_end(); 
1004          i != e; ++i) {
1005       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1006       if (OpI && OpI->getParent() == BIParent &&
1007           !OpI->mayHaveSideEffects() &&
1008           !OpI->isUsedInBasicBlock(BIParent))
1009         return false;
1010     }
1011   }
1012
1013   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1014   Value *BrCond = BI->getCondition();
1015   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1016     return false;
1017
1018   // If BB1 is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1019   // to swap the select operands later.
1020   bool Invert = false;
1021   if (BB1 != BI->getSuccessor(0)) {
1022     assert(BB1 == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1023     Invert = true;
1024   }
1025
1026   // Collect interesting PHIs, and scan for hazards.
1027   SmallSetVector<std::pair<Value *, Value *>, 4> PHIs;
1028   BasicBlock *BB2 = BB1->getTerminator()->getSuccessor(0);
1029   for (BasicBlock::iterator I = BB2->begin();
1030        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1031     Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1032     Value *BIParentV = PN->getIncomingValueForBlock(BIParent);
1033
1034     // Skip PHIs which are trivial.
1035     if (BB1V == BIParentV)
1036       continue;
1037
1038     // Check for saftey.
1039     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BB1V)) {
1040       // An unfolded ConstantExpr could end up getting expanded into
1041       // Instructions. Don't speculate this and another instruction at
1042       // the same time.
1043       if (HInst)
1044         return false;
1045       if (!isSafeToSpeculativelyExecute(CE))
1046         return false;
1047       if (ComputeSpeculationCost(CE) > PHINodeFoldingThreshold)
1048         return false;
1049     }
1050
1051     // Ok, we may insert a select for this PHI.
1052     PHIs.insert(std::make_pair(BB1V, BIParentV));
1053   }
1054
1055   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1056   // as well.
1057   if (PHIs.empty())
1058     return false;
1059   
1060   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1061   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *BB1 << "\n";);
1062
1063   // Hoist the instruction.
1064   if (HInst)
1065     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), HInst);
1066
1067   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1068   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1069   for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
1070     Value *TrueV = PHIs[i].first;
1071     Value *FalseV = PHIs[i].second;
1072
1073     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1074     // false value is the previously determined FalseV.
1075     SelectInst *SI;
1076     if (Invert)
1077       SI = cast<SelectInst>
1078         (Builder.CreateSelect(BrCond, FalseV, TrueV,
1079                               FalseV->getName() + "." + TrueV->getName()));
1080     else
1081       SI = cast<SelectInst>
1082         (Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1083                               TrueV->getName() + "." + FalseV->getName()));
1084
1085     // Make the PHI node use the select for all incoming values for "then" and
1086     // "if" blocks.
1087     for (BasicBlock::iterator I = BB2->begin();
1088          PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1089       unsigned BB1I = PN->getBasicBlockIndex(BB1);
1090       unsigned BIParentI = PN->getBasicBlockIndex(BIParent);
1091       Value *BB1V = PN->getIncomingValue(BB1I);
1092       Value *BIParentV = PN->getIncomingValue(BIParentI);
1093       if (TrueV == BB1V && FalseV == BIParentV) {
1094         PN->setIncomingValue(BB1I, SI);
1095         PN->setIncomingValue(BIParentI, SI);
1096       }
1097     }
1098   }
1099
1100   ++NumSpeculations;
1101   return true;
1102 }
1103
1104 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1105 /// across this block.
1106 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1107   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1108   unsigned Size = 0;
1109   
1110   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1111     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1112       continue;
1113     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1114     ++Size;
1115     
1116     // We can only support instructions that do not define values that are
1117     // live outside of the current basic block.
1118     for (Value::use_iterator UI = BBI->use_begin(), E = BBI->use_end();
1119          UI != E; ++UI) {
1120       Instruction *U = cast<Instruction>(*UI);
1121       if (U->getParent() != BB || isa<PHINode>(U)) return false;
1122     }
1123     
1124     // Looks ok, continue checking.
1125   }
1126
1127   return true;
1128 }
1129
1130 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1131 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1132 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1133 /// ultimate destination.
1134 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const TargetData *TD) {
1135   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1136   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1137   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1138   // outside of the block.
1139   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1140     return false;
1141   
1142   // Degenerate case of a single entry PHI.
1143   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1144     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1145     return true;    
1146   }
1147
1148   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1149   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1150   
1151   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1152   // constants.
1153   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1154     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1155     if (CB == 0 || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1156     
1157     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1158     // branch to RealDest.
1159     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1160     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1161     
1162     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1163     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1164     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1165     
1166     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1167     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1168     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1169     // the edge we are about to create.
1170     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1171                                             RealDest->getName()+".critedge",
1172                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1173     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1174     
1175     // Update PHI nodes.
1176     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1177
1178     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1179     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1180     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1181     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1182     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1183     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1184       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1185         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1186         continue;
1187       }
1188       // Clone the instruction.
1189       Instruction *N = BBI->clone();
1190       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1191       
1192       // Update operands due to translation.
1193       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1194            i != e; ++i) {
1195         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1196         if (PI != TranslateMap.end())
1197           *i = PI->second;
1198       }
1199       
1200       // Check for trivial simplification.
1201       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, TD)) {
1202         TranslateMap[BBI] = V;
1203         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1204       } else {
1205         // Insert the new instruction into its new home.
1206         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1207         if (!BBI->use_empty())
1208           TranslateMap[BBI] = N;
1209       }
1210     }
1211
1212     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1213     // to EdgeBB instead.
1214     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1215     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1216       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1217         BB->removePredecessor(PredBB);
1218         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1219       }
1220
1221     // Recurse, simplifying any other constants.
1222     return FoldCondBranchOnPHI(BI, TD) | true;
1223   }
1224
1225   return false;
1226 }
1227
1228 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1229 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1230 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const TargetData *TD) {
1231   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1232   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1233   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1234   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1235   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1236   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1237   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1238   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1239   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1240   if (!IfCond ||
1241       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1242       isa<ConstantInt>(IfCond))
1243     return false;
1244   
1245   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1246   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1247   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1248   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1249   // fewer PHI nodes in this block.
1250   unsigned NumPhis = 0;
1251   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1252     if (NumPhis > 2)
1253       return false;
1254   
1255   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1256   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1257   // that need to be moved to the dominating block.
1258   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1259   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1260            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1261   
1262   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1263     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1264     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, TD)) {
1265       PN->replaceAllUsesWith(V);
1266       PN->eraseFromParent();
1267       continue;
1268     }
1269     
1270     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1271                              MaxCostVal0) ||
1272         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1273                              MaxCostVal1))
1274       return false;
1275   }
1276   
1277   // If we folded the the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1278   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1279   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1280   if (PN == 0) return true;
1281   
1282   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1283   // often be turned into switches and other things.
1284   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1285       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1286        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1287        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1288     return false;
1289   
1290   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1291   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1292   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1293   // worth promoting to select instructions.
1294   BasicBlock *DomBlock = 0;
1295   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1296   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1297   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1298     IfBlock1 = 0;
1299   } else {
1300     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1301     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1302       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1303         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1304         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1305         // flow, so the xform is not worth it.
1306         return false;
1307       }
1308   }
1309     
1310   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1311     IfBlock2 = 0;
1312   } else {
1313     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1314     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1315       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1316         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1317         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1318         // flow, so the xform is not worth it.
1319         return false;
1320       }
1321   }
1322   
1323   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1324                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1325       
1326   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1327   // do all of the PHI's now.
1328   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1329   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1330   
1331   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1332   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1333   if (IfBlock1)
1334     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1335                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1336                                    IfBlock1->getTerminator());
1337   if (IfBlock2)
1338     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1339                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1340                                    IfBlock2->getTerminator());
1341   
1342   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1343     // Change the PHI node into a select instruction.
1344     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1345     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1346     
1347     SelectInst *NV = 
1348       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1349     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1350     NV->takeName(PN);
1351     PN->eraseFromParent();
1352   }
1353   
1354   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1355   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1356   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1357   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1358   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1359   Builder.CreateBr(BB);
1360   OldTI->eraseFromParent();
1361   return true;
1362 }
1363
1364 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1365 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1366 /// introducing a select if the return values disagree.
1367 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI, 
1368                                            IRBuilder<> &Builder) {
1369   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1370   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1371   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1372   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1373   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1374   
1375   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1376   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1377   // computation on one path or the other.
1378   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1379     return false;
1380   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1381     return false;
1382
1383   Builder.SetInsertPoint(BI);
1384   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1385   // there is no return value for this function, just change the
1386   // branch into a return.
1387   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1388     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1389     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1390     Builder.CreateRetVoid();
1391     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1392     return true;
1393   }
1394     
1395   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1396   // so we can insert a new select instruction.
1397   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1398   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1399   
1400   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1401   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1402     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1403       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1404   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1405     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1406       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1407   
1408   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1409   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1410   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1411   // constant expression that prevents this transformation from being
1412   // safe.
1413   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1414     if (TCV->canTrap())
1415       return false;
1416   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1417     if (FCV->canTrap())
1418       return false;
1419   
1420   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1421   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1422   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1423   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1424   
1425   // Insert select instructions where needed.
1426   Value *BrCond = BI->getCondition();
1427   if (TrueValue) {
1428     // Insert a select if the results differ.
1429     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1430     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1431       TrueValue = FalseValue;
1432     } else {
1433       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
1434                                        FalseValue, "retval");
1435     }
1436   }
1437
1438   Value *RI = !TrueValue ? 
1439     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
1440
1441   (void) RI;
1442       
1443   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
1444                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
1445                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
1446       
1447   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1448
1449   return true;
1450 }
1451
1452 /// ExtractBranchMetadata - Given a conditional BranchInstruction, retrieve the
1453 /// probabilities of the branch taking each edge. Fills in the two APInt
1454 /// parameters and return true, or returns false if no or invalid metadata was
1455 /// found.
1456 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
1457                                   APInt &ProbTrue, APInt &ProbFalse) {
1458   assert(BI->isConditional() &&
1459          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
1460   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
1461   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
1462   ConstantInt *CITrue = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
1463   ConstantInt *CIFalse = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
1464   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
1465   ProbTrue = CITrue->getValue();
1466   ProbFalse = CIFalse->getValue();
1467   assert(ProbTrue.getBitWidth() == 32 && ProbFalse.getBitWidth() == 32 &&
1468          "Branch probability metadata must be 32-bit integers");
1469   return true;
1470 }
1471
1472 /// MultiplyAndLosePrecision - Multiplies A and B, then returns the result. In
1473 /// the event of overflow, logically-shifts all four inputs right until the
1474 /// multiply fits.
1475 static APInt MultiplyAndLosePrecision(APInt &A, APInt &B, APInt &C, APInt &D,
1476                                       unsigned &BitsLost) {
1477   BitsLost = 0;
1478   bool Overflow = false;
1479   APInt Result = A.umul_ov(B, Overflow);
1480   if (Overflow) {
1481     APInt MaxB = APInt::getMaxValue(A.getBitWidth()).udiv(A);
1482     do {
1483       B = B.lshr(1);
1484       ++BitsLost;
1485     } while (B.ugt(MaxB));
1486     A = A.lshr(BitsLost);
1487     C = C.lshr(BitsLost);
1488     D = D.lshr(BitsLost);
1489     Result = A * B;
1490   }
1491   return Result;
1492 }
1493
1494
1495 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
1496 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
1497 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
1498 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI) {
1499   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1500
1501   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
1502   if (Cond == 0 || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
1503     Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
1504   return false;
1505
1506   // Only allow this if the condition is a simple instruction that can be
1507   // executed unconditionally.  It must be in the same block as the branch, and
1508   // must be at the front of the block.
1509   BasicBlock::iterator FrontIt = BB->front();
1510
1511   // Ignore dbg intrinsics.
1512   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
1513
1514   // Allow a single instruction to be hoisted in addition to the compare
1515   // that feeds the branch.  We later ensure that any values that _it_ uses
1516   // were also live in the predecessor, so that we don't unnecessarily create
1517   // register pressure or inhibit out-of-order execution.
1518   Instruction *BonusInst = 0;
1519   if (&*FrontIt != Cond &&
1520       FrontIt->hasOneUse() && *FrontIt->use_begin() == Cond &&
1521       isSafeToSpeculativelyExecute(FrontIt)) {
1522     BonusInst = &*FrontIt;
1523     ++FrontIt;
1524     
1525     // Ignore dbg intrinsics.
1526     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
1527   }
1528
1529   // Only a single bonus inst is allowed.
1530   if (&*FrontIt != Cond)
1531     return false;
1532   
1533   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
1534   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
1535
1536   // Ingore dbg intrinsics.
1537   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
1538   
1539   if (&*CondIt != BI)
1540     return false;
1541
1542   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
1543   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
1544   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
1545     if (CE->canTrap())
1546       return false;
1547   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
1548     if (CE->canTrap())
1549       return false;
1550   
1551   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
1552   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
1553   BasicBlock *FalseDest = BI->getSuccessor(1);
1554   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
1555     return false;
1556
1557   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
1558     BasicBlock *PredBlock = *PI;
1559     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
1560     
1561     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
1562     // the common successor, verify that the same value flows in from both
1563     // blocks.
1564     if (PBI == 0 || PBI->isUnconditional() || !SafeToMergeTerminators(BI, PBI))
1565       continue;
1566     
1567     // Determine if the two branches share a common destination.
1568     Instruction::BinaryOps Opc;
1569     bool InvertPredCond = false;
1570     
1571     if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
1572       Opc = Instruction::Or;
1573     else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
1574       Opc = Instruction::And;
1575     else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
1576       Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
1577     else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
1578       Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
1579     else
1580       continue;
1581
1582     // Ensure that any values used in the bonus instruction are also used
1583     // by the terminator of the predecessor.  This means that those values
1584     // must already have been resolved, so we won't be inhibiting the 
1585     // out-of-order core by speculating them earlier.
1586     if (BonusInst) {
1587       // Collect the values used by the bonus inst
1588       SmallPtrSet<Value*, 4> UsedValues;
1589       for (Instruction::op_iterator OI = BonusInst->op_begin(),
1590            OE = BonusInst->op_end(); OI != OE; ++OI) {
1591         Value *V = *OI;
1592         if (!isa<Constant>(V))
1593           UsedValues.insert(V);
1594       }
1595
1596       SmallVector<std::pair<Value*, unsigned>, 4> Worklist;
1597       Worklist.push_back(std::make_pair(PBI->getOperand(0), 0));
1598       
1599       // Walk up to four levels back up the use-def chain of the predecessor's
1600       // terminator to see if all those values were used.  The choice of four
1601       // levels is arbitrary, to provide a compile-time-cost bound.
1602       while (!Worklist.empty()) {
1603         std::pair<Value*, unsigned> Pair = Worklist.back();
1604         Worklist.pop_back();
1605         
1606         if (Pair.second >= 4) continue;
1607         UsedValues.erase(Pair.first);
1608         if (UsedValues.empty()) break;
1609         
1610         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Pair.first)) {
1611           for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
1612                OI != OE; ++OI)
1613             Worklist.push_back(std::make_pair(OI->get(), Pair.second+1));
1614         }       
1615       }
1616       
1617       if (!UsedValues.empty()) return false;
1618     }
1619
1620     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
1621     IRBuilder<> Builder(PBI);    
1622
1623     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
1624     if (InvertPredCond) {
1625       Value *NewCond = PBI->getCondition();
1626       
1627       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
1628         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
1629         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
1630       } else {
1631         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond, 
1632                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
1633       }
1634       
1635       PBI->setCondition(NewCond);
1636       PBI->swapSuccessors();
1637     }
1638     
1639     // If we have a bonus inst, clone it into the predecessor block.
1640     Instruction *NewBonus = 0;
1641     if (BonusInst) {
1642       NewBonus = BonusInst->clone();
1643       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonus);
1644       NewBonus->takeName(BonusInst);
1645       BonusInst->setName(BonusInst->getName()+".old");
1646     }
1647     
1648     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
1649     // two conditions together.
1650     Instruction *New = Cond->clone();
1651     if (BonusInst) New->replaceUsesOfWith(BonusInst, NewBonus);
1652     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
1653     New->takeName(Cond);
1654     Cond->setName(New->getName()+".old");
1655     
1656     Instruction *NewCond = 
1657       cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
1658                                             New, "or.cond"));
1659     PBI->setCondition(NewCond);
1660     if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
1661       AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
1662       PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
1663     }
1664     if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
1665       AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
1666       PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
1667     }
1668
1669     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
1670     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
1671
1672     // Merge probability data into PredBlock's branch.
1673     APInt A, B, C, D;
1674     if (ExtractBranchMetadata(PBI, C, D) && ExtractBranchMetadata(BI, A, B)) {
1675       // Given IR which does:
1676       //   bbA:
1677       //     br i1 %x, label %bbB, label %bbC
1678       //   bbB:
1679       //     br i1 %y, label %bbD, label %bbC
1680       // Let's call the probability that we take the edge from %bbA to %bbB
1681       // 'a', from %bbA to %bbC, 'b', from %bbB to %bbD 'c' and from %bbB to
1682       // %bbC probability 'd'.
1683       //
1684       // We transform the IR into:
1685       //   bbA:
1686       //     br i1 %z, label %bbD, label %bbC
1687       // where the probability of going to %bbD is (a*c) and going to bbC is
1688       // (b+a*d).
1689       //
1690       // Probabilities aren't stored as ratios directly. Using branch weights,
1691       // we get:
1692       // (a*c)% = A*C, (b+(a*d))% = A*D+B*C+B*D.
1693
1694       // In the event of overflow, we want to drop the LSB of the input
1695       // probabilities.
1696       unsigned BitsLost;
1697
1698       // Ignore overflow result on ProbTrue.
1699       APInt ProbTrue = MultiplyAndLosePrecision(A, C, B, D, BitsLost);
1700
1701       APInt Tmp1 = MultiplyAndLosePrecision(B, D, A, C, BitsLost);
1702       if (BitsLost) {
1703         ProbTrue = ProbTrue.lshr(BitsLost*2);
1704       }
1705
1706       APInt Tmp2 = MultiplyAndLosePrecision(A, D, C, B, BitsLost);
1707       if (BitsLost) {
1708         ProbTrue = ProbTrue.lshr(BitsLost*2);
1709         Tmp1 = Tmp1.lshr(BitsLost*2);
1710       }
1711
1712       APInt Tmp3 = MultiplyAndLosePrecision(B, C, A, D, BitsLost);
1713       if (BitsLost) {
1714         ProbTrue = ProbTrue.lshr(BitsLost*2);
1715         Tmp1 = Tmp1.lshr(BitsLost*2);
1716         Tmp2 = Tmp2.lshr(BitsLost*2);
1717       }
1718
1719       bool Overflow1 = false, Overflow2 = false;
1720       APInt Tmp4 = Tmp2.uadd_ov(Tmp3, Overflow1);
1721       APInt ProbFalse = Tmp4.uadd_ov(Tmp1, Overflow2);
1722
1723       if (Overflow1 || Overflow2) {
1724         ProbTrue = ProbTrue.lshr(1);
1725         Tmp1 = Tmp1.lshr(1);
1726         Tmp2 = Tmp2.lshr(1);
1727         Tmp3 = Tmp3.lshr(1);
1728         Tmp4 = Tmp2 + Tmp3;
1729         ProbFalse = Tmp4 + Tmp1;
1730       }
1731
1732       // The sum of branch weights must fit in 32-bits.
1733       if (ProbTrue.isNegative() && ProbFalse.isNegative()) {
1734         ProbTrue = ProbTrue.lshr(1);
1735         ProbFalse = ProbFalse.lshr(1);
1736       }
1737
1738       if (ProbTrue != ProbFalse) {
1739         // Normalize the result.
1740         APInt GCD = APIntOps::GreatestCommonDivisor(ProbTrue, ProbFalse);
1741         ProbTrue = ProbTrue.udiv(GCD);
1742         ProbFalse = ProbFalse.udiv(GCD);
1743
1744         LLVMContext &Context = BI->getContext();
1745         Value *Ops[3];
1746         Ops[0] = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof)->getOperand(0);
1747         Ops[1] = ConstantInt::get(Context, ProbTrue);
1748         Ops[2] = ConstantInt::get(Context, ProbFalse);
1749         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDNode::get(Context, Ops));
1750       } else {
1751         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, NULL);
1752       }
1753     } else {
1754       PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, NULL);
1755     }
1756
1757     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
1758     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
1759       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
1760         I->clone()->insertBefore(PBI);
1761       
1762     return true;
1763   }
1764   return false;
1765 }
1766
1767 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
1768 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
1769 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
1770 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
1771 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
1772   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
1773   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1774
1775   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
1776   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make 
1777   // this conditional branch redundant.
1778   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
1779       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
1780     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
1781     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
1782     if (BB->getSinglePredecessor()) {
1783       // Turn this into a branch on constant.
1784       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
1785       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()), 
1786                                         CondIsTrue));
1787       return true;  // Nuke the branch on constant.
1788     }
1789     
1790     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
1791     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
1792     // simplifycfg will thread the block.
1793     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
1794       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
1795       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
1796                                        std::distance(PB, PE),
1797                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
1798                                        BB->begin());
1799       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
1800       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
1801       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
1802       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
1803         BasicBlock *P = *PI;
1804         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
1805             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
1806             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
1807             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
1808           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
1809           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()), 
1810                                               CondIsTrue), P);
1811         } else {
1812           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
1813         }
1814       }
1815       
1816       BI->setCondition(NewPN);
1817       return true;
1818     }
1819   }
1820   
1821   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
1822   // predecessors is a conditional branch to one of our destinations,
1823   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
1824   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
1825   // Ignore dbg intrinsics.
1826   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1827     ++BBI;
1828   if (&*BBI != BI)
1829     return false;
1830
1831   
1832   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
1833     if (CE->canTrap())
1834       return false;
1835   
1836   int PBIOp, BIOp;
1837   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
1838     PBIOp = BIOp = 0;
1839   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
1840     PBIOp = 0, BIOp = 1;
1841   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
1842     PBIOp = 1, BIOp = 0;
1843   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
1844     PBIOp = BIOp = 1;
1845   else
1846     return false;
1847     
1848   // Check to make sure that the other destination of this branch
1849   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
1850   // keep getting unwound.
1851   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
1852     return false;
1853     
1854   // Do not perform this transformation if it would require 
1855   // insertion of a large number of select instructions. For targets
1856   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
1857   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
1858       
1859   unsigned NumPhis = 0;
1860   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
1861        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis)
1862     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
1863       return false;
1864     
1865   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
1866   BasicBlock *OtherDest  = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
1867   
1868   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
1869                << "AND: " << *BI->getParent());
1870   
1871   
1872   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
1873   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
1874   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
1875   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
1876   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
1877   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
1878   // infinite loop with no cond branch.
1879   if (OtherDest == BB) {
1880     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1881     // or it won't matter if it's hot. :)
1882     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1883                                                   "infloop", BB->getParent());
1884     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1885     OtherDest = InfLoopBlock;
1886   }  
1887   
1888   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
1889
1890   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
1891   // it alone, but modify PBI.
1892   
1893   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
1894   Value *PBICond = PBI->getCondition();
1895   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
1896   if (PBIOp)
1897     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
1898
1899   Value *BICond = BI->getCondition();
1900   if (BIOp)
1901     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
1902
1903   // Merge the conditions.
1904   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
1905   
1906   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
1907   PBI->setCondition(Cond);
1908   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
1909   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
1910   
1911   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
1912   // block that are identical to the entries for BI's block.
1913   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
1914   
1915   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
1916   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
1917   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
1918   // them agree.
1919   PHINode *PN;
1920   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
1921        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
1922     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1923     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
1924     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
1925     if (BIV != PBIV) {
1926       // Insert a select in PBI to pick the right value.
1927       Value *NV = cast<SelectInst>
1928         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
1929       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
1930     }
1931   }
1932   
1933   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
1934   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
1935   
1936   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
1937   // one fewer predecessor.
1938   return true;
1939 }
1940
1941 // SimplifyTerminatorOnSelect - Simplifies a terminator by replacing it with a
1942 // branch to TrueBB if Cond is true or to FalseBB if Cond is false.
1943 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
1944 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
1945 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
1946 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
1947                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB){
1948   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
1949   // First, figure out which successors to preserve.
1950   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
1951   // successor.
1952   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
1953   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : 0;
1954
1955   // Then remove the rest.
1956   for (unsigned I = 0, E = OldTerm->getNumSuccessors(); I != E; ++I) {
1957     BasicBlock *Succ = OldTerm->getSuccessor(I);
1958     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
1959     if (Succ == KeepEdge1)
1960       KeepEdge1 = 0;
1961     else if (Succ == KeepEdge2)
1962       KeepEdge2 = 0;
1963     else
1964       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
1965   }
1966
1967   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
1968   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
1969
1970   // Insert an appropriate new terminator.
1971   if ((KeepEdge1 == 0) && (KeepEdge2 == 0)) {
1972     if (TrueBB == FalseBB)
1973       // We were only looking for one successor, and it was present.
1974       // Create an unconditional branch to it.
1975       Builder.CreateBr(TrueBB);
1976     else
1977       // We found both of the successors we were looking for.
1978       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
1979       Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
1980   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
1981     // Neither of the selected blocks were successors, so this
1982     // terminator must be unreachable.
1983     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
1984   } else {
1985     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
1986     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
1987     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
1988     if (KeepEdge1 == 0)
1989       // Only TrueBB was found.
1990       Builder.CreateBr(TrueBB);
1991     else
1992       // Only FalseBB was found.
1993       Builder.CreateBr(FalseBB);
1994   }
1995
1996   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
1997   return true;
1998 }
1999
2000 // SimplifySwitchOnSelect - Replaces
2001 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2002 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2003 // unconditional otherwise.
2004 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2005   // Check for constant integer values in the select.
2006   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2007   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2008   if (!TrueVal || !FalseVal)
2009     return false;
2010
2011   // Find the relevant condition and destinations.
2012   Value *Condition = Select->getCondition();
2013   unsigned TrueCase = SI->findCaseValue(TrueVal);
2014   unsigned FalseCase = SI->findCaseValue(FalseVal);
2015   BasicBlock *TrueBB = SI->getSuccessor(SI->resolveSuccessorIndex(TrueCase));
2016   BasicBlock *FalseBB = SI->getSuccessor(SI->resolveSuccessorIndex(FalseCase));
2017
2018   // Perform the actual simplification.
2019   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB);
2020 }
2021
2022 // SimplifyIndirectBrOnSelect - Replaces
2023 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2024 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2025 // with
2026 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2027 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2028   // Check that both operands of the select are block addresses.
2029   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2030   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2031   if (!TBA || !FBA)
2032     return false;
2033
2034   // Extract the actual blocks.
2035   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2036   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2037
2038   // Perform the actual simplification.
2039   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB);
2040 }
2041
2042 /// TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt - This is called when we find an icmp
2043 /// instruction (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2044 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2045 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2046 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2047 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2048 /// like:
2049 ///
2050 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2051 /// DEFAULT:
2052 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2053 ///   br label %end
2054 /// end:
2055 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2056 /// 
2057 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2058 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2059 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICmpInst *ICI,
2060                                                   const TargetData *TD,
2061                                                   IRBuilder<> &Builder) {
2062   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2063
2064   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2065   // complex.
2066   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2067
2068   Value *V = ICI->getOperand(0);
2069   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2070   
2071   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2072   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2073   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2074   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2075   if (Pred == 0 || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2076   
2077   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2078   if (SI->getCondition() != V)
2079     return false;
2080   
2081   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2082   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2083   // away.
2084   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2085     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2086     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2087     ICI->setOperand(0, VVal);
2088     
2089     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, TD)) {
2090       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2091       ICI->eraseFromParent();
2092     }
2093     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2094     return SimplifyCFG(BB) | true;
2095   }
2096   
2097   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2098   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2099   // and zap it.
2100   if (SI->findCaseValue(Cst) != SwitchInst::ErrorIndex) {
2101     Value *V;
2102     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2103       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2104     else
2105       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2106     
2107     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2108     ICI->eraseFromParent();
2109     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2110     return SimplifyCFG(BB) | true;
2111   }
2112   
2113   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2114   // the block.
2115   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2116   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->use_back());
2117   if (PHIUse == 0 || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2118       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2119     return false;
2120
2121   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2122   // true in the PHI.
2123   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2124   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2125
2126   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2127     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2128
2129   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2130   // false depending on if it is EQ or NE.
2131   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2132   ICI->eraseFromParent();
2133
2134   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2135   // the switch to the merge point on the compared value.
2136   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2137                                          BB->getParent(), BB);
2138   SI->addCase(Cst, NewBB);
2139   
2140   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2141   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2142   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2143   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2144   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2145   return true;
2146 }
2147
2148 /// SimplifyBranchOnICmpChain - The specified branch is a conditional branch.
2149 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2150 /// fold it into a switch instruction if so.
2151 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const TargetData *TD,
2152                                       IRBuilder<> &Builder) {
2153   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2154   if (Cond == 0) return false;
2155   
2156   
2157   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2158   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2159   // 'setne's and'ed together, collect them.
2160   Value *CompVal = 0;
2161   std::vector<ConstantInt*> Values;
2162   bool TrueWhenEqual = true;
2163   Value *ExtraCase = 0;
2164   unsigned UsedICmps = 0;
2165   
2166   if (Cond->getOpcode() == Instruction::Or) {
2167     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, true,
2168                                      UsedICmps);
2169   } else if (Cond->getOpcode() == Instruction::And) {
2170     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, false,
2171                                      UsedICmps);
2172     TrueWhenEqual = false;
2173   }
2174   
2175   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2176   if (CompVal == 0) return false;
2177
2178   // Avoid turning single icmps into a switch.
2179   if (UsedICmps <= 1)
2180     return false;
2181
2182   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2183   // instruction can't handle, remove them now.
2184   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2185   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2186   
2187   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2188   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2189   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2190   
2191   // Figure out which block is which destination.
2192   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2193   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2194   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2195   
2196   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2197   
2198   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2199                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2200   
2201   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2202   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2203   // right before the condbr to handle it.
2204   if (ExtraCase) {
2205     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2206     // Remove the uncond branch added to the old block.
2207     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2208     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2209
2210     if (TrueWhenEqual)
2211       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2212     else
2213       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2214       
2215     OldTI->eraseFromParent();
2216     
2217     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2218     // for the edge we just added.
2219     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2220     
2221     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2222           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2223     BB = NewBB;
2224   }
2225
2226   Builder.SetInsertPoint(BI);
2227   // Convert pointer to int before we switch.
2228   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2229     assert(TD && "Cannot switch on pointer without TargetData");
2230     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(CompVal,
2231                                      TD->getIntPtrType(CompVal->getContext()),
2232                                      "magicptr");
2233   }
2234   
2235   // Create the new switch instruction now.
2236   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2237
2238   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2239   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2240     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2241   
2242   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2243   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2244   // the number of edges added.
2245   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2246        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2247     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2248     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2249     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2250       PN->addIncoming(InVal, BB);
2251   }
2252   
2253   // Erase the old branch instruction.
2254   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2255   
2256   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2257   return true;
2258 }
2259
2260 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2261   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2262   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2263   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2264   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2265   if (RI->getValue() != LPInst)
2266     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2267     // caused control to branch here.
2268     return false;
2269
2270   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2271   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2272   while (++I != E)
2273     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2274       return false;
2275
2276   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2277   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2278     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2279     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2280     // Insert a call instruction before the invoke.
2281     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2282     Call->takeName(II);
2283     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2284     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2285     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2286
2287     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2288     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2289     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2290     // updated.
2291     II->replaceAllUsesWith(Call);
2292     BB->removePredecessor(II->getParent());
2293
2294     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2295     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2296
2297     // Finally, delete the invoke instruction!
2298     II->eraseFromParent();
2299   }
2300
2301   // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2302   BB->eraseFromParent();
2303   return true;
2304 }
2305
2306 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2307   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2308   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2309   
2310   // Find predecessors that end with branches.
2311   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2312   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
2313   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2314     BasicBlock *P = *PI;
2315     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
2316     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
2317       if (BI->isUnconditional())
2318         UncondBranchPreds.push_back(P);
2319       else
2320         CondBranchPreds.push_back(BI);
2321     }
2322   }
2323   
2324   // If we found some, do the transformation!
2325   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
2326     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
2327       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
2328       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
2329             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
2330       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
2331     }
2332     
2333     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
2334     if (pred_begin(BB) == pred_end(BB))
2335       // We know there are no successors, so just nuke the block.
2336       BB->eraseFromParent();
2337     
2338     return true;
2339   }
2340   
2341   // Check out all of the conditional branches going to this return
2342   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
2343   // branch itself into a select/return pair.
2344   while (!CondBranchPreds.empty()) {
2345     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
2346     
2347     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
2348     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
2349         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
2350         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
2351       return true;
2352   }
2353   return false;
2354 }
2355
2356 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnwind(UnwindInst *UI, IRBuilder<> &Builder) {
2357   // Check to see if the first instruction in this block is just an unwind.
2358   // If so, replace any invoke instructions which use this as an exception
2359   // destination with call instructions.
2360   BasicBlock *BB = UI->getParent();
2361   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2362
2363   bool Changed = false;
2364   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2365   while (!Preds.empty()) {
2366     BasicBlock *Pred = Preds.back();
2367     InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Pred->getTerminator());
2368     if (II && II->getUnwindDest() == BB) {
2369       // Insert a new branch instruction before the invoke, because this
2370       // is now a fall through.
2371       Builder.SetInsertPoint(II);
2372       BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
2373       Pred->getInstList().remove(II);   // Take out of symbol table
2374       
2375       // Insert the call now.
2376       SmallVector<Value*,8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
2377       Builder.SetInsertPoint(BI);
2378       CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
2379                                         Args, II->getName());
2380       CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
2381       CI->setAttributes(II->getAttributes());
2382       // If the invoke produced a value, the Call now does instead.
2383       II->replaceAllUsesWith(CI);
2384       delete II;
2385       Changed = true;
2386     }
2387     
2388     Preds.pop_back();
2389   }
2390   
2391   // If this block is now dead (and isn't the entry block), remove it.
2392   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
2393       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
2394     // We know there are no successors, so just nuke the block.
2395     BB->eraseFromParent();
2396     return true;
2397   }
2398   
2399   return Changed;  
2400 }
2401
2402 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
2403   BasicBlock *BB = UI->getParent();
2404   
2405   bool Changed = false;
2406   
2407   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
2408   // be removed, do so.
2409   while (UI != BB->begin()) {
2410     BasicBlock::iterator BBI = UI;
2411     --BBI;
2412     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
2413     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
2414     // operations may have this effect.
2415     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
2416
2417     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
2418       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
2419         if (SI->isVolatile())
2420           break;
2421       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
2422         if (LI->isVolatile())
2423           break;
2424       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
2425         if (RMWI->isVolatile())
2426           break;
2427       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
2428         if (CXI->isVolatile())
2429           break;
2430       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
2431                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
2432         break;
2433       }
2434       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
2435       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
2436       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
2437       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
2438     }
2439
2440     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
2441     if (!BBI->use_empty())
2442       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
2443     BBI->eraseFromParent();
2444     Changed = true;
2445   }
2446   
2447   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
2448   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
2449   if (&BB->front() != UI) return Changed;
2450   
2451   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2452   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
2453     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
2454     IRBuilder<> Builder(TI);
2455     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2456       if (BI->isUnconditional()) {
2457         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
2458           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
2459           TI->eraseFromParent();
2460           Changed = true;
2461         }
2462       } else {
2463         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
2464           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
2465           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2466         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
2467           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
2468           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2469           Changed = true;
2470         }
2471       }
2472     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2473       for (unsigned i = 0, e = SI->getNumCases(); i != e; ++i)
2474         if (SI->getCaseSuccessor(i) == BB) {
2475           BB->removePredecessor(SI->getParent());
2476           SI->removeCase(i);
2477           --i; --e;
2478           Changed = true;
2479         }
2480       // If the default value is unreachable, figure out the most popular
2481       // destination and make it the default.
2482       if (SI->getDefaultDest() == BB) {
2483         std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> > Popularity;
2484         for (unsigned i = 0, e = SI->getNumCases(); i != e; ++i) {
2485           std::pair<unsigned, unsigned> &entry =
2486               Popularity[SI->getCaseSuccessor(i)];
2487           if (entry.first == 0) {
2488             entry.first = 1;
2489             entry.second = i;
2490           } else {
2491             entry.first++;
2492           }
2493         }
2494
2495         // Find the most popular block.
2496         unsigned MaxPop = 0;
2497         unsigned MaxIndex = 0;
2498         BasicBlock *MaxBlock = 0;
2499         for (std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> >::iterator
2500              I = Popularity.begin(), E = Popularity.end(); I != E; ++I) {
2501           if (I->second.first > MaxPop || 
2502               (I->second.first == MaxPop && MaxIndex > I->second.second)) {
2503             MaxPop = I->second.first;
2504             MaxIndex = I->second.second;
2505             MaxBlock = I->first;
2506           }
2507         }
2508         if (MaxBlock) {
2509           // Make this the new default, allowing us to delete any explicit
2510           // edges to it.
2511           SI->setDefaultDest(MaxBlock);
2512           Changed = true;
2513           
2514           // If MaxBlock has phinodes in it, remove MaxPop-1 entries from
2515           // it.
2516           if (isa<PHINode>(MaxBlock->begin()))
2517             for (unsigned i = 0; i != MaxPop-1; ++i)
2518               MaxBlock->removePredecessor(SI->getParent());
2519           
2520           for (unsigned i = 0, e = SI->getNumCases(); i != e; ++i)
2521             if (SI->getCaseSuccessor(i) == MaxBlock) {
2522               SI->removeCase(i);
2523               --i; --e;
2524             }
2525         }
2526       }
2527     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
2528       if (II->getUnwindDest() == BB) {
2529         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
2530         // place to note that the call does not throw though.
2531         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
2532         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
2533         
2534         // Insert the call now...
2535         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
2536         Builder.SetInsertPoint(BI);
2537         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
2538                                           Args, II->getName());
2539         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
2540         CI->setAttributes(II->getAttributes());
2541         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
2542         II->replaceAllUsesWith(CI);
2543         delete II;
2544         Changed = true;
2545       }
2546     }
2547   }
2548   
2549   // If this block is now dead, remove it.
2550   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
2551       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
2552     // We know there are no successors, so just nuke the block.
2553     BB->eraseFromParent();
2554     return true;
2555   }
2556
2557   return Changed;
2558 }
2559
2560 /// TurnSwitchRangeIntoICmp - Turns a switch with that contains only a
2561 /// integer range comparison into a sub, an icmp and a branch.
2562 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
2563   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
2564
2565   // Make sure all cases point to the same destination and gather the values.
2566   SmallVector<ConstantInt *, 16> Cases;
2567   Cases.push_back(SI->getCaseValue(0));
2568   for (unsigned I = 1, E = SI->getNumCases(); I != E; ++I) {
2569     if (SI->getCaseSuccessor(I-1) != SI->getCaseSuccessor(I))
2570       return false;
2571     Cases.push_back(SI->getCaseValue(I));
2572   }
2573   assert(Cases.size() == SI->getNumCases() && "Not all cases gathered");
2574
2575   // Sort the case values, then check if they form a range we can transform.
2576   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
2577   for (unsigned I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
2578     if (Cases[I-1]->getValue() != Cases[I]->getValue()+1)
2579       return false;
2580   }
2581
2582   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(Cases.back());
2583   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), SI->getNumCases());
2584
2585   Value *Sub = SI->getCondition();
2586   if (!Offset->isNullValue())
2587     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName()+".off");
2588   Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
2589   Builder.CreateCondBr(Cmp, SI->getCaseSuccessor(0), SI->getDefaultDest());
2590
2591   // Prune obsolete incoming values off the successor's PHI nodes.
2592   for (BasicBlock::iterator BBI = SI->getCaseSuccessor(0)->begin();
2593        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2594     for (unsigned I = 0, E = SI->getNumCases()-1; I != E; ++I)
2595       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
2596   }
2597   SI->eraseFromParent();
2598
2599   return true;
2600 }
2601
2602 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
2603 /// and use it to remove dead cases.
2604 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI) {
2605   Value *Cond = SI->getCondition();
2606   unsigned Bits = cast<IntegerType>(Cond->getType())->getBitWidth();
2607   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
2608   ComputeMaskedBits(Cond, APInt::getAllOnesValue(Bits), KnownZero, KnownOne);
2609
2610   // Gather dead cases.
2611   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
2612   for (unsigned I = 0, E = SI->getNumCases(); I != E; ++I) {
2613     if ((SI->getCaseValue(I)->getValue() & KnownZero) != 0 ||
2614         (SI->getCaseValue(I)->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
2615       DeadCases.push_back(SI->getCaseValue(I));
2616       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
2617                    << SI->getCaseValue(I)->getValue() << "' is dead.\n");
2618     }
2619   }
2620
2621   // Remove dead cases from the switch.
2622   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
2623     unsigned Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
2624     assert(Case != SwitchInst::ErrorIndex &&
2625            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
2626     // Prune unused values from PHI nodes.
2627     SI->getCaseSuccessor(Case)->removePredecessor(SI->getParent());
2628     SI->removeCase(Case);
2629   }
2630
2631   return !DeadCases.empty();
2632 }
2633
2634 /// FindPHIForConditionForwarding - If BB would be eligible for simplification
2635 /// by TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
2636 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
2637 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
2638 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
2639 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
2640                                               BasicBlock *BB,
2641                                               int *PhiIndex) {
2642   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
2643     return NULL; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
2644   if (!BB->getSinglePredecessor())
2645     return NULL; // BB must be dominated by the switch.
2646
2647   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
2648   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
2649     return NULL; // Terminator must be unconditional branch.
2650
2651   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
2652
2653   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
2654   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
2655     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
2656     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
2657
2658     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
2659     if (InValue != CaseValue) continue;
2660
2661     *PhiIndex = Idx;
2662     return PHI;
2663   }
2664
2665   return NULL;
2666 }
2667
2668 /// ForwardSwitchConditionToPHI - Try to forward the condition of a switch
2669 /// instruction to a phi node dominated by the switch, if that would mean that
2670 /// some of the destination blocks of the switch can be folded away.
2671 /// Returns true if a change is made.
2672 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
2673   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
2674   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
2675
2676   for (unsigned I = 0; I < SI->getNumCases(); ++I) { // 0 is the default case.
2677     ConstantInt *CaseValue = SI->getCaseValue(I);
2678     BasicBlock *CaseDest = SI->getCaseSuccessor(I);
2679
2680     int PhiIndex;
2681     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
2682                                                  &PhiIndex);
2683     if (!PHI) continue;
2684
2685     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
2686   }
2687
2688   bool Changed = false;
2689
2690   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
2691        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
2692     PHINode *Phi = I->first;
2693     SmallVector<int,4> &Indexes = I->second;
2694
2695     if (Indexes.size() < 2) continue;
2696
2697     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
2698       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
2699     Changed = true;
2700   }
2701
2702   return Changed;
2703 }
2704
2705 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
2706   // If this switch is too complex to want to look at, ignore it.
2707   if (!isValueEqualityComparison(SI))
2708     return false;
2709
2710   BasicBlock *BB = SI->getParent();
2711
2712   // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
2713   // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
2714   if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
2715     if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
2716       return SimplifyCFG(BB) | true;
2717
2718   Value *Cond = SI->getCondition();
2719   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
2720     if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
2721       return SimplifyCFG(BB) | true;
2722
2723   // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
2724   // away into any preds.
2725   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2726   // Ignore dbg intrinsics.
2727   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2728     ++BBI;
2729   if (SI == &*BBI)
2730     if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
2731       return SimplifyCFG(BB) | true;
2732
2733   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
2734   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
2735     return SimplifyCFG(BB) | true;
2736
2737   // Remove unreachable cases.
2738   if (EliminateDeadSwitchCases(SI))
2739     return SimplifyCFG(BB) | true;
2740
2741   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
2742     return SimplifyCFG(BB) | true;
2743
2744   return false;
2745 }
2746
2747 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
2748   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
2749   bool Changed = false;
2750   
2751   // Eliminate redundant destinations.
2752   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
2753   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
2754     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
2755     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest)) {
2756       Dest->removePredecessor(BB);
2757       IBI->removeDestination(i);
2758       --i; --e;
2759       Changed = true;
2760     }
2761   } 
2762
2763   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
2764     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
2765     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
2766     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
2767     return true;
2768   }
2769   
2770   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
2771     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
2772     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
2773     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
2774     return true;
2775   }
2776   
2777   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
2778     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
2779       return SimplifyCFG(BB) | true;
2780   }
2781   return Changed;
2782 }
2783
2784 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
2785   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2786   
2787   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
2788   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbgOrLifetime();
2789   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
2790       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
2791     return true;
2792   
2793   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
2794   // against a constant, try to simplify the block.
2795   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
2796     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
2797       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
2798         ;
2799       if (I->isTerminator() &&
2800           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, TD, Builder))
2801         return true;
2802     }
2803   
2804   return false;
2805 }
2806
2807
2808 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
2809   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2810   
2811   // Conditional branch
2812   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
2813     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
2814     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
2815     // switch.
2816     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
2817       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
2818         return SimplifyCFG(BB) | true;
2819     
2820     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
2821     // Ignore dbg intrinsics.
2822     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
2823     // Ignore dbg intrinsics.
2824     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2825       ++I;
2826     if (&*I == BI) {
2827       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
2828         return SimplifyCFG(BB) | true;
2829     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
2830       ++I;
2831       // Ignore dbg intrinsics.
2832       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2833         ++I;
2834       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
2835         return SimplifyCFG(BB) | true;
2836     }
2837   }
2838   
2839   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
2840   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, TD, Builder))
2841     return true;
2842   
2843   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
2844   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
2845   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
2846   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
2847     return SimplifyCFG(BB) | true;
2848   
2849   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
2850   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
2851   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
2852   // can hoist it up to the branching block.
2853   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor() != 0) {
2854     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
2855       if (HoistThenElseCodeToIf(BI))
2856         return SimplifyCFG(BB) | true;
2857     } else {
2858       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
2859       // execute Successor #0 if it branches to successor #1.
2860       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
2861       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
2862           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2863         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0)))
2864           return SimplifyCFG(BB) | true;
2865     }
2866   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
2867     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
2868     // execute Successor #1 if it branches to successor #0.
2869     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
2870     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
2871         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2872       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1)))
2873         return SimplifyCFG(BB) | true;
2874   }
2875   
2876   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
2877   // through this block if any PHI node entries are constants.
2878   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
2879     if (PN->getParent() == BI->getParent())
2880       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, TD))
2881         return SimplifyCFG(BB) | true;
2882   
2883   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
2884   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
2885     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
2886       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
2887         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
2888           return SimplifyCFG(BB) | true;
2889
2890   return false;
2891 }
2892
2893 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
2894 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
2895   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
2896   if (!C)
2897     return false;
2898
2899   if (!I->hasOneUse()) // Only look at single-use instructions, for compile time
2900     return false;
2901
2902   if (C->isNullValue()) {
2903     Instruction *Use = I->use_back();
2904
2905     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
2906     // control flow (eg. calls)
2907     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
2908       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
2909         return false;
2910
2911     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
2912     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
2913       if (GEP->getPointerOperand() == I)
2914         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
2915
2916     // Look through bitcasts.
2917     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
2918       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
2919
2920     // Load from null is undefined.
2921     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
2922       return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
2923
2924     // Store to null is undefined.
2925     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
2926       return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
2927   }
2928   return false;
2929 }
2930
2931 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
2932 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
2933 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
2934   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
2935        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
2936     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
2937       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
2938         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
2939         IRBuilder<> Builder(T);
2940         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
2941           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
2942           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
2943           // destination from conditional branches.
2944           if (BI->isUnconditional())
2945             Builder.CreateUnreachable();
2946           else
2947             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
2948                                                          BI->getSuccessor(0));
2949           BI->eraseFromParent();
2950           return true;
2951         }
2952         // TODO: SwitchInst.
2953       }
2954
2955   return false;
2956 }
2957
2958 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
2959   bool Changed = false;
2960
2961   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
2962   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
2963
2964   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
2965   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
2966   if ((pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
2967        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
2968       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
2969     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
2970     DeleteDeadBlock(BB);
2971     return true;
2972   }
2973
2974   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
2975   // away...
2976   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
2977
2978   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
2979   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
2980
2981   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
2982   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
2983
2984   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
2985   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
2986   // if there are no PHI nodes.
2987   //
2988   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
2989     return true;
2990   
2991   IRBuilder<> Builder(BB);
2992
2993   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
2994   // eliminate it, do so now.
2995   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
2996     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
2997       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, TD);
2998
2999   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
3000   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
3001     if (BI->isUnconditional()) {
3002       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
3003     } else {
3004       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
3005     }
3006   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
3007     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
3008   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
3009     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
3010   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
3011     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
3012   } else if (UnreachableInst *UI =
3013                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
3014     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
3015   } else if (UnwindInst *UI = dyn_cast<UnwindInst>(BB->getTerminator())) {
3016     if (SimplifyUnwind(UI, Builder)) return true;
3017   } else if (IndirectBrInst *IBI =
3018                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
3019     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
3020   }
3021
3022   return Changed;
3023 }
3024
3025 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
3026 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
3027 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
3028 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
3029 ///
3030 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetData *TD) {
3031   return SimplifyCFGOpt(TD).run(BB);
3032 }